D. Symmetrische Kryptographie

Kryptographie ist die Wissenschaft der Verschlüsselung und Entschlüsselung von Informationen, um sie vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Diese Disziplin hat eine lange und faszinierende Geschichte. Schon in der Antike wurde die Cäsarverschlüsselung verwendet, bei der Buchstaben um eine bestimmte Anzahl Positionen im Alphabet verschoben wurden, um Nachrichten zu verschleiern. Im 16. Jahrhundert nutzte Maria Stuart eine Nomenklatur, um wichtige Informationen durch den Ersatz von Wörtern zu schützen. Im Laufe der Zeit entwickelte sich die polyalphabetische Verschlüsselung, bei der verschiedene Verschiebungen innerhalb einer Nachricht angewendet wurden, was die Entschlüsselung erschwerte. Während des Zweiten Weltkriegs wurde die deutsche Enigma Maschine verwendet, um komplexe Verschlüsselungen zu erzeugen, die von den Alliierten jedoch erfolgreich entschlüsselt wurden. Diese historischen Meilensteine legten den Grundstein für die moderne Kryptographie, die heute eine entscheidende Rolle im Schutz digitaler Kommunikation und Daten spielt.

Alle oben erwähnten Verfahren haben etwas gemeinsam: es handelt sich um symmetrische Verfahren, d.h. die Nachricht wird mithilfe eines bestimmten Schlüssels verändert und sie kann dann mithilfe desselben Schlüssels wieder entschlüsselt werden (indem man die Schritte der Verschlüsselung rückgängig macht).

Die Kryptograpie besteht aus einem immer wiederkehrenden Kreislauf: neue Methoden werden entwickelt, diese sind eine Zeit lang sicher und werden dann aber schliesslich geknackt, sodass wieder neue Methoden erfunden werden müssen. So ist es nicht verwunderlich, dass alle erwähnten Verfahren durch das clevere Ausnutzen von Schwachstellen und durch die Anwendung von statistischen Verfahren geknackt wurden.

In der binär digitalisierten Welt bestehen die zu verschlüsselnden Daten aus einem Datenstrom, der aus lauter Einsern und Nullen besteht. Man unterscheidet grundsätzlich zwei Verfahren: Stromchiffren und Blockchiffren. Blockchiffren unterteilen die Meldung in gleich grosse Blöcke (z.B. 32, 64 128 Bit) und verschlüsseln dann jeden Block für sich. Stromchiffren chiffrieren einen Datenstrom direkt Bit für mit mit Hilfe von xOr-Verknüpfungen (mit einem nicht endenden Schlüssel und mit Hash-Tricks, damit sie nicht geknackt werden können). Wir werden uns im Folgenden auf Blockchiffren konzentrieren.