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Monoalphabetische Substitution

Bei der monoalphabetischen Substitution wird jedes Zeichen des Klartextes durch ein anderes Zeichen ersetzt, wodurch der Geheimtext entsteht. Die Umwandlungsvorschrift ist der Schlüssel: Ein Klartextzeichen wird somit über den gesamten Geheimtext immer durch dasselbe Geheimtextzeichen dargestellt. Die Sicherheit ergibt sich durch die Geheimhaltung der Umwandlungstabelle.
Ein bekannte Beispiele für die für monoalphabetische Substitutionen sind die Caesar-Verschlüsselung.

Zuerst wird das Klartextalphabet bestimmt. Es enthält alle Zeichen die für die Klartextnachricht benötigt werden. In diesem Beispiel wird sich auf die Großbuchstaben beschränkt. 

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

Nun wird ein weiteres beliebiges Alphabet gebildet:
/ Q W E R T Z * L K J H G F D S A Ä Ö Ü M N B V C X

Ein A wird somit zu einem /. Ein B zu einem Q. Ein C zu einem W, usw. Das Wort „BEISPIEL“ würde somit unleserlich chiffriert zu: „QRLÖSLRH“.

Mit einer Häufigkeitsanalyse lässt sich die Chiffre sehr schnell brechen.


Eine der ältesten Chiffretypen war die einfache Substitution oder monoalphabetische Substitution, bei welcher jeder Buchstabe eines Alphabets durch einen anderen ersetzt wird. Jeder Buchstabe im Klartext entspricht einem bestimmten Buchstaben im Ciphertext. Das früheste bekannte Beispiel ist die Atbash Chiffre, welche im Alten Testament vorkommt und von 600-500 v.Chr. entstammt. Sie verwendet das hebräische Alphabet, wobei der erste Buchstabe durch den letzten, der zweite durch den vorletzten etc. ersetzt wird. Im englischen Alphabet lautet die Atbash Substitution:

Atbash cipher

                Klartext:  abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
                Ciphertext: ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
            

Ein weiteres Beispiel ist die Caesar-Chiffre, welche von römischen Feldherren Julius Caesar (100-40 v.Chr.) verwendet wurde, um Botschaften unter anderem mit Marcus Tullius Cicero (106-43 v.Chr.) auszutauschen. In dieser Version wird jeder Buchstabe durch den Buchstaben ersetzt, welcher im Alphabet drei Stellen später kommt. Somit wird der Buchstabe A durch D ersetzt, B durch E usw. Die komplette Substitution ist:

Caesar cipher

                Klartext:  abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
                Ciphertext: DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
            

Spätere Versionen der monoalphabetischen Substitution verwenden ein Schlüsselwort, um das Verschlüsselungsalphabet zu erstellen. Wenn Wortaufteilungen beibehalten werden, wird laut American Cryptogram Association (ACA) von der Aristokrat-Chiffre gesprochen, während die Patristokrat-Chiffre die Aufteilungen nicht beibehält. Eine zusätzliche Regel der ACA besgat, dass kein Buchstabe des Klartextes durch den selben Ciphertext-Buchstaben ersetzt werden kann. Um das zu sichern kann das Alphabet nötigenfalls verschoben werden.
Es können vier Substitutionstypen verwendet werden: K1, K2, K3 und K4


K1 Schlüsselwort: Schlüssel im Klartext-Alphabet


                pt: gcarlinbdefhjkmopqstuvwxyz
                CT: QRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOP
            

K2 Schlüsselwort: Schlüssel im Ciphertext-Alphabet


                pt: abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
                CT: HJKMOPQSTUVWXYZGCARLINBDEF
            

K3 Schlüsselwort: Schlüssel in beiden Alphabeten gleich


                pt: gcarlinbdefhjkmopqstuvwxyz
                CT: FHJKMOPQSTUVWXYZGCARLINBDE
            

K4 Schlüsselwort: Unterschiedlicher Schlüssel in beiden Alphabeten


                pt: gcarlinbdefhjkmopqstuvwxyz
                CT: KLMNPRSVWXYZQUOTEABCDFGHIJ
            

Die folgenden Beispiele verschlüsseln das Zitat von George Carlin "To be intoxicated is to feel sophisticated but not be able to say it.” mithilfe der vier besagten Schlüsseltypen.

Beispiele:
Schlüsseltyp: K1
Schlüsselwort Klartext: GCARLIN


                Klartext:  to be intoxicated is to feel sophisticated but not be able to say it
                Ciphertext: JF XZ VWJFNVRSJZY VI JF AZZU IFGBVIJVRSJZY XKJ WFJ XZ SXUZ JF ISO VJ
            

Schlüsseltyp: K2
Schlüsselwort Ciphertext: GCARLIN


                Klartext:  to be intoxicated is to feel sophisticated but not be able to say it
                Ciphertext: LZ JO TYLZDTKHLOM TR LZ POOW RZGSTRLTKHLOM JIL YZL JO HJWO LZ RHE TL
            

Schlüsseltyp: K3
Schlüsselwort Klartext: GCARLIN
Schlüsselwort Ciphertext: GCARLIN


                Klartext:  to be intoxicated is to feel sophisticated but not be able to say it
                Ciphertext: RZ QT OPRZBOHJRTS OA RZ UTTM AZGVOAROHJRTS QLR PZR QT JQMT RZ AJD OR
            

Schlüsseltyp: K4
Schlüsselwort Klartext: GCARLIN
Schlüsselwort Ciphertext: QUOTE


                Klartext:  to be intoxicated is to feel sophisticated but not be able to say it
                Ciphertext: CT VX RSCTHRLMCXW RB CT YXXP BTEZRBCRLMCXW VDC STC VX MVPX CT BMI RC
            

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