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Matthias Altmann
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 2019_08_14_40th/adfgvx/README.md


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# ADFGVX




## Auszug


ADFGX und ADFGVX, auch bekannt als "Geheimschrift der Funker 1918" war ein manuelles Verschlüsselungsverfahren, welches das deutsche Heer im Ersten Weltkrieg verwendete.




Im Rahmen dieses Vortrages wird auf das Verfahren, die Geschichte und letztlich das Brechen derartiger Geheimschriften eingegangen. Es eignet sich aufgrund der Einfachheit des Verfahrens für Anfänger und Interessenten an klassischer Kryptographie.




## Dateien


| Datei       | Beschreibung                                                        |


| ----------- | ------------------------------------------------------------------- |


| adfgvx.html | Vortrag im HTML Format. Es wird eine Internet Verbindung benötigt.  |


| adfgvx.pdf  | Vortrag im PDF Format.                                              |


| adfgvx.md   | Rohformat der Präsentation.                                         |


| generate.sh | Generiert die HTML aus der Markdown Datei. Es wird Pandoc benötigt. |




 2019_08_14_40th/adfgvx/adfgvx.html


New file


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<!DOCTYPE html>


<html>


<head>


  <meta charset="utf-8">


  <meta name="generator" content="pandoc">


  <meta name="author" content="Billy Duong">


  <title>ADFGVX</title>


  <meta name="apple-mobile-web-app-capable" content="yes">


  <meta name="apple-mobile-web-app-status-bar-style" content="black-translucent">


  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0, user-scalable=no, minimal-ui">


  <link rel="stylesheet" href="http://revealjs.com/css/reset.css">


  <link rel="stylesheet" href="http://revealjs.com/css/reveal.css">


  <style>


      code{white-space: pre-wrap;}


      span.smallcaps{font-variant: small-caps;}


      span.underline{text-decoration: underline;}


      div.column{display: inline-block; vertical-align: top; width: 50%;}


  </style>


  <link rel="stylesheet" href="http://revealjs.com/css/theme/white.css" id="theme">


  <!-- Printing and PDF exports -->


  <script>


    var link = document.createElement( 'link' );


    link.rel = 'stylesheet';


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    link.href = window.location.search.match( /print-pdf/gi ) ? 'http://revealjs.com/css/print/pdf.css' : 'http://revealjs.com/css/print/paper.css';


    document.getElementsByTagName( 'head' )[0].appendChild( link );


  </script>


  <!--[if lt IE 9]>


  <script src="http://revealjs.com/lib/js/html5shiv.js"></script>


  <![endif]-->


</head>


<body>


  <div class="reveal">


    <div class="slides">




<section id="title-slide">


  <h1 class="title">ADFGVX</h1>


  <p class="author">Billy Duong</p>


</section>




<section id="inhalt" class="slide level2">


<h2>Inhalt</h2>


<p>Allgemein</p>


<p>Verfahren</p>


<p>Kryptoanalyse</p>


</section>


<section><section id="allgemein" class="title-slide slide level1"><h1>Allgemein</h1></section><section id="geschichtlicher-hintergrund" class="slide level2">


<h2>Geschichtlicher Hintergrund</h2>


<ul>


<li><p><a href="https://de.wikipedia.org/wiki/ADFGX">“Geheimschrift der Funker 1918”</a></p></li>


<li><p>manuelles Verschlüsselungsverfahren</p></li>


<li><p>verwendet im 1. WK (Deutschland)</p></li>


<li><p>entwickelt von <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Fritz_Nebel">Fritz Nebel</a> (1891-1977)</p></li>


<li><p>März 1918 <em>ADFGX</em>, Juni <em>ADFGVX</em></p></li>


<li><p>erstm. gebrochen von <a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Georges_Painvin">Georges Painvin</a> (1886-1980)</p></li>


</ul>


</section><section id="charakteristika" class="slide level2">


<h2>Charakteristika</h2>


<ul>


<li><p>Wahl “A, D, G, F, (V,) X”<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Morsezeichen">*</a> um Signalstörungen zu vermeiden</p>


<pre><code>A | · −


D | − · ·


G | − − ·


F | · · − ·


V | · · · −


X | − · · −</code></pre></li>


<li><p>Verwendet Substitution und Transposition</p></li>


<li><p>fraktionierendes Verfahren</p></li>


</ul>


</section></section>


<section><section id="verfahren" class="title-slide slide level1"><h1>Verfahren</h1></section><section id="krytoverfahren-101" class="slide level2">


<h2>Krytoverfahren 101</h2>


<pre><code>Alice        | UNSAFE COMMUNICATION TUNNEL |         Bob




m --E(k,m)--&gt;           c                   --D(k,c)--&gt; m




             | Eve                         |






---------------------------------------------------------


m : message


c : ciphertext


k : key


E : encryption function


D : decryption function</code></pre>


</section><section id="nachricht---m" class="slide level2">


<h2>Nachricht - m</h2>


<ul>


<li><p>keine Leerzeichen, Buchstaben großgeschrieben</p></li>


<li><p>Satzzeichen werden ersetzt (zB. X) oder ausgelassen</p></li>


<li><p>Bei <em>ADFGX</em> muss ein Buchstabe gleich sein (zb. I = J)</p></li>


<li><p>Bei <em>ADFGX</em> müssen Zahlen ausgeschrieben werden</p></li>


<li><p>Beispiel:</p>


<pre><code>GEHEIMENACHRICHT</code></pre></li>


</ul>


</section><section id="verschlüsselte-nachricht---c" class="slide level2">


<h2>Verschlüsselte Nachricht - c</h2>


<ul>


<li><p>Besteht nur aus A, D, F, G, (V, ) X</p></li>


<li><p>Wird in 5er Blöcken übertragen</p></li>


<li><p>Beispiel:</p>


<pre><code>DFFAD GAADX DFFVV DVFDD DGGAD FDVDD AA</code></pre></li>


</ul>


</section><section id="schlüssel---k" class="slide level2">


<h2>Schlüssel - k</h2>


<ul>


<li><p>2 Wörter oder Zeichenketten (A-Z)</p></li>


<li><p>1. Wort: 1-25 (ADFGX) bzw. 1-36 (ADFGVX)</p></li>


<li><p>2. Wort: beliebig lang</p></li>


<li><p>Beispiel:</p>


<pre><code>KRYPTOGRAPHIE, FLUSS</code></pre></li>


</ul>


<p><br/> <small>Anmerkung: Schlüssel wurde in Praxis einmal täglich gewechselt.</small></p>


</section><section id="verschlüsselung---e-i" class="slide level2">


<h2>Verschlüsselung - E (I)</h2>


<p><strong>1. Substitution über Polybios Quadrat</strong></p>


<pre><code> |A D F G V X        - 1. Wort als Schlüssel:


-·-----------          &quot;KRYPTOGRAPHIE&quot;


A|K R Y P T O


D|G A H I E B        - Dopplungen im Schlüssel werden


F|C D F J L M          ausgelassen: &quot;KRYPTOGAHIE&quot;


G|N Q S U V W


V|X Z 0 1 2 3        - Ersetzungstabelle bilden


X|4 5 6 7 8 9






m = G  E  H  E  I  M  E  N  A  C  H  R  I  C  H  T




 =&gt; DA DV DF DV DG FX DV GA DD FA DF AD DG FA DF AV</code></pre>


</section><section id="verschlüsselung---e-ii" class="slide level2">


<h2>Verschlüsselung - E (II)</h2>


<p><strong>2. Spaltentransposition</strong></p>


<pre><code>m&#39; = DA DV DF DV DG FX DV GA DD FA DF AD DG FA DF AV




12534               12345   - in Spalten aufschreiben


-----               -----     (#Spalten = Länge 2. Wort)


DADVD           |   DAVDD


FDVDG           v   FDDGV   - Spalten nach 2. Wort


FXDVG     =&gt;        FXVGD     anordnen FLUSS = 12534


ADDFA               ADFAD


DFADD               DFDDA   - Spalten von OBEN nach UNTEN


GFADF               GFDFA     ablesen (* ignorieren)


AV***               AV***




c = DFFADGAADXDFFVVDVFDDDGGADFDVDDAA


 =&gt; DFFAD GAADX DFFVV DVFDD DGGAD FDVDD AA</code></pre>


<p><br/> <small>Alternativ: Statt * mit zB. X (VA) auffüllen.</small></p>


</section><section id="entschlüsselung---d" class="slide level2">


<h2>Entschlüsselung - D</h2>


<p><strong>1. Spaltentransposition</strong></p>


<pre><code>12345               12534   - Spalten aufstellen (#Spalten 


-----               -----     = Länge 2. Wort)


DAVDD               DADVD


FDDGV               FDVDG   - * anhand von Länge setzen


FXVGD     =&gt;        FXDVG


ADFAD               ADDFA   - Nachricht eintragen und Spalten


DFDDA               DFADD     nach 2. Wort anordnen


GFDFA               GFADF     


AV***               AV***   - Zeilen ablesen




 =&gt; DADVDFDVDGFXDVGADDFADFADDGFADFAV</code></pre>


<p><strong>2. Substitution</strong></p>


<pre><code> =&gt; GEHEIMENACHRICHT</code></pre>


</section></section>


<section><section id="kryptoanalyse" class="title-slide slide level1"><h1>Kryptoanalyse</h1></section><section id="werkzeuge-i" class="slide level2">


<h2>Werkzeuge (I)</h2>


<p><strong>Transposition</strong></p>


<ul>


<li>zB. allgemeine Spaltentransposition</li>


<li>Known Plaintext</li>


<li>Bigramme + Trigramme</li>


<li>Heuristische Verfahren</li>


</ul>


</section><section id="werzeuge-ii" class="slide level2">


<h2>Werzeuge (II)</h2>


<p><strong>Monoalphabetische Substitution</strong></p>


<ul>


<li>zB. Cäsar-Chiffre</li>


<li>Häufigkeitsanalyse</li>


</ul>


<p><br/></p>


<p><strong>Koinzidenzindex <a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Koinzidenzindex">*</a></strong></p>


<p><span class="math inline">\(\displaystyle \mathbf {IC} ={\frac {\sum _{i=A}^{Z}n_{i}(n_{i}-1)}{N(N-1)}}\)</span></p>


</section><section id="probleme" class="slide level2">


<h2>Probleme</h2>


<ul>


<li><p>Häufigkeitsanalyse nicht direkt möglich</p>


<ul>


<li>Transposition “zerreißt” die Doppelzeichen</li>


</ul></li>


<li><p>Heuristische Verfahren benötigen…</p>


<ul>


<li>Nachbarschaftsfunktion</li>


<li>Kostenfunktion</li>


</ul></li>


<li><p>(Transpositions) Schlüssellänge ist sehr wichtig!</p></li>


</ul>


</section><section id="ansätze-i" class="slide level2">


<h2>Ansätze (I)</h2>


<p><strong>SOLUTION OF THE ADFGVX SYSTEM <a href="https://www.nsa.gov/Portals/70/documents/news-features/declassified-documents/military-cryptanalysis/mil_crypt_IV.pdf">*</a></strong></p>


<ul>


<li><p>“Special solution by means of identical endings” (98)</p></li>


<li><p>“Special solution by means of identical beginnings” (105)</p></li>


<li><p>“Special solution by the exact factor method” (123)</p></li>


<li><p>“Basic principles of the general solution” (125)</p></li>


</ul>


</section><section id="ansätze-ii" class="slide level2">


<h2>Ansätze (II)</h2>


<p><strong>Heuristischer Ansatz <a href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01611194.2016.1169461?journalCode=ucry20">*</a></strong></p>


<ul>


<li>Transponieren und über <strong>Koinzidenzindex</strong> testen


<ul>


<li><span class="math inline">\(n_i\)</span> steht für Buchstabenpaare</li>


<li>Korrekte Transposition ergibt guten Koinzidenzindex für Sprache</li>


</ul></li>


<li>Algorithmen: <strong>Hill Climbing</strong>, Simulated Annealing, Tabu Search, Genetische Algorithmen</li>


</ul>


</section></section>


<section><section id="weiterführendes" class="title-slide slide level1"><h1>Weiterführendes</h1></section><section id="allgemein-1" class="slide level2">


<h2>Allgemein</h2>


<ul>


<li><p><a href="https://de.wikipedia.org/wiki/ADFGX">Wikipedia (DE) - ADFGX</a></p></li>


<li><p><a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Koinzidenzindex">Wikipedia (DE) - Koinzidenzindex</a></p></li>


<li><p><a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Morsezeichen">Wikipedia (DE) - Morsecode</a></p></li>


<li><p><a href="https://youtu.be/pePrEMtLMk8?t=2954">Vorlesung - Grundlagen der angewandten Kryptologie (#06)</a> *</p></li>


<li><p><a href="https://www.dcode.fr/adfgvx-cipher">dCode - ADFGVX CIPHER</a></p></li>


</ul>


<p><small>* Empfehlungen</small></p>


</section><section id="vertiefung" class="slide level2">


<h2>Vertiefung</h2>


<ul>


<li><p><a href="https://www.nsa.gov/Portals/70/documents/news-features/declassified-documents/friedman-documents/publications/FOLDER_269/41784769082379.pdf">NSA - General solution for the ADFGVX cipher system</a></p></li>


<li><p><a href="https://www.nsa.gov/news-features/declassified-documents/military-cryptanalysis/">NSA - Military Cryptanalysis</a> *</p></li>


<li><p><a href="https://www.nsa.gov/Portals/70/documents/news-features/declassified-documents/military-cryptanalysis/mil_crypt_IV.pdf">NSA - Military Cryptanalysis IV - SOLUTION OF THE ADFGVX SYSTEM</a></p></li>


<li><p><a href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01611194.2016.1169461?journalCode=ucry20">Deciphering ADFGVX messages from the Eastern Front of World War I</a> *</p></li>


</ul>


<p><small>* Empfehlungen</small></p>


</section><section id="danke-für-zuhören" class="slide level2">


<h2>Danke für Zuhören!</h2>


</section></section>


    </div>


  </div>




  <script src="http://revealjs.com/js/reveal.js"></script>




  <script>




      // Full list of configuration options available at:


      // https://github.com/hakimel/reveal.js#configuration


      Reveal.initialize({


        // Push each slide change to the browser history


        history: true,


        math: {


          mathjax: 'https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.2/MathJax.js',


          config: 'TeX-AMS_HTML-full',


          tex2jax: {


            inlineMath: [['\\(','\\)']],


            displayMath: [['\\[','\\]']],


            balanceBraces: true,


            processEscapes: false,


            processRefs: true,


            processEnvironments: true,


            preview: 'TeX',


            skipTags: ['script','noscript','style','textarea','pre','code'],


            ignoreClass: 'tex2jax_ignore',


            processClass: 'tex2jax_process'


          },


        },




        // Optional reveal.js plugins


        dependencies: [


          { src: 'http://revealjs.com/lib/js/classList.js', condition: function() { return !document.body.classList; } },


          { src: 'http://revealjs.com/plugin/zoom-js/zoom.js', async: true },


          { src: 'http://revealjs.com/plugin/math/math.js', async: true },


          { src: 'http://revealjs.com/plugin/notes/notes.js', async: true }


        ]


      });


    </script>


    </body>


</html>




 2019_08_14_40th/adfgvx/adfgvx.md


New file


@@ -0,0 +1,272 @@


---


author: Billy Duong


title: ADFGVX


revealjs-url: http://revealjs.com


theme: white


---




## Inhalt




Allgemein




Verfahren




Kryptoanalyse






# Allgemein




## Geschichtlicher Hintergrund




- ["Geheimschrift der Funker 1918"](https://de.wikipedia.org/wiki/ADFGX)




- manuelles Verschlüsselungsverfahren




- verwendet im 1. WK (Deutschland)




- entwickelt von [Fritz Nebel](https://de.wikipedia.org/wiki/Fritz_Nebel) (1891-1977)




- März 1918 *ADFGX*, Juni *ADFGVX*




- erstm. gebrochen von [Georges Painvin](https://en.wikipedia.org/wiki/Georges_Painvin) (1886-1980)




## Charakteristika




- Wahl "A, D, G, F, (V,) X"[\*](https://de.wikipedia.org/wiki/Morsezeichen) um Signalstörungen zu vermeiden




    ```


    A | · −


    D | − · ·


    G | − − ·


    F | · · − ·


    V | · · · −


    X | − · · −


    ```




- Verwendet Substitution und Transposition




- fraktionierendes Verfahren






# Verfahren




## Krytoverfahren 101




```


Alice        | UNSAFE COMMUNICATION TUNNEL |         Bob




m --E(k,m)-->           c                   --D(k,c)--> m




             | Eve                         |






---------------------------------------------------------


m : message


c : ciphertext


k : key


E : encryption function


D : decryption function


```




## Nachricht - m




- keine Leerzeichen, Buchstaben großgeschrieben




- Satzzeichen werden ersetzt (zB. X) oder ausgelassen




- Bei *ADFGX* muss ein Buchstabe gleich sein (zb. I = J)




- Bei *ADFGX* müssen Zahlen ausgeschrieben werden




- Beispiel:




    ```


    GEHEIMENACHRICHT


    ```




## Verschlüsselte Nachricht - c




- Besteht nur aus A, D, F, G, (V, ) X




- Wird in 5er Blöcken übertragen




- Beispiel:




    ```


    DFFAD GAADX DFFVV DVFDD DGGAD FDVDD AA


    ```




## Schlüssel - k




- 2 Wörter oder Zeichenketten (A-Z)




- 1\. Wort: 1-25 (ADFGX) bzw. 1-36 (ADFGVX)




- 2\. Wort: beliebig lang




- Beispiel:




    ```


    KRYPTOGRAPHIE, FLUSS


    ```




<br/>


<small>Anmerkung: Schlüssel wurde in Praxis einmal täglich gewechselt.</small>




## Verschlüsselung - E (I)




**1. Substitution über Polybios Quadrat**




```


 |A D F G V X        - 1. Wort als Schlüssel:


-·-----------          "KRYPTOGRAPHIE"


A|K R Y P T O


D|G A H I E B        - Dopplungen im Schlüssel werden


F|C D F J L M          ausgelassen: "KRYPTOGAHIE"


G|N Q S U V W


V|X Z 0 1 2 3        - Ersetzungstabelle bilden


X|4 5 6 7 8 9






m = G  E  H  E  I  M  E  N  A  C  H  R  I  C  H  T




 => DA DV DF DV DG FX DV GA DD FA DF AD DG FA DF AV


```




## Verschlüsselung - E (II)




**2. Spaltentransposition**




```


m' = DA DV DF DV DG FX DV GA DD FA DF AD DG FA DF AV




12534               12345   - in Spalten aufschreiben


-----               -----     (#Spalten = Länge 2. Wort)


DADVD           |   DAVDD


FDVDG           v   FDDGV   - Spalten nach 2. Wort


FXDVG     =>        FXVGD     anordnen FLUSS = 12534


ADDFA               ADFAD


DFADD               DFDDA   - Spalten von OBEN nach UNTEN


GFADF               GFDFA     ablesen (* ignorieren)


AV***               AV***




c = DFFADGAADXDFFVVDVFDDDGGADFDVDDAA


 => DFFAD GAADX DFFVV DVFDD DGGAD FDVDD AA


```




<br/>


<small>Alternativ: Statt * mit zB. X (VA) auffüllen.</small>




## Entschlüsselung - D




**1. Spaltentransposition**




```


12345               12534   - Spalten aufstellen (#Spalten 


-----               -----     = Länge 2. Wort)


DAVDD               DADVD


FDDGV               FDVDG   - * anhand von Länge setzen


FXVGD     =>        FXDVG


ADFAD               ADDFA   - Nachricht eintragen und Spalten


DFDDA               DFADD     nach 2. Wort anordnen


GFDFA               GFADF     


AV***               AV***   - Zeilen ablesen




 => DADVDFDVDGFXDVGADDFADFADDGFADFAV


```




**2. Substitution**




```


 => GEHEIMENACHRICHT


```






# Kryptoanalyse




## Werkzeuge (I)




**Transposition**




- zB. allgemeine Spaltentransposition


- Known Plaintext


- Bigramme + Trigramme


- Heuristische Verfahren




## Werzeuge (II)




**Monoalphabetische Substitution**




- zB. Cäsar-Chiffre


- Häufigkeitsanalyse




<br/>




**Koinzidenzindex [\*](https://de.wikipedia.org/wiki/Koinzidenzindex)**




$\displaystyle \mathbf {IC} ={\frac {\sum _{i=A}^{Z}n_{i}(n_{i}-1)}{N(N-1)}}$




## Probleme




- Häufigkeitsanalyse nicht direkt möglich




    - Transposition "zerreißt" die Doppelzeichen




- Heuristische Verfahren benötigen...




    - Nachbarschaftsfunktion


    - Kostenfunktion




- (Transpositions) Schlüssellänge ist sehr wichtig!




## Ansätze (I)




**SOLUTION OF THE ADFGVX SYSTEM [\*](https://www.nsa.gov/Portals/70/documents/news-features/declassified-documents/military-cryptanalysis/mil_crypt_IV.pdf)**




- "Special solution by means of identical endings" (98)




- "Special solution by means of identical beginnings" (105)




- "Special solution by the exact factor method" (123)




- "Basic principles of the general solution" (125)




## Ansätze (II)




**Heuristischer Ansatz [\*](https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01611194.2016.1169461?journalCode=ucry20)**




- Transponieren und über **Koinzidenzindex** testen


    - $n_i$ steht für Buchstabenpaare


    - Korrekte Transposition ergibt guten Koinzidenzindex für Sprache


- Algorithmen: **Hill Climbing**, Simulated Annealing, Tabu Search, Genetische Algorithmen






# Weiterführendes




## Allgemein




- [Wikipedia (DE) - ADFGX](https://de.wikipedia.org/wiki/ADFGX)




- [Wikipedia (DE) - Koinzidenzindex](https://de.wikipedia.org/wiki/Koinzidenzindex)




- [Wikipedia (DE) - Morsecode](https://de.wikipedia.org/wiki/Morsezeichen)




- [Vorlesung - Grundlagen der angewandten Kryptologie (#06)](https://youtu.be/pePrEMtLMk8?t=2954) \*




- [dCode - ADFGVX CIPHER](https://www.dcode.fr/adfgvx-cipher)




<small>\* Empfehlungen</small>




## Vertiefung




- [NSA - General solution for the ADFGVX cipher system](https://www.nsa.gov/Portals/70/documents/news-features/declassified-documents/friedman-documents/publications/FOLDER_269/41784769082379.pdf)




- [NSA - Military Cryptanalysis](https://www.nsa.gov/news-features/declassified-documents/military-cryptanalysis/) \*




- [NSA - Military Cryptanalysis IV - SOLUTION OF THE ADFGVX SYSTEM](https://www.nsa.gov/Portals/70/documents/news-features/declassified-documents/military-cryptanalysis/mil_crypt_IV.pdf)




- [Deciphering ADFGVX messages from the Eastern Front of World War I](https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01611194.2016.1169461?journalCode=ucry20) \*




<small>\* Empfehlungen</small>




## Danke für Zuhören!




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@@ -0,0 +1,3 @@


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#!/usr/bin/env bash




presentation=adfgvx




# External revealjs (slide notes wont work; internet connection is needed)


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# Own revealjs (working slide notes)


# pandoc -s -t revealjs -o $presentation.html $presentation.md --mathjax -V revealjs-url=../revealjs




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