Algorithmische Kryptographie (WS2015/16) Kapitel 1 Motivation und Symmetrische Verfahren Walter Unger

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Algorithmische Kryptographie (WS2015/16)

Kapitel 1

Motivation und Symmetrische Verfahren

Walter Unger

Lehrstuhl für Informatik 1

13:19 Uhr, den 2. November 2015

(2)

1 Inhaltsverzeichnis < > Walter Unger 2.11.2015 13:19 WS2015/16 Zx

Inhalt I

1

Motivation aus der Geschichte und Grundlagen Geschichte bis zur Zeitenwende

Von der Zeitenwende bis 1900 Von 1900 bis 1950

Grundlagen

2

DES Einleitung Schlüsselverarbeitung Operationsmodi

3

IDEA Idee Das Verfahren Entschlüsselung

4

AES Idee Das Verfahren

5

Ausklang

Systemloses System Moderne Angriffe

(3)

1:1 Geschichte bis zur Zeitenwende < > Walter Unger 2.11.2015 13:19 WS2015/16 Zn

Die frühen Anfänge

Erste Hinweise bei den Ägyptern um 1900 v.Chr.: unübliche Hieroglyphen Atbash: Ursprünglich hebräische Geheimschrift, um 600 v. Chr. in Palästina.

Caesar: Verschlüsselung, welche gerüchteweise von Cäsar verwendet wurde.

D.h. die Verschlüsselung begann wohl mit der Entwicklung der Schrift.

AES IDEA DES

unüb.H.gly.

M-209 Enigma Hill One-Time Pad

Steg.gr. Skytale

Atbash Caesar Alkindus

Phelippes Vigenere

Jefferson Kasiski Babbage Playfair

-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000

(4)

Atbash (ca 600 v.Chr.)

a

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x↦n−1−xmitx∈{0, . . . ,n−1}

unüb.H.gly.

Atbash -600

-2000 -1900 -1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

(5)

Steganographie

Beispiel aus dem Altertum:

Griechenland gegen Persien im 5. J. v.Chr.

Xerxes gegen Athen und Sparta.

Informant: Demaratos in Susa.

Nachricht auf Holztafel mit Wachs bedeckt.

Seeschlacht am 23 Sep.

480 v.Chr. Bucht von Salamis.

Weitere versteckte Nachrichten:

Beschriebene Kopfhaut, Seidenstoff als

Wachskugel verschlucken, Doppelte Böden, unsichtbare Geheimtinten, Mikropunkte und weitere.

unüb.H.gly.

Steg.gr.

Atbash -480

-2000 -1900 -1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

(6)

Skytale

Griechische Verschlüsselung (Sparta) Vorgehen:

1

Wickel Band auf Stab.

2

Beschreibe aufgewickeltes Band.

3

Versende Band (Buchstaben sind gemischt).

4

Wickel Band um gleich dicken Stab.

5

Lese Nachricht

D.h. die Buchstaben werden vertauscht (transponiert).

unüb.H.gly.

Steg.gr.

Skytale

Atbash

-2000 -1900 -1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

(7)

Cäsar

a d

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v c

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d r

u a

d f

i f

i e

h n

q

x↦x+kmodnmitx∈{0, . . . ,n−1}

unüb.H.gly.

Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar -50

-2000 -1900 -1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

(8)

Affines System

a

j

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q

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x

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e

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x↦x∗a+bmodnmit ggT(n,a)=1

unüb.H.gly.

Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar

-2000 -1900 -1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

(9)

Keyword Caesar

a

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n v

o x↦π(x)

unüb.H.gly.

Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar

-2000 -1900 -1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0

(10)

1:8 Von der Zeitenwende bis 1900 < > Walter Unger 2.11.2015 13:19 WS2015/16 Zn

Arabische Gelehrte

Ziel: bestimme Reihenfolge der Offenbarungen.

Untersuche Wandel der Sprache.

Untersuche Häufigkeit von Worten

Abu Yusuf Ya’qub ibn Is-haq ibn as-Sabbah al-Kindi (801–873)

Erst 1987 gefunden im Süleiman Osman Archiv.

Entwickelte dabei die Häufigkeitsanalyse.

Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar Alkindus 850

-800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

(11)

Häufigkeitsanalyse

E N I R S A T

18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %

s z r j e zm x d g b e i mv e r s c h y t z x x z y u r x l u e s s e l n i s i s r i i z o h mh t b i t t e d a r a

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Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar Alkindus

-800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

(12)

Vigenere (1585) von Blaise de Vigenère (1523-1596)

a b c d e gf h i j k l m n op q r s t u v w x y z bc de gf h ij k ml n o p q r s t u v w xy z a c d e gf h i j k ml n po q r s t u v w x y z a b de gf h ji k l m n o p q r s t u v w x y z a bc e gf h i j k ml n o p q r s t u v w xy z a b c d gf h i j k l m n op q r s t u v w x y z a bc de g h ij k ml n o p q r s t u v w xy z a b c d e f h

i j k ml n po q r s t u v w x y z a bc de gf ji k l m n o p q r s t u v w x y z a bc d e gf h j k ml n o p q r s t u v w xy z a b c de gf h i k

l m n op q r s t u v w x y z a bc de gf h i j ml

n o p q r s t u v w xy z a b c d e gf h i j k m n po q r s t u v w x y z a bc de gf h ij k l n o p q r s t u v w x y z a bc d e gf h i j k ml o p q r s t u v w xy z a b c de gf h ij k l m

n p q r s t u v w x y z a bc de gf h i j k ml n o q r s t u v w xy z a b c d e gf h i j k l m

n op r s t u v w x y z a bc de gf h ij k ml n o p q s t u v w x y z a bc d e gf h i j k ml n op q r t u v w xy z a b c de gf h ij k l m

n o p q r s u v w x y z a bc de gf h i j k ml n o p q r s t v w xy z a b c d e gf h i j k l m

n op q r s t u w x y z a bc de gf h ij k ml n o p q r s t u v x y z a bc d e gf h i j k ml n op q r s t u v w y z a b c de gf h ij k l m

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Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar Alkindus Vigenere

1585

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

(13)

Vigenere (Entschlüsseln)

a z y x w v u t s qr p o n m l k j i hg f e d c b ba zy x w v u t s r q p o n m l kj i hg ef dc c b a z y x w v u t s r q p o n m l k j i hg f e d dc ba yz x w v u t s qr p o n m l k j i hg ef e d c b a z y x w v u t s r q p o n m l kj i hg f fe dc ba z y x w v u t s qr p o n m l k j i hg g f e d c ba zy x w v u t s r q p o n m l kj i h hg ef dc b a z y x w v u t s r q p o n m l k j i i hg f e dc ba yz x w v u t s qr p o n m l k j j i hg ef d c b a z y x w v u t s r q p o n m l k kj

i hg fe dc ba z y x w v u t s qr p o n m l

l k j i hg f e d c ba zy x w v u t s r q p o n m m

l kj i hg ef dc b a z y x w v u t s r q p o n n m l k j i hg f e dc ba yz x w v u t s qr p o o n m l k j i hg ef d c b a z y x w v u t s r q p p o n m l kj i hg fe dc ba z y x w v u t s qr q p o n m l k j i hg f e d c ba zy x w v u t s r r q p o n m l kj i hg ef dc b a z y x w v u t s s r q p o n m l k j i hg f e dc ba yz x w v u t t s qr p o n m l k j i hg ef d c b a z y x w v u u t s r q p o n m l kj i hg fe dc ba z y x w v v u t s qr p o n m l k j i hg f e d c ba zy x w w v u t s r q p o n m l kj i hg ef dc b a z y x x w v u t s r q p o n m l k j i hg f e dc ba yz y x w v u t s qr p o n m l k j i hg ef d c b a z z y x w v u t s r q p o n m l kj i hg fe dc ba a

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Steg.gr.

Skytale

1585

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

(14)

Vigenere mit Autokey

a b c d e gf h i j k l m n op q r s t u v w x y z bc de gf h ij k ml n o p q r s t u v w xy z a c d e gf h i j k ml n po q r s t u v w x y z a b de gf h ji k l m n o p q r s t u v w x y z a bc e gf h i j k ml n o p q r s t u v w xy z a b c d gf h i j k l m n op q r s t u v w x y z a bc de g h ij k ml n o p q r s t u v w xy z a b c d e f h

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n p q r s t u v w x y z a bc de gf h i j k ml n o q r s t u v w xy z a b c d e gf h i j k l m

n op r s t u v w x y z a bc de gf h ij k ml n o p q s t u v w x y z a bc d e gf h i j k ml n op q r t u v w xy z a b c de gf h ij k l m

n o p q r s u v w x y z a bc de gf h i j k ml n o p q r s t v w xy z a b c d e gf h i j k l m

n op q r s t u w x y z a bc de gf h ij k ml n o p q r s t u v x y z a bc d e gf h i j k ml n op q r s t u v w y z a b c de gf h ij k l m

n o p q r s t u v w x z a bc de gf h i j k ml n o p q r s t u v w xy a

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Steg.gr.

Skytale

1585

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

(15)

Vigenere mit Autokey (Entschlüsseln)

a z y x w v u t s qr p o n m l k j i hg f e d c b ba zy x w v u t s r q p o n m l kj i hg ef dc c b a z y x w v u t s r q p o n m l k j i hg f e d dc ba yz x w v u t s qr p o n m l k j i hg ef e d c b a z y x w v u t s r q p o n m l kj i hg f fe dc ba z y x w v u t s qr p o n m l k j i hg g f e d c ba zy x w v u t s r q p o n m l kj i h hg ef dc b a z y x w v u t s r q p o n m l k j i i hg f e dc ba yz x w v u t s qr p o n m l k j j i hg ef d c b a z y x w v u t s r q p o n m l k kj

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Steg.gr.

Skytale

1585

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

(16)

Babington-Verschwörung (1586)

Frage: Warum ist England nicht katholisch?

Anthony Babington mit einer Gruppe von befreundeten Katholiken.

Ziel: protestantische englische Königin Elisabeth I. zu ermorden.

Maria Stuart aus dem Gefängnis zu befreien.

Briefe mit einem Nomenklator verschlüsselt.

Thomas Phelippes gelang die Dechiffrierung der Nachrichten mit Hilfe der Häufigkeitsanalyse.

Steg.gr.

Skytale

Atbash Caesar Alkindus Phelippes Vigenere

1586

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800