Heute gibt es viele Organisationen und Fachleute, die sich mit den Problemen der Verschlüsselung beschäftigen und so hat man Algorithmen entwickelt, die als absolut sicher gelten, wie beispielsweise 3Des, Aes, Blowfish und ähnliche. Doch die Menschen haben in der Geschichte schon viele Verfahren dieser Sicherheitsstufe zugeordnet und nach einigen Jahren wurden sie dann doch geknackt. Eines der ersten solchen Systeme ist die Caesarchiffre, die auf dem Verfahren der "Einfachen Substitution" beruht.

Einfache Substitutionschiffren

Substitution heißt "Ersetzung" und bedeutet, dass jedes Zeichen durch ein anderes vertreten wird. Julius Caesar entwickelte eines der ersten Chiffrierverfahren, das nach diesem Prinzip arbeitet. Er verschiebt das ihm vorliegende Alphabet um eine festgelegte Anzahl an Stellen gegen sich selbst, wobei die Weite der Verschiebung den Schlüssel - das Passwort - der Chiffre bildet. Es liegt eine bijektive Abbildung des Alphabets auf sich selbst vor. Das bedeutet, dass jedem Zeichen genau ein anderes Zeichen zugeordnet ist.


Später wurde dann das Alphabet nicht nur um eine gewisse Position verschoben, sondern willkürlich verwürfelt. Im Prinzip ist das genau das selbe, wie Caesar es gemacht hat, nur dass jetzt der Schlüsselaustausch etwas schwieriger wurde. Das System wird auch monoalphabetische Verschlüsselung genannt, da für jeden Klartextbuchstaben genau ein Geheimtextbuchstabe steht ( griech.: mono = ein). Auf den ersten Blick scheint das System vom Grad der Verwürfelung abzuhängen, doch egal wie oft man die Buchstaben vertauscht, es wird nicht sicherer.

Die Kryptoanalytiker untersuchten den Geheimtext auf die Häufigkeit der auftretenden Buchstaben und verglichen sie mit der zugehörigen Häufigkeitsverteilung der eingesetzten Sprache. Anhand dieser Werte konnten die Buchstaben zurückübersetzt werden. Eine nähere Beschreibung des Verfahrens einschließlich eines Beispiels findet man im Anhang. Dies wurde schon sehr früh erkannt und ausgenutzt. Es musste also nach einem neuen, sichereren Verfahren gesucht werden, um einen geheimen Nachrichtenaustausch gewährleisten zu können.

Polyalphabetische Substitution

Im Jahre 1585 entwickelte der damals junge Diplomat und Angestellte des Herzogs von Nevers: Blaise de Vigenere (1523-1596) - auf Basis der Idee eines Florentiner Mathematikers: Leon Battista Alberti (*1404) - ein neues Chiffrierverfahren. Dieses beruht zwar auch auf dem Caesarprinzip, jedoch wird bei jedem Buchstaben der Schlüssel verändert, indem er den Grad der Verschiebung um eins erhöht.
Das Verfahren wird Polyalphabetische Substitution genannt und bedeutet im allgemeinen, dass jeder Klartextbuchstabe mit einem anders verwürfelten Alphabet verschlüsselt wird, damit charakteristische Textmuster, wie Buchstaben-Häufigkeitsverteilung verschwinden. Die allgemeine Version wird oft auch als Vigenere-Chiffre bezeichnet, obwohl sie einige Unterschiede zu der Methode von Vigenere aufweist. Um einen Text zu verschlüsseln, verwendet man für jeden Buchstaben eine andere Verschiebung, die durch ein Schlüsselwort angegeben wird. Jeder Buchstabe entspricht einer Zahl, die der Position im Alphabet entspricht: (A - 0) (B - 1) ... (Z - 25). Mathematisch ausgedrückt:
[env]F 01: G = (K + S ) MOD 26[/env]
G ... Geheimtextzeichenrn
K ... Klartextzeichenrn
S ... Schlüsselzeichen

Das Schlüsselwort wird aneinander gereiht und ergibt dadurch einen eben so langen Text, wie der Klartext:
[env]Klartext: DIES IST EIN TESTTEXT FUER VIGENERE
Schlüssel: AUTO AUT OAU TOAUTOAU TOAU TOAUTOAU
Geheimtext: DCXG IMM SIH MSSNMSXN YIEL OWGYGSRY
[/env]

Aufgrund der nicht durchführbaren Häufigkeitsanalyse, war die Kryptoanalyse für die Kryptologen der damaligen Zeit ein schier unlösbares Problem. Die Vigenere-Chiffre galt deshalb lange Zeit für unknackbar, was ihr auch den Namen "Le Chiffre Indechiffrable" (Die unentschlüsselbare Chiffre) gab. Doch obwohl sie später entschlüsselt wurde, nahmen viele Kryptologen dieses System zum Vorbild für eigene Entwicklungen.

Chiffrierzylinder

Ende des 18. Jh. entwickelte der Amerikaner Thomas Jefferson eine Apparatur, die zur Ver- und Entschlüsselung von Texten diente: "Wheel cypher" - einen Chiffrierzylinder. Obwohl es eine großartige Neuerung im Kryptologiewesen darstellte, setzte er sie nie richtig ein oder machte sie gar der Öffentlichkeit zugänglich. So geriet seine Erfindung schnell wieder in Vergessenheit und wurde von anderen Wissenschaftlern, wie Charles Babbage 1854 oder Major Etienne Bazeries 1891, an anderen Orten nochmals erfunden und entwickelt. Der Chiffrierzylinder besteht aus aneinandergereihten, auf einen Stab aufgesetzte Holz- bzw. Metallscheiben, die an ihrer Kante die Buchstaben des Alphabets zufällig permutiert aufgedruckt oder eingraviert hatten. Die einzelnen Scheiben konnten gegeneinander gedreht werden, so dass sie einen Text in einer Reihe erzeugten. Auch die Reihenfolge der Scheiben war variabel und bildete den Schlüssel dieses Kryptosystems. Um einen Text zu chiffrieren stellte man den Klartext in einer Zeile ein und las den Geheimtext in einer anderen ab. Aufgrund der verschieden permutierten Alphabete auf den Scheiben, spricht man von einer Polyalphabetischen Chiffre. Sie besitzt im Falle des Chiffrierzylinders eine bestimmte Periodenlänge. Diese ist abhängig von der Anzahl der verwendeten Scheiben (zwischen 25 und 30 war üblich). Eine kryptologische Grundregel lautet, dass der Feind immer über das verwendete Kryptosystem Bescheid weiß und somit auch die Anzahl der verwendeten Scheiben kennt, wodurch eine Kryptoanalyse möglich ist.
1922 wurde das "wheel chypher" von der US-Navy "neu" entdeckt, weiterentwickelt und dann auch eingesetzt. Der Grund dafür war die einfache und schnelle Handhabung des Geräts bei relativ hoher Sicherheit. Um nun das statistische Prinzip auf dieses System anzuwenden, bedarf es eines sehr langen verschlüsselten Textes, aufgrund der sehr langen Periode. In der Kryptoanalyse würde man einen Klartextangriff starten, also nach vermutlich enthaltenen Wörtern suchen, um daraus auf den Schlüssel zu schließen. So besitzt dieses System zwar keine absolute Sicherheit, jedoch bei kürzeren Texten eine ausreichend hohe. Im zweiten Weltkrieg wurde Jeffersons Zylinder, der auch als "Rad des Jefferson" bezeichnet wurde, hauptsächlich außerhalb von Deutschland eingesetzt.

Codebücher

Im Deutschen Kaiserreich setzte man auf die Codebücher, welche jedem Wort eine bestimmte Zahl zuordneten und lexikalisch geordnet waren. Der Vorteil dieses einteiligen Codes war, dass man zum Ver- und Entschlüsseln ein und das selbe Buch verwendet konnte. Der Nachteil war, dass ein Kryptoanalytiker auf bestimmte Wörter hätte schließen können, wenn schon ein anderes bekannt war. Als am 25. August 1914 das deutsche Schiff "Magdeburg" vor der Insel Odensholm auf Grund lief und kurz darauf ein russischer Oberleutnant das Schiff einnahm, entdeckte ein Untersuchungsteam auf dem Grund des Wassers zwei bleibeschwerte "Signalbücher der Kaiserlichen Marine", was dem Codebuch entsprach. Die Aktion wurde vertuscht und die Dokumente genutzt, um deutsche Funksprüche zu entschlüsseln. Ein Exemplar der Signalbücher überließen die Russen dann den Engländern, welche sich sogleich in "Room 40" - dem Britischen Chiffrierbüro, damit beschäftigten. Es war nun möglich einen Großteil der deutschen Nachrichten zu entschlüsseln. Diese waren damals noch recht selten, da man den Funk noch nicht kannte und somit nur über Telegrafenleitungen oder Briefverkehr miteinander kommunizieren konnte.

Das Zimmermann Telegramm
Auch das sogenannte Zimmermann-Telegramm konnte entschlüsselt werden. Es sollte einen Pakt zwischen Mexiko, Japan und Deutschland aushandeln, um so die USA aus dem Krieg zu halten. Dies überzeugte Präsident Wilson, doch noch in den ersten Weltkrieg einzusteigen, um die Briten und Franzosen zu unterstützen. Er galt als ein Präsident der Versöhnungspolitik, der versuchte die Kriegsgegner zu beruhigen und Friedensvorschläge zu unterbreiten. Doch sein Vertrauen wurde missbraucht, so konnten die Deutschen sogar die amerikanische Kabelverbindung nach Berlin benutzen, um Ihr "Zimmermann-Telegramm" (nach dem deutschen Außenminister Arthur Zimmermann benannt, welcher dieses Schreiben anfertigte) nach Amerika, an den deutschen Botschafter Graf von Bernsdorf, zu senden. Das Telegramm wurde am 17. Januar 1917 auf drei verschiedenen Wegen nach Amerika gesandt und wurde auch dreimal von den Briten abgefangen, da das Kabel über England lief. So hatten die Leute von "Room 40" das exakte Telegramm und die deutschen Signalbücher in der Hand und konnten den Text größtenteils entschlüsseln und den Plan der Deutschen aufdecken. Die Deutschen hatte jedoch keine Ahnung davon, dass ihre Codebücher unsicher waren, da auch diese Aktion sehr gut vertuscht wurde. Sie verwendeten sie weiterhin, ohne Zweifel an Ihrer Sicherheit. Dies gab den Alliierten die Gelegenheit, viele Nachrichten mithören zu können und so die Stellungen der Truppen oder auch geheime Abkommen zu erkennen und auszunutzen.