Substitution

Substitution heißt so viel wie Ersetzung. Bei diesem grundlegenden Verschlüsselungsmethode werden Zeichen des Ausgangstextes (auch Klartext genannt) durch andere Zeichen ausgetauscht, also ersetzt / substituiert.

Meist geschieht dies durch sogenannte Schlüsselalphabete, die sozusagen als Übersetzungstabellen dienen. Ein Klartextzeichen wird in dem Schlüsselalphabet gesucht, und dort ein Ersetzungzeichen gefunden und notiert, so dass sich Zeichen für Zeichen der Geheimtext (auch Chiffrat genannt) ergibt.

Dabei können als Ersetzungszeichen durchaus auch Symbole und andere bildhafte Darstellungen zum Einsatz kommen.

Gibt es für einen Klartextbuchstaben (des Ausgangstextes) mehr als ein Geheimzeichen (für den Ergebnistext), spricht man von einer homophonen Substitution. Ein Beispiel für eine homophone Substitution wäre es, wenn der Klartextbuchstabe "E" durch α, Ω und γ ersetzt werden könnte, wobei in der Übersetzungstabelle für das "E" diese drei griechischen Buchstaben stünden. Man würde beim Verschlüsseln jeweils eines der drei Zeichen per Zufall auswählen und das "E" dadurch ersetzen. Beim Entschlüsseln ließe sich ebenfalls eine eindeutige Zuordnung, nur halt in umgekehrter Richtung, tätigen.

Bei der homophone Substitution kommen eigentlich immer Symbole oder Zahlen zum Einsatz kommen, da die Buchstaben des normalen Alphabets nicht dafür ausreicht, alle Klartextbuchstaben durch mehrere Geheimtextbuchstaben zu ersetzen.

Je nachdem, ob ein oder mehrere Schlüsselalphabete zum Einsatz kommen, also ob ein Klartextbuchstabe immer durch den gleichen Geheimtextbuchstaben (oder dessen homophone Auswahl) oder durch einen wechselnden ersetzt wird spricht man von:

• monoalphabetischer Substitution
• polyalphabetischer Substitution

Klassische Chiffren, die Substitution einsetzen, finden sich in folgenden Kategorien:

• Klassische Kryptografie / Substitution
• Klassische Kryptografie / Substitution + Transposition
• Chiffriermaschinen und Dekodierschablonen

Aber auch in modernen, computerbasierten Verschlüsselungsverfahren kommen Substitutionen noch auf vielfältige Weise zum Einsatz, zum Beispiel in Form einer S-Box (Substitionsbox).

Bezüglich der Versuche, den Klartext wiederherzustellen, der sogenannten Kryptoanalyse, ist die Substitutionsmethode gegenüber einer Häufigkeitsanalyse anfällig. Substitutionsverfahren werden darum gerne mit Transpositionsverfahren kombiniert, um die Sicherheit zu erhöhen.