Wissen und Reproduzieren
15 PunkteHilfsmittel: Vigenère-Quadrat (Zeile = Schlüsselbuchstabe, Spalte = Klartextbuchstabe). Empfohlene Zeit: etwa 25 Minuten.
Wenden Sie das Caesar-Verfahren an.
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Erwartungshorizont: a) P + 11 → A, R → C, U → F, E → P, F → Q, U → F, N → Y, G → R: ACFPQFYR (2 P)
b) 20 zurück bzw. 6 vor: M → S, C → I, A → G, H → N, U → A, N → T, O → U, L → R: SIGNATUR (2 P)
Gegeben ist das Schlüsselwort ELF. Stellen Sie die Verschlüsselung tabellarisch dar (Klartext, Schlüssel, Geheimtext) und tragen Sie die Ergebnisse ein.
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Erwartungshorizont: a) F = 5 (A = 0; im Abitur-Quadrat Nummer 6 − 1) (1 P)
b) Schlüssel ELFELFEL: S + E = W, C + L = N, H + F = M, U + E = Y, L + L = W, H + F = M, O + E = S, F + L = Q → WNMYWMSQ (3 P, je Fehler −1)
c) In Zeile L steht Q unter dem Spaltenkopf F: \(16-11=5\) → F (1 P)
Geben Sie an, welche Aussagen zutreffen.
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Erwartungshorizont: Richtig sind die Aussagen 1, 3 und 5 (je 1 P, falsche Kreuze werden abgezogen). Der öffentliche Schlüssel darf jeder kennen; Caesar ist symmetrisch.
Ein Oberstufenkurs mit 40 Personen will paarweise vertraulich kommunizieren. Berechnen Sie den Schlüsselbedarf.
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Erwartungshorizont: a) \(\frac{40\cdot39}{2}=780\) (2 P) b) je Person ein Paar: 40 (1 P)
Zusammenhänge herstellen
25 PunkteZwischenschritte auf Papier notieren — im Erwartungshorizont stehen sie mit Teilpunkten. Empfohlene Zeit: etwa 45 Minuten.
In einem langen Vigenère-Geheimtext kommen die Folgen HVD an den Positionen 3 und 31, MKZ an 10 und 52 sowie QHD an 17 und 87 doppelt vor. Das Schlüsselwort hat zwischen 5 und 10 Buchstaben. Der Geheimtext beginnt mit BWEMYVF. Ermitteln Sie Schlüssellänge, Schlüsselwort und Textanfang.
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Erwartungshorizont: a) Abstände 28, 42, 70; ggT 14 (2 P) b) Teiler 2, 7, 14; zwischen 5 und 10 liegt nur 7 (1 P)
c) T − E = 15 → P, M − E = 8 → I, R − E = 13 → N, K − E = 6 → G, Y − E = 20 → U, M → I, R → N: PINGUIN (3 P)
d) B − P = 1 − 15 → 12 = M, W − I → O, E − N → R, M − G → G, Y − U → E, V − I → N, F − N → S: MORGENS (2 P)
Ein Vigenère-verschlüsselter Geschäftsbrief beginnt erfahrungsgemäß mit SEHR GEEHRTE. Der abgefangene Geheimtext beginnt mit JSZV XSWLIHW. Analysieren Sie den Anfang im Hinblick auf den Schlüssel.
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Erwartungshorizont: a) Geheimtext − Klartext: J − S = 9 − 18 → 17 = R, S − E = 14 → O, Z − H = 18 → S, V − R = 4 → E, … ergibt ROSEROSEROS → ROSE (3 P) b) 4 (1 P). Ein bekannter Klartextanfang verrät den ganzen Schlüssel — ein weiterer Grund, warum Vigenère unsicher ist.
Ein Cloud-Dienst verschlüsselt hochgeladene Dateien hybrid. Erläutern Sie das Verfahren, indem Sie jeweils die zutreffende Antwort wählen.
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Erwartungshorizont: a) Mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers; nur dessen privater Schlüssel entschlüsselt ihn (2 P) b) Asymmetrische Verfahren sind um Größenordnungen langsamer; symmetrisch geht es schnell, asymmetrisch wird nur der kurze Sitzungsschlüssel behandelt (2 P) c) Ein kompromittierter Sitzungsschlüssel gefährdet nur eine Verbindung; außerdem gibt es weniger gleich verschlüsseltes Material für Angriffe (2 P)
Alice schickt Bob eine signierte Nachricht. Beschreiben Sie das Verfahren, indem Sie die zutreffenden Antworten wählen.
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Erwartungshorizont: a) Hashwert mit Alices privatem Schlüssel verschlüsseln (2 P) b) mit Alices öffentlichem Schlüssel entschlüsseln, eigenen Hashwert berechnen, vergleichen (2 P) c) Integrität, Authentizität, Nichtabstreitbarkeit — nicht Vertraulichkeit, die Nachricht bleibt lesbar (3 P)
Verallgemeinern und beurteilen
10 PunkteErst eine eigene Begründung skizzieren, dann auswählen. Empfohlene Zeit: etwa 20 Minuten.
Eine Firma verschlüsselt ihre täglichen Lieferlisten (je etwa 5 000 Zeichen) mit Vigenère. Das Schlüsselwort hat 8 Buchstaben und wird seit einem Jahr nicht gewechselt. Beurteilen Sie die Sicherheit, indem Sie alle zutreffenden Aussagen wählen.
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Erwartungshorizont: Zutreffend: 1, 3, 4, 6 (je 1 P). Der Schlüsselraum schützt nur vor Brute Force; Kasiski-Test und Häufigkeitsanalyse umgehen ihn. Auch 12 Buchstaben ändern daran bei 5 000 Zeichen pro Tag nichts. Urteil: unsicher.
Alice fragt Bob im Schul-WLAN nach seinem öffentlichen Schlüssel. Mallory fängt Bobs Antwort ab und schickt Alice stattdessen ihren eigenen öffentlichen Schlüssel. Nehmen Sie Stellung zur Gefahr und zu möglichen Gegenmaßnahmen.
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Erwartungshorizont: a) Man-in-the-Middle: Mallory liest (und ändert ggf.) alles, ohne dass Alice oder Bob etwas merken (2 P) b) Zertifikat einer CA oder persönlicher Abgleich des Fingerabdrucks — beide stellen sicher, dass der Schlüssel wirklich Bob gehört (je 2 P). Längere Schlüssel oder eine zusätzliche Verschlüsselung helfen nicht, solange Alice den falschen Schlüssel benutzt.
Ergebnis
| Aufgabe | Thema | Punkte |
|---|
Punkteverteilung
| Aufgabe | Thema | AFB | Punkte |
|---|---|---|---|
| A1 | Caesar in beide Richtungen | AFB I | 4 |
| A2 | Vigenère mit Quadrat | AFB I | 5 |
| A3 | Symmetrisch oder asymmetrisch? | AFB I | 3 |
| A4 | Schlüssel für einen Kurs | AFB I | 3 |
| A5 | Einen Vigenère-Text angreifen | AFB II | 8 |
| A6 | Der verräterische Briefanfang | AFB II | 4 |
| A7 | Hybride Verschlüsselung | AFB II | 6 |
| A8 | Eine signierte Nachricht | AFB II | 7 |
| A9 | Sicherheit einer Firmenlösung | AFB III | 4 |
| A10 | Angriff im Schul-WLAN | AFB III | 6 |
| Summe (AFB I: 15 P · AFB II: 25 P · AFB III: 10 P) | 50 | ||
Notenschema (Notenpunkte der Oberstufe)
| Punkte | Notenpunkte | Beurteilung |
|---|---|---|
| 48 – 50 P | 15 | sehr gut + |
| 45 – 47 P | 14 | sehr gut |
| 43 – 44 P | 13 | sehr gut − |
| 40 – 42 P | 12 | gut + |
| 38 – 39 P | 11 | gut |
| 35 – 37 P | 10 | gut − |
| 33 – 34 P | 9 | befriedigend + |
| 30 – 32 P | 8 | befriedigend |
| 28 – 29 P | 7 | befriedigend − |
| 25 – 27 P | 6 | ausreichend + |
| 23 – 24 P | 5 | ausreichend |
| 20 – 22 P | 4 | ausreichend − |
| 17 – 19 P | 3 | mangelhaft + |
| 14 – 16 P | 2 | mangelhaft |
| 10 – 13 P | 1 | mangelhaft − |
| 0 – 9 P | 0 | ungenügend |
