Was ist Playfair-Chiffre?
Playfair-Chiffre ist eine symmetrische Verschlüsselungsmethode, beim angewandten Substitutionsverfahren wird ein Klartext durch einen Geheimtext ersetzt und so verschlüsselt. Der britische Physiker Charles Wheatstone erfand die Playfair-Chiffre im Jahr 1854 und benannte diese nach seinem Freund Lord Lyon Playfair. Das britische Militär setzte die Chiffre-Methode bis zum Ende des 1. Weltkriegs ein. Es liegt der Chiffre ein Polybios-Quadrat zugrunde, das aus dem Schlüsselwort erstellt wird. Das Polybios-Quadrat nutzt ein 5x5 Quadrat, in das man die Buchstaben in der richtigen Reihenfolge des Schlüssels schreibt. Als Chiffrat dienen die Koordinaten der Buchstaben-Positionen. Bei der Playfair-Chiffre erfolgt die Gruppierung der Buchstaben in Zweier-Pärchen, wobei Buchstaben-Pärchen mit identischen Buchstaben für den Algorithmus ein Problem darstellen. Daher wird zwischen zwei doppelten Buchstaben in einem Paar ein X geschoben, sodass der zweite Buchstabe im nächsten Paar landet. Das letzte Paar wird bei Bedarf mit einem A oder anderem Füllbuchstaben aufgefüllt. Der Algorithmus verschlüsselt also nicht einzelne Buchstaben, sondern Gruppen von Buchstaben. Die Buchstaben i und j belegen in der Matrix gemeinsam ein Element. Das Schlüsselwort wird in die Matrix eingetragen und diese mit dem restlichen Buchstaben des Alphabets gefüllt, ohne dass Buchstaben doppelt vorkommen. Für jedes Buchstabenpaar vom Klartext werden dann die folgenden Bedingungen abgefragt:
1. Befinden sich beide Buchstaben in derselben Zeile?
Dann wird jeder Buchstabe einzeln verschlüsselt, indem man ihn durch den nächstfolgenden Buchstaben ebendieser Zeile in der Matrix ersetzt. Ist der Klartextbuchstabe der letzte der Zeile, wird dieser mit dem ersten Buchstaben der Zeile verschlüsselt.
2. Befinden sich beide Buchstaben in derselben Spalte?
Dann wird jeder Buchstabe verschlüsselt und durch den unter ihm stehenden Buchstaben in derselben Spalte ersetzt.
3. Trifft keine der beiden genannten Bedingungen zu und beide Buchstaben liegen weder in derselben Spalte noch in derselben Reihe?
In diesem Fall geht man in der Zeile des ersten Klarbuchstabens nach rechts oder links zur Spalte mit dem zweiten Buchstaben. Der dort befindliche Buchstabe ist die Chiffre für diesen. Das gleiche Verfahren wird mit dem zweiten Buchstaben angewandt.
Die Entschlüsselung erfolgt auf demselben Weg, nur in umgekehrter Richtung. Man nimmt statt dem nachfolgenden Buchstaben den vorangehenden und statt des darunter stehenden Buchstabens den darüber liegenden.
Beispiel für Playfair-Chiffre
Für die Verschlüsselung des Klartexts ist ein Schlüsselwort nötig. Zunächst wird das Schlüsselwort zeilenweise in die 5x5-Matrix eingetragen, wobei bereits eingetragene Zeichen nicht wiederholt werden. Im Anschluss trägt man die übrigen Buchstaben des Alphabets in die Matrix ein. Der Klartext wird in jeweils zwei Buchstaben zerlegt.
Klartext: Ich komme morgen
Schlüssel: Geheimnis
Zerlegung des Klartexts in: ic hk om me mo rg en
Die Matrix für das Schlüsselwort sieht folgendermaßen aus:
Matrix:
~
G E H I M
N S A B C
D F K L N
O P Q R T
U V W X Y
~
Anwendung: Der Klartext beginnt mit dem Buchstabenpaar „ic“. Da beide weder in derselben Zeile noch Spalte stehen, kommt Regel 3 zum Einsatz. Aus „i“ wird daher „m“ und aus „c“ wird „b“. Das nächste Paar „hk“ befindet sich in derselben Spalte, aus „h“ wird daher „a“ und aus „k“ wird ein „q“.
Am Ende wird aus:
ic hk om me mo rg en
der Geheimtext:
mb aq tg gh gt io mf
Wofür gibt es Playfair-Chiffre?
Die Playfair-Chiffre wurde während des 1. Weltkriegs zur Übermittlung geheimer Nachrichten eingesetzt, heute kommt die Chiffre eher im privaten Bereich zum Einsatz und wird als Beispiel-Chiffre gelehrt. Die Playfair-Chiffre zählt zu den monoalphabetischen Chiffren und gehört durch die Bildung der Buchstabenpaare zur Klasse der bigraphischen Verfahren. Bei Kenntnis von genügend auf gleiche Weise verschlüsselter Texte kann das Verfahren gebrochen werden. Ein Vorteil ist, dass eine teilweise entschlüsselte Chiffre keinen Rückschluss auf den gesamten Klartext zulässt. In der heutigen Zeit stellt Playfair-Chiffre kein sicheres Verschlüsselungsverfahren mehr dar. Mithilfe von Computern lassen sich kurze mit Playfair verschlüsselte Texte knacken. Es ist möglich, die Playfair-Chiffre mit einer Häufigkeitsanalyse anzugreifen. Die Analyse macht zwar auf einzelne Buchstaben angewandt keinen Sinn, aber die Buchstabenpaare weisen in der jeweiligen Sprache bestimmte Häufigkeiten auf. In der deutschen Sprache kommen beispielsweise die Buchstabenpaare „en“, „er“ und „ch“ sehr häufig vor.
Eine Erweiterung für mehr Sicherheit ist die Seriated Playfair-Chiffre, dabei wird der Klartext in Abschnitte mit angegebener Länge in zwei Zeilen untereinander geschrieben und die Paare werden vertikal über diese zwei Zeilen gebildet. Davon abgesehen gelten die Regeln wie bei der Playfair-Chiffre.