Schülerkrypto

Dieb Dave von Schuelerkrypto

Seit 2013 findet einmal jährlich die Veranstaltung Schülerkrypto an der Universität Kassel statt. Diese wird vom Fachbereich Elektrotechnik/Informatik und dem Schülerforschungszentrum Nordhessen (SFN) gefördert und organisiert. Auf der Schülerkrypto können Schüler und Lehrer der Oberstufe die Wissenschaft der geheimen Sprache (Kryptologie) erlernen und selbst ausprobieren. Die Teilnehmer erleben im Rahmen der Schülerkrypto angewandte Mathematik ohne komplizierte Formeln zum Mitmachen. Der Dozent der Schülerkrypto in Kassel, Prof. Dr. Arno Wacker, ist der Entwicklungsleiter der eingesetzten Lernsoftware CrypTool 2.0. 

Der Schülerkryptotag ist unterteilt in Vorträge und die „Agenteneinsätze“, die praktische Aufgaben zur Anwendung der gelernten Methoden enthalten. Bei den praktischen Aufgaben werden kryptographische Rätsel (sogenannte Challenges) gestellt, und derjenige, der diese am schnellsten lösen kann, bekommt im Rahmen der Veranstaltung einen Sachpreis. Die Schülertage bestehen aus jeweils fünf Teilen, drei theoretische und zwei praktische, bei denen die Schüler an bereit gestellten Rechnern die ihnen gestellten Aufgaben lösen.

  • Vortrag und Vorführung – Teil 1
    • Einleitung
      Nachdem die Begriffe der Kryptologie und der Steganologie geklärt werden, wird CrypTool 1.4 und CrypTool 2.0 in einer Demo vorgestellt. Anschließend werden praktische Einsatzgebiete für Kryptologie von heute diskutiert.
    • Einfache Verschlüsselung
      An den Beispielen von Skytale und Caesar wird die Transposition und die Substitution erklärt. Sowohl für die Skytale als auch für Caesar gibt es direkt im Vortrag ein kleines kryptographisches Rätsel, welches mit Papier und Stift gelöst werden kann.
    • Verbesserte Verschlüsselung
      Aufbauend auf der einfachen Transposition (Skytale) und der einfachsten Substitution (Caesar) wird nun die einfache Spaltentransposition* und die monoalphabetische Substitution inklusive der zugehörigen Angriffsmöglichkeiten besprochen.
  • Agenteneinsatz – Teil 1
    • Grundausbildung zum Geheimagent
      Ziel der Grundausbildung ist das praktische Anwenden der eben gelernten Methoden mit Hilfe von CrypTool 1.4 bzw. CrypTool 2.0. Dafür wird den Schülern eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für insgesamt 6 Aufgaben zur Verfügung gestellt. Erst nach erfolgreichem Abschluss all dieser Aufgaben bekommen die Schüler ihren ersten Auftrag.
    • Aufträge 1-2
      In den Aufträgen soll man Agent 009 helfen, die gestohlenen Kunstschätze aus dem Museum wiederzubeschaffen und die Täter zu fassen. Im ersten Auftrag soll dafür eine mit der monoalphabetischen Substitution verschlüsselte Nachricht und im zweiten Auftrag eine Skytale-Nachricht gebrochen werden.
  • Vortrag und Vorführung – Teil 2
    • Maschinelle Verschlüsselung
      Hier wird die Enigma als der bekannteste Vertreter der mechanischen Verschlüsselung erklärt und anhand von CrypTool 1.4 und 2.0 vorgeführt.
    • Moderne Verschlüsselung (Teil 1)
      Bei den modernen Verfahren werden die beiden symmetrischen Verfahren DES und AES* besprochen. Anschließend werden beide Verfahren in einer Demo mit Hilfe von CrypTool vorgeführt.
  • Vortrag und Vorführung – Teil 3
    • Moderne Verschlüsselung (Teil 2)
      Am Nachmittag wird der Schlüsselaustausch nach Diffie-Hellman-Merkle anhand einer verschließbaren Box mit zwei Schlösser vorgeführt. Abschließend wird das RSA-Verfahren und die zugehörige Mathematik erklärt. Zu dem RSA Verfahren gibt es zusätzlich ein kleines Rätsel.
  • Agenteneinsatz – Teil 2
    • Agentenfortbildung
      In der Agentenfortbildung sollen die Schüler die im zweiten und dritten Vortragsteil gelernten Verfahren selbst praktisch anwenden. Dafür wird den Schülern eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für insgesamt 4 Aufgaben zur Verfügung gestellt. In diesen Aufgaben sollen die Schüler einen Ciphertext-only-Angriff auf die Enigma und Brute-force-Angriffe auf AES (mit teilweise bekanntem Schlüssel) durchführen. Erst nach erfolgreichem Abschluss all dieser Aufgaben bekommen die Schüler ihren dritten Auftrag.
    • Aufträge 3-4
      In den letzten beiden Aufträgen engte sich den Kreis um die Täter stärker ein. Durch die erfolgreiche Kryptoanalyse der ersten beiden Aufträge sind die Agenten den Tätern dicht auf der Spur. Ob sie gefasst werden oder nicht, hängte nun davon ab, ob die beiden letzten Aufträge rechtzeitig entschlüsselt werden können. Bei Auftrag 03 gilt es, eine mit der Enigma verschlüsselte Nachricht zu entziffern. Noch etwas schwieriger wird es bei Auftrag 04, in dem eine hybride mit RSA und AES verschlüsselte Nachricht zu brechen ist.
  • Schlussworte

* werden im Rahmen des Vortrags nur kurz angesprochen, vollständig in den Unterlagen verfügbar.

Videoaufzeichnung

Durch die Unterstützung der Universität Kassel konnte auch dieses Jahr die Schülerkrypto-Veranstaltung aufgezeichnet werden. Das nachfolgende Video enthält alle drei Vortragsteile der Schülerkrypto. Im mittleren Teil werden in der Regel zwei bis drei Filmausschnitte gezeigt. Diese mussten leider aus Copyright-Gründen aus dem nachfolgenden Video entfernt werden. Der gesamte Vortrag ist in den weiter unten angegebenen Verlinkungen verfügbar.