Das One-Time-Pad

Über 400 Jahre lang, blieb das Problem bestehen. Wie konnte Alice eine Chiffre entwerfen die ihren Fingerabdruck verbirgt, und somit die Weitergabe von Informationen verhindern? Die Antwort lautet: Zufall. Stell dir vor, Alice würfelt einen Würfel mit 26 Seiten um eine lange Liste von zufälligen Verschiebungen zu generieren, und teilt diese mit Bob anstelle eines Codewortes. Um nun ihre Nachricht zu verschlüsseln, benutzt Alice die Liste der zufälligen Verschiebungen. Es ist wichtig, dass diese Liste der Verschiebungen genauso lang ist wie die Nachricht, um Wiederholungen zu vermeiden. Dann schickt sie sie an Bob, der die Nachricht mit der gleichen Liste von zufälligen Verschiebungen entschlüsselt. Jetzt hat Eva ein Problem, denn die resultierende verschlüsselte Nachricht hat zwei starke Eigenschaften. Erstens: Die Verschiebungen fallen nie in ein sich wiederholendes Muster. Und zweitens, die verschlüsselte Nachricht hat eine einheitliche Frequenz- verteilung. Weil es keinen Frequenzunterschied und damit kein Leck gibt, ist es nun unmöglich für Eve die Verschlüsselung zu knacken. Dies ist die stärkste mögliche Methode der Verschlüsselung, und sie entstand gegen Ende des 19. Jahrhunderts. Sie ist heute bekannt als das One-Time-Pad. Zur Veranschaulichung der Stärke des One-Time-Pad, müssen wir die kombinatorische Explosion verstehen die hier stattfindet. Zum Beispiel verschiebt die Caesar Chiffre jeden Buchstaben um die gleiche Verschiebung, welche eine Zahl zwischen 1 und 26 ist. Wenn Alice also ihren Namen verschlüsselt, würde dies zu einer von 26 möglichen Verschlüsselungen führen. Eine kleine Anzahl Möglichkeiten, leicht, sie alle zu überprüfen, dies nennt man auch Brute-Force-Suche. Vergleiche dies mit dem One-Time Pad, bei dem jeder Buchstabe um eine andere Zahl zwischen 1 und 26 verschoben wird. Überlege dir nun die Anzahl der möglichen Verschlüsselungen. Es ist 26 fünfmal mit sich selbst multipliziert, was fast 12 Millionen sind. Manchmal ist dies schwer sich vorzustellen, Stell dir also vor, sie schrieb ihren Namen auf eine einzige Seite, und obendrauf gestapelt alle möglichen Verschlüsselungen. Wie hoch denkst du würde das sein? Mit fast 12 Millionen möglichen Fünf-Buchstaben-Sequenzen, wäre dieser Papierstapel riesig, über einen Kilometer hoch. Wenn Alice ihren Namen mit dem One-Time-Pad verschlüsselt, ist es dasselbe, als würde sie eine dieser Seiten zufällig auszuwählen. Aus der Perspektive von Eve, der Code-Knackerin, hat jedes verschlüsselte Wort aus fünf Buchstaben die gleiche Wahrscheinlichkeit wie ein beliebiges Wort aus diesem Stapel. Das ist also perfekte Geheimhaltung in Aktion.