Zahlenschloss

Diese Verschlüsselung wurde 2020 in einer besonderen Ausgabe der British National Cipher Challenge vorgestellt und vielfach auch als Combination-lock Cipher bezeichnet. Es handelt sich um ein fragmentiertes Verfahren, das an ein Zahlenschloss bei Koffern oder Fahrrädern erinnert.

Klartext	Dies ist ein geheimer Text
Schlüssel	364

Die Klartextbuchstaben A bis Z werden mit den Zahlen von 1 bis 26 codiert. Die Codes werden dann in das Zahlensystem zur Basis 3 umgewandelt, sodass drei Bits für die Darstellung ausreichen. Da Leerzeichen nicht aus dem Klartext entfernt werden, wird diesem die Zahl 0 zugeordnet. Zur besseren Darstellung werden Leerzeichen durch einen Unterstrich _ dargestellt.

Umwandlung in das Dreiersystem

_	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
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	2	2	2	2
0	0	0	1	1	1	2	2	2	0	0	0	1	1	1	2	2	2	0	0	0	1	1	1	2	2	2
0	1	2	0	1	2	0	1	2	0	1	2	0	1	2	0	1	2	0	1	2	0	1	2	0	1	2

Der Buchstabe E besitzt etwa die Kennzahl 5, die im Dreiersystem (012)₃ lautet.

5 = (012)₃ = 0 · 3² + 1 · 3¹ + 2 · 3⁰

Mit der Umwandlungstabelle wird der Klartext verschlüsselt.

Zugeordnete Ziffern

D I E S _ I S T _ E I N _ G E H E I M E R _ T E X T

0 1 0 2 0 1 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 2 0 2 0 2 2

1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 2 1 2 1 0 1 1 0 0 0 1 2 0

1 0 2 1 0 0 1 2 0 2 0 2 0 1 2 2 2 0 1 2 0 0 2 2 0 2

Nach der Codierung der Klartextbuchstaben mit den Ziffern des Dreiersystems kommt der Schlüssel 364 zur Anwendung. Die drei Ziffern des Schlüssels geben an, um wie viele Positionen die unteren drei horizontalen Ziffernfolgen nach rechts verschoben werden. Diese Verschiebungen werden zyklisch vorgenommen, d.h., die Ziffern am rechten Rand werden dabei nach vorne verschoben. In der oberen der drei Zeilen betrifft dies bei dem gewählten Schlüssel 364 die letzten Ziffern 022, in der mittleren Zeile die Ziffern 000120 und in der unteren Zeile die vier Ziffern 02202.

Verschieben der Ziffernfolgen

		D I E S _ I S T _ E I N _ G E H E I M E R _ T E X T
3	⟶	0 2 2 0 1 0 2 0 1 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 2 0 2
6	⟶	0 0 0 1 2 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 2 1 2 1 0 1 1
4	⟶	2 2 0 2 1 0 2 1 0 0 1 2 0 2 0 2 0 1 2 2 2 0 1 2 0 0

Durch die drei Verschiebungen werden den Buchstaben des Klartextes neue Ziffern zugeordnet. Der erste Buchstabe D mit der Kennzahl 4 wurde zunächst durch die Ziffern 011 codiert. Nach den Verschiebungen lauten die neuen Ziffern 002, die den Buchstaben B kennzeichnen.

Abschließend werden die neuen Ziffern wieder in Buchstaben zurückverwandelt.

Verschlüsselung mit den verschobenen Ziffernfolgen

0 2 2 0 1 0 2 0 1 2 2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 2 0 2

0 0 0 1 2 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 2 1 2 1 0 1 1

2 2 0 2 1 0 2 1 0 0 1 2 0 2 0 2 0 1 2 2 2 0 1 2 0 0

B T R E P _ W A L R S B _ K I E _ D B H N O D T C U

Damit lautet der Geheimtext

Geheimtext

BTREP _WALR SB_KI E_DBH NODTC U

Variante

Ein Teilnehmer der Challenge schlug eine Variante vor, bei der die Fragmentierung noch ausgeprägter vorgenommen wird.

Hier muss der Klartext eine gerade Anzahl von Buchstaben enthalten, sodass er notfalls mit einem Füllzeichen verlängert wird. Zudem wird ein Schlüsselwort verwendet, das aus sechs Buchstaben besteht.

Klartext	Dies ist ein geheimer Text
Schlüssel	ENIGMA

Im ersten Schritt wird der Klartext in zwei Buchstabenfolgen unterteilt, deren Buchstaben gemäß der Umwandlungstabelle codiert werden. Dabei werden die Kennzahlen der Buchstaben in das Dreiersystem umgewandelt und immer abwechselnd der linken und rechten Buchstabenfolge vertikal zugeordnet.

Zugeordnete Ziffern

D E _ S _ I _ E E M R T X     I S I T E N G H I E _ E T

0 0 0 2 0 1 0 0 0 1 2 2 2     1 2 1 2 0 1 0 0 1 0 0 0 2

1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 2     0 0 0 0 1 1 2 2 0 1 0 1 0

1 2 0 1 0 0 0 2 2 1 0 2 0     0 1 0 2 2 2 1 2 0 2 0 2 2

Zusätzlich werden auch den Buchstaben des Schlüssels die Kennzahlen aus dieser Tabelle zugeordnet.

E	N	I	G	M	A
5	14	9	7	13	1

Den ersten drei Buchstaben ENI des Schlüssels werden die Zahlen 5, 14 und 9, den hinteren Buchstaben die Zahlen 7, 13 und 1 zugeordnet. Diese Zahlen bestimmen die Größe der Verschiebungen der horizontalen Ziffernfolge, die sich aus der Codierung im Dreiersystem ergeben.

Verschieben der Ziffernfolgen

		D E _ S _ I _ E E M R T X			I S I T E N G H I E _ E T
5	⟶	0 1 2 2 2 0 0 0 2 0 1 0 0	7	⟶	0 0 1 0 0 0 2 1 2 1 2 0 1
14	⟶	2 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0	13	⟶	0 0 0 0 1 1 2 2 0 1 0 1 0
9	⟶	0 0 0 2 2 1 0 2 0 1 2 0 1	1	⟶	2 0 1 0 2 2 2 1 2 0 2 0 2

Nach den Verschiebungen werden die neuen Kombinationen von Ziffern wieder in Buchstaben zurückverwandelt.

Verschlüsselung mit den verschobenen Ziffernfolgen

0 1 2 2 2 0 0 0 2 0 1 0 0     0 0 1 0 0 0 2 1 2 1 2 0 1

2 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0     0 0 0 0 1 1 2 2 0 1 0 1 0

0 0 0 2 2 1 0 2 0 1 2 0 1     2 0 1 0 2 2 2 1 2 0 2 0 2

F L U T T A _ B U D N _ A     B _ J _ E E Z P T L T C K

Diese Buchstaben bilden aneinandergereiht zusammen den Geheimtext.

Geheimtext

FLUTT A_BUD N_AB_ J_EEZ PTLTC K