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Homofone Substitution - Prof. Dr. Norbert Pohlmann

Homofone Substitution

Homofone Substitution als elementares Verschlüsselungsverfahren

Was ist eine homofone Substitution?


Die homofone Substitution ist als elementares Verschlüsselungsverfahren eine Verbesserung der monoalphabetischen Substitution. Die Verbesserung wird durch eine Verschleierung der Häufigkeit erreicht. Das heißt, die Verschlüsselungsvorschrift wird so gestaltet, dass alle Schlüsseltextzeichen mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftreten: Jedem Buchstaben ist eine Menge von Zeichen zugeordnet, und zwar so, dass die Anzahl der Schlüsseltextzeichen, die zu ihm gehören, seiner Häufigkeit entspricht. Demnach existieren für das E die meisten Zeichen, während für Raritäten wie X oder Y ein einzelner Ersatz ausreicht. Bei der Verschlüsselung wird der Klartextbuchstabe zufällig einem passenden Schlüsseltextzeichen zugeordnet. Da Letztere zufällig gewählt werden, kommt jedes Zeichen gleich häufig vor.

Beispiel Verschlüsselungsvorschrift einer homofonen Substitution
Klartext Schlüsseltext

A 	(10, 21, 52, 59, 71)
B 	(20, 34)
C 	(28, 06, 80)
D 	(19, 58, 70, 81, 87)
E 	(09, 18, 29, 33, 38, 40, 42, 54, 55, 60, 66, 75, 85, 86, 92, 93, 99)
F 	(00, 41)
G 	(08, 12, 97)
H 	(01, 07, 24)
I 	(14, 39, 50, 65, 76, 88, 94)
J 	(57)
K 	(23)
L 	(02, 05, 82)
M 	(27, 11, 49)
N 	(30, 35, 43, 62, 67, 68, 72, 77, 79)
O 	(26, 53)
P 	(31)
Q 	(25)
R 	(17, 36, 51, 69, 74, 78, 83)
S 	(15, 16, 45, 56, 61, 73, 96)
T 	(13, 32, 90, 91, 95, 98)
U 	(03, 04, 47)
V 	(37)
W 	(22)
X 	(44)
Y 	(48)
Z 	(64)

Beispiel einer Verschlüsselung

Klartext: K R Y P T O L O G I E

Schlüsseltext: 23 69 48 31 90 26 05 53 08 94 33

Beispiel: Der Klartext wurde aus den 26 Großbuchstaben gebildet, der Schlüsseltext aus den Zahlen 1 bis 99 bestimmt. Die Zuordnung der Zahlen zu den Großbuchstaben hängt von der Häufigkeit der Buchstaben ab. In dem Beispiel werden die einzelnen Buchstaben durch zufällig ausgewählte Schlüsseltextzeichen substituiert, die ihnen zugeordnet sind: K durch 23, R durch 69 (möglich wären auch 17, 36 etc.), Y durch 48 usw.

Kryptoanalyse: Homofone Substitution

Natürlich können auch homofone Substitutionen gebrochen werden. Ein Ansatz dafür basiert auf der Beobachtung, dass nicht nur einzelne Buchstaben, sondern auch bestimmte Buchstabenpaare statistisch gesehen häufiger vorkommen als andere, wie aus der Abbildung hervorgeht. Diese Vorgehensweise ist noch längst keine vollständige Kryptoanalyse. Sie zeigt aber deutlich, dass auch ein auf den ersten Blick „praktisch unknackbares“ Verfahren sich bei näherem Hinsehen als durchaus angreifbar entpuppt. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, dass die Entwicklung von Kryptosystemen sehr komplex ist und erklärt, warum nur wenige Experten sie erfolgreich betreiben.

Homofone Substitution Buchstabenpaareverteilung deutsche Alphabet
Abbildung: Buchstabenpaareverteilung deutsche Alphabet – © Copyright-Vermerk

Die homofone Substitutionen spielt heute in ihrer ursprünglichen Form keine Rolle mehr.


Weitere Informationen zum Begriff “Homofone Substitution”

Vorlesung: „Kryptographie“

Artikel:
„Kryptographie: Von der Geheimwissenschaft zur alltäglichen Nutzanwendung“
Elementare Verschlüsselungsverfahren (Artikel)
Symmetrische Verschlüsselungsverfahren (Artikel)
Asymmetrische Verschlüsselungsverfahren (Artikel)
Prüfsummen, Zertifikate und die elektronische Signatur (Artikel)
Public Key Infrastruktur (PKI) (Artikel)
Vertrauensmodelle von Public-Key-Infrastrukturen (Artikel

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Master-Studiengang Internet-Sicherheit (IT-Sicherheit, Cyber-Sicherheit)

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Homofone Substitution
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Homofone Substitution
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Die homofone Substitution ist eine Verbesserung der monoalphabetischen Substitution. Die Verbesserung wird durch eine Verschleierung der Häufigkeit erreicht, indem die Verschlüsselungsvorschrift so gestaltet wird, dass alle Schlüsseltextzeichen mit der gleichen Wahrscheinlichkeit auftreten.
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Institut für Internet-Sicherheit – if(is)
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Homofone Substitution als elementares Verschlüsselungsverfahren
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