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Übung AFB II

Zehn Aufgaben zum Anwenden: Vigenère rechnen, Häufigkeiten auswerten, Schlüssel richtig wählen, Modelle interpretieren und Regelkreise prüfen.

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Aufgabenblock — AFB II

Zehn Aufgaben zum Anwenden und Erklären: Verfahren durchrechnen, Bausteine vergleichen, Messwerte und Modelle auswerten. Aufgabe 6 mischt beide Abschnitte des Kapitels.

A1
Vigenère Schritt für Schritt
AFB II

Ermittle den Geheimtext, wenn das Wort AKTOR mit dem Schlüsselwort EIS nach Vigenère verschlüsselt wird. Trage jeden Geheimtext-Buchstaben einzeln ein (A = 0 bis Z = 25).

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. 1. Buchstabe: A + E
  2. 2. Buchstabe: K + I
  3. 3. Buchstabe: T + S
  4. 4. Buchstabe: O + E (Schlüssel beginnt von vorn)
  5. 5. Buchstabe: R + I
E = 4, I = 8, S = 18: A+4 = E, K(10)+8 = 18 = S, T(19)+18 = 37 mod 26 = 11 = L, O(14)+4 = 18 = S, R(17)+8 = 25 = Z → ESLSZ. Das doppelte S stammt aus zwei verschiedenen Klartext-Buchstaben (K und O) — genau das stört die Häufigkeitsanalyse.
Schreibe EIS so oft unter AKTOR, bis jeder Buchstabe einen Schlüsselbuchstaben hat: EISEI.
Wird die Summe größer als 25, ziehst du 26 ab.
A2
Häufigkeitsanalyse
AFB II

Untersuche den abgefangenen Cäsar-Geheimtext und bestimme den Schlüssel k:

NIHIV WIRWSV QIPHIX WIMRI AIVXI

Rechne oder überlege selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
I kommt 9-mal vor, V und W nur je 3-mal. Also steht I für E: I(8) − E(4) = k = 4. Klartext: JEDER SENSOR MELDET SEINE WERTE.
Zähle, welcher Buchstabe am häufigsten vorkommt.
Der häufigste Buchstabe steht vermutlich für E. Wie weit ist er von E entfernt?
A3
Drei Bausteine im Vergleich
AFB II

Vergleiche symmetrische Verschlüsselung, asymmetrische Verschlüsselung und Hashfunktion: Welche Eigenschaft gehört zu welchem Baustein?

Setze in jeder Zeile genau ein Kreuz. Enter setzt und löscht.
EigenschaftsymmetrischasymmetrischHashfunktion
derselbe Schlüssel schließt zu und auf
Ergebnis lässt sich nicht zurückrechnen
Schlüsselpaar aus öffentlichem und privatem Schlüssel
sehr schnell, z. B. AES
löst das Problem des Schlüsselaustauschs
ein geändertes Zeichen ändert den ganzen Wert
Echte Systeme wie HTTPS kombinieren alle drei: asymmetrisch für den Schlüsselaustausch, symmetrisch für das Tempo, Hashwerte für Signaturen.
Nur die Hashfunktion ist eine Einbahnstraße.
Welches Verfahren braucht kein gemeinsames Geheimnis vorab?
A4
Anna schickt Ben ein Zeugnis
AFB II

Erkläre Schritt für Schritt, wie Anna Ben ein Dokument vertraulich und nachweisbar echt schickt. Eve hört den Kanal ab.

Spiele die Situation Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
    Schlüsselregel: Verschlüsseln mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers, signieren mit dem eigenen privaten Schlüssel.
    Frage bei jedem Schritt: Wessen Schlüssel — und welcher der beiden?
    Signieren beweist die Herkunft, Verschlüsseln schützt den Inhalt.
    A5
    Zehn Zeichen gegen die Grafikkarte
    AFB II

    Berechne: Ein Passwort besteht aus 10 zufälligen Zeichen aus Kleinbuchstaben a–z und Ziffern 0–9. Ein Angreifer schafft offline 100 Milliarden Versuche pro Sekunde.

    Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
    1. Zeichenraum N Zeichen
    2. Möglichkeiten NL in Billiarden (1015), zwei Nachkommastellen · 1015
    3. Dauer für alle Möglichkeiten in Sekunden (gerundet) s
    4. Dauer in Stunden, eine Nachkommastelle h
    3610 ≈ 3,66 · 1015; geteilt durch 1011 ergibt ≈ 36 562 s ≈ 10,2 h. Zufällige 10 Zeichen halten also nur einen halben Tag — zwei Zeichen mehr würden daraus rund 1,5 Jahre machen.
    26 Buchstaben + 10 Ziffern.
    Dauer = Möglichkeiten : Versuche pro Sekunde; 1 h = 3 600 s.
    A6
    Mix: Gefahr trifft Gegenmittel
    AFB II

    Ordne jeder Gefahr aus dem ganzen Kapitel die wirksame Gegenmaßnahme zu. Hier mischen sich Kryptographie, KI und IoT.

    Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
    Wer die Gefahr genau benennt, findet die Maßnahme: Identität → Passwort/Faktor, Inhalt → Verschlüsselung, Herkunft → Signatur, Entscheidung → Mensch.
    Frage bei jeder Gefahr: Was genau wird angegriffen — Inhalt, Herkunft, Zugang oder eine Entscheidung?
    Die Signatur beweist, dass eine Datei unverändert vom Hersteller stammt.
    A7
    Zwei Modelle, zwei Quoten
    AFB II

    Interpretiere die Testergebnisse zweier Modelle, die Äpfel und Birnen unterscheiden sollen. Wähle alle zutreffenden Aussagen.

    ModellTrefferquote TrainingsdatenTrefferquote neue Früchte
    Modell A100 %61 %
    Modell B89 %87 %
    Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
    Entscheidend ist die Quote auf Beispielen, die das Modell beim Lernen nie gesehen hat.
    Welche Spalte zeigt, wie das Modell im echten Einsatz abschneidet?
    Ein Modell rechnet, es versteht nichts — und es garantiert nichts.
    A8
    Nächste Nachbarn abstimmen lassen
    AFB II

    Werte die Tabelle aus: Eine Musik-App ordnet einen neuen Song nach dem Nächste-Nachbarn-Verfahren ein. Bestimme die Vorhersage für k = 1, 3 und 7.

    Nachbar1234567
    Abstand1,11,41,82,02,22,53,1
    GenrePopRockRockChillChillChillPop
    Setze in jeder Zeile genau ein Kreuz. Enter setzt und löscht.
    kPopRockChill
    k = 1
    k = 3
    k = 7
    k = 1: Pop. k = 3: 2× Rock, 1× Pop → Rock. k = 7: 3× Chill, 2× Rock, 2× Pop → Chill. Derselbe Song bekommt drei verschiedene Vorhersagen — das Modell schätzt nur.
    Die Tabelle ist schon nach Abstand sortiert: Nimm die ersten k Nachbarn.
    Zähle die Genres unter den k nächsten und nimm die Mehrheit.
    A9
    Mias Protokoll zur Heizung
    AFB II

    Analysiere Mias Protokoll über die Heizungsregelung im Klassenraum. Markiere die fachlich falschen Zeilen.

    In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
    Regelkreis: messen → vergleichen → handeln → wieder messen.
    Drei Zeilen sind falsch.
    Prüfe bei jedem Bauteil: merkt es, entscheidet es oder handelt es?
    A10
    Wie Verzerrung entsteht
    AFB II

    Erläutere den Weg von alten Entscheidungen zu einem unfairen Bewerbungsfilter. Bringe die Schritte in die richtige Reihenfolge.

    Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
    1Früher wurden Personen aus Gruppe B seltener eingestellt.
    2Diese alten Bewerbungen werden zu Trainingsdaten.
    3Das Modell übernimmt das Muster der alten Entscheidungen.
    4Das Merkmal „Gruppe“ wird vor dem Training gelöscht.
    5Die Postleitzahl verrät die Gruppe trotzdem als Stellvertreter-Merkmal.
    6Gleich gut qualifizierte Personen aus Gruppe B werden weiter benachteiligt.
    Das Modell rechnet korrekt und ist trotzdem unfair — Verantwortung tragen die Menschen, die es bauen und einsetzen.
    Am Anfang stehen die alten Entscheidungen, am Ende die Folge für neue Bewerbungen.
    Das Löschen kommt vor dem Stellvertreter-Merkmal.