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authorNao Pross <np@0hm.ch>2021-04-08 18:49:39 +0200
committerNao Pross <np@0hm.ch>2021-04-08 18:49:39 +0200
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diff --git a/buch/chapters/90-crypto/aes.tex b/buch/chapters/90-crypto/aes.tex
index 6004dde..acdda22 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/aes.tex
+++ b/buch/chapters/90-crypto/aes.tex
@@ -32,4 +32,402 @@ Sicherheit.
In diesem Abschnitt soll gezeigt werde, wie sich die AES
spezifizierten Operationen als mit der Arithmetik der
endlichen Körper beschreiben lassen.
+Im Abschnitt~\ref{buch:subsection:byte-operationen} werden
+Bytes als Elemente in einem endlichen Körper $\mathbb{F}_{2^8}$
+interpretiert.
+Damit kann dann die sogenannte $S$-Box konstruiert werden und
+es ist leicht zu verstehen, dass sie invertierbar ist.
+Aus den Byte-Operationen können dann Mischoperationen erzeugt
+werden, die Bytes untereinander verknüpfen, die aber auch wieder
+als Operationen in einem endlichen Körper verstanden werden können.
+
+\subsection{Byte-Operationen
+\label{buch:subsection:byte-operationen}}
+Moderne Prozessoren operieren auf Wörtern, die Vielfache von Bytes sind.
+Byte-Operationen sind besonders effizient in Hardware zu realisieren.
+AES verwendet daher als Grundelemente Operationen auf Bytes, die als
+Elemente eines endlichen Körpers $\mathbb{F}_{2^8}$ interpretiert werden.
+
+\subsubsection{Bytes als Elemente von $\mathbb{F}_{2^8}$}
+Das Polynom $m(X)=X^8+X^4+X^3+X+1\in \mathbb{F}_2[X]$ ist irreduzibel,
+somit ist $\mathbb{F}_{2^8} = \mathbb{F}_2[X]/(m)$ ein Körper.
+Die Elemente können dargestellt werden als Polynome, das Byte
+$\texttt{63}_{16}$ bekommt die Form
+\[
+p(X) = p_7X^7 + p_6X^6 + \dots + p_2X^2+p_1X + p_0,
+\]
+sie bestehen daher aus den $8$ Bits $p_7,\dots,p_0$.
+
+Die Interpretation der Bytes als Elemente eines Körpers bedeutet,
+dass jede Multiplikation mit einem nicht verschwindenden Byte
+invertierbar ist.
+Ausserdem mischen diese Operationen die einzelnen Bits auf einigermassen
+undurchsichtige, aber umkehrbare Art durcheinander, wie dies für ein
+Verschlüsselungsverfahren wünschenswert ist.
+
+\subsubsection{$S$-Box}
+Für die Operation der $S$-Box wird wie folgt zusammengesetzt.
+Zunächst wird ein Byte $x$ durch das zugehörige multiplikative
+inverse Element
+\[
+x\mapsto \bar{x} = \begin{cases}
+x^{-1}&\qquad \text{für $x\in \mathbb{F}_{2^8}^*$}\\
+0 &\qquad \text{für $x=0$}
+\end{cases}
+\]
+ersetzt.
+
+Im zweiten Schritt betrachten wir $\mathbb{F}_{2^8}$ als einen
+$8$-dimensionalen Vektorraum über $\mathbb{F}_2$.
+Einem Polynom $p(X)=p_7X^7 + \dots + p_1X+p_0$ wird der Spaltenvektor
+mit den Komponenten $p_0$ bis $p_7$ zugeordnet.
+
+\begin{figure}
+\centering
+\includegraphics[width=\textwidth]{chapters/90-crypto/images/sbox.pdf}
+\caption{Berechnung der Inversen der Matrix $A$ in der $S$-Box des
+AES-Algorithmus mit dem Gauss-Algorithmus
+\label{buch:crypto:fig:sbox}}
+\end{figure}
+
+Eine lineare Transformation in diesem Vektorraum kann durch eine
+$8\times 8$-Matrix in $M_8(\mathbb{F}_2)$ betrachtet werden.
+In der $S$-Box wird die Matrix
+\[
+A=
+\begin{pmatrix}
+1&0&0&0&1&1&1&1\\
+1&1&0&0&0&1&1&1\\
+1&1&1&0&0&0&1&1\\
+1&1&1&1&0&0&0&1\\
+1&1&1&1&1&0&0&0\\
+0&1&1&1&1&1&0&0\\
+0&0&1&1&1&1&1&0\\
+0&0&0&1&1&1&1&1
+\end{pmatrix},
+\qquad
+A^{-1}
+=
+\begin{pmatrix}
+0&0&1&0&0&1&0&1\\
+1&0&0&1&0&0&1&0\\
+0&1&0&0&1&0&0&1\\
+1&0&1&0&0&1&0&0\\
+0&1&0&1&0&0&1&0\\
+0&0&1&0&1&0&0&1\\
+1&0&0&1&0&1&0&0\\
+0&1&0&0&1&0&1&0
+\end{pmatrix}
+\]
+verwendet.
+Mit dem Gauss-Algorithmus, schematisch dargestellt in
+Abbildung~\ref{buch:crypto:fig:sbox}, kann man die Inverse
+bestimmen, die Multiplikation mit $A$ ist also eine invertierbare
+Abbildung.
+
+Der letzte Schritt ist dann wieder eine Addition von
+$q(X)=X^7+X^6+X+1\in \mathbb{F}_{2^8}$, durch Subtraktion
+von $q(X)$ invertiert werden kann.
+Die $S$-Box-Operation kann also bektoriell geschrieben werden also
+\[
+ S(x) = A\overline{x}+q.
+\]
+
+Die Implementation ist möglicherweise mit einer Tabelle am schnellsten,
+es sind ja nur 256 Bytes im Definitionsbereich der $S$-Box-Abbildung
+und ebenso nur 256 möglich Werte.
+
+\subsection{Block-Operationen
+\label{buch:subsection:block-operationen}}
+Die zu verschlüsselnden Daten werden in in Blöcke aufgeteilt, deren
+Länge Vielfache von $32$ bit sind.
+Die kleinste Blockgrösse ist 128\,Bit, die grösste ist 256\,Bit.
+Die Bytes eines Blockes werden dann in einem Rechteck angeordnet
+als
+\begin{equation}
+\begin{tabular}{|>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}>{$}c<{$}|}
+\hline
+ b_{0} & b_{4} & b_{8} & b_{12} & b_{16} & b_{20} & b_{24} & b_{28} \\
+ b_{1} & b_{5} & b_{9} & b_{13} & b_{17} & b_{21} & b_{25} & b_{29} \\
+ b_{2} & b_{6} & b_{10} & b_{14} & b_{18} & b_{22} & b_{26} & b_{30} \\
+ b_{3} & b_{7} & b_{11} & b_{15} & b_{19} & b_{23} & b_{27} & b_{31} \\
+\hline
+\end{tabular}
+\label{buch:crypto:eqn:block}
+\end{equation}
+für eine Blocklänge von 256\,Bits.
+
+
+
+\subsubsection{Zeilenshift}
+\begin{figure}
+\centering
+\includegraphics[width=\textwidth]{chapters/90-crypto/images/shift.pdf}
+\caption{Zeilenshift in einem Block von 256 bits
+\label{buch:crypto:fig:shift}}
+\end{figure}
+Die Verschlüsselung muss sicherstellen, dass die Bytes des Blockes
+untereinander gut gemischt werden.
+Die bisher beschriebenen Operationen operieren immer nur auf einzelnen
+Bytes während
+die im nächsten Abschnitt beschriebene Spalten-Mischoperation
+nur auf Spalten wird.
+Die Zeilenmischoperation permutiert die Zeilen in den vier Zeilen
+eines Blocks zyklisch, die erste Zeile bleibt an Ort, die zweite
+Zeile wird um ein Byte rotiert, die dritte um zwei und die letzte
+um 3 Bytes, wie in Abbildung~\ref{buch:crypto:fig:zeilenshift}
+dargestellt.
+Diese Operation könnte mit einer Permutationsmatrix beschrieben werden,
+dies wäre jedoch keine effiziente Implementation.
+Der Zeilenschift hat ansonsten keine elegante algebraische Beschreibung.
+
+\subsubsection{Spalten mischen}
+Jede Spalte von \eqref{buch:crypto:eqn:block} kann als Vektor des
+vierdimensionalen Vektorraumes $\mathbb{F}_{2^8}^4$.
+Die Zeilenmischoperation wendet ein lineare Abbildung auf jeden
+Spaltenvektor von~\eqref{buch:crypto:eqn:block}.
+Die Koeffizienten der Matrix sind Elemente von $\mathbb{F}_{2^8}$.
+Die Matrix ist
+\[
+C=\begin{pmatrix}
+\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}\\
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{pmatrix}.
+\]
+Um nachzuprüfen, dass die Matrix $C$ invertierbar ist, könnte man den
+Gauss-Algorithmus verwenden und damit die Inverse berechnen.
+Dazu müsste man die multiplikativen Inversen kennen, was etwas mühsam
+ist.
+Man kann aber aber auch die Determinante bestimmen, dazu braucht man
+nur multiplizieren zu können, was in diesem Fall sehr leicht möglich ist,
+weil kein Überlauf entsteht.
+Dabei hilft es zu beachten, dass die Multiplikation mit $\texttt{02}_{16}$
+nur eine Einbit-Shiftoperation nach links ist.
+Nur die Multiplikation $\texttt{03}_{16}\cdot\texttt{03}_{16}=\text{05}_{16}$
+gibt etwas mehr zu überlegen.
+Mit geeigneten Zeilen-Operationen kann man die Berechnung der Determinante
+von $C$ mit dem Entwicklungssatz etwas vereinfachen.
+Man erhält
+\begin{align*}
+\det(C)
+&=
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
+\\
+&=
+\texttt{02}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
++
+\texttt{01}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
+\\
+&=
+\texttt{02}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{01}_{16}&\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
++
+\texttt{01}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{00}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
+\\
+&=
+\texttt{02}_{16}
+\left(
+\texttt{02}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{02}_{16}&\texttt{03}_{16}\\
+\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
++
+\texttt{01}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
+\right)
++
+\texttt{01}_{16}
+\left|
+\begin{matrix}
+\texttt{03}_{16}&\texttt{01}_{16}&\texttt{01}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{03}_{16}&\texttt{02}_{16}\\
+\texttt{00}_{16}&\texttt{00}_{16}&\texttt{01}_{16}
+\end{matrix}
+\right|
+\\
+&=
+\texttt{02}_{16}
+(
+\texttt{02}_{16}(\texttt{04}_{16}+\texttt{05}_{16})
++
+(\texttt{06}_{16}+\texttt{03}_{16})
+)
++
+\texttt{03}_{16}\texttt{03}_{16}
+\\
+&=
+\texttt{02}_{16}
+(
+\texttt{02}_{16}
++
+\texttt{05}_{16}
+)
++
+\texttt{05}_{16}
+=
+\texttt{0e}_{16}+\texttt{05}_{16}
+=
+\texttt{0a}_{16}
+\ne 0.
+\end{align*}
+Damit ist gezeigt, dass die Matrix $C$ invertierbar auf den
+Spaltenvektoren wirkt.
+Die Inverse der Matrix kann einmal berechnet und anschliessend
+für die Entschlüsselung verwendet werden.
+
+Alternativ kann man die Multiplikation mit der Matrix $C$ auch
+interpretieren als eine Polynommultiplikation.
+Dazu interpretiert man die Spalten des Blocks als Polynom vom Grad~3
+mit Koeffizienten in $\mathbb{F}_{2^8}$.
+Durch Reduktion mit dem irreduziblen Polynom
+$n(Z)=Z^4+1\in\mathbb{F}_{2^8}[X]$ entsteht aus dem Polynomring
+wieder ein Körper.
+Die Wirkung der Matrix $C$ ist dann nichts anderes als Multiplikation
+mit dem Polynom
+\[
+c(Z) = \texttt{03}_{16}Z^3 + Z^2+Z^1+\texttt{02}_{16},
+\]
+die natürlich ebenfalls umkehrbar ist.
+
+\subsection{Schlüssel
+\label{buch:subsection:schlüssel}}
+Die von den Byte- und Blockoperationen mischen die einzelnen Bits
+der Daten zwar ganz schön durcheinander, aber es wird noch kein
+Schlüsselmaterial eingearbeitet, welches den Prozess einzigartig
+macht.
+
+\subsubsection{Schlüsseladdition}
+Nach jeder Spaltenmischoperation wird ein Rundenschlüssel
+zum Blockhinzuaddiert.
+Beim ersten Mal wird dazu einfach das Schlüsselmaterial verwendet.
+Für die folgenden Runden muss aus diesem Schlüssel neues
+Material, die sogenannten Rundenschlüssel, gewonnen werden.
+
+\subsubsection{Rundenschlüssel}
+\begin{figure}
+\centering
+\includegraphics{chapters/90-crypto/images/keys.pdf}
+\caption{Erzeugung der erweiterten Schlüsseldaten aus dem Schlüssel
+$K_0,\dots,K_7$ für Schlüssellänge 256\,bit.
+Die mit $S$ beschrifteten Blöcke wenden die $S$-Box auf jedes einzelne
+Byte an.
+$\pi$ ist die zyklische Vertauschung der Bytes eines Wortes.
+Die Operation $r_i$ ist eine Addition einer Konstanten, die in jeder
+Runde anders ist.
+\label{buch:crypto:fig:keys}}
+\end{figure}
+Die Erzeugung der Rundenschlüssel ist in Abbildung
+\ref{buch:crypto:fig:keys}
+schematisch dargestellt.
+Die Blöcke beschreiben wieder Spaltenvektoren im vierdimensionalen
+Raum $\mathbb{F}_{2^8}^4$.
+Die Blöcke $K_0$ bis $K_7$ stellen den ursprünglichen Schlüssel dar.
+Die Erzeugung eines neuen Blocks Schlüsselmatrial beginnt damit,
+dass der letzte Vektor des vorangegangenblocks drei Operationen
+unterworfen werden.
+\begin{itemize}
+\item
+Die Operation $\pi$ vertauscht die Bytes des Vektors zyklisch:
+\begin{center}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick]
+\def\s{0.6}
+\begin{scope}
+\draw (0,0) rectangle (\s,{4*\s});
+\foreach \y in {1,...,3}{
+ \draw (0,{\y*\s}) (\s,{\y*\s});
+}
+\node at ({0.5*\s},{0.5*\s}) {$b_3$};
+\node at ({0.5*\s},{1.5*\s}) {$b_2$};
+\node at ({0.5*\s},{2.5*\s}) {$b_1$};
+\node at ({0.5*\s},{3.5*\s}) {$b_0$};
+\end{scope}
+\draw[->] ({1.1*\s},{2*\s}) -- ({4.9*\s},{2*\s});
+\node at ({3*\s},{2*\s}) [above] {$\pi$};
+\begin{scope}[xshift=3cm]
+\draw (0,0) rectangle (\s,{4*\s});
+\foreach \y in {1,...,3}{
+ \draw (0,{\y*\s}) (\s,{\y*\s});
+}
+\node at ({0.5*\s},{0.5*\s}) {$b_0$};
+\node at ({0.5*\s},{1.5*\s}) {$b_3$};
+\node at ({0.5*\s},{2.5*\s}) {$b_2$};
+\node at ({0.5*\s},{3.5*\s}) {$b_1$};
+\end{scope}
+\end{tikzpicture}
+\end{center}
+\item
+Die $S$-Operation wendet die $S$-Box auf alle Bytes eines Vektors an.
+\item
+Die $r_i$ Operation addiert in Runde eine Konstante $r_i$ zur $0$-Komponente.
+\end{itemize}
+Die Konstante $r_i$ ist wieder ein einzelnes Byte und es ist daher
+naheliegend, diese Bytes mit Hilfe der Arithmetik in $\mathbb{F}_{2^8}$
+zu erzeugen.
+Man kann daher $r_i$ definieren als
+$(\texttt{02}_{16})^{i-1}\in\mathbb{F}_{2^8}$.
+
+\subsection{Runden}
+Der AES-Verschlüsselungsalgorithmus besteht jetzt darin, die bisher
+definierten Operationen wiederholt anzuwenden.
+Eine einzelne Runde besteht dabei aus folgenden Schritten:
+\begin{enumerate}
+\item Wende die $S$-Box auf alle Bytes des Blocks an.
+\item Führe den Zeilenshift durch.
+\item Mische die Spalten (wird in der letzten Runde)
+\item Erzeuge den nächsten Rundenschlüssel
+\item Addiere den Rundenschlüssel
+\end{enumerate}
+Der AES-Verschlüsselungsalgorithmus beginnt damit, dass der Schlüssel
+zum Datenblock addiert wird.
+Anschliessend werden je nach Blocklänge verschiedene Anzahlen von
+Runden durchgeführt, 10 Runden für 128\,bit, 12 Runden für 192\,bit und
+14 Runden für 256\,bit.
+
+
+
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/arith.tex b/buch/chapters/90-crypto/arith.tex
index b6f2fd8..44eb6bb 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/arith.tex
+++ b/buch/chapters/90-crypto/arith.tex
@@ -6,20 +6,290 @@
\section{Arithmetik für die Kryptographie
\label{buch:section:arithmetik-fuer-kryptographie}}
\rhead{Arithmetik für die Kryptographie}
+Die Algorithmen der mathematischen Kryptographie basieren
+auf den Rechenoperationen in grossen, aber endlichen Körpern.
+Für die Division liefert der euklidische Algorithmus eine
+Methode, der in so vielen Schritten die Inverse findet,
+wie Dividend und Divisor Binärstellen haben.
+Dies ist weitgehend optimal.
+
+Die Division ist umkehrbar, in der Kryptographie strebt man aber an,
+Funktionen zu konstruieren, die nur mit grossem Aufwand umkehrbar sind.
+Eine solche Funktion ist das Potenzieren in einem endlichen Körper.
+Die Berechnung von Potenzen durch wiederholte Multiplikation ist jedoch
+prohibitiv aufwendig, daher ist ein schneller Potenzierungsalgorithmus
+nötig, der in Abschnitt~\ref{buch:subsection:potenzieren} beschrieben
+wird.
+Bei der Verschlüsselung grosser Datenmengen wie zum Beispiel bei
+der Verschlüsselung ganzer Harddisks mit Hilfe des AES-Algorithmus
+kommt es auf die Geschwindigkeit auch der elementarsten Operationen
+in den endlichen Körpern an.
+Solche Methoden werden in den Abschnitten
+\ref{buch:subsection:rechenoperationen-in-fp}
+und
+\ref{buch:subsection:rechenoperatione-in-f2l}
+besprochen.
\subsection{Potenzieren
\label{buch:subsection:potenzieren}}
-% XXX Divide-and-Conquer Algorithmus
+Wir gehen davon aus, dass wir einen schnellen Algorithmus zur
+Berechnung des Produktes zweier Elemente $a,b$ in einer
+beliebigen Gruppe $G$ haben.
+Die Gruppe $G$ kann die Multiplikation der ganzen oder reellen Zahlen
+sein, dies wird zum Beispiel in Implementation der Potenzfunktion
+verwendet.
+Für kryptographische Anwendungen ist $G$ die multiplikative Gruppe
+eines endlichen Körpers oder eine elliptische Kurve.
+
+Zur Berechnung von $a^k$ sind bei einer naiven Durchführung des
+Algorithmus $k-1$ Multiplikationen nötig, immer sofort gefolgt
+von einer Reduktion $\mod p$ um sicherzustellen, dass die Resultate
+nicht zu gross werden.
+Ist $l$ die Anzahl der Binärstellen von $k$, dann benötigt dieser
+naive Algorithmus $O(2^l)$ Multiplikationen, die Laufzeit wächst
+also exponentiell mit der Bitlänge von $k$ an.
+Der nachfolgend beschriebene Algorithmus reduziert die Laufzeit auf
+die $O(l)$.
+
+Zunächst schreiben wir den Exponenten $k$ in binärer Form als
+\[
+k = k_l2^l + k_{l-1}2^{l-1} + \dots k_22^2+k_12^1 k_02^0.
+\]
+Die Potenz $a^k$ kann dann geschrieben werden als
+\[
+a^k
+=
+a^{k_l2^l} \cdot a^{k_{l-1}2^{l-1}} \cdot \dots \cdot
+a^{k_22^2} \cdot a^{k_12^1} \cdot a^{k_02^0}
+\]
+Nur diejenigen Faktoren tragen etwas bei, für die $k_i\ne 0$ ist.
+Die Potenz kann man daher auch schreiben als
+\[
+a^k
+=
+\prod_{k_i\ne 0} a^{2^i}.
+\]
+Es sind also nur so viele Faktoren zu berücksichtigen, wie $k$
+Binärstellen $1$ hat.
+
+Die einzelnen Faktoren $a^{2^i}$ können durch wiederholtes Quadrieren
+erhalten werden:
+\[
+a^{2^i} = a^{2\cdot 2^{i-1}} = (a^{2^{i-1}})^2,
+\]
+also durch maximal $l-1$ Multiplikationen.
+Wenn $k$ keine Ganzzahl ist sondern binäre Nachkommastellen hat, also
+\[
+k=k_l2^l + \dots + k_12^1 + k_02^0 + k_{-1}2^{-1} + k_{-2}2^{-2}+\dots,
+\]
+dann können die Potenzen $a^{2^{-i}}$ durch wiederholtes Wurzelziehen
+\[
+a^{2^{-i}} = a^{\frac12\cdot 2^{-i+1}} = \sqrt{a^{2^{-i+1}}}
+\]
+gefunden werden.
+Die Berechnung der Quadratwurzel lässt sich in Hardware effizient
+implementieren.
+
+\begin{algorithmus}
+Der folgende Algorithmsu berechnet $a^k$ in $O(\log_2(k))$
+Multiplikationen
+\begin{enumerate}
+\item Initialisiere $p=1$ und $q=a$
+\item Falls $k$ ungerade ist, setze $p:=p\cdot q$
+\item Setze $q:=q^2$ und $k := k/2$, wobei die ganzzahlige Division durch $2$
+am effizientesten als Rechtsshift implementiert werden kann.
+\item Falls $k>0$, fahre weiter bei 2.
+\end{enumerate}
+\end{algorithmus}
+
+\begin{beispiel}
+Die Berechnung von $1.1^{17}$ mit diesem Algorithmus ergibt
+\begin{enumerate}
+\item $p=1$, $q=1.1$
+\item $k$ ist ungerade: $p:=1.1$
+\item $q:=q^2=1.21$, $k := 8$
+\item $k$ ist gerade
+\item $q:=q^2=1.4641$, $k := 4$
+\item $k$ ist gerade
+\item $q:=q^2=2.14358881$, $k := 2$
+\item $k$ ist gerade
+\item $q:=q^2=4.5949729863572161$, $k := 1$
+\item $k$ ist ungerade: $p:=1.1\cdot p = 5.05447028499293771$
+\item $k:=0$
+\end{enumerate}
+Multiplikationen sind nur nötig in den Schritten 3, 5, 7, 9, 10, es
+werden also genau $5$ Multiplikationen ausgeführt.
+\end{beispiel}
\subsection{Rechenoperationen in $\mathbb{F}_p$
\label{buch:subsection:rechenoperationen-in-fp}}
-% XXX Multiplikation: modulare Reduktion mit jedem Digit
-% XXX Divide-and-Conquer
+Die Multiplikation macht aus zwei Faktoren $a$ und $b$ ein
+Resultat mit Bitlänge $\log_2 a+\log_2 b$, die Bitlänge wird
+also typischerweise verdoppelt.
+In $\mathbb{F}_p$ muss anschliessend das Resultat $\mod p$
+reduziert werden, so dass die Bitlänge wieder höchstens
+$\log_2p$ ist.
+In folgenden soll gezeigt werden, dass dieser Speicheraufwand
+für eine Binärimplementation deutlich reduziert werden kann,
+wenn die Reihenfolge der Operationen modifiziert wird.
+
+Für die Multiplikation von $41\cdot 47$ rechnet man im Binärsystem
+\begin{center}
+\begin{tabular}{>{$}r<{$}}
+\texttt{{\color{darkgreen}1}0{\color{red}1}001}\cdot\texttt{101111}\\
+\hline
+\texttt{101111}\\
+\texttt{{\color{red}101111}\phantom{000}}\\
+\texttt{{\color{darkgreen}101111}\phantom{00000}}\\
+\hline
+\texttt{11110000111}\\
+\hline
+\end{tabular}
+\end{center}
+In $\mathbb{F}_{53}$ muss im Anschluss Modulo $p=53$ reduziert werden.
+
+Der Speicheraufwand entsteht zunächst dadurch, dass durch die Multiplikation
+mit $2$ die Summanden immer länger werden.
+Man kann den die Sumanden kurz halten, indem man jedesmal, wenn
+der Summand nach der Multiplikation mit $2$ grösser als $p$ geworden ist,
+$p$ subtrahiert (Abbildung~\ref{buch:crypto:fig:reduktion}).
+Ebenso kann bei nach jeder Addition das bereits reduzierten zweiten
+Faktors wieder reduziert werden.
+Die Anzahl der nötigen Reduktionsoperationen wird durch diese
+frühzeitig durchgeführten Reduktionen nicht teurer als bei der Durchführung
+des Divisionsalgorithmus.
+
+\begin{figure}
+\begin{center}
+\begin{tabular}{>{$}r<{$}>{$}r<{$}>{$}r<{$}|>{$}r<{$}>{$}r<{$}>{$}r<{$}}
+\text{Multiplikation mit $2$}&\text{Reduktion?}&\text{reduziert}
+ &\text{Summanden}&\text{Summe}&\text{reduziert}
+\\
+\hline
+\texttt{101111} & &\texttt{101111}
+ &\texttt{101111}&\texttt{101111}&\texttt{101111}
+\\
+\texttt{101111\phantom{0}} &\texttt{{\color{red}1011110}}&\texttt{101001}
+ & & &
+\\
+\texttt{101111\phantom{00}} &\texttt{0{\color{red}111010}}&\texttt{011101}
+ & & &
+\\
+\texttt{101111\phantom{000}} &\texttt{0001010}&\texttt{000101}
+ &\texttt{000101}&\texttt{110100}&\texttt{110100}
+\\
+\texttt{101111\phantom{0000}} &\texttt{0010100}&\texttt{001010}
+ & & &
+\\
+\texttt{101111\phantom{00000}}&\texttt{0101000}&\texttt{010100}
+ &\texttt{010100}&\texttt{{\color{red}1001000}}&\texttt{10011}\rlap{$\mathstrut=19$}
+\end{tabular}
+\end{center}
+\caption{Multiplikation von $41=\texttt{101001}_2$ mit $47=\texttt{101111}_2$,
+Reduktion nach jeder Multiplikation mit $2$: falls das Resultat
+$>p$ ist, wie in den rot markierten Zeilen $p=53=\texttt{110101}_2$
+durchgeführt.
+Bei der Bildung der Summe wird ebenfalls in jedem Schritt falls nötig
+reduziert, angezeigt durch die roten Zahlen in der zweitletzten
+Spalte.
+Die Anzahl der Subtraktionen, die für die Reduktionen nötig sind, ist
+von der selben Grössenordnung wie bei der Durchführung des
+Divisionsalgorithmus.
+\label{buch:crypto:fig:reduktion}}
+\end{figure}
+
+Es ist also möglich, mit gleichem Aufwand an Operationen
+aber mit halbe Speicherplatzbedarf die Multiplikationen in $\mathbb{F}_p$
+durchzuführen.
+Die Platzeinsparung ist besonders bei Implementationen in Hardware
+hilfreich, wo on-die Speicherplatz teuer sein kann.
\subsection{Rechenoperationen in $\mathbb{F}_{2^l}$
\label{buch:subsection:rechenoperatione-in-f2l}}
-% XXX Darstellung eines Körpers der Art F_{2^l}
-% XXX Addition (XOR) und Multiplikation
-% XXX Beispiel F_{2^8}
+Von besonderem praktischem Interesse sind die endlichen Körper
+$\mathbb{F}_{2^l}$.
+Die arithmetischen Operationen in diesen Körpern lassen sich besonders
+effizient in Hardware realisieren.
+
+\subsubsection{Zahldarstellung}
+Ein endlicher Körper $\mathbb{F}_{2^l}$ ist definiert durch ein
+irreduzibles Polynom in $\mathbb{F}_2[X]$ vom Grad $2^l$
+\[
+m(X)
+=
+X^l + m_{l-1}X^{l-1} + m_{l-2}X^{l-2} + \dots + m_2X^2 + m_1X + m_0
+\]
+gegeben.
+Ein Element in $\mathbb{F}_2[X]/(m)$ kann dargestellt werden durch ein
+Polynom vom Grad $l-1$, also durch
+\[
+a = a_{l-1}X^{l-1} + a_{l-2}X^{l-2} +\dots + a_2X^2 + a_1X + a_0.
+\]
+In einer Maschine kann eine Zahl also als eine Bitfolge der Länge $l$
+dargestellt werden.
+
+\subsubsection{Addition}
+Die Addition in $\mathbb{F}_2$ ist in Hardware besonders leicht zu
+realisieren.
+Die Addition ist die XOR-Operation, die Multiplikation ist die UND-Verknüfung.
+Ausserdem stimmen in $\mathbb{F}_2$ Addition und Subtraktion überein.
+
+Die Addition zweier Polynome erfolgt komponentenweise.
+Die Addition von zwei Elemente von $\mathbb{F}_{2^l}$ kann also
+durch die bitweise XOR-Verknüpfung der Darstellungen der Summanden
+erfolgen.
+Diese Operation ist in einem einzigen Maschinenzyklus realisierbar.
+Die Subtraktion, die für die Reduktionsoperation module $m(X)$ nötig
+ist, ist mit der Addition identisch.
+
+\subsubsection{Multiplikation}
+Die Multiplikation zweier Polynome benötigt zunächst die Multiplikation
+mit $X$, wodurch der Grad des Polynoms ansteigt und möglicherweise so
+gross wird, dass eine Reduktionsoperation modulo $m(X)$ nötig wird.
+Die Reduktion wird immer dann nötig, wenn der Koeffizient von $X^l$
+nicht $0$ ist.
+Der Koeffizient kann dann zum Verschwinden gebracht werden, indem
+$m(X)$ addiert wird.
+
+\begin{figure}
+\centering
+\includegraphics{chapters/90-crypto/images/schieberegister.pdf}
+\caption{Implementation der Multiplikation mit $X$ in einem
+endlichen Körper $\mathbb{F}_{2^l}$ mit dem Minimalpolynom
+$m(X) = X^8+X^4+X^3+X^+1$ als Feedback-Schieberegister.
+\label{buch:crypto:fig:schieberegister}}
+\end{figure}
+
+In Abbildung~\ref{buch:crypto:fig:schieberegister} wird gezeigt,
+wie die Reduktion erfolgt, wenn die Multiplikation mit $X$, also der
+Shift nach links, einen Überlauf ergibt.
+Das Minimalpolynom $m(X)=X^8+X^4+X^3+X+1$ bedeutet, dass in $\mathbb{F}_{2^l}$
+$X^8=X^4+X^3+X+1$ gilt, so dass man das Überlaufbit durch
+$X^4+X^3+X+1$ ersetzen und addieren kann.
+
+Ein Produktes $p(X)\cdot q(X)$, wobei $p(X)$ und
+$q(X)$ Repräsentaten von Elementen $\mathbb{F}_{2^l}$ sind, kann jetzt
+wie folgt berechnet werden.
+Mit dem Schieberegister werden die Vielfachen $X^k\cdot p(X)$
+für $k=0,\dots,l-1$ berechnet.
+Diejenigen Vielfachen, für die der Koeffizient von $X^k$ in $q(X)$
+von $0$ verschieden ist werden aufsummiert und ergeben das Produkt.
+Der Prozess in Abbildung~\ref{buch:crypto:fig:multiplikation}
+dargestellt.
+
+\begin{figure}
+\centering
+\includegraphics[width=\textwidth]{chapters/90-crypto/images/multiplikation.pdf}
+\caption{Multiplikation zweier Elemente von $\mathbb{F}_{2^l}$.
+Mit Hilfe des Schieberegisters am linken Rand werden die Produkte
+$X\cdot p(X)$, $X^2\cdot p(X),\dots,X^7\cdot p(X)$ nach der in
+Abbildung~\ref{buch:crypto:fig:schieberegister} dargestellten
+Methode berechnet.
+Am rechten Rand werden diejenigen $X^k\cdot p(X)$ aufaddiert,
+für die der $X^k$-Koeffizient von $q(X)$ von $0$ verschieden ist.
+\label{buch:crypto:fig:multiplikation}}
+\end{figure}
+
+
% XXX Beispiel F einer Oakley-Gruppe
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/chapter.tex b/buch/chapters/90-crypto/chapter.tex
index 43ac8de..d2fcbbf 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/chapter.tex
+++ b/buch/chapters/90-crypto/chapter.tex
@@ -20,7 +20,7 @@ In diesem Abschnitt soll dies an einigen Beispielen gezeigt werden.
\input{chapters/90-crypto/arith.tex}
\input{chapters/90-crypto/ff.tex}
\input{chapters/90-crypto/aes.tex}
-\input{chapters/90-crypto/rs.tex}
+%\input{chapters/90-crypto/rs.tex}
\section*{Übungsaufgaben}
\rhead{Übungsaufgaben}
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/ff.tex b/buch/chapters/90-crypto/ff.tex
index 4ab9c34..535b359 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/ff.tex
+++ b/buch/chapters/90-crypto/ff.tex
@@ -26,7 +26,7 @@ In der Praxis werden aber $g$ und $a$ Zahlen mit vielen Binärstellen
sein, die die wiederholte Multiplikation ist daher sicher nicht
effizient, das Kriterium der einfachen Berechenbarkeit scheint
also nicht erfüllt.
-Der folgende Algorithmus berechnet die Potenz in $O(\log_2 a$
+Der folgende Algorithmus berechnet die Potenz in $O(\log_2 a)$
Multiplikationen.
\begin{algorithmus}[Divide-and-conquer]
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/Makefile b/buch/chapters/90-crypto/images/Makefile
index 9480163..f4bed14 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/images/Makefile
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/Makefile
@@ -3,7 +3,8 @@
#
# (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
#
-all: dh.pdf elliptic.pdf
+all: dh.pdf elliptic.pdf schieberegister.pdf multiplikation.pdf sbox.pdf \
+ shift.pdf keys.pdf
dh.pdf: dh.tex
pdflatex dh.tex
@@ -11,3 +12,18 @@ dh.pdf: dh.tex
elliptic.pdf: elliptic.tex
pdflatex elliptic.tex
+schieberegister.pdf: schieberegister.tex
+ pdflatex schieberegister.tex
+
+multiplikation.pdf: multiplikation.tex
+ pdflatex multiplikation.tex
+
+sbox.pdf: sbox.tex
+ pdflatex sbox.tex
+
+shift.pdf: shift.tex
+ pdflatex shift.tex
+
+keys.pdf: keys.tex
+ pdflatex keys.tex
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/dh.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/dh.pdf
index 67b95a5..eede4bd 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/images/dh.pdf
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/dh.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/elliptic.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/elliptic.pdf
index d408f1e..e58639f 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/images/elliptic.pdf
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/elliptic.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/keys.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/keys.pdf
new file mode 100644
index 0000000..2c6b4b9
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/keys.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/keys.tex b/buch/chapters/90-crypto/images/keys.tex
new file mode 100644
index 0000000..d556b7c
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/keys.tex
@@ -0,0 +1,121 @@
+%
+% keys.tex -- template for standalon tikz images
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\documentclass[tikz]{standalone}
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{times}
+\usepackage{txfonts}
+\usepackage{pgfplots}
+\usepackage{csvsimple}
+\usetikzlibrary{arrows,intersections,math}
+\begin{document}
+\def\skala{1}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=\skala]
+\definecolor{darkgreen}{rgb}{0,0.6,0}
+\def\s{0.5}
+\def\punkt#1#2{({(#1)*\s},{(#2)*\s})}
+\def\wort#1#2#3{
+ \fill[color=#3] \punkt{#1}{#2} rectangle \punkt{(#1+1)}{(#2+4)};
+ \draw \punkt{#1}{#2} rectangle \punkt{(#1+1)}{(#2+4)};
+}
+
+\def\summe{
+ \foreach \x in {0,3,...,21}{
+ \draw[->] \punkt{(\x+0.5)}{-0.1} -- \punkt{(\x+0.5)}{-2.1};
+ \draw \punkt{(\x+0.5)}{-2.5} circle[radius={0.3*\s}];
+ \draw \punkt{(\x+0.5-0.2)}{-2.5}
+ --
+ \punkt{(\x+0.5+0.2)}{-2.5};
+ \draw \punkt{(\x+0.5)}{-2.5+0.2}
+ --
+ \punkt{(\x+0.5)}{-2.5-0.2};
+ \draw[->] \punkt{(\x+0.5)}{-2.9} -- \punkt{(\x+0.5)}{-4.9};
+ }
+ \foreach \x in {0,3,...,18}{
+ \draw[->] \punkt{(\x+1.1)}{-7} -- \punkt{(\x+2)}{-7}
+ -- \punkt{(\x+2)}{-2.5} -- \punkt{(\x+3.1)}{-2.5};
+ }
+ \fill[color=white]
+ \punkt{(9+1.25)}{-5.5}
+ rectangle
+ \punkt{(9+2.75)}{-4.00};
+ \draw
+ \punkt{(9+1.25)}{-5.5}
+ rectangle
+ \punkt{(9+2.75)}{-4.00};
+ \node at \punkt{(9+2)}{-4.75} {$S$};
+}
+
+\def\blocks#1{
+ \foreach \x in {0,3,...,21}{
+ \wort{\x}{0}{#1}
+ }
+}
+
+\def\schlange#1{
+ \draw[->] \punkt{22.1}{2} -- \punkt{23}{2}
+ -- \punkt{23}{-1.0} -- \punkt{-3}{-1.0}
+ -- \punkt{-3}{-8} -- \punkt{-1}{-8} -- \punkt{-1}{-2.5}
+ -- \punkt{0.1}{-2.5};
+ ;
+ \fill[color=white] \punkt{-3.75}{-1.75} rectangle \punkt{-2.25}{-3.25};
+ \draw \punkt{-3.75}{-1.75} rectangle \punkt{-2.25}{-3.25};
+ \node at \punkt{-3}{-2.5} {$\pi$};
+
+ \fill[color=white] \punkt{-3.75}{-3.75} rectangle \punkt{-2.25}{-5.25};
+ \draw \punkt{-3.75}{-3.75} rectangle \punkt{-2.25}{-5.25};
+ \node at \punkt{-3}{-4.5} {$S$};
+
+ \fill[color=white] \punkt{-3.75}{-5.75} rectangle \punkt{-2.25}{-7.25};
+ \draw \punkt{-3.75}{-5.75} rectangle \punkt{-2.25}{-7.25};
+ \node at \punkt{-3}{-6.5} {$r_{#1}$};
+}
+
+\begin{scope}
+ \blocks{blue!20}
+ \foreach \x in {0,...,7}{
+ \node at \punkt{(3*\x+0.5)}{2} {$K_\x$};
+ }
+ \schlange{1}
+ \summe
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-4.5cm]
+ \blocks{darkgreen!20}
+ \foreach \x in {8,...,15}{
+ \node at \punkt{(3*(\x-8)+0.5)}{2} {$K_{\x}$};
+ }
+ \schlange{2}
+ \summe
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-9cm]
+ \blocks{darkgreen!20}
+ \foreach \x in {16,...,23}{
+ \node at \punkt{(3*(\x-16)+0.5)}{2} {$K_{\x}$};
+ }
+ \schlange{3}
+ \summe
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-13.5cm]
+ \blocks{darkgreen!20}
+ \foreach \x in {24,...,31}{
+ \node at \punkt{(3*(\x-24)+0.5)}{2} {$K_{\x}$};
+ }
+ \foreach \x in {0,3,...,21}{
+ \draw[->,color=gray]
+ \punkt{(\x+0.5)}{-0.1} -- \punkt{(\x+0.5)}{-2.1};
+ \node[color=gray] at \punkt{(\x+0.5)}{-2.1} [below] {$\vdots$};
+ }
+ \draw[color=gray] \punkt{22.1}{2} -- \punkt{23}{2}
+ -- \punkt{23}{-1.0} -- \punkt{-3}{-1.0}
+ -- \punkt{-3}{-2.1};
+ \node[color=gray] at \punkt{-3}{-2.1} [below] {$\vdots$};
+\end{scope}
+
+\end{tikzpicture}
+\end{document}
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/multiplikation.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/multiplikation.pdf
new file mode 100644
index 0000000..86345b8
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/multiplikation.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/multiplikation.tex b/buch/chapters/90-crypto/images/multiplikation.tex
new file mode 100644
index 0000000..27c4329
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/multiplikation.tex
@@ -0,0 +1,464 @@
+%
+% multiplikation.tex --
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\documentclass[tikz]{standalone}
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{times}
+\usepackage{txfonts}
+\usepackage{pgfplots}
+\usepackage{csvsimple}
+\usetikzlibrary{arrows,intersections,math}
+\begin{document}
+\def\skala{1}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=\skala]
+
+\definecolor{darkgreen}{rgb}{0,0.6,0}
+
+\def\s{0.45}
+
+\def\punkt#1#2{({#1*\s},{#2*\s})}
+
+\def\pfeile{
+ \foreach \x in {0.5,1.5,...,7.5}{
+ \draw[->,color=blue] \punkt{\x}{-2.1} -- \punkt{(\x-1)}{-3.3};
+ }
+}
+
+\begin{scope}[yshift=0.1cm]
+ \node at \punkt{0}{0.5} [left] {$p(X)=\mathstrut$};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{4.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{5.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \foreach \x in {0.5,1.5,...,7.5}{
+ \draw[->,color=blue] \punkt{\x}{-0.1} -- \punkt{(\x-1)}{-1.3};
+ }
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-1cm]
+ \draw[<-] \punkt{8.2}{-1.3} arc (-30:30:1.8);
+ \node at \punkt{9.3}{0.6} {$\mathstrut\cdot X$};
+ \fill[color=blue!20] \punkt{-1}{0} rectangle \punkt{0}{1};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{-0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{4.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{5.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{0}};
+
+ \draw[->,color=darkgreen]
+ \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{3.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{4.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{6.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{7.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{2.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{4.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{5.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{6.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{7.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+
+ \pfeile
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-3cm]
+ \draw[<-] \punkt{8.2}{-1.3} arc (-30:30:1.8);
+ \node at \punkt{9.3}{0.6} {$\mathstrut\cdot X$};
+ \fill[color=blue!20] \punkt{-1}{0} rectangle \punkt{0}{1};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{-0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{4.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{5.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{0}};
+
+% \draw[->,color=darkgreen]
+% \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{3.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{4.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{6.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{7.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{4}{-0.5} {$\|$};
+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{2.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{-1.5} {\texttt{0}};
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+
+ \pfeile
+\end{scope}
+
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+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{-0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{1}};
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+
+% \draw[->,color=darkgreen]
+% \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
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+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{1}};
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+
+ \pfeile
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-7cm]
+ \draw[<-] \punkt{8.2}{-1.3} arc (-30:30:1.8);
+ \node at \punkt{9.3}{0.6} {$\mathstrut\cdot X$};
+ \fill[color=blue!20] \punkt{-1}{0} rectangle \punkt{0}{1};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{-0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{1}};
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+
+ \draw[->,color=darkgreen]
+ \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
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+% \node[color=darkgreen] at \punkt{4}{-0.5} {$\|$};
+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
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+
+ \pfeile
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-9cm]
+ \draw[<-] \punkt{8.2}{-1.3} arc (-30:30:1.8);
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+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
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+
+ \draw[->,color=darkgreen]
+ \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
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+% \node[color=darkgreen] at \punkt{4}{-0.5} {$\|$};
+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
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+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{0}};
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+
+ \pfeile
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-11cm]
+ \draw[<-] \punkt{8.2}{-1.3} arc (-30:30:1.8);
+ \node at \punkt{9.3}{0.6} {$\mathstrut\cdot X$};
+ \fill[color=blue!20] \punkt{-1}{0} rectangle \punkt{0}{1};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
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+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{-0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{0}};
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+
+% \draw[->,color=darkgreen]
+% \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
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+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
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+ }
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{0}};
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+
+ \pfeile
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-13cm]
+ \draw[<-] \punkt{8.2}{-1.3} arc (-30:30:1.8);
+ \node at \punkt{9.3}{0.6} {$\mathstrut\cdot X$};
+ \fill[color=blue!20] \punkt{-1}{0} rectangle \punkt{0}{1};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{-0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{4.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{5.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{0}};
+
+% \draw[->,color=darkgreen]
+% \punkt{-0.5}{0.1} -- \punkt{-0.5}{-0.5} -- \punkt{3.1}{-0.5};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{3.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{4.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{6.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+% \node[color=darkgreen] at \punkt{7.5}{-0.5} {\texttt{1}};
+ \node[color=darkgreen] at \punkt{4}{-0.5} {$\|$};
+
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{2.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{-1.5} {\texttt{0}};
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+ \node at \punkt{7.5}{-1.5} {\texttt{1}};
+
+% \pfeile
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=9cm]
+
+\begin{scope}[yshift=0.1cm]
+ \draw[->] \punkt{-11.8}{0.5} -- \punkt{-0.1}{0.5};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \draw \punkt{4}{-0.1} -- \punkt{4}{-3};
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{1}};
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+ \node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{1}};
+\end{scope}
+
+\def\summation#1#2#3#4#5#6#7#8{
+ \draw[->] \punkt{4}{2.3} -- \punkt{4}{1};
+
+ \draw[->] \punkt{-11.8}{0.5} -- \punkt{3.5}{0.5};
+
+ \draw \punkt{4}{0.5} circle[radius=0.2];
+ \draw \punkt{4}{0.20} -- \punkt{4}{0.80};
+ \draw \punkt{3.7}{0.5} -- \punkt{4.3}{0.5};
+
+ \draw[->] \punkt{4}{-0.05} -- \punkt{4}{-0.95};
+ \draw \punkt{0}{-2} rectangle \punkt{8}{-1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-2} -- \punkt{\x}{-1};
+ }
+
+ \node at \punkt{0.5}{-1.5} {\texttt{#1}};
+ \node at \punkt{1.5}{-1.5} {\texttt{#2}};
+ \node at \punkt{2.5}{-1.5} {\texttt{#3}};
+ \node at \punkt{3.5}{-1.5} {\texttt{#4}};
+ \node at \punkt{4.5}{-1.5} {\texttt{#5}};
+ \node at \punkt{5.5}{-1.5} {\texttt{#6}};
+ \node at \punkt{6.5}{-1.5} {\texttt{#7}};
+ \node at \punkt{7.5}{-1.5} {\texttt{#8}};
+}
+
+\begin{scope}[yshift=-1.9cm]
+ \summation{1}{0}{0}{1}{0}{1}{0}{1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-3.9cm]
+ \summation{1}{1}{1}{1}{0}{1}{1}{1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-5.9cm]
+ \summation{1}{1}{1}{1}{0}{1}{1}{1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-7.9cm]
+ \summation{0}{1}{1}{0}{0}{1}{0}{0}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-9.9cm]
+ \summation{0}{1}{0}{1}{1}{0}{0}{1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-11.9cm]
+ \summation{0}{1}{0}{1}{1}{0}{0}{1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[yshift=-13.9cm]
+ \summation{0}{0}{1}{1}{0}{1}{1}{0}
+ \node at \punkt{0}{-1.5} [left] {$p(X)\cdot q(X)=\mathstrut$};
+\end{scope}
+
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=5cm]
+
+\begin{scope}[yshift=2cm]
+ \node at \punkt{0}{0.5} [left] {$q(X)=\mathstrut$};
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+ }
+ \node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{4.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{5.5}{0.5} {\texttt{1}};
+ \node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{0}};
+ \node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{1}};
+
+ \draw[->] \punkt{7.5}{-0.1} -- ({7.5*\s},{-1.3});
+ \node at ({7.5*\s},{-1.2}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{1}$};
+
+ \def\y{1.2}
+
+ \draw[->] \punkt{6.5}{-0.1} -- ({6.5*\s},{-1*2-\y-0.1});
+ \node at ({6.5*\s},{-1*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{0}$};
+
+ \draw[->] \punkt{5.5}{-0.1} -- ({5.5*\s},{-2*2-\y-0.1});
+ \node at ({5.5*\s},{-2*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{1}$};
+
+ \draw[->] \punkt{4.5}{-0.1} -- ({4.5*\s},{-3*2-\y-0.1});
+ \node at ({4.5*\s},{-3*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{0}$};
+
+ \draw[->] \punkt{3.5}{-0.1} -- ({3.5*\s},{-4*2-\y-0.1});
+ \node at ({3.5*\s},{-4*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{1}$};
+
+ \draw[->] \punkt{2.5}{-0.1} -- ({2.5*\s},{-5*2-\y-0.1});
+ \node at ({2.5*\s},{-5*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{1}$};
+
+ \draw[->] \punkt{1.5}{-0.1} -- ({1.5*\s},{-6*2-\y-0.1});
+ \node at ({1.5*\s},{-6*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{0}$};
+
+ \draw[->] \punkt{0.5}{-0.1} -- ({0.5*\s},{-7*2-\y-0.1});
+ \node at ({0.5*\s},{-7*2-\y}) [below] {$\mathstrut\cdot\texttt{1}$};
+\end{scope}
+
+\end{scope}
+
+\end{tikzpicture}
+\end{document}
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.m b/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.m
new file mode 100644
index 0000000..973ffc9
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.m
@@ -0,0 +1,52 @@
+#
+# sbox.m
+#
+# (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+#
+A=[
+1,0,0,0,1,1,1,1;
+1,1,0,0,0,1,1,1;
+1,1,1,0,0,0,1,1;
+1,1,1,1,0,0,0,1;
+1,1,1,1,1,0,0,0;
+0,1,1,1,1,1,0,0;
+0,0,1,1,1,1,1,0;
+0,0,0,1,1,1,1,1;
+]
+
+R = zeros(8,16);
+R(:,1:8) = A;
+R(:,9:16) = eye(8);
+
+for k = (1:5)
+ for i=(k+1:8)
+ pivot = R(i,k);
+ R(i,:) = R(i,:) + pivot * R(k,:);
+ end
+ R = mod(R, 2)
+end
+
+P = [
+1,0,0,0,0,0,0,0;
+0,1,0,0,0,0,0,0;
+0,0,1,0,0,0,0,0;
+0,0,0,1,0,0,0,0;
+0,0,0,0,1,0,0,0;
+0,0,0,0,0,0,0,1;
+0,0,0,0,0,1,0,0;
+0,0,0,0,0,0,1,0;
+]
+
+R = P * R
+
+for k = (8:-1:2)
+ for i = (1:k-1)
+ pivot = R(i,k);
+ R(i,:) = R(i,:) + pivot * R(k,:);
+ end
+ R = mod(R, 2)
+end
+
+B = R(:,9:16)
+
+A * B
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.pdf
new file mode 100644
index 0000000..7a5bdf3
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.tex b/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.tex
new file mode 100644
index 0000000..41f8812
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/sbox.tex
@@ -0,0 +1,241 @@
+%
+% sbox.tex -- template for standalon tikz images
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\documentclass[tikz]{standalone}
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{times}
+\usepackage{txfonts}
+\usepackage{pgfplots}
+\usepackage{csvsimple}
+\usetikzlibrary{arrows,intersections,math}
+\begin{document}
+\def\skala{1}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=\skala]
+
+\def\s{0.2}
+\def\punkt#1#2{({#1*\s},{(8-(#2))*\s})}
+
+\definecolor{b}{rgb}{0,0,0}
+\definecolor{w}{rgb}{1,1,1}
+
+\def\feld#1#2#3{
+ \fill[color=#3] \punkt{#1}{#2} rectangle \punkt{(#1+1)}{(#2-1)};
+}
+
+\def\zeile#1#2#3#4#5#6#7#8#9{
+ \feld{0}{#1}{#2}
+ \feld{1}{#1}{#3}
+ \feld{2}{#1}{#4}
+ \feld{3}{#1}{#5}
+ \feld{4}{#1}{#6}
+ \feld{5}{#1}{#7}
+ \feld{6}{#1}{#8}
+ \feld{7}{#1}{#9}
+}
+\def\inverse#1#2#3#4#5#6#7#8#9{
+ \feld{8}{#1}{#2}
+ \feld{9}{#1}{#3}
+ \feld{10}{#1}{#4}
+ \feld{11}{#1}{#5}
+ \feld{12}{#1}{#6}
+ \feld{13}{#1}{#7}
+ \feld{14}{#1}{#8}
+ \feld{15}{#1}{#9}
+}
+\def\rechteck{
+ \draw (0,{1*\s}) rectangle ({16*\s},{(8+1)*\s});
+ \draw ({8*\s},{1*\s}) -- ({8*\s},{(8+1)*\s});
+}
+
+\def\pivot#1#2{
+ \draw[color=red,line width=1.2pt]
+ \punkt{(#1+\inset)}{(#2-\inset)}
+ rectangle
+ \punkt{(#1+1-\inset)}{(#2-1+\inset)};
+}
+\def\inset{0.1}
+\def\cleanup#1#2#3{
+ \pgfmathparse{(#3-#2)/abs(#3-#2)}
+ \xdef\signum{\pgfmathresult}
+ \draw[color=blue!50,line width=1.2pt]
+ \punkt{(#1+\inset)}{#3}
+ --
+ \punkt{(#1+\inset)}{(#2-1+\inset*\signum)}
+ --
+ \punkt{(#1+1-\inset)}{(#2-1+\inset*\signum)}
+ --
+ \punkt{(#1+1-\inset)}{#3}
+ ;
+}
+
+\begin{scope}
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
+ \zeile1bbwwwbbb \inverse1wbwwwwww
+ \zeile2bbbwwwbb \inverse2wwbwwwww
+ \zeile3bbbbwwwb \inverse3wwwbwwww
+ \zeile4bbbbbwww \inverse4wwwwbwww
+ \zeile5wbbbbbww \inverse5wwwwwbww
+ \zeile6wwbbbbbw \inverse6wwwwwwbw
+ \zeile7wwwbbbbb \inverse7wwwwwwwb
+ \rechteck
+ \pivot{0}{0}
+ \cleanup{0}{1}{7}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=4cm]
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
+ \zeile1wbwwbwww \inverse1bbwwwwww
+ \zeile2wbbwbbww \inverse2bwbwwwww
+ \zeile3wbbbbbbw \inverse3bwwbwwww
+ \zeile4wbbbwbbb \inverse4bwwwbwww
+ \zeile5wbbbbbww \inverse5wwwwwbww
+ \zeile6wwbbbbbw \inverse6wwwwwwbw
+ \zeile7wwwbbbbb \inverse7wwwwwwwb
+ \rechteck
+ \pivot{1}{1}
+ \cleanup{1}{2}{7}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=8cm]
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
+ \zeile1wbwwbwww \inverse1bbwwwwww
+ \zeile2wwbwwbww \inverse2wbbwwwww
+ \zeile3wwbbwbbw \inverse3wbwbwwww
+ \zeile4wwbbbbbb \inverse4wbwwbwww
+ \zeile5wwbbwbww \inverse5bbwwwbww
+ \zeile6wwbbbbbw \inverse6wwwwwwbw
+ \zeile7wwwbbbbb \inverse7wwwwwwwb
+ \rechteck
+ \pivot{2}{2}
+ \cleanup{2}{3}{7}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=12cm,yshift=0cm]
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
+ \zeile1wbwwbwww \inverse1bbwwwwww
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+ \zeile3wwwbwwbw \inverse3wwbbwwww
+ \zeile4wwwbbwbb \inverse4wwbwbwww
+ \zeile5wwwbwwww \inverse5bwbwwbww
+ \zeile6wwwbbwbw \inverse6wbbwwwbw
+ \zeile7wwwbbbbb \inverse7wwwwwwwb
+ \rechteck
+ \pivot{3}{3}
+ \cleanup{3}{4}{7}
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{8}{7} -- \punkt{8}{11};
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=12cm,yshift=-2.4cm]
+ \draw[<-,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
+ \zeile1wbwwbwww \inverse1bbwwwwww
+ \zeile2wwbwwbww \inverse2wbbwwwww
+ \zeile3wwwbwwbw \inverse3wwbbwwww
+ \zeile4wwwwbwwb \inverse4wwwbbwww
+ \zeile5wwwwwwbw \inverse5bwwbwbww
+ \zeile6wwwwbwww \inverse6wbwbwwbw
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+ \rechteck
+ \pivot{4}{4}
+ \cleanup{4}{5}{7}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=8cm,yshift=-2.4cm]
+ \draw[<-,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
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+ \zeile5wwwwwwbw \inverse5bwwbwbww
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+ \rechteck
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=4cm,yshift=-2.4cm]
+ \draw[<-,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbbbb \inverse0bwwwwwww
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+ \zeile7wwwwwwwb \inverse7wbwwbwbw
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+ \cleanup{7}{7}{-1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=0cm,yshift=-2.4cm]
+ \zeile0bwwwbbbw \inverse0bbwwbwbw
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+ \rechteck
+ \cleanup{6}{6}{-1}
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{8}{7} -- \punkt{8}{11};
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=0cm,yshift=-4.8cm]
+ \zeile0bwwwbbww \inverse0wbwbbbbw
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+ \cleanup{5}{5}{-1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=4cm,yshift=-4.8cm]
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwbwww \inverse0wbbbwbbb
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+ \zeile3wwwbwwww \inverse3bwbwwbww
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+ \cleanup{4}{4}{-1}
+\end{scope}
+
+\begin{scope}[xshift=8cm,yshift=-4.8cm]
+ \draw[->,shorten >= 0.05cm,shorten <= 0.05cm]
+ \punkt{-4}{3} -- \punkt{0}{3};
+ \zeile0bwwwwwww \inverse0wwbwwbwb
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+ \rechteck
+\end{scope}
+
+\end{tikzpicture}
+\end{document}
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/schieberegister.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/schieberegister.pdf
new file mode 100644
index 0000000..30b675b
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/schieberegister.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/schieberegister.tex b/buch/chapters/90-crypto/images/schieberegister.tex
new file mode 100644
index 0000000..7c24e52
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/schieberegister.tex
@@ -0,0 +1,120 @@
+%
+% schieberegister.tex -- template for standalon tikz images
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\documentclass[tikz]{standalone}
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{times}
+\usepackage{txfonts}
+\usepackage{pgfplots}
+\usepackage{csvsimple}
+\usetikzlibrary{arrows,intersections,math}
+\begin{document}
+\def\skala{1}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=\skala]
+
+\definecolor{darkgreen}{rgb}{0,0.6,0}
+
+\def\s{0.8}
+
+\def\punkt#1#2{({#1*\s},{#2*\s})}
+
+\fill[color=blue!20] \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+
+\node at \punkt{0.5}{1} [above] {$X^7\mathstrut$};
+\node at \punkt{3}{1} [above] {$+\mathstrut$};
+\node at \punkt{3.5}{1} [above] {$X^4\mathstrut$};
+\node at \punkt{5}{1} [above] {$+\mathstrut$};
+\node at \punkt{5.5}{1} [above] {$X^2\mathstrut$};
+\node at \punkt{7}{1} [above] {$+\mathstrut$};
+\node at \punkt{7.5}{1} [above] {$1\mathstrut$};
+
+\node at \punkt{0}{1} [above left] {\llap{$p(X)=\mathstrut$}};
+
+\node at \punkt{0.5}{0.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{1.5}{0.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{2.5}{0.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{3.5}{0.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{4.5}{0.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{5.5}{0.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{6.5}{0.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{7.5}{0.5} {\texttt{1}};
+
+\draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{1};
+\foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{1};
+}
+
+\fill[color=blue!20] \punkt{-1}{-3} rectangle \punkt{7}{-2};
+\fill[color=darkgreen!20] \punkt{0}{-4} rectangle \punkt{8}{-3};
+
+\node[color=darkgreen] at \punkt{-1}{-1.5} [left]
+ {$m(X) = X^8+X^4+X^3+X+1$};
+
+\node[color=darkgreen] at \punkt{-1}{-2.7} [left]
+ {$\underbrace{X^4+X^3+X+1}_{}= X^8=\mathstrut$};
+
+\coordinate (A) at ({-4.15*\s},{-3*\s});
+\coordinate (B) at ({0*\s},{-3.5*\s});
+
+\draw[->,color=red,shorten >= 0.1cm] (A) to[out=-90,in=180] (B);
+\node[color=red] at \punkt{-3.1}{-3.8} [below] {Feedback};
+
+\node at \punkt{-0.5}{-2.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{0.5}{-2.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{1.5}{-2.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{2.5}{-2.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{3.5}{-2.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{4.5}{-2.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{5.5}{-2.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{6.5}{-2.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{7.5}{-2.5} {\texttt{0}};
+
+\node[color=darkgreen] at \punkt{0.5}{-3.5} {\texttt{0}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{1.5}{-3.5} {\texttt{0}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{2.5}{-3.5} {\texttt{0}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{3.5}{-3.5} {\texttt{1}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{4.5}{-3.5} {\texttt{1}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{5.5}{-3.5} {\texttt{0}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{6.5}{-3.5} {\texttt{1}};
+\node[color=darkgreen] at \punkt{7.5}{-3.5} {\texttt{1}};
+
+\draw \punkt{0}{-4} rectangle \punkt{8}{-2};
+\draw \punkt{0}{-3} -- \punkt{8}{-3};
+\foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-4} -- \punkt{\x}{-2};
+}
+
+\foreach \x in {0.5,1.5,...,7.5}{
+ \draw[->,color=blue] \punkt{\x}{-0.1} -- \punkt{(\x-1)}{-1.9};
+}
+
+\draw \punkt{0}{-6} rectangle \punkt{8}{-5};
+\foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{-6} -- \punkt{\x}{-5};
+}
+
+\node at \punkt{0.5}{-5.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{1.5}{-5.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{2.5}{-5.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{3.5}{-5.5} {\texttt{1}};
+\node at \punkt{4.5}{-5.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{5.5}{-5.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{6.5}{-5.5} {\texttt{0}};
+\node at \punkt{7.5}{-5.5} {\texttt{1}};
+
+\node at \punkt{4}{-4.5} {$\|$};
+
+\node at \punkt{10.3}{-3} [left]
+ {$\left.\begin{matrix}\\ \\ \\ \end{matrix}\right\} + = \text{XOR}$};
+
+\draw[<-,shorten >= 0.1cm, shorten <= 0.1cm]
+ \punkt{8.0}{-2.0} arc (-30:30:{2.0*\s});
+\node at \punkt{8.3}{-1} [right] {$\mathstrut \cdot X$};
+
+\node at \punkt{8.1}{-5.5} [right] {$=X\cdot p(X)\mathstrut$};
+
+\end{tikzpicture}
+\end{document}
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/shift.pdf b/buch/chapters/90-crypto/images/shift.pdf
new file mode 100644
index 0000000..b007378
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/shift.pdf
Binary files differ
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/images/shift.tex b/buch/chapters/90-crypto/images/shift.tex
new file mode 100644
index 0000000..bcdf819
--- /dev/null
+++ b/buch/chapters/90-crypto/images/shift.tex
@@ -0,0 +1,131 @@
+%
+% shift.tex -- template for standalon tikz images
+%
+% (c) 2021 Prof Dr Andreas Müller, OST Ostschweizer Fachhochschule
+%
+\documentclass[tikz]{standalone}
+\usepackage{amsmath}
+\usepackage{times}
+\usepackage{txfonts}
+\usepackage{pgfplots}
+\usepackage{csvsimple}
+\usetikzlibrary{arrows,intersections,math}
+\begin{document}
+\def\skala{1}
+\begin{tikzpicture}[>=latex,thick,scale=\skala]
+
+\definecolor{darkgreen}{rgb}{0,0.6,0}
+
+\def\s{0.8}
+\def\punkt#1#2{({#1*\s},{#2*\s})}
+
+\def\feld#1#2#3#4{
+ \fill[color=#3] \punkt{#1}{#2} rectangle \punkt{(#1+1)}{(#2+1)};
+ \node at \punkt{(#1+0.5)}{(#2+0.5)} {$\mathstrut #4$};
+}
+\def\gitter{
+ \draw \punkt{0}{0} rectangle \punkt{8}{4};
+ \foreach \x in {1,...,7}{
+ \draw \punkt{\x}{0} -- \punkt{\x}{4};
+ }
+ \foreach \y in {1,...,3}{
+ \draw \punkt{0}{\y} -- \punkt{8}{\y};
+ }
+}
+
+\begin{scope}
+ \feld{0}{3}{red!20}{b_{0}}
+ \feld{0}{2}{red!20}{b_{1}}
+ \feld{0}{1}{red!20}{b_{2}}
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+
+ \feld{1}{3}{red!10}{b_{4}}
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+
+ \feld{2}{3}{yellow!20}{b_{8}}
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+
+ \feld{3}{3}{yellow!10}{b_{12}}
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+
+ \gitter
+
+ \draw[->] \punkt{8.1}{2} -- \punkt{9.3}{2};
+\end{scope}
+
+
+\begin{scope}[xshift=7.5cm]
+
+ \feld{0}{3}{red!20}{b_{0}}
+ \feld{1}{2}{red!20}{b_{1}}
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+ \feld{1}{3}{red!10}{b_{4}}
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+ \feld{3}{1}{red!10}{b_{6}}
+ \feld{4}{0}{red!10}{b_{7}}
+
+ \feld{2}{3}{yellow!20}{b_{8}}
+ \feld{3}{2}{yellow!20}{b_{9}}
+ \feld{4}{1}{yellow!20}{b_{10}}
+ \feld{5}{0}{yellow!20}{b_{11}}
+
+ \feld{3}{3}{yellow!10}{b_{12}}
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+
+ \gitter
+
+\end{scope}
+
+\end{tikzpicture}
+\end{document}
+
diff --git a/buch/chapters/90-crypto/uebungsaufgaben/9001.tex b/buch/chapters/90-crypto/uebungsaufgaben/9001.tex
index 5bf4558..7ed1e57 100644
--- a/buch/chapters/90-crypto/uebungsaufgaben/9001.tex
+++ b/buch/chapters/90-crypto/uebungsaufgaben/9001.tex
@@ -6,7 +6,7 @@ Welchen gemeinsamen Schlüssel verwenden $A$ und $B$?
\begin{loesung}
Der zu verwendende gemeinsame Schlüssel ist
-$g^{ab}=(g^b)^a = y^a\in\mathbb{F}_2027$.
+$g^{ab}=(g^b)^a = y^a\in\mathbb{F}_{2027}$.
Diese Potenz kann man mit dem Divide-and-Conquer-Algorithmus effizient
berechnen.
Die Binärdarstellung des privaten Schlüssels von $A$ ist