Alphabet (Kryptographie)

In der Kryptographie versteht man unter einem Alphabet anders als im allgemeinen Sprachgebrauch eine geordnete Anordnung von Symbolen, die die Grundlage für einen Klartext oder den mithilfe eines Verschlüsselungsverfahrens und unter Verwendung eines Schlüssels daraus gewonnenen Geheimtext darstellen. Im einfachsten Fall werden hierzu die 26 Großbuchstaben unseres üblichen lateinischen Alphabets permutiert (umgeordnet). Es wird häufig auch als Schlüsselalphabet oder Geheimalphabet bezeichnet.

In einer zweiten Bedeutung unterscheidet sich der Begriff nicht von der Verwendung in der Informatik als endlicher Zeichenvorrat (siehe Alphabet (Informatik)).

Beispiele

Das folgende Alphabet (im kryptographischen Sinn) wurde unter Zugrundelegung der üblichen 26 Großbuchstaben des lateinischen Alphabets und mit dem Schlüsselwort „WIKIPEDIA“ erzeugt.

WIKPEDABCFGHJLMNOQRSTUVXYZ

Dazu wurden zunächst alle Buchstaben des Schlüsselworts an den Anfang des zu erzeugenden Alphabets geschrieben, wobei mehrfach auftretende Buchstaben, wie das zweite und dritte „I“ in WIKIPEDIA nicht berücksichtigt werden. Aus WIKIPEDIA wird so WIKPEDA. Daran anschließend werden die restlichen Buchstaben des lateinischen Alphabets aufgefüllt. Anstelle der hier verwendeten „normalen“ Auffüllung, die aus kryptographischen Sicherheitsaspekten den Nachteil hat, dass das Schlüsselalphabet meist (wie auch hier) auf „…XYZ“ endet, sind auch andere Auffüllverfahren denkbar und gebräuchlich.

Eine „revertierte“ Auffüllung, bei der man das Restalphabet in umgekehrter (revertierter) Reihenfolge auffüllt, ergibt das folgende Geheimalphabet:

WIKPEDAZYXVUTSRQONMLJHGFCB

Eine Alternative ist die „progressive“ Auffüllung, also beginnend mit dem letzten Buchstaben des Kennworts, hier „A“ den Rest des unverbrauchten Alphabets anzuschließen. Für das in diesem Beispiel gewählte Kennwort ist die Auffüllreihenfolge jedoch hier identisch zur normalen Auffüllung.

Möglich ist auch eine willkürlich verwürfelte Buchstabenreihenfolge zu wählen. Dies hat zwar den praktischen Nachteil, dass sie zumeist nicht im Kopf behalten werden kann, bietet jedoch den Vorteil einer verbesserten kryptographischen Sicherheit.

Terminologie

Allgemein formuliert, geht es in der Kryptographie darum, einen Klartext durch Verschlüsselung mit einem Schlüssel in einen Geheimtext umzuwandeln. Abhängig davon, wie der Klartext dazu aufgespalten wird, wie viele „Alphabete“ zur Verschlüsselung verwendet werden und aus wie vielen Zeichen diese Alphabete aufgebaut sind und schließlich auf welche Weise der Geheimtext zusammengesetzt wird, können die unterschiedlichen kryptographischen Verfahren und die dabei verwendeten Alphabete systematisch kategorisiert werden. Dazu dient die folgende Nomenklatur:

Klartextzerlegung

• Der Klartext wird in Einzelzeichen zerlegt: monographisch (auch: einfach)
• Der Klartext wird in Zeichen-Paare zerlegt: bigraphisch
• Der Klartext wird in Zeichen-Tripel zerlegt: trigraphisch
• Der Klartext wird in Zeichen-Quadrupel zerlegt: tetragraphisch
• Der Klartext wird in Zeichen-Quintupel zerlegt: pentagraphisch
• Der Klartext wird in Zeichen-Oktupel zerlegt: oktographisch

Alphabetanzahl

• Zur Verschlüsselung wird ein einziges Alphabet verwendet: monoalphabetisch
• Zur Verschlüsselung werden „viele“ Alphabete verwendet: polyalphabetisch

Alphabetstruktur

• Das Alphabet besteht aus zwei Zeichen: binäre Chiffrierung, z. B. Binärcode
• Das Alphabet besteht aus drei Zeichen: ternäre Chiffrierung
• Das Alphabet besteht aus vier Zeichen: quaternäre Chiffrierung
• Das Alphabet besteht aus fünf Zeichen: quinäre Chiffrierung, z. B. ADFGX
• Das Alphabet besteht aus sechs Zeichen: senäre Chiffrierung, z. B. ADFGVX
• Das Alphabet besteht aus zehn Zeichen: denäre Chiffrierung, z. B. den zehn Ziffern
• Das Alphabet besteht aus 26 Zeichen, beispielsweise unserem gewohnten lateinischen Alphabet
• Das Alphabet besteht aus 32 Zeichen (5 bit), beispielsweise beim Baudot-Code
• Das Alphabet besteht aus 128 Zeichen (7 bit), beispielsweise beim ASCII
• Das Alphabet besteht aus 256 Zeichen (8 bit), beispielsweise beim erweiterten ASCII
• Das Alphabet besteht aus 18.446.744.073.709.551.616 Zeichen (64 bit), beispielsweise beim DES-Verfahren im ECB-Mode

Geheimtexterzeugung

• Der Geheimtext wird aus Einzelzeichen erzeugt: monopartit
• Der Geheimtext wird aus Zeichen-Paaren erzeugt: bipartit
• Der Geheimtext wird aus Zeichen-Tripeln erzeugt: tripartit
• Der Geheimtext wird aus Zeichen-Oktetten erzeugt: oktopartit, z. B. Bytes

Literatur

• Friedrich Ludwig Bauer: Entzifferte Geheimnisse, Methoden und Maximen der Kryptographie. Springer, Berlin 2000 (3. Aufl.). ISBN 3-540-67931-6
• Christian Reder: Wörter und Zahlen. Das Alphabet als Code. Springer, Wien–New York 2000. ISBN 3-211-83406-0