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Klicktafel · Informatik · Klasse 7–10 · Reihe Kryptographie, Tafel 6

Transposition: Buchstaben bleiben, die Reihenfolge nicht

Ein anderes Prinzip als bei Cäsar: Kein Buchstabe wird ausgetauscht, nur umgestellt. Mit Skytale und Gartenzaun verschlüsseln, durch Ausprobieren knacken – und sehen, woran Eve eine Transposition sofort erkennt.

Zur Reihe: Übersicht Verschlüsselung · Cäsar-Verschlüsselung

Einstieg

Zwei Zettel, zwei Geheimschriften

Auftrag: Vergleicht die beiden Zettel. Welche Buchstaben kommen oft vor, welche gar nicht?

Zettel A ist mit Cäsar verschlüsselt. Zettel B mit einem Verfahren, das ihr noch nicht kennt.

Zettel A · Cäsar

WUHII HQDPD OWHQK DIHQX PQHXQ

Zettel B · ???

TELAM RNTFN EAEEE FMNNU FAHUN

Die Leerzeichen gehören nicht zur Nachricht: Geheimtexte schreibt man in Fünfergruppen.

Was ist bei Zettel B anders als bei Cäsar?

Station 1 · Skytale

Der Stab ist der Schlüssel

Auftrag: Wählt die Stabdicke. Vermutet zuerst: Welche drei Buchstaben stehen vorn auf dem Streifen? Dann abwickeln.

Station 2 · Knacken

Eve findet einen Streifen

Auftrag: Eve kennt das Verfahren, aber nicht den Stab. Probiert Stabdicken aus: Bei welcher entstehen Wörter?

Gefundener Streifen, 24 Buchstaben

Um einen Stab wickeln mit … Buchstaben pro Windung:

Noch kein Stab gewählt.

Warum ist die Skytale schnell geknackt?

Station 3 · Gartenzaun

Im Zickzack schreiben, zeilenweise lesen

Auftrag: Schreibt Schritt für Schritt in den Zaun, lest Zeile für Zeile. Dann knackt den Geheimtext rechts unten.

Zeilen:

Geheimtext:

Geknackt? 3 Zeilen, 23 Buchstaben:

WEUMC UISHN NALUH TRRES ETM

Tipp: Zeichnet einen Zaun mit 23 leeren Plätzen und zählt, wie viele in jede Zeile gehören.

Station 4 · Häufigkeit

Was Eve trotzdem merkt

Auftrag: Vermutet zuerst: Sehen die Balken der Skytale aus wie beim Klartext oder wie bei Cäsar? Dann umschalten.

Eve zählt die Buchstaben eines Geheimtexts. Woran erkennt sie eine Transposition?

Station 5 · Geschichte

Älter als Cäsar

Auftrag: Schätzt zuerst: Welches Verfahren ist das älteste? Dann aufdecken.

Station 6 · Ausblick

Ersetzen (Substitution) und Umstellen (Transposition)

Auftrag: Schaltet die Bausteine ein und aus. Was kann Eve am Ergebnis noch erkennen?

Klartext

Geheimtext

BausteineHäufigster BuchstabeLesbar?Eve probiert

Umstellen verwischt die Häufigkeiten nicht: H steht für E. So findet Eve die Verschiebung und probiert danach nur noch Stäbe.

Ist Cäsar + Skytale jetzt sicher?

Abschluss

Check

Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen.

1. Im Geheimtext sind Q und X die häufigsten Buchstaben. Was ist es?

2. Was ist bei der Skytale der Schlüssel?

3. Was verrät das Zählen der Buchstaben bei einer Transposition?

Hinweise für Lehrkräfte

Jahrgang und Zeit

Klasse 7–10, Informatik, Tafel 6 der Reihe Kryptographie. Vorwissen: Cäsar und das Zählen von Buchstaben. Station 6 (Kombination) liegt am oberen Ende; in Klasse 7 eher als kurzer Lehrervortrag.

45 Minuten: Einstieg, Stationen 1, 2 und 4, Check. 90 Minuten: alle Stationen, dazu eine echte Skytale bauen: Papierstreifen (ca. 1,5 cm breit) um einen Stift und um eine Papprolle wickeln, gegenseitig Nachrichten schicken und knacken.

Lernziele

  • Substitution (Buchstaben ersetzen) und Transposition (Reihenfolge ändern) unterscheiden.
  • Mit Skytale und Gartenzaun ver- und entschlüsseln und den Schlüssel benennen (Stabdicke, Zeilenzahl).
  • Begründen, warum eine Transposition die Buchstabenhäufigkeit nicht ändert und Eve sie daran erkennt.
  • Erklären, warum die Kombination zweier schwacher Verfahren noch nicht sicher ist.

Typische Fehlvorstellungen

  • „Die Häufigkeitsanalyse knackt jede Verschlüsselung.“ Richtig ist: Bei einer Transposition verrät sie nur das Verfahren, nicht den Klartext.
  • „Durcheinander heißt zufällig.“ Richtig ist: Die Umstellung folgt einer festen Regel, sonst könnte niemand entschlüsseln.
  • „Zwei Verfahren hintereinander sind doppelt so sicher.“ Richtig ist: Die Schlüsselzahlen multiplizieren sich nur, und Schwächen bleiben sichtbar (Station 6).
  • „Die Skytale war sicher die Geheimschrift Spartas.“ Richtig ist: Das ist unter Historikern umstritten (Station 5).

Vereinfachungen

  • Auf dem Stab läuft der Streifen schräg (als Schraube). Das Raster in Station 1 zeichnet die Windungen gerade als Spalten; die Reihenfolge der Buchstaben ist dieselbe.
  • Groß ohne Leerzeichen, Ä als AE, ß als SS. Ist die letzte Zeile nicht voll, wird mit X aufgefüllt. Auf einem echten Stab blieben die Plätze leer.
  • Eve ist in der Kryptographie der übliche Name für die Person, die mithört (englisch eavesdropper).

Lösungen

  • Einstieg: TREFFEN AM ALTEN HAFEN UM NEUN (Skytale mit 5 Buchstaben pro Windung).
  • Station 2: KISTE STEHT HINTER DEM DEICH (Stabdicke 4).
  • Station 3: WIR SEHEN UNS AM LEUCHTTURM.

An der Tafel

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