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?
A hat fünfmal Q, B dagegen E und N je fünfmal und kein Q, kein X – wie Deutsch. In B sind die Buchstaben echt, nur die Reihenfolge ist vertauscht: Transposition (lateinisch: umstellen). Beide Zettel sagen übrigens dasselbe.
Wie bringt man Buchstaben so durcheinander, dass der Empfänger sie wieder ordnen kann?
Station 1 · Skytale
Der Stab ist der Schlüssel
Auftrag: Wählt die Stabdicke. Vermutet zuerst: Welche drei Buchstaben stehen vorn auf dem Streifen? Dann abwickeln.
Ein Lederstreifen wird um einen Stab gewickelt. Man schreibt längs des Stabs, Zeile für Zeile. Wie viele Zeilen rund um den Stab passen, hängt von seiner Dicke ab.
Buchstaben rund um den Stab
Auf dem Stab: Jede Spalte ist eine Windung des Streifens
Die letzte Zeile ist nicht voll. Leere Plätze werden mit X aufgefüllt (schräg gedruckt).
Abgewickelter Streifen (kleine Zahl = Zeile auf dem Stab)
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?
Der Schlüssel ist eine kleine Zahl. Eve probiert die Stäbe der Reihe nach, wie die 25 Verschiebungen bei Cäsar.
Profi-Tipp: Bei vollem Streifen geht 24 ohne Rest durch die Stabdicke auf.
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.
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.
6 + 11 + 6 Buchstaben: WIR SEHEN UNS AM LEUCHTTURM
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?
Umstellen ändert keinen Buchstaben, also auch nicht, wie oft er vorkommt. Eve weiß: Hier wurde umgestellt. Wie, verrät das Zählen nicht – dafür probiert sie Schlüssel.
Im Deutschen ist E mit rund 17 % am häufigsten. Kurze Texte weichen ab, hier steht R auf Platz 2.
Station 5 · Geschichte
Älter als Cäsar
Auftrag: Schätzt zuerst: Welches Verfahren ist das älteste? Dann aufdecken.
7. Jh. v. Chr.
Skytale
Unsichere erste Erwähnung beim Dichter Archilochos. Als Geheimschrift genannt ab dem 3. Jh. v. Chr.
1. Jh. v. Chr.
Cäsar
Verschieben im Alphabet, berichtet vom Geschichtsschreiber Sueton.
9. Jh.
Häufigkeitsanalyse
al-Kindi zählt Buchstaben, um Geheimtexte zu knacken.
16. Jh.
Vigenère
Ein Schlüsselwort wechselt die Verschiebung.
1918
ADFGVX
Ersetzen und Umstellen, deutsches Heer im Ersten Weltkrieg.
2001
AES
Ersetzen und Verschieben in vielen Runden, heute im WLAN.
Umstritten: Ausführlich beschreibt erst Plutarch um 100 n. Chr., wie die Spartaner die Skytale benutzten – rund 500 Jahre nach den Ereignissen. Manche Historiker meinen: Die Stäbe trugen ganz normale Botschaften, das Verschlüsseln sei eine spätere Legende.
Allein ist Umstellen schwach. Was passiert, wenn man es mit Ersetzen kombiniert?
Station 6 · Ausblick
Ersetzen (Substitution) und Umstellen (Transposition)
Auftrag: Schaltet die Bausteine ein und aus. Was kann Eve am Ergebnis noch erkennen?
Klartext
→
→
Geheimtext
| Bausteine | Häufigster Buchstabe | Lesbar? | 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?
Nein. 25 Verschiebungen mal ein paar Stabdicken sind nur wenige hundert Versuche.
Stark wird die Kombination erst mit starken Bausteinen. ADFGVX (1918) ersetzte jeden Buchstaben durch zwei Zeichen und stellte sie danach in Spalten um. Der Franzose Georges Painvin knackte trotzdem Nachrichten. AES (2001) ersetzt und verschiebt in 10 bis 14 Runden.
Abschluss
Check
Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen.
1. Im Geheimtext sind Q und X die häufigsten Buchstaben. Was ist es?
Eine Transposition hätte die Häufigkeiten des Deutschen: E vorn, Q und X selten. Also wurden Buchstaben ersetzt, zum Beispiel mit Cäsar.
2. Was ist bei der Skytale der Schlüssel?
Die Dicke legt fest, wie viele Buchstaben auf eine Windung passen. Nur mit einem gleich dicken Stab steht die Nachricht wieder in Zeilen.
3. Was verrät das Zählen der Buchstaben bei einer Transposition?
Eve erkennt: Hier wurde umgestellt. Die richtige Reihenfolge muss sie durch Ausprobieren der Schlüssel finden.