Monoalphabetische Substitution - Prof. Dr. Norbert Pohlmann

Die monoalphabetische Substitution ist als elementares Verschlüsselungsverfahren eine recht einfache Methode, um einen Klartext zu verschlüsseln. Dabei wird jedes Zeichen des Klartextes nach einem festgelegten Schema, der Verschlüsselungsvorschrift, durch ein anderes, ihm zugeordnetes Zeichen ersetzt (substituiert).

Die Verschlüsselungsvorschrift im Beispiel sieht vor, jeden Buchstaben des lateinischen Alphabets durch genau einen anderen zu ersetzen: I durch U, T durch Q, S durch P usw. Aus dem Klartext „ITSICHERHEIT“ wird der Schlüsseltext „UQPUXKLYKLUQ“. Bei einer anderen Verschlüsselungs-, also Zuordnungsvorschrift sieht auch der Schlüsseltext anders aus. Für dieses Verfahren lassen sich auch verschiedenartige Alphabete einsetzen, so können etwa lateinische Buchstaben und 26 ausgewählte chinesische Schriftzeichen verwendet werden.

Beispiel Verschlüsselungsvorschrift einer Monoalphabetischen Substitution

(1) 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
(2) G W X V L O A K U B C N D R M F H Y P Q T Z E I J S

Beispiel einer Verschlüsselung

Klartext      ITSICHERHEIT

Schlüsseltext UQPUXKLYKLUQ

Kryptoanalyse: Monoalphabetische Substitution

Eine monoalphabetische Substitution ist sehr leicht zu brechen. Der Schlüssel dazu liegt in der charakteristischen Häufigkeit, mit der Buchstaben in natürlichen Sprachen auftauchen. Die Abbildung zeigt diese Verteilung für das deutsche Alphabet. Nach der Statistik kommt im Deutschen das E am häufigsten vor (17,4 %), gefolgt von N (9,78 %), I (7,55 %), S (7.25 %), R (7 %) usw. Diese Verteilung bleibt auch nach der monoalphabetischen Substitution (Verschlüsselung) erhalten, und mit ihrer Hilfe können Kryptoanalytiker aus dem Schlüsseltext den Klartext berechnen, vorausgesetzt, dass dieser in deutscher Sprache verfasst wurde.

Die monoalphabetische Substitution spielt heute in ihrer ursprünglichen Form keine Rolle mehr. Aber sie wird in der Kombination mit anderen elementaren Verschlüsselungsverfahren, wie Transpositionsverfahren, in Kombination und iterativ in modernen Kryptographie-Verfahren verwendet. Siehe AES

Weitere Informationen zum Begriff “Monoalphabetische Substitution”:

Vorlesung: „Kryptographie“

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

Informationen über das Lehrbuch: „Cyber-Sicherheit“

Glossar Cyber-Sicherheit: Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI)