DYS+ Campus ist kostenlos und ohne Werbung. Projekt mit einer Spende unterstützen

Informatik

Verschlüsselungen vergleichen und beurteilen

Verschlüsselungen kann man nach Kriterien vergleichen: Anzahl der Schlüssel, Aufwand und Widerstand gegen Häufigkeiten.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 7
  • Niveau: Plus

Das lernst du heute

  • Ich kann Verfahren nach Kriterien vergleichen.
  • Ich kann die Zahl der Schlüssel berechnen.
  • Ich kann erklären, warum viele Schlüssel allein nicht reichen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Geheimtexte knacken: Häufigkeiten zählen, Geheimschrift durch Vertauschen

Um Verfahren zu beurteilen, braucht man Kriterien. Erstens: Wie viele Schlüssel gibt es? Zweitens: Wie lange dauert das Ausprobieren? Drittens: Verrät der Geheimtext durch Häufigkeiten etwas? Bei der Caesar-Verschiebung gibt es nur 25 Schlüssel. Bei einer Spaltentransposition darf man zusätzlich die Reihenfolge der Spalten frei wählen. Mit 8 Spalten gibt es 8 · 7 · 6 · 5 · 4 · 3 · 2 · 1 = 40320 Reihenfolgen. Kurz schreibt man 8! (gesprochen: 8 Fakultät). Bei der Substitution mit frei gemischtem Geheimalphabet gibt es 26! Schlüssel, also 26 · 25 · … · 1. Das ist eine Zahl mit 27 Stellen. Trotzdem ist die Substitution nicht sicher, weil man sie mit Häufigkeiten knacken kann. Viele Schlüssel sind also nur ein Kriterium unter mehreren.

VerfahrenSchlüsselSchwäche
Verschiebung (Caesar)25Alle Schlüssel schnell durchprobiert
Transposition, 8 Spalten in freier Reihenfolge40320Buchstaben bleiben gleich, Häufigkeiten sichtbar
Substitution, freies Alphabet26! (27 Stellen)Häufigkeitsanalyse hilft beim Knacken

Zwei Verfahren beurteilen

  1. Zähle die Schlüssel: Caesar hat 25, die Transposition 40320.
  2. Ein Rechner prüft 1 Million Schlüssel pro Sekunde. 40320 Versuche dauern weniger als eine Zehntelsekunde.
  3. Prüfe die Häufigkeiten: Bei der Transposition bleiben sie unverändert.
  4. Urteil: Beide sind mit einfachen Mitteln zu knacken.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Kriterium 1: Wie viele Schlüssel?

Kriterium 2: Wie lange dauert Ausprobieren?

Kriterium 3: Verrät der Text etwas?

Ein Beispiel

Beispiel

Ein Fahrradschloss mit 3 Ziffern hat 1000 Einstellungen. Man kann sie alle ausprobieren. Ein Schloss mit 6 Ziffern hat 1 000 000 Einstellungen. Das dauert viel länger.

Schritt für Schritt

Wir vergleichen Caesar und Transposition mit 5 Spalten in freier Reihenfolge.

  1. Caesar hat 25 Schlüssel.
  2. 5 Spalten lassen sich auf 5 · 4 · 3 · 2 · 1 = 120 Arten anordnen.
  3. Beide Zahlen sind klein.
  4. Beide Verfahren sind leicht durchzuprobieren.

Mit einem Bild erklärt

Spalten4568
Anordnungen2412072040320

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Wie viele Anordnungen haben 5 Spalten? Rechne 5 · 4 · 3 · 2 · 1.

Zeig mir den ersten Schritt

5 · 4 = 20, dann weiter.

Lösung ansehen

Lösung: 120

5 · 4 = 20, 20 · 3 = 60, 60 · 2 = 120.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Welches Verfahren hat die meisten Schlüssel?
Zeig mir den ersten Schritt

Vergleiche die Schlüsselzahlen in der Tabelle.

Lösung ansehen

Lösung: Substitution mit freiem Geheimalphabet

Tipp: Nenne bei jeder Bewertung ein Kriterium und begründe es mit einer Zahl oder einer Beobachtung.

Merksatz: Gute Verschlüsselung: viele Schlüssel und keine Spuren im Geheimtext. Ein einfaches Verfahren allein genügt nicht.

Typischer Fehler: Viele denken: Viele Schlüssel bedeuten sichere Verschlüsselung. Eine Schwäche im Verfahren kann sie aber umgehen.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Wie viele Anordnungen haben 8 Spalten? Das Ergebnis steht in der Tabelle.

Zeig mir den ersten Schritt

Schaue in die Tabelle.

Lösung ansehen

Lösung: 40320

8! = 40320.

Frage 2 Viele Schlüssel machen eine Verschlüsselung immer sicher.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 3 Warum ist die Substitution trotz vieler Schlüssel nicht sicher?
Lösung ansehen

Lösung: Häufigkeiten verraten die Buchstaben

Frage 4 Welches ist ein sinnvolles Kriterium zur Beurteilung einer Verschlüsselung?
Lösung ansehen

Lösung: Wie viele Schlüssel es gibt

Frage 5 Wofür sind Caesar und einfache Transposition geeignet?
Lösung ansehen

Lösung: Für Rätsel und Spiele

Geschafft

Man vergleicht Verschlüsselungen nach Zahl der Schlüssel, Aufwand und Spuren im Geheimtext. Einfache Verfahren sind nicht für wichtige Daten geeignet.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Daten codieren und verschlüsseln

Kurz erklärt, 53 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

PDF, 411 KB

Übungsheft herunterladen (PDF, 411 KB)

Das Heft ist für alle kostenlos – auch wenn gerade kein Geld dafür da ist. Wer es einrichten kann, unterstützt DYS+ Campus mit einem selbst gewählten Betrag. Freiwillig unterstützen