Algorithmische Kryptographie (WS2015/16)
Kapitel 1
Motivation und Symmetrische Verfahren
Walter Unger
Lehrstuhl für Informatik 1
15:27 Uhr, den 12. Dezember 2015
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1 Inhaltsverzeichnis Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Inhalt I
1
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen Geschichte bis zur ZeitenwendeVon der Zeitenwende bis 1900 Von 1900 bis 1950
Grundlagen
2
DES Einleitung Schlüsselverarbeitung Operationsmodi3
IDEA Idee Das Verfahren Entschlüsselung4
AES Idee Das Verfahren5
AusklangSystemloses System Moderne Angriffe
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:1 Geschichte bis zur Zeitenwende Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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
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1:2 Geschichte bis zur Zeitenwende 1/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Atbash (ca 600 v.Chr.)
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d
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x7→n−1−xmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Atbash -600
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:2 Geschichte bis zur Zeitenwende 2/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Atbash (ca 600 v.Chr.)
a
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b
y
c
x
d
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e
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k a
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i
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d
w
r
i
o
l
m
n
x7→n−1−xmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Atbash -600
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:2 Geschichte bis zur Zeitenwende 3/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Atbash (ca 600 v.Chr.)
a
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b
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c
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w r
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x7→n−1−xmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Atbash -600
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:2 Geschichte bis zur Zeitenwende 4/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Atbash (ca 600 v.Chr.)
a
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b
y
c
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i o
l m
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x7→n−1−xmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Atbash -600
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:3 Geschichte bis zur Zeitenwende Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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.
Steg.gr.
Atbash -480
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:4 Geschichte bis zur Zeitenwende Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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).
Steg.gr.
Skytale
Atbash
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:5 Geschichte bis zur Zeitenwende 1/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Cäsar
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f i
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i l
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l o
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n q
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p s
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o
a
d
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u
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d
f
i
f
i
e
h
n
q
x7→x+kmodnmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar -50
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:5 Geschichte bis zur Zeitenwende 2/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Cäsar
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x7→x+kmodnmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar -50
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:5 Geschichte bis zur Zeitenwende 3/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Cäsar
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y b
z c
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v c
f h
k l
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d r
u a
d f
i f
i e
h n
q
x7→x+kmodnmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar -50
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:5 Geschichte bis zur Zeitenwende 4/4 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Cäsar
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i e
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q
x7→x+kmodnmitx∈ {0, . . . ,n−1}
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar -50
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:6 Geschichte bis zur Zeitenwende 1/3 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Affines System
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s
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l
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w
x7→x∗a+bmodnmit ggT(n,a) =1
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:6 Geschichte bis zur Zeitenwende 2/3 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Affines System
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x7→x∗a+bmodnmit ggT(n,a) =1
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:6 Geschichte bis zur Zeitenwende 3/3 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Affines System
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x7→x∗a+bmodnmit ggT(n,a) =1
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:7 Geschichte bis zur Zeitenwende 1/3 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Keyword Caesar
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o x7→π(x)
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:7 Geschichte bis zur Zeitenwende 2/3 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Keyword Caesar
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o x7→π(x)
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
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1:7 Geschichte bis zur Zeitenwende 3/3 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Keyword Caesar
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g p
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k t
m u
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o x7→π(x)
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar
-1800 -1700 -1600 -1500 -1400 -1300 -1200 -1100 -1000 -900 -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:8 Von der Zeitenwende bis 1900 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 1/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? y t z x x z y u r x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
i s r i i z o h mh ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
t k w t h d g i z u ? ? ? ? ? ? ? ? ?
o h x x j r i o zm ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? s z n h u u i z u g ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
h z t k r v n z r i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
x h u h y l x z z r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? u h u vm r k k j f ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
z v y r d g r x i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
a 0 b 0
c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 2/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? y t z x x z y u r x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
i s r i i z o h mh ? ? ? ? ? ? ? ? ?
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?
h z t k r v n z r i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
x h u h y l x z z r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? u h u vm r k k j f ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
z v y r d g r x i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
a 0 b 0 c 0
d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 3/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? y t z x x z y u r x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
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i s r i i z o h mh ? ? ? ? ? ? ? ? ?
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h z t k r v n z r i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
x h u h y l x z z r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? u h u vm r k k j f ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
z v y r d g r x i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
a 0 b 0 c 0 d 3
d
d
d
e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
Steg.gr.
Skytale
Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 4/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? y t z x x z y u r x ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
i s r i i z o h mh ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
t k w t h d g i z u ? ? ? ? ? ? ? ? ?
o h x x j r i o zm ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? s z n h u u i z u g ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
?
h z t k r v n z r i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
x h u h y l x z z r ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? u h u vm r k k j f ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
z v y r d g r x i ? ? ? ? ? ? ? ? ?
a 0 b 0 c 0 d 3
e 1
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Atbash Caesar Alkindus
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 5/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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Atbash Caesar Alkindus
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 6/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 7/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 8/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 9/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 10/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 11/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 12/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 13/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 14/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 15/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 16/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 17/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 18/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 19/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 20/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 21/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 22/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 23/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 24/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 25/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 26/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 27/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
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Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:9 Von der Zeitenwende bis 1900 28/28 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Häufigkeitsanalyse
E N I R S A T
18.46 % 11.42 8.02 7.14 7.04 5.38 5.22 %
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Skytale
Atbash Caesar Alkindus
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:10 Von der Zeitenwende bis 1900 1/7 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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
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Skytale
Atbash Caesar Alkindus Vigenere
1585
-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:10 Von der Zeitenwende bis 1900 2/7 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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
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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
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Atbash Caesar Alkindus Vigenere
1585
-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:10 Von der Zeitenwende bis 1900 3/7 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
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
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Motivation aus der Geschichte und Grundlagen DES IDEA AES Ausklang
1:10 Von der Zeitenwende bis 1900 4/7 Walter Unger 12.12.2015 15:27 WS2015/16 Z
Vigenere (1585) von Blaise de Vigenère (1523-1596)
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