Verschlüsselung

Prüfungsrelevant ist alles, was in den Lektionen und Übungen behandelt wurde. Die Lernziele unten dienen als Gradmesser und sind nicht unbedingt komplett.

Inhaltliche Lernziele:

• Erkläre die Funktionsweisen der drei klassischen Verschlüsselungsmethoden:
  • Caesar-Verschlüsselungsmethode
  • allgemeine monoalphabetische Verschlüsselungsmethode
  • Vigenère Verschlüsselungsmethode
• Implementiere die ersten beiden Verschlüsselungsmethoden in Python (entschlüsseln und verschlüsseln).
• Verschlüssle/Entschlüssle von Hand Nachrichten, die mit diesen verschlüsselt wurden. Wir folgen der Konvention, dass 'A','B',… im Schlüssel einen Buchstaben um 1,2,… Stellen verschieben.
• Analysiere die Sicherheit dieser Verschlüsselungsmethoden. Vergleiche sie untereinander.
• Entscheide, ob eine gegebene Verschlüsselungsmethode monoalphabetisch ist oder nicht.
  
  
• Erkläre das Grundprinzip einer Häufigkeitsanalyse. Erkläre, wann diese (keinen) Sinn machen.
• Erkläre, was der Kasiski-Test ist, und wie man eine mit Vigenère verschlüsselte Nachricht knacken kann.
• Implementiere in Python eine Häufigkeitsanalyse für einen langen String.
• Erkläre Grundidee und Notwendigkeit von Zeichencodierungen / Zeichentabelle.
• Beschreibe die wichtigsten Eigenschaften der ASCII-Zeichentabelle.
• Wandle ohne Hilfsmittel um: Grossbuchstaben ↔ Zahl
• Erkläre was Unicode ist, was die Idee dahinter ist und …
• … wie Unicode-Zeichen als Binärzahlen gespeichert werden.
• Vergleiche ASCII mit Unicode.
• Erkläre, was ein präfixfreier Code ist und mache (Gegen)Beispiele.
  
  
• Erkläre den XOR-Logikoperator anhand seiner Wahrheitstabelle. Mache konkrete Real-Life Beispiele dazu.
• Erkläre die XOR-Verschlüsselungsmethode:
  • Wie funktioniert sie?
  • Wo kommt sie zum Einsatz?
  • Warum wählt man dazu genau XOR?
  • Was sind ihre Schwächen? Wie kann man sie umgehen?
    
    
• Erkläre, was AES bedeutet und wie es dazu kam.
• Erkläre die beiden Versionen von AES (ECB und CBC) und in groben Zügen deren Funktionsweisen. Verwende dazu die zugehörigen Fachbegriffe.
• Analysiere dessen Sicherheit.
• Entschlüssle/Verschlüssle eine Nachricht mit AES mithilfe von Online-Tools.
• Erkläre, was das Hexadezimalsystem ist, und wie dessen Zahlen aussehen.
• Wandle um: Binärsystem ↔ Hexadezimalsystem
  
  
• Einfache Programme schreiben, die ähnliche Skills verlangen wie die Codes zum aktuellen Thema.

Wichtigste Programmierskills:

• Verstehen, was Funktionen sind und wie man sie programmiert. Begriffe wie 'Argument/Parameter', 'Rückgabewert' und 'Funktionsaufruf' erklären können.
• Durch Elemente von Listen und Strings iterieren können.
• Die Grundbefehle für Listen und Strings kennen wie:
  • Element an bestimmter Position auslesen, ändern
  • Position von Element ermitteln
• Unterschied zwischen Element und Index/Position in Bezug auf Listen und Strings kennen.
• Umrechnungen:
  • ASCII ↔ Zahl
  • Dezimalzahl, Binärzahl, Hexadezimalzahl

Versuche, die Aufgabe möglichst ohne diese Schritt-für-Schritt Tipps zu lösen.

1. Erstelle einen leeren String für das verschlüsselte Wort, nenne diesen z.B. cipher oder ciphertext
2. Gehe Liste/String Symbol-für-Symbol durch
3. Finde heraus, an welcher Stelle in der Liste/im String dieses vorkommt
4. Addiere die Zahl $n$ hinzu.
5. Stelle sicher, dass diese Zahl nicht zu gross ist. Stichwort: Modulo-Operator
6. Finde das Symbol an dieser Stelle …
7. … und füge es dem verschlüsselten Wort hinzu.
8. Gebe dieses zurück.
9. Passe Code so an, dass Symbole, die nicht in Liste/String vorkommen (z.B. „;“), unverschlüsselt zum verschlüsselten Wort hinzugefügt werden.

Probiere alle möglichen Verschiebungen aus. Am einfachsten geht dies mit einer …!

1. Gehe Buchstaben um Buchstaben durch die Nachricht.
2. Ermittle die Position von diesem Buchstaben im durchmischten Alphabet (Schlüssel).
3. Dieser Buchstabe gehört zum Buchstaben im normalen Alphabet an dieser Stelle.

ALPHABET = ['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', '?']
MORSE = ['.-', '-...', '-.-.', '-..', '.', '..-.', '--.', '....', '..', '.---', '-.-', '.-..', '--', '-.', '---', '.--.', '--.-', '.-.', '...', '-', '..-', '...-', '.--', '-..-', '-.--', '--..', '-.--.', '-.--.-', '-....-', '.-.-.-', '-..-.', '-----', '.----', '..---', '...--', '....-', '--..--', '.....', '-....', '--...', '---..', '----.', '..--..']

1. Die Häufigkeitsanalyse für die deutsche Sprache findest du am Anfang der Aufgabenserie
2. Ersetze im Geheimtext der Reihe nach ein Buchstaben mit einem anderen. Durch welchen Buchstaben sollte man das 'T' ersetzen?
3. Verwende Kleinbuchstaben beim ersetzen, damit man unterscheiden kann zwischen verschlüsselten Buchstaben (Gross) und hoffentlich korrekt entschlüsselten Buchstaben (klein).
4. Verwende z.B. die Funktion replace, um Buchstaben zu ersetzen (siehe Beispiel unten).

geheimtext = geheimtext.replace('X','g') # ersetzt alle grossen X durch kleine g

faust = 'HABE NUN, ACH! PHILOSOPHIE, JURISTEREI UND MEDIZIN, UND LEIDER AUCH THEOLOGIE DURCHAUS STUDIERT, MIT HEISSEM BEMUHN. DA STEH ICH NUN, ICH ARMER TOR! UND BIN SO KLUG ALS WIE ZUVOR; HEISSE MAGISTER, HEISSE DOKTOR GAR UND ZIEHE SCHON AN DIE ZEHEN JAHR HERAUF, HERAB UND QUER UND KRUMM MEINE SCHULER AN DER NASE HERUM UND SEHE, DASS WIR NICHTS WISSEN KONNEN! DAS WILL MIR SCHIER DAS HERZ VERBRENNEN. ZWAR BIN ICH GESCHEITER ALS ALL DIE LAFFEN, DOKTOREN, MAGISTER, SCHREIBER UND PFAFFEN; MICH PLAGEN KEINE SKRUPEL NOCH ZWEIFEL, FURCHTE MICH WEDER VOR HOLLE NOCH TEUFEL DAFUR IST MIR AUCH ALLE FREUD ENTRISSEN, BILDE MIR NICHT EIN, WAS RECHTS ZU WISSEN, BILDE MIR NICHT EIN, ICH KONNTE WAS LEHREN, DIE MENSCHEN ZU BESSERN UND ZU BEKEHREN. AUCH HAB ICH WEDER GUT NOCH GELD, NOCH EHR UND HERRLICHKEIT DER WELT; ES MOCHTE KEIN HUND SO LANGER LEBEN! DRUM HAB ICH MICH DER MAGIE ERGEBEN, OB MIR DURCH GEISTES KRAFT UND MUND NICHT MANCH GEHEIMNIS WURDE KUND; DASS ICH NICHT MEHR MIT SAUREM SCHWEISS ZU SAGEN BRAUCHE, WAS ICH NICHT WEISS; DASS ICH ERKENNE, WAS DIE WELT IM INNERSTEN ZUSAMMENHALT, SCHAU ALLE WIRKENSKRAFT UND SAMEN, UND TU NICHT MEHR IN WORTEN KRAMEN. O SAHST DU, VOLLER MONDENSCHEIN, ZUM LETZTENMAL AUF MEINE PEIN, DEN ICH SO MANCHE MITTERNACHT AN DIESEM PULT HERANGEWACHT. DANN UBER BUCHERN UND PAPIER, TRUBSELGER FREUND, ERSCHIENST DU MIR! ACH! KONNT ICH DOCH AUF BERGESHOHN IN DEINEM LIEBEN LICHTE GEHN, UM BERGESHOHLE MIT GEISTERN SCHWEBEN, AUF WIESEN IN DEINEM DAMMER WEBEN, VON ALLEM WISSENSQUALM ENTLADEN, IN DEINEM TAU GESUND MICH BADEN!WEH! STECK ICH IN DEM KERKER NOCH? VERFLUCHTES DUMPFES MAUERLOCH, WO SELBST DAS LIEBE HIMMELSLICHT TRUB DURCH GEMALTE SCHEIBEN BRICHT! BESCHRANKT MIT DIESEM BUCHERHAUF, DEN WURME NAGEN, STAUB BEDECKT, DEN BIS ANS HOHE GEWOLB HINAUF EIN ANGERAUCHT PAPIER UMSTECKT; MIT GLASERN, BUCHSEN RINGS UMSTELLT, MIT INSTRUMENTEN VOLLGEPFROPFT, URVATER HAUSRAT DREIN GESTOPFT DAS IST DEINE WELT! DAS HEISST EINE WELT!UND FRAGST DU NOCH, WARUM DEIN HERZ SICH BANG IN DEINEM BUSEN KLEMMT? WARUM EIN UNERKLARTER SCHMERZ DIR ALLE LEBENSREGUNG HEMMT? STATT DER LEBENDIGEN NATUR, DA GOTT DIE MENSCHEN SCHUF HINEIN, UMGIBT IN RAUCH UND MODER NUR DICH TIERGERIPP UND TOTENBEIN.FLIEH! AUF! HINAUS INS WEITE LAND! UND DIES GEHEIMNISVOLLE BUCH, VON NOSTRADAMUS EIGNER HAND, IST DIR ES NICHT GELEIT GENUG? ERKENNEST DANN DER STERNE LAUF, UND WENN NATUR DICH UNTERWEIST, DANN GEHT DIE SEELENKRAFT DIR AUF, WIE SPRICHT EIN GEIST ZUM ANDREN GEIST. UMSONST, DASS TROCKNES SINNEN HIER DIE HEILGEN ZEICHEN DIR ERKLART. IHR SCHWEBT, IHR GEISTER, NEBEN MIR; ANTWORTET MIR, WENN IHR MICH HORT! (ER SCHLAGT DAS BUCH AUF UND ERBLICKT DAS ZEICHEN DES MAKROKOSMUS.)HA! WELCHE WONNE FLIESST IN DIESEM BLICK AUF EINMAL MIR DURCH ALLE MEINE SINNEN! ICH FUHLE JUNGES, HEILGES LEBENSGLUCK NEUGLUHEND MIR DURCH NERV UND ADERN RINNEN. WAR ES EIN GOTT, DER DIESE ZEICHEN SCHRIEB, DIE MIR DAS INNRE TOBEN STILLEN, DAS ARME HERZ MIT FREUDE FULLEN, UND MIT GEHEIMNISVOLLEM TRIEB DIE KRAFTE DER NATUR RINGS UM MICH HER ENTHULLEN? BIN ICH EIN GOTT? MIR WIRD SO LICHT! ICH SCHAU IN DIESEN REINEN ZUGEN DIE WIRKENDE NATUR VOR MEINER SEELE LIEGEN. JETZT ERST ERKENN ICH, WAS DER WEISE SPRICHT. "DIE GEISTERWELT IST NICHT VERSCHLOSSEN; DEIN SINN IST ZU, DEIN HERZ IST TOT! AUF, BADE, SCHULER, UNVERDROSSEN DIE IRDSCHE BRUST IM MORGENROT!" (ER BESCHAUT DAS ZEICHEN.) WIE ALLES SICH ZUM GANZEN WEBT, EINS IN DEM ANDERN WIRKT UND LEBT! WIE HIMMELSKRAFTE AUF UND NIEDER STEIGEN UND SICH DIE GOLDNEN EIMER REICHEN! MIT SEGENDUFTENDEN SCHWINGEN VOM HIMMEL DURCH DIE ERDE DRINGEN, HARMONISCH ALL DAS ALL DURCHKLINGEN! WELCH SCHAUSPIEL! ABER ACH! EIN SCHAUSPIEL NUR! WO FASS ICH DICH, UNENDLICHE NATUR? EUCH BRUSTE, WO? IHR QUELLEN ALLES LEBENS, AN DENEN HIMMEL UND ERDE HANGT, DAHIN DIE WELKE BRUST SICH DRANGT IHR QUELLT, IHR TRANKT, UND SCHMACHT ICH SO VERGEBENS? (ER SCHLAGT UNWILLIG DAS BUCH UM UND ERBLICKT DAS ZEICHEN DES ERDGEISTES.) WIE ANDERS WIRKT DIES ZEICHEN AUF MICH EIN! DU, GEIST DER ERDE, BIST MIR NAHER; SCHON FUHL ICH MEINE KRAFTE HOHER, SCHON GLUH ICH WIE VON NEUEM WEIN. ICH FUHLE MUT, MICH IN DIE WELT ZU WAGEN, DER ERDE WEH, DER ERDE GLUCK ZU TRAGEN, MIT STURMEN MICH HERUMZUSCHLAGEN UND IN DES SCHIFFBRUCHS KNIRSCHEN NICHT ZU ZAGEN. ES WOLKT SICH UBER MIR DER MOND VERBIRGT SEIN LICHT DIE LAMPE SCHWINDET! ES DAMPFT! ES ZUCKEN ROTE STRAHLEN MIR UM DAS HAUPTES WEHT EIN SCHAUER VOM GEWOLB HERAB UND FASST MICH AN! ICH FUHLS, DU SCHWEBST UM MICH, ERFLEHTER GEIST ENTHULLE DICH! HA! WIES IN MEINEM HERZEN REISST! ZU NEUEN GEFUHLEN ALL MEINE SINNEN SICH ERWUHLEN! ICH FUHLE GANZ MEIN HERZ DIR HINGEGEBEN! DU MUSST! DU MUSST! UND KOSTET ES MEIN LEBEN! (ER FASST DAS BUCH UND SPRICHT DAS ZEICHEN DES GEISTES GEHEIMNISVOLL AUS. ES ZUCKT EINE ROTLICHE FLAMME, DER GEIST ERSCHEINT IN DER FLAMME.)'

• Erstelle eine Variable (z.B. count_E = 0), in der du mitzählst, wie oft der Buchstabe drin vorkommt. Am Anfang wird die Variable auf $0$ gesetzt. Jedes Mal, wenn ein 'E' angetroffen wird, wird diese um $1$ erhöht.
• Gehe den String faust Symbol um Symbol durch: for (oder while)
• Überprüfe, ob das Symbol ein Buchstabe ist: if symbol in alphabet. Natürlich muss das alphabet vorher als String oder Liste festgelegt werden.
• Jedes Mal, wenn ein E angetroffen wird, soll der Zähler um $1$ erhöht werden.

Gehe Text Symbol für Symbol durch:

for symbol in faust:
    ....

Überprüfe Symbol in Schleife drin

if symbol == 'E':
    ...

Erhöhe Counter

counter_E = 0 # auf Startwert setzen
...
counter_E = counter_E + 1 # um 1 erhöhen

Gehe jeden Buchstaben des Textes in Schleife durch, wie in Lsg 1

Überprüfe, ob Symbol in Alphabet vorkommt:

alphabet = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
...
if symbol in alphabet:
    ...

Erstelle wieder Counter (wie in Lsg 1), diesmal sollen aber nicht die Anzahl 'E', sondern die Anzahl Buchstaben (Symbole, die in Alphabet vorkommen) gezählt werden. Nenne z.B. counter_buchstaben.

Anzahl E: 580

Anzahl Buchstaben: 3846

Häufigkeit E: 15.080603224128966%

faust = 'HABE NUN, ACH! PHILOSOPHIE, JURISTEREI UND MEDIZIN, UND LEIDER AUCH THEOLOGIE DURCHAUS STUDIERT, MIT HEISSEM BEMUHN. DA STEH ICH NUN, ICH ARMER TOR! UND BIN SO KLUG ALS WIE ZUVOR; HEISSE MAGISTER, HEISSE DOKTOR GAR UND ZIEHE SCHON AN DIE ZEHEN JAHR HERAUF, HERAB UND QUER UND KRUMM MEINE SCHULER AN DER NASE HERUM UND SEHE, DASS WIR NICHTS WISSEN KONNEN! DAS WILL MIR SCHIER DAS HERZ VERBRENNEN. ZWAR BIN ICH GESCHEITER ALS ALL DIE LAFFEN, DOKTOREN, MAGISTER, SCHREIBER UND PFAFFEN; MICH PLAGEN KEINE SKRUPEL NOCH ZWEIFEL, FURCHTE MICH WEDER VOR HOLLE NOCH TEUFEL DAFUR IST MIR AUCH ALLE FREUD ENTRISSEN, BILDE MIR NICHT EIN, WAS RECHTS ZU WISSEN, BILDE MIR NICHT EIN, ICH KONNTE WAS LEHREN, DIE MENSCHEN ZU BESSERN UND ZU BEKEHREN. AUCH HAB ICH WEDER GUT NOCH GELD, NOCH EHR UND HERRLICHKEIT DER WELT; ES MOCHTE KEIN HUND SO LANGER LEBEN! DRUM HAB ICH MICH DER MAGIE ERGEBEN, OB MIR DURCH GEISTES KRAFT UND MUND NICHT MANCH GEHEIMNIS WURDE KUND; DASS ICH NICHT MEHR MIT SAUREM SCHWEISS ZU SAGEN BRAUCHE, WAS ICH NICHT WEISS; DASS ICH ERKENNE, WAS DIE WELT IM INNERSTEN ZUSAMMENHALT, SCHAU ALLE WIRKENSKRAFT UND SAMEN, UND TU NICHT MEHR IN WORTEN KRAMEN. O SAHST DU, VOLLER MONDENSCHEIN, ZUM LETZTENMAL AUF MEINE PEIN, DEN ICH SO MANCHE MITTERNACHT AN DIESEM PULT HERANGEWACHT. DANN UBER BUCHERN UND PAPIER, TRUBSELGER FREUND, ERSCHIENST DU MIR! ACH! KONNT ICH DOCH AUF BERGESHOHN IN DEINEM LIEBEN LICHTE GEHN, UM BERGESHOHLE MIT GEISTERN SCHWEBEN, AUF WIESEN IN DEINEM DAMMER WEBEN, VON ALLEM WISSENSQUALM ENTLADEN, IN DEINEM TAU GESUND MICH BADEN!WEH! STECK ICH IN DEM KERKER NOCH? VERFLUCHTES DUMPFES MAUERLOCH, WO SELBST DAS LIEBE HIMMELSLICHT TRUB DURCH GEMALTE SCHEIBEN BRICHT! BESCHRANKT MIT DIESEM BUCHERHAUF, DEN WURME NAGEN, STAUB BEDECKT, DEN BIS ANS HOHE GEWOLB HINAUF EIN ANGERAUCHT PAPIER UMSTECKT; MIT GLASERN, BUCHSEN RINGS UMSTELLT, MIT INSTRUMENTEN VOLLGEPFROPFT, URVATER HAUSRAT DREIN GESTOPFT DAS IST DEINE WELT! DAS HEISST EINE WELT!UND FRAGST DU NOCH, WARUM DEIN HERZ SICH BANG IN DEINEM BUSEN KLEMMT? WARUM EIN UNERKLARTER SCHMERZ DIR ALLE LEBENSREGUNG HEMMT? STATT DER LEBENDIGEN NATUR, DA GOTT DIE MENSCHEN SCHUF HINEIN, UMGIBT IN RAUCH UND MODER NUR DICH TIERGERIPP UND TOTENBEIN.FLIEH! AUF! HINAUS INS WEITE LAND! UND DIES GEHEIMNISVOLLE BUCH, VON NOSTRADAMUS EIGNER HAND, IST DIR ES NICHT GELEIT GENUG? ERKENNEST DANN DER STERNE LAUF, UND WENN NATUR DICH UNTERWEIST, DANN GEHT DIE SEELENKRAFT DIR AUF, WIE SPRICHT EIN GEIST ZUM ANDREN GEIST. UMSONST, DASS TROCKNES SINNEN HIER DIE HEILGEN ZEICHEN DIR ERKLART. IHR SCHWEBT, IHR GEISTER, NEBEN MIR; ANTWORTET MIR, WENN IHR MICH HORT! (ER SCHLAGT DAS BUCH AUF UND ERBLICKT DAS ZEICHEN DES MAKROKOSMUS.)HA! WELCHE WONNE FLIESST IN DIESEM BLICK AUF EINMAL MIR DURCH ALLE MEINE SINNEN! ICH FUHLE JUNGES, HEILGES LEBENSGLUCK NEUGLUHEND MIR DURCH NERV UND ADERN RINNEN. WAR ES EIN GOTT, DER DIESE ZEICHEN SCHRIEB, DIE MIR DAS INNRE TOBEN STILLEN, DAS ARME HERZ MIT FREUDE FULLEN, UND MIT GEHEIMNISVOLLEM TRIEB DIE KRAFTE DER NATUR RINGS UM MICH HER ENTHULLEN? BIN ICH EIN GOTT? MIR WIRD SO LICHT! ICH SCHAU IN DIESEN REINEN ZUGEN DIE WIRKENDE NATUR VOR MEINER SEELE LIEGEN. JETZT ERST ERKENN ICH, WAS DER WEISE SPRICHT. "DIE GEISTERWELT IST NICHT VERSCHLOSSEN; DEIN SINN IST ZU, DEIN HERZ IST TOT! AUF, BADE, SCHULER, UNVERDROSSEN DIE IRDSCHE BRUST IM MORGENROT!" (ER BESCHAUT DAS ZEICHEN.) WIE ALLES SICH ZUM GANZEN WEBT, EINS IN DEM ANDERN WIRKT UND LEBT! WIE HIMMELSKRAFTE AUF UND NIEDER STEIGEN UND SICH DIE GOLDNEN EIMER REICHEN! MIT SEGENDUFTENDEN SCHWINGEN VOM HIMMEL DURCH DIE ERDE DRINGEN, HARMONISCH ALL DAS ALL DURCHKLINGEN! WELCH SCHAUSPIEL! ABER ACH! EIN SCHAUSPIEL NUR! WO FASS ICH DICH, UNENDLICHE NATUR? EUCH BRUSTE, WO? IHR QUELLEN ALLES LEBENS, AN DENEN HIMMEL UND ERDE HANGT, DAHIN DIE WELKE BRUST SICH DRANGT IHR QUELLT, IHR TRANKT, UND SCHMACHT ICH SO VERGEBENS? (ER SCHLAGT UNWILLIG DAS BUCH UM UND ERBLICKT DAS ZEICHEN DES ERDGEISTES.) WIE ANDERS WIRKT DIES ZEICHEN AUF MICH EIN! DU, GEIST DER ERDE, BIST MIR NAHER; SCHON FUHL ICH MEINE KRAFTE HOHER, SCHON GLUH ICH WIE VON NEUEM WEIN. ICH FUHLE MUT, MICH IN DIE WELT ZU WAGEN, DER ERDE WEH, DER ERDE GLUCK ZU TRAGEN, MIT STURMEN MICH HERUMZUSCHLAGEN UND IN DES SCHIFFBRUCHS KNIRSCHEN NICHT ZU ZAGEN. ES WOLKT SICH UBER MIR DER MOND VERBIRGT SEIN LICHT DIE LAMPE SCHWINDET! ES DAMPFT! ES ZUCKEN ROTE STRAHLEN MIR UM DAS HAUPTES WEHT EIN SCHAUER VOM GEWOLB HERAB UND FASST MICH AN! ICH FUHLS, DU SCHWEBST UM MICH, ERFLEHTER GEIST ENTHULLE DICH! HA! WIES IN MEINEM HERZEN REISST! ZU NEUEN GEFUHLEN ALL MEINE SINNEN SICH ERWUHLEN! ICH FUHLE GANZ MEIN HERZ DIR HINGEGEBEN! DU MUSST! DU MUSST! UND KOSTET ES MEIN LEBEN! (ER FASST DAS BUCH UND SPRICHT DAS ZEICHEN DES GEISTES GEHEIMNISVOLL AUS. ES ZUCKT EINE ROTLICHE FLAMME, DER GEIST ERSCHEINT IN DER FLAMME.)'

Mögliche Vorgehensweisen:

1. Einfach. Idee: Gehe jeden Buchstabe des Alphabets durch und ermittle, wie oft dieser im Text vorkommt.
   1. Speichere das Alphabet in einer Liste oder einem String, z.B. alphabet = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".
   2. Für jeden Buchstaben musst du irgendwo dessen Anzahl speichern. Verwende dazu eine Liste: Die erste Zahl darin steht für die Anzahl „A“, die zweite für die Anzahl „B“ bis und mit „Z“ usw:

      count = [0,0,0,0,...,0]

   3. Mit text.count(buchstabe) wird ermittelt, wie oft der Buchstabe buchstabe im Text text vorkommt.
   4. Gehe jeden Buchstabe in alphabet durch (Schleife!) und ermittle mit count dessen Anzahl. Speichere diese dann in der count-Liste. Nun sollte diese Liste für jeden Buchstaben die richtige Anzahl haben.
   5. Ermittle, wie viele Buchstaben es insgesamt gibt (also Summe aller Zahlen in count). Dividiere jede Zahl in count durch diese Summe, um dessen Häufigkeit zu erhalten (sollte etwa $0.15$ für das „E“ sein). Um es in Prozent anzugeben, multipliziere die Zahl mit $100$.
   6. Gib nun jeden Buchstaben und dessen Häufigkeit aus.
      
      
2. Standard. Idee: Gehe jedes Zeichen des Textes durch, ermittle was es für eines ist, und erhöhe dann den entsprechenden Counter um $1$.
   1. Speichere das Alphabet in einer Liste oder einem String, z.B. alphabet = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ".
   2. Für jeden Buchstaben musst du irgendwo dessen Anzahl speichern. Verwende dazu eine Liste: Die erste Zahl darin steht für die Anzahl „A“, die zweite für die Anzahl „B“ bis und mit „Z“ usw:

      count = [0,0,0,0,...,0]

   3. Gehe nun jeden Buchstabe des Textes durch (Schleife: for oder while, for einfacher).
   4. Überprüfe, ob dieser Buchstabe im Alphabet vorkommt (wollen ja nur Grossbuchstaben verschlüsseln aber keine Zahlen und Sonderzeichen). Der folgende Code überprüft, ob der Buchstabe, der in buchstabe gespeichert ist, in alphabet vorkommt

      if buchstabe in alphabet:
          pass

   5. Falls der Buchstabe vorkommt im Alphabet: Erhöhe den Counter an der richtigen Stelle um 1. Achtung: Position vs. Element!
      
      
3. Pro:
   1. Ähnlich wie 'Standard', aber mithilfe eines Dictionaries. Falls du diese noch nicht kennst, löse es mit 'Standard'.

faust = 'Habe nun, ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, Und leider auch Theologie Durchaus studiert, mit heissem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! Und bin so klug als wie zuvor; Heisse Magister, heisse Doktor gar Und ziehe schon an die zehen Jahr Herauf, herab und quer und krumm Meine Schüler an der Nase herum Und sehe, dass wir nichts wissen können! Das will mir schier das Herz verbrennen. Zwar bin ich gescheiter als all die Laffen, Doktoren, Magister, Schreiber und Pfaffen; Mich plagen keine Skrupel noch Zweifel, Fürchte mich weder vor Hölle noch Teufel Dafür ist mir auch alle Freud entrissen, Bilde mir nicht ein, was Rechts zu wissen, Bilde mir nicht ein, ich könnte was lehren, Die Menschen zu bessern und zu bekehren. Auch hab ich weder Gut noch Geld, Noch Ehr und Herrlichkeit der Welt; Es möchte kein Hund so länger leben! Drum hab ich mich der Magie ergeben, Ob mir durch Geistes Kraft und Mund Nicht manch Geheimnis würde kund; Dass ich nicht mehr mit saurem Schweiss Zu sagen brauche, was ich nicht weiss; Dass ich erkenne, was die Welt Im Innersten zusammenhält, Schau alle Wirkenskraft und Samen, Und tu nicht mehr in Worten kramen. O sähst du, voller Mondenschein, Zum letztenmal auf meine Pein, Den ich so manche Mitternacht An diesem Pult herangewacht. Dann über Büchern und Papier, Trübselger Freund, erschienst du mir! Ach! könnt ich doch auf Bergeshöhn In deinem lieben Lichte gehn, Um Bergeshöhle mit Geistern schweben, Auf Wiesen in deinem Dämmer weben, Von allem Wissensqualm entladen, In deinem Tau gesund mich baden!Weh! steck ich in dem Kerker noch? Verfluchtes dumpfes Mauerloch, Wo selbst das liebe Himmelslicht Trüb durch gemalte Scheiben bricht! Beschränkt mit diesem Bücherhauf, den Würme nagen, Staub bedeckt, Den bis ans hohe Gewölb hinauf Ein angeraucht Papier umsteckt; Mit Gläsern, Büchsen rings umstellt, Mit Instrumenten vollgepfropft, Urväter Hausrat drein gestopft Das ist deine Welt! das heisst eine Welt!Und fragst du noch, warum dein Herz Sich bang in deinem Busen klemmt? Warum ein unerklärter Schmerz Dir alle Lebensregung hemmt? Statt der lebendigen Natur, Da Gott die Menschen schuf hinein, Umgibt in Rauch und Moder nur Dich Tiergeripp und Totenbein.Flieh! auf! hinaus ins weite Land! Und dies geheimnisvolle Buch, Von Nostradamus eigner Hand, Ist dir es nicht Geleit genug? Erkennest dann der Sterne Lauf, Und wenn Natur dich Unterweist, Dann geht die Seelenkraft dir auf, Wie spricht ein Geist zum andren Geist. Umsonst, dass trocknes Sinnen hier Die heilgen Zeichen dir erklärt. Ihr schwebt, ihr Geister, neben mir; Antwortet mir, wenn ihr mich hört! (Er schlägt das Buch auf und erblickt das Zeichen des Makrokosmus.)Ha! welche Wonne fliesst in diesem Blick Auf einmal mir durch alle meine Sinnen! Ich fühle junges, heilges Lebensglück Neuglühend mir durch Nerv und Adern rinnen. War es ein Gott, der diese Zeichen schrieb, Die mir das innre Toben stillen, Das arme Herz mit Freude füllen, Und mit geheimnisvollem Trieb Die Kräfte der Natur rings um mich her enthüllen? Bin ich ein Gott? Mir wird so licht! Ich schau in diesen reinen Zügen Die wirkende Natur vor meiner Seele liegen. Jetzt erst erkenn ich, was der Weise spricht. "Die Geisterwelt ist nicht verschlossen; Dein Sinn ist zu, dein Herz ist tot! Auf, bade, Schüler, unverdrossen Die irdsche Brust im Morgenrot!" (er beschaut das Zeichen.) Wie alles sich zum Ganzen webt, Eins in dem andern wirkt und lebt! Wie Himmelskräfte auf und nieder steigen Und sich die goldnen Eimer reichen! Mit segenduftenden Schwingen Vom Himmel durch die Erde dringen, Harmonisch all das All durchklingen! Welch Schauspiel! Aber ach! ein Schauspiel nur! Wo fass ich dich, unendliche Natur? Euch Brüste, wo? Ihr Quellen alles Lebens, An denen Himmel und Erde hängt, Dahin die welke Brust sich drängt Ihr quellt, ihr tränkt, und schmacht ich so vergebens? (er schlägt unwillig das Buch um und erblickt das Zeichen des Erdgeistes.) Wie anders wirkt dies Zeichen auf mich ein! Du, Geist der Erde, bist mir näher; Schon fühl ich meine Kräfte höher, Schon glüh ich wie von neuem Wein. Ich fühle Mut, mich in die Welt zu wagen, Der Erde Weh, der Erde Glück zu tragen, Mit Stürmen mich herumzuschlagen Und in des Schiffbruchs Knirschen nicht zu zagen. Es wölkt sich über mir Der Mond verbirgt sein Licht Die Lampe schwindet! Es dampft! Es zucken rote Strahlen Mir um das HauptEs weht Ein Schauer vom Gewölb herab Und fasst mich an! Ich fühls, du schwebst um mich, erflehter Geist Enthülle dich! Ha! wies in meinem Herzen reisst! Zu neuen Gefühlen All meine Sinnen sich erwühlen! Ich fühle ganz mein Herz dir hingegeben! Du musst! du musst! und kostet es mein Leben! (Er fasst das Buch und spricht das Zeichen des Geistes geheimnisvoll aus. Es zuckt eine rötliche Flamme, der Geist erscheint in der Flamme.)'

RX JLW RXN WJXNZVC QR ZQTJNBVXIVT LJRRVX 4 ISXVL NBYZM WSXSJO, TSLM JLW TSX LYXRSZ MJ NVQL, NVHX NBYZM NYTSX. LQVRSLW ISXV SJO WQV QWVV TVUYRRVL, NQV UYLLBVL NQKH QL VQLV RVXUIJXWQTV JLW TVHVQRLQNGYZZV TVNKHQKHBV GVXNBXQKUVL, WVLL RQB NYZKHVR JLNQLL IYZZBVL NQV LQKHBN MJ BJL HSEVL. RX WJXNZVC ISX WQXVUBYX VQLVX OQXRS LSRVLN TXJLLQLTN, WQV EYHXRSNKHQLVL HVXNBVZZBV. VX ISX TXYNN JLW EJZZQT JLW HSBBV OSNB UVQLVL HSZN, WSOJX SEVX VQLVL NVHX TXYNNVL NKHLJXXESXB. RXN WJXNZVC ISX WJLL JLW EZYLW JLW EVNSNN WYDDVZB NY GQVZ HSZN, IQV LYBIVLWQT TVIVNVL ISXV, ISN SZZVXWQLTN NVHX LJBMZQKH ISX, WVLL NY UYLLBV NQV WVL HSZN JEVX WVL TSXBVLMSJL XVKUVL JLW MJ WVL LSKHESXL HQLJEVXNDSHVL. WQV WJXNZVCN HSBBVL VQLVL UZVQLVL NYHL LSRVLN WJWZVC JLW QL QHXVL SJTVL TSE VN LQXTVLWIY VQLVL DXSKHBQTVXVL FJLTVL. WQV WJXNZVCN EVNSNNVL SZZVN, ISN NQV IYZZBVL, WYKH NQV HSBBVL SJKH VQL TVHVQRLQN, JLW WSNN VN FVRSLW SJOWVKUVL UYLLBV, ISX QHXV TXYNNBV NYXTV. VQLOSKH JLVXBXSTZQKH ISXV VN, IVLL WQV NSKHV RQB WVL DYBBVXN HVXSJNUYRRVL IJXWV. RXN DYBBVX ISX WQV NKHIVNBVX GYL RXN WJXNZVC; WYKH WQV EVQWVL HSBBVL NQKH NKHYL NVQB VBZQKHVL FSHXVL LQKHB RVHX TVNVHVL. RXN WJXNZVC EVHSJDBVBV NYTSX, WSNN NQV TSX UVQLV NKHIVNBVX HSBBV, WVLL WQVNV JLW WVXVL LQKHBNLJBM GYL VQLVR RSLL ISXVL NY JLWJXNZVCHSOB, IQV RSL VN NQKH LJX WVLUVL UYLLBV. WQV WJXNZVCN NKHSJWVXBVL EVQR TVWSLUVL WSXSL, ISN WQV LSKHESXL NSTVL IJXWVL, NYZZBVL WQV DYBBVXN VQLVN BSTVN QL QHXVX NBXSNNV SJOUXVJMVL. WQV WJXNZVCN IJNNBVL, WSNN SJKH WQV DYBBVXN VQLVL UZVQLVL NYHL HSBBVL, WYKH WVL HSBBVL NQV LQV TVNVHVL. SJKH WQVNVX FJLTV ISX VQL TJBVX TXJLW, NQKH GYL WVL DYBBVXN OVXLMJHSZBVL; RQB VQLVR NYZKHVL UQLW NYZZBV QHX WJWZVC LQKHB QL EVXJHXJLT UYRRVL.

• Im Klartext ist die Häufigkeit der Buchstaben wie folgt: "ENSRIADTHULOGMCWKBYZPFVJXQ"
• Ersetze wieder Grossbuchstaben (Geheimtext) durch Kleinbuchstaben (Klartext).
• Verwende dazu wieder replace(...)

import unicodedata
ALPHABET = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789_.,!?"
 
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key = #TODO: HIER MUSS DER KEY FESTGELEGT WERDEN
 
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for c in key:
    if c not in ALPHABET: raise Exception("Unerlaubtes Symbol im Key!")
 
def encryption_vigenere(cleartext,password):
    cleartext = cleartext.replace(' ','_')
    cleartext = cleartext.upper()
    cleartext = unicodedata.normalize('NFD', cleartext) # Ersetzt Umlaute usw.
    cleartext = ''.join(c for c in cleartext if unicodedata.category(c) != 'Mn')
    password = password.upper()
    ciphertext = ""
    for i in range(len(cleartext)):
        c = cleartext[i]
        if c in ALPHABET:
            k = ALPHABET.index(c)
            n = ALPHABET.index(password[i%len(password)]) + 1
            k = (k + n) % len(ALPHABET)
            ciphertext += ALPHABET[k]
        else:
            ciphertext += c
    return ciphertext
 
def decryption_vigenere(cipher,password):
    password = password.replace(' ','_')
    password = password.upper()
    pw_inv = "" # Finde inverses Passwort, also quasi das Gegenteil von password
    for c in password:
        i = - ALPHABET.index(c) - 2
        i = i % len(ALPHABET)
        pw_inv += ALPHABET[i]
    return encryption_vigenere(cipher,pw_inv)
 
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print(encryption_vigenere("Wie geht es dir?",key)) # Klartext zu Geheimtext
print(decryption_vigenere("ALMEMK0WDNYBWLZI",key)) # Geheimtext zu Klartext