Kursthemen

  • Allgemeines

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    • Willkommen zum Kurs "Kryptologie - verschlüsselte Botschaften"

      In dem Kurs werden wir zunächst klären was Kryptologie bedeutet. Weiterhin werden wir Methoden kennenlernen wie man Texte verschlüsselt, so dass du zum Beispiel mit Freunden geheime Nachrichten austauschen kannst, die kein anderer lesen kann.

    • Kursdauer: 12.01.-23.02.2024

      Videokonferenz

      freitags ab 12.01.2024 von 17 bis 18 Uhr


      Microsoft Teams-Besprechung

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      Besprechungs-ID: 323 657 705 724
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    • Vorstellen

      Mein Name ist Katrin Gerling und ich bin eure Trainerin in diesem Kurs der Webakademie. Ich habe in Magdeburg Ingenieurinformatik studiert und habe anschließend als Softwareentwicklerin gearbeitet. Seit meiner Studienzeit gebe ich Kurse zum Thema Robotik und Programmieren und betreue Teams in der Vorbereitung auf Robotik-Wettbewerbe.

  • Kryptologie - Was heißt das eigentlich?

    • Bei der geheimen Kommunikation unterscheidet man in offensichtliche und versteckte geheime Kommunikation. Wenn in Botschaften Informationen versteckt werden, spricht man von Steganografie. Zum Beispiel wird ein Bild vor ein anderes Bild gelegt.

      Zur offensichtlichen geheimen Kommunikation gehört die Kryptologie. Es ist eine Wissenschaft, die sich mit dem Verschlüsseln und Entschlüsseln von Informationen beschäftigt. Dabei unterscheidet man in Kryptografie und Kryptoanalyse. Bei der Kryptoanalyse geht es hauptsächlich um das Brechen von Verschlüsselungsverfahren und das Analysieren der Sicherheit.

      "Kryptografie ist die Kunst, eine Nachricht mit Hilfe eines Codes zu schreiben oder zu entschlüsseln. Nur wer den Code kennt, kann verschlüsselte Nachrichten entschlüsseln." (Quelle: "LEGO DOTS Coole Ideen für GEHEIME Nachrichten")

      Folgend eine Übersicht zur Einordnung der Begriffe.

       

      Ich werde dir in diesem Kurs einige ausgewählte Verschlüsselungsmethoden vorstellen und erklären, so dass du sie selbst ausprobieren kannst.

      Hier noch ein kleines Video, dass Kryptografie anschaulich erklärt.

       

       

    • Material

      Du hast von der Webakademie die Experimentierbox "Geheim-Codes" zugeschickt bekommen. Diese werden wir benutzen. 

       

      Zusätzlich werden wir noch Papier und Schreibmaterial benötigen, um unsere Nachrichten zu schreiben.

    • Caesar-Chiffre

      Beginnen wir mit einer sehr bekannten Verschlüsselungsart der Caesar Chiffrierung. Namensgeber ist der bekannte Herrscher und Eroberer Gaius Iulius Caesar. Um militärische Nachrichten an seine Feldherren geheim zu halten, hatte er den Einfall die Buchstaben um 3 Zeichen im Alphabet zu verschieben. So wurde aus den Nachrichten ehr ein Buchstabensalat. Nur der Empfänger wusste, was es für ein Verschlüsselungsverfahren ist und konnte so die Nachricht wieder entschlüsseln.

      Folgend die Verschiebung des Alphabets:


      Das grüne Alphabet steht für den Klartext und das rote Alphabet steht für den entsprechenden Geheimtext.

      Das Wort Caesar wäre also Zxbpxo.

      Bei dieser Verschlüsselungsmethode besteht auch die Möglichkeit das Geheimtext-Alphabet nicht um 3 Zeichen zu verschieben, sondern um eine andere beliebige Zahl von 1 bis 25. Somit gibt es bei der Caesar-Verschlüsselung genau 25 verschiedene Möglichkeiten seine Nachricht zu codieren. 

      Die Zahl um die das Alphabet verschoben ist, nennt sich Schlüssel oder Verschlüsselungscode.

      Damit du nun loslegen kannst mit dem Schreiben von Geheimbotschaften mit der Caesar-Verschlüsselungsmethode, würde es helfen sich die Verschlüsselung aufzuschreiben, da es aber 25 Möglichkeiten gibt, kann die Caesar-Scheibe einem helfen. Da sie nicht im Materialumfang beiliegt, habe ich hier eine kleine Bastelanleitung für dich gefunden mit einem passenden Video dazu.

       

       

    • Icon Aufgabe
      Knack den Caesar-Code Aufgabe

    • Weiterentwicklung

      Wenn man das Prinzip der Caesar Verschlüsselung verstanden hat, ist die Verschlüsselung und die Entschlüsselung nicht sehr schwer. Da es nur 25 Möglichkeiten gibt, ist der Code auch relativ schnell knackbar. Es gibt nun auch die Möglichkeit die Reihenfolge der Buchstaben im Geheimtext zu variieren. Dazu liegen dir in deinem Material die Code-Scheiben bei. Lege die Scheiben übereinander und verbinde sie mit dem weißen Klipp.

       

  • Geheimschrift

    • In unserer Materialbox gibt es auf dem Bogen 2 Karten da steht Geheimschrift drauf. 


      Eine Karte ist für den Nachrichten-Sender und eine für den Nachrichten-Empfänger. Nun können die Nachrichten mit Symbolen und Zeichen verschlüsselt werden.

    • Icon Aufgabe
      Knack auch diesen Code Aufgabe

    • Man kann nun die Geheimschrift mit der Funktion einer Caesar-Scheibe verknüpfen und eine weitere Code-Scheibe entwickeln. Statt der Zuordnung von Buchstaben können wir Zeichen, Symbole oder Ziffern verwenden oder eine Kombination aus Buchstaben, Zeichen, Symbolen und Ziffern.

      Hier ein Link zu einer anderen Bastelanleitung für eine Caesar-Scheibe, die du selbst mit Zeichen oder Symbolen versehen kannst. Bei dieser Caesar-Scheibe sind Ä, Ö, Ü, ! und ? auch mit dabei und können verschlüsselt werden. Das Kreuz X dient der Symbolzuweisung. Zum Beispiel: Man hat einen Stern auf der kleinen Scheibe gezeichnet, dann kann man mit seinem Nachrichten Empfänger den Stern als Verschlüsselung ausmachen und der Stern wird unter das Kreuz X gedreht, so dass alle übrigen Symbole und Zeichen den Buchstaben zugeordnet werden.
      Die Vorlage zum Ausschneiden findest du auf der letzten Seite der Bastelanleitung.

    • Lust auf ein Spiel?

      Die Webakademie hat vor einiger Zeit folgendes Spiel, eine Escape Room Spiel, verlinkt.

      https://tonis-escape.sichere-digitale-zukunft.de/v3.2/

      Versuch du dich doch einmal in dem Spiel. An einer Stelle im Spiel wirst du die Caesar-Verschlüsselung wiederfinden und verwenden müssen.

    • Freimaurer-Code

      Der Freimaurer-Code wurde von dem Geheimbund der Freimaurer als Geheimschrift verwendet, was der Name auch verrät zwinkernd

      Bei dieser Geheimschrift wird das Alphabet in Gittern angeordnet. Die Striche im den Buchstaben sind der Code. Da sich aufgrund der Menge Buchstaben die Gitter doppeln würden, kommt noch ein Punkt hinzu.

       (Quelle: https://www.code-knacker.de/verschluesselung.htm)

    • Icon Aufgabe
      Knack den Freimaurer-Code Aufgabe

  • Morsen

  • Steganografie

    • Diese Woche beschäftigen wir uns mit der Steganografie. Hier ein bisschen Theorie dazu:

      Der von den griechischen Wörtern „steagnós“ und „gráphein“ hergeleitete Begriff, beschreibt die Kunst „bedeckt zu schreiben“. Damit soll erreicht werden, dass Informationen verborgen auf einem unverfänglichen Trägermedium gespeichert werden. Anstatt also Informationen nur zu verschlüsseln, wird mit Steganografie auch die komplette Kommunikation verborgen. Diese Verfahren waren bereits in der Antike bekannt, aber damals durchaus zeitaufwendig oder zumindest mühsam. So wurden beispielsweise Sklaven der Kopf geschoren, um die Information anschließend auf die Kopfhaut zu tätowieren. Waren die Haare wieder nachgewachsen, wurde der Sklave losgeschickt. „Trägermedium“ zu sein, war damals also manchmal auch schmerzhaft.
      Aus Agentenfilmen kennt man Mikrofilme, deren Informationen nur über entsprechende Lesegräte erkennbar gemacht werden konnten, unsichtbare Tinte, die über ein Gegenmittel sichtbar wird oder Briefe in denen bestimmte Wörter mit Nadelstichen markiert und danach zusammengesetzt wurden.

      Moderne Steganografie

      Moderne Versionen der Steganografie sind z.B. der Machine Identification Code (MIC), auch “yellow dots” genannt. Auf Drängen von Geheimdiensten und Regierungen, druckt jeder moderne Farblaserdrucker sehr kleine gelbe Punkte, aus denen u.a. die Seriennummer sowie Datum und Zeit des Ausdrucks erkennbar sind, mehrfach in jede Seite. Damit können beispielsweise Verfasser von Erpresserbriefen leichter zurückverfolgt werden.
      Eine besondere Art der linguistischen Steganografie ist das Semagramm. Hierbei werden Informationen u.a. in harmlosen Nachrichten, Bildern oder Audiodateien versteckt. Die minimalen Veränderungen werden vom menschlichen Auge bzw. Ohr nicht entdeckt oder akustisch bzw. optisch lediglich als unwichtiger Rauschanteil wahrgenommen. Bei einem Text, können die „zum Zeichen gehörenden“ Buchstaben oder Wörter unauffällig markiert werden, indem sie leicht größer oder kursiver abdruckt werden.

      Digitale Steganografie

      Gerade digitale Bild- und Audiodateien eignen sich, aufgrund ihrer Dateigröße und der damit verbundenen großen Menge von „Trägerdaten“ besonders gut, um Daten als Payload (Nutzdaten) darin zu verstecken. Das funktioniert aber nicht mit jedem Dateityp: Bei Bildern sind JPG-Dateien, wegen der Art der verlustbehafteten Kompression, im Gegensatz zu PNG-Bilddateien ungeeignet. In Bildern im PNG-Format, können bis zu 20% der Dateigröße in Form von Binärdaten unauffällig untergebracht werden. Um Daten in Bildern zu verstecken, wird ein binäres Bit (also 0 oder 1) in einer, der RGB-Grundfarben geringfügig verändert. Die dadurch entstehende Farbveränderung ist nicht wahrnehmbar. Nimmt man obiges Header-Bild, mit der eher geringen Auflösung von 800 x 533 als Beispiel, dann ergeben sich 426.400 Pixel. Legt man das RGB-Modell mit den drei Grundfarben (je ein Byte pro Farbe) zugrunde, so lassen sich in obigem Bild ca. 159.900 Bytes an binären Daten verstecken. Da es sich hierbei aber um ein Bild im JPG-Format handelt, kann es auch durch Steganografie nicht gefährlich werden.
      Steganografie wird von Cyberkriminellen inzwischen dazu eingesetzt, um Schadcode aller Art unauffällig zu verbreiten. Entsprechend veränderte Dateien, können als Anhang in E-Mails, als Internet- und Social-Media Memes (kreativer Inhalt) massenhaft verbreitet werden. Entsprechende Vorfälle gab es bereits. Neben Bild- und Audiodateien, kann sich Schadcode auch in nützlichen Apps verbergen.

      Die Erkennung ist für Anti-Viren Software annähernd unmöglich. Eine zusätzlich eingesetzte Datenverschlüsselung, macht es noch schwieriger. Eine solide Anti-Malware Lösung, identifiziert aber unter Umständen die aktivierte Malware und macht sie unschädlich.

      Fazit: Digitale Steganografie ist eine der wachsenden Gefahren für die IT-Sicherheit.
      Die Verbreitung von Malware wird dadurch erleichtert und beschleunigt. Eine Erkennung durch normale Anti-Viren Lösungen ist unwahrscheinlich.
      Hier kann Dateidesinfektion helfen! Dabei werden riskante Dateitypen desinfiziert d.h. in sichere Dateiformate – aus PNG wird beispielsweise JPG oder PDF – umgewandelt.
      Mit Dateidesinfektion können auch Dateien, mit integrierten Objekten komplett sicher umgewandelt werden, ohne deren Funktion zu beinträchtigen. Auch gezippte oder Passwortgeschützte Dateien können analysiert und desinfiziert werden.

      (Quelle: https://www.prosoft.de/blog/steganografie/)

    • Für wen die Theorie zu schwer zu verstehen ist, hier ein Video in dem die Steganografie leicht zu verstehen erklärt wurde.

    • Um nun unsichtbare Botschaften zu schreiben, gibt es verschiedene Möglichkeiten.
      In der folgenden PDF sind 3 verschiedene Varianten erklärt:
    • Icon Datei
      unsichtbare Nachrichten Datei
      1.4 MB
    • Icon Aufgabe
      unsichtbare Nachrichten schreiben Aufgabe

    • Ausblick

      Am Montag werden wir das Thema Steganografie besprechen und wenn noch Zeit ist die Vigenére-Chiffre ausprobieren.

  • Gitter-Code und Skytale

    Hervorgehoben

    • Für einen Gitter-Code nutze die Schablone aus deiner Materialbox. Um so einen Gitter-Code zu schreiben, empfehle ich kariertes Papier. 


      Wenn man ein bisschen Übung darin hat, kann man sicher auch jede andere Art Papier nutzen.

      Um eine verschlüsselte Nachricht zu schreiben, lege die Schablone mit den 3 Lücken nach oben auf ein kariertes Papier, so dass die Linien am Rand der Lücken anliegen. Die Nachricht wird buchstabenweise in die Lücken eingetragen. Sobald die oberen 3 Lücken und unteren 5 Lücken ausgefüllt sind, dreht man die Schablone im Uhrzeigersinn um 90°. Der Drehpunkt liegt unter dem Punkt der auf der Schablone gezeichnet ist. (Die Drehrichtung ist am Punkt auch angegeben.) Nachdem die Schablone gedreht wurde, schreibt man nun weiter. Entweder im Zick-Zack oder von oben nach unten. Anschließend wieder drehen. Nun sind die 5 Lücken oben und die 3 Lücken unten. Nachdem diese Lücken auch gefüllt wurden. Kann man noch einmal drehen und die Lücken füllen. Nimmt man das Gitter weg, sieht es aus wie ein Kreuz aus Buchstaben, dass 9 mal 9 Kästen groß ist. Alle übrigen Felder die in der 9 mal 9 Felder großen Fläche noch frei sind, füllt man mit beliebigen Buchstaben auf. Man kann so eine Nachricht aus 32 Zeichen verschlüsseln.

    • Icon Aufgabe
      Gitter-Code lösen Aufgabe