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    Über Jahrhunderte hinweg war man der Meinung, dass es keine Alternative zur symmetrischen Verschlüsselung und dem damit verknüpften Schlüsselverteilungsproblem gäbe.

    Erst vor wenigen Jahrzehnten wurde die asymmetrische Verschlüsselung engl. Kennzeichen der asymmetrischen Verschlüsselung ist, dass zur Verschlüsselung ein völlig anderer Schlüssel als zur Entschlüsselung benutzt wird.

    Da asymmetrische Verfahren algorithmisch aufwändiger sind als symmetrische und daher in der Ausführung langsamer, werden in der Praxis zumeist Kombinationen aus beiden, sogenannte Hybrid-Verfahren genutzt.

    In der Kryptologie dient eine klare Abgrenzung von Begriffen und eine saubere und konsequent verwendete Fachterminologie zur Erleichterung der Arbeit und zur Vermeidung von Missverständnissen.

    Im Gegensatz dazu werden umgangssprachlich nicht selten Ausdrücke falsch benutzt und miteinander verwechselt, was zu unnötigen und leicht vermeidbaren Irritationen führen kann.

    Ein Beispiel ist die unsaubere Verwendung des Begriffs Entschlüsselung, wenn eigentlich Entzifferung gemeint ist.

    Eine verschlüsselte Nachricht z. Man unterscheidet dabei zwei grundlegend unterschiedliche Übertragungsweisen.

    Bei der Leitungsverschlüsselung wird die Nachricht nur jeweils für den Nachbarrechner verschlüsselt. Dieser entschlüsselt die Nachricht, verschlüsselt sie wiederum mit einem möglicherweise anderen Verfahren und schickt sie an seinen Nachbarn — und so weiter bis zum Zielrechner.

    Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass sich jeweils nur Nachbarrechner auf ein Verschlüsselungsverfahren und verwendete Schlüssel einigen müssen.

    Darüber hinaus kann diese Übertragungsweise auf einer sehr niedrigen Protokollebene etwa bereits in der Übertragungs-Hardware angesiedelt werden.

    Der Nachteil besteht darin, dass jeder einzelne Rechner auf dem Übertragungsweg vertrauenswürdig und sicher sein muss. Bei der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung hingegen wird die Nachricht vom Absender verschlüsselt und in dieser Form unverändert über mehrere Rechner hinweg zum Empfänger übertragen.

    Hier hat keiner der übertragenden Rechner Einsicht in den Klartext der Nachricht. Der Nachteil besteht allerdings darin, dass sich der Absender mit jedem möglichen Empfänger auf ein Verschlüsselungsverfahren und zugehörige n Schlüssel einigen muss.

    Sensible Daten auf einem Datenträger lassen sich im Wesentlichen auf zwei Wegen vor unbefugtem Zugriff schützen:. Die Artikel Verschlüsselung und Verschlüsselungsverfahren überschneiden sich thematisch.

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    Serpent: Dieser Standard gilt unter einigen Experten als minimal sicherer, wirklich nachweisen kann man das aber nicht. Serpent arbeitet von den drei Methoden jedoch auch am langsamsten, was die Performance Ihres Computers stark vermindert.

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    Bei vielen modernen Verschlüsselungen, beispielsweise bei der E-Mail-Verschlüsselung, wird dem Benutzer inzwischen die Qual der Wahl eines Schlüssels abgenommen.

    Der Schlüssel wird automatisch generiert, ohne dass er es bemerkt. Der zur Verschlüsselung umgekehrte Schritt ist die Entschlüsselung.

    Dabei gewinnt der befugte Empfänger den Klartext aus dem Geheimtext zurück. Zum Entschlüsseln wird ein geheimer Schlüssel benötigt. Bei symmetrischen Verschlüsselungsverfahren ist dies der gleiche wie für das Verschlüsseln, bei asymmetrischen Verfahren hingegen nicht.

    Geht der Schlüssel verloren, dann lässt sich der Geheimtext nicht mehr entschlüsseln. Gerät der Schlüssel in fremde Hände, dann können auch Dritte den Geheimtext lesen, das Geheimnis ist also nicht länger gewahrt.

    Als Entzifferung wird die Kunst bezeichnet, dem Geheimtext seine geheime Nachricht zu entringen, ohne im Besitz des Schlüssels zu sein.

    Durch Fortschritte in der Kryptologie kann sich eine vermeintlich starke Verschlüsselung im Laufe der Zeit als schwach erweisen.

    Das Arbeitsgebiet, das sich mit der Entzifferung von Geheimtexten befasst, ist die Kryptanalyse älterer Ausdruck: Kryptoanalyse. Sie ist neben der Kryptographie das zweite Teilgebiet der Kryptologie.

    Die meisten Verschlüsselungsverfahren sind nur pragmatisch sicher , was bedeutet, dass bei ihrer Kryptanalyse keine praktikable Möglichkeit zur Entzifferung gefunden wurde.

    Dabei ist das Vertrauen in die Sicherheit umso mehr gerechtfertigt, je länger ein Verfahren bereits öffentlich bekannt ist und je verbreiteter es in der Anwendung ist, denn umso mehr kann man davon ausgehen, dass viele fähige Kryptologen es unabhängig voneinander untersucht haben und dass eine evtl.

    Es gibt Verfahren, deren Sicherheit unter Annahme der Gültigkeit bestimmter mathematischer Vermutungen beweisbar ist.

    Das einzige Verschlüsselungsverfahren, dessen Sicherheit wirklich bewiesen und nicht nur auf Vermutungen zurückgeführt wurde, ist das One-Time-Pad.

    Das bedeutet die Ersetzung jedes einzelnen Klartextbuchstabens durch den jeweiligen im Alphabet um drei Stellen verschobenen Buchstaben. Er eignet sich somit, um die im Klartext enthaltene Information vor fremdem Blicken zu verbergen.

    Kennt ein möglicher Angreifer das zugrundeliegende Verschlüsselungsverfahren nicht, oder gelingt es ihm nicht, den benutzten Schlüssel zu finden, dann bleibt der Geheimtext für ihn ohne Sinn.

    Natürlich ist die hier im Beispiel benutzte Methode, die schon die alten Römer kannten, viel zu schwach, um die Geheimnachricht lange zu schützen.

    Einem erfahrenen Codebrecher wird es nicht viel Mühe bereiten, den Geheimtext nach kurzer Zeit zu entziffern , auch ohne vorherige Kenntnis von Schlüssel oder Verfahren.

    Im Laufe der Geschichte der Menschheit wurden daher immer stärkere Methoden zur Verschlüsselung entwickelt siehe auch: Geschichte der Kryptographie.

    Prinzipiell unterscheidet man unterschiedliche klassische und moderne symmetrische Verschlüsselungsverfahren und die erst seit wenigen Jahrzehnten bekannten asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren.

    Klassische Verschlüsselungsverfahren können nach dem verwendeten Alphabet klassifiziert werden. Symmetrische Verschlüsselungsverfahren verwenden zur Ver- und Entschlüsselung den gleichen Schlüssel.

    Bei historischen Verfahren lassen sich zwei Verschlüsselungsklassen unterscheiden. Bei der ersten werden, wie bei der im Beispiel benutzen Caesar-Verschlüsselung, die Buchstaben des Klartextes einzeln durch andere Buchstaben ersetzt.

    Sein Platz im Text wird verändert, die einzelnen Buchstaben des Textes werden sozusagen durcheinandergewürfelt. Bei modernen symmetrischen Verfahren werden Stromverschlüsselung und auf einer Blockverschlüsselung basierende Verfahren unterschieden.

    Bei der Stromverschlüsselung werden die Zeichen des Klartextes jeweils einzeln und nacheinander verschlüsselt. Wie dann die Blöcke verschlüsselt werden, bestimmt der Betriebsmodus der Verschlüsselungsmethode.

    Interessanterweise beruhen selbst moderne Blockchiffren, wie beispielsweise das über mehrere Jahrzehnte gegen Ende des So wird, vergleichbar zum wiederholten Kneten von Teig, der Klartext immer stärker verschlüsselt.

    Die Stärke der Verschlüsselung steigt zumeist mit der Anzahl der verwendeten Runden. Über Jahrhunderte hinweg war man der Meinung, dass es keine Alternative zur symmetrischen Verschlüsselung und dem damit verknüpften Schlüsselverteilungsproblem gäbe.

    Das Ergebnis der Schlussrunde ist der Geheimtext. AES wird aufgrund seines Algorithmus eine hohe Sicherheit bescheinigt.

    Bis heute ist kein praxisrelevanter Angriff bekannt. Brute-Force-Angriffe sind wegen der Schlüssellänge von mindestens bit ineffizient. Zudem überzeugt das Kryptosystem durch eine einfache Implementierung und eine hohe Geschwindigkeit.

    Anwendung findet AES u. Da ein und derselbe Schlüssel zur Chiffrierung und Dechiffrierung verwendet wird, ist das Kryptosystem wie jedes andere symmetrische Verfahren vom Schlüsselverteilungsproblem betroffen.

    Der sichere Einsatz von AES beschränkt sich somit auf Anwendungsfelder, die keinen Schlüsselaustausch erfordern oder diesen über einen sicheren Kanal ermöglichen.

    Die verschlüsselte Kommunikation im Internet erfordert es jedoch, dass Daten auf einem Rechner chiffriert und auf einem anderen dechiffriert werden.

    Hier haben sich asymmetrische Kryptosysteme durchgesetzt, die einen sicheren Austausch symmetrischer Schlüssel ermöglichen oder ohne den Austausch eines gemeinsamen Schlüssels funktionieren.

    Auch der Twofish-Vorgänger Blowfish ist nach wie vor im Einsatz. Beachtung findet zudem die Stromverschlüsselung Salsa20, die von Daniel J.

    Während bei symmetrischen Kryptosystemen auf beiden Seiten der chiffrierten Kommunikation der gleiche Schlüssel zum Einsatz kommt, erzeugen die beiden Parteien einer asymmetrisch verschlüsselten Kommunikation pro Seite jeweils ein Schlüsselpaar.

    Jeder Kommunikationsteilnehmer verfügt somit über zwei Schlüssel : einen öffentlichen und einen privaten. Um verschlüsselt kommunizieren zu können, muss jede Partei ihren öffentlichen Schlüssel bekanntgeben.

    Dies erfolgt in der Regel über Schlüsselserver. Man spricht von einem Public-Key-Verfahren. Der private Schlüssel hingegen bleibt geheim.

    Hier zeigt sich die Stärke asymmetrischer Kryptosysteme: Anders als bei symmetrischen Verschlüsselungsverfahren wird der geheime Schlüssel zu keiner Zeit aus der Hand gegeben.

    Im Rahmen einer asymmetrischen Verschlüsselung dienen öffentliche Schlüssel der Chiffrierung. Zudem erlauben sie, digitale Signaturen zu prüfen und Benutzer zu verifizieren.

    Private Schlüssel hingegen kommen bei der Dechiffrierung zum Einsatz und ermöglichen es, digitale Signaturen zu erzeugen oder sich gegenüber anderen Benutzern zu authentifizieren.

    Benutzer A möchte Benutzer B eine chiffrierte Nachricht senden. Dazu benötigt A den öffentlichen Schlüssel von B. Der öffentliche Schlüssel von B ermöglicht es A, eine Nachricht so zu chiffrieren, dass sie nur mit dem privaten Schlüssel von B dechiffriert werden kann.

    Abgesehen von B ist somit niemand in der Lage, die Nachricht zu lesen. Selbst A hat nach der Verschlüsselung keine Möglichkeit mehr, die Nachricht zu entschlüsseln.

    Da lediglich der öffentliche Schlüssel ausgetauscht wird, kann man auf einen abhörsicheren, manipulationsgeschützten Kanal verzichten.

    Ein Nachteil dieses Verschlüsselungsverfahrens ist jedoch, dass B sich nicht sicher sein kann, dass die chiffrierte Nachricht tatsächlich von A stammt.

    Denn grundsätzlich könnte auch ein Dritter C den öffentlichen Schlüssel von B nutzen, um Nachrichten zu verschlüsseln — beispielsweise, um Malware zu verbreiten.

    Zudem kann A sich nicht sicher sein, dass es sich bei einem öffentlichen Schlüssel tatsächlich um den von B handelt. Auch C könnte einen öffentlichen Schlüssel erstellen und diesen als den von B ausgeben, um Nachrichten von A zu B abzufangen.

    Im Rahmen der asymmetrischen Verschlüsselung wird somit ein Mechanismus benötigt, mit dem ein Kommunikationspartner die Authentizität des anderen prüfen kann.

    Die erste wissenschaftliche Veröffentlichung eines asymmetrischen Verschlüsselungsverfahrens erfolgte durch die Mathematiker Rivest, Shamir und Adleman.

    Die Idee, eine Verschlüsselung durch einen öffentlichen Chiffrierschlüssel und einen geheimen Dechiffrierschlüssel zu realisieren, geht auf die Kryptologen Whitfield Diffie und Martin Hellman zurück.

    Diese veröffentlichten mit dem Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch ein Verfahren, das es zwei Kommunikationspartnern ermöglicht, sich über einen unsicheren Kanal gemeinsam auf einen geheimen Schlüssel zu einigen.

    Die Kryptogen bedienten sich mathematischer Einwegfunktionen , die zwar leicht durchzuführen sind, sich aber nur mit erheblichem Rechenaufwand umkehren lassen.

    Noch heute kommt der nach ihnen benannte Schlüsselaustausch zur Anwendung, um geheime Schlüssel im Rahmen symmetrischer Kryptosysteme auszuhandeln.

    Ein weiteres Verdienst des Forscherduos stellt das Konzept der Falltür dar. Bereits in der Veröffentlichung des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs werden versteckte Abkürzungen angesprochen, die es ermöglichen sollen, die Inversion einer Einwegfunktion zu beschleunigen.

    Einen konkreten Beweis lieferten Diffie und Hellmann nicht, regten mit ihrer Theorie der Falltür jedoch zahlreiche Kryptologen zu eigenen Untersuchungen an.

    Auch Rivest, Shamir und Adleman suchten nach Abkürzungen für Einwegfunktionen — ursprünglich mit der Motivation, die Falltürtheorie zu widerlegen.

    Heute gilt RSA als der erste wissenschaftlich publizierte Algorithmus, der eine Übertragung chiffrierter Daten ohne Austausch eines geheimen Schlüssels ermöglicht.

    Während es im Allgemeinen kein Problem darstellt, zwei Primzahlen mit , oder Stellen zu multiplizieren, existiert bis heute kein effizienter Algorithmus, der das Ergebnis einer solchen Rechenoperation im Umkehrschritt in ihre Primfaktoren zerlegen kann.

    Verdeutlichen lässt sich die Primfaktorisierung an einem Beispiel:. Multipliziert man die Primzahlen Dieses hat lediglich vier Teiler: 1, sich selbst sowie die beiden Primzahlen, die multipliziert wurden.

    Streicht man die ersten beiden Teiler, da jede Zahl durch 1 und durch sich selbst teilbar ist, erhält man somit die Ausgangswerte Sowohl der öffentliche als auch der private Schlüssel stellen zwei Zahlenpaare dar:.

    Um den öffentlichen Schlüssel zu generieren, benötigt man zudem e , eine Zahl, die mit gewissen Einschränkungen zufällig gewählt wird. Kombiniert man N und e erhält man den öffentlichen Schlüssel, der jedem Kommunikationsteilnehmer in Klartext vorliegt.

    Um den private Schlüssel zu generieren, benötigt neben N auch d. Es ist somit nicht möglich, p und q aus N zu berechnen.

    Es sei denn, man kann die Berechnung abkürzen. Eine solche Falltür stellt der Wert d dar, der lediglich dem Besitzer des privaten Schlüssels bekannt ist.

    Die Rechenleistung von Computern verdoppelt sich in etwa alle zwei Jahre. Die zentrale Schwachstelle asymmetrischer Verschlüsselungssysteme ist die Benutzerauthentifizierung.

    Gelingt es einem Dritten, sich mithilfe seines eigenen Public Keys als eine der an der verschlüsselten Datenübertragung beteiligten Parteien auszugeben, lässt sich das gesamte Kryptosystem aushebeln, ohne dass der Algorithmus oder ein privater Dechiffrierschlüssel direkt angegriffen werden müssen.

    Es entfällt somit die Authentifizierung öffentlicher Schlüssel durch offizielle Zertifizierungsstellen.

    Dabei handelt es sich um einen zentralen Algorithmus, bei dem sich der Empfänger einer verschlüsselten Nachricht einen zu seiner Identität gehörigen Dechiffrierschlüssel ausstellen lassen kann.

    Die Theorie der ID-basierten Verschlüsselung löst somit ein grundlegendes Problem asymmetrischer Kryptosysteme, führt jedoch zwei weitere Sicherheitslücken ein: Ein zentraler Kritikpunkt ergibt sich aus der Frage, wie die Übergabe des privaten Dechiffrierschlüssels vom PKG zum Empfänger der verschlüsselten Nachricht erfolgen soll.

    Hier tut sich das altbekannte Schlüsselverteilungsproblem auf. Dieser ist somit per Definition kein Private Key und kann missbräuchlich eingesetzt werden.

    Umgehen lässt sich dies, indem das Schlüsselpaar mit Open-Source-Software auf dem eigenen Rechner generiert wird.

    Als Hybrid-Verschlüsselung bezeichnet man die Verbindung symmetrischer und asymmetrischer Kryptosysteme im Rahmen der Datenübertragung im Internet.

    Ziel dieser Kombination ist es, die Schwächen des einen Systems durch die Stärken des anderen zu kompensieren.

    Das Design des Algorithmus auf Basis eines gemeinsamen Private Keys, der abhörsicher zwischen Empfänger und Sender einer chiffrierten Nachricht ausgetauscht werden muss, stellt Anwender symmetrischer Verfahren jedoch vor das Problem der Schlüsselverteilung.

    Lösen lässt sich dieses durch asymmetrische Kryptosysteme. Verfahren wie RSA beruhen auf einer strikten Trennung von öffentlichen und privaten Schlüsseln und ermöglichen es so, die Übergabe eines privaten Schlüssels zu umgehen.

    Im Rahmen hybrider Verschlüsselungsverfahren kommen asymmetrische Algorithmen daher nicht zum Einsatz, um Nutzdaten zu verschlüsseln, sondern um die Übertragung eines symmetrischen Session-Keys über einen ungeschützten öffentlichen Kanal abzusichern.

    Dieser wiederum ermöglicht es, einen mithilfe symmetrischer Algorithmen effizient chiffrierten Geheimtext zu entschlüsseln.

    Der Ablauf einer hybriden Verschlüsselung lässt sich in drei Schritten beschreiben:. Schlüsselverwaltung: Bei Hybrid-Verfahren wird die symmetrische Verschlüsselung einer Nachricht von einem asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren eingerahmt.

    Dazu müssen sowohl asymmetrische a als auch symmetrische Schlüssel b generiert werden:. Verschlüsselung: Soll eine umfangreiche Nachricht sicher über das Internet übermittelt werden, erzeugt der Absender zunächst einen symmetrischen Session-Key, mit dem die Nutzdaten chiffriert werden.

    Ist dies erfolgt, kommt der Public Key des Empfängers zum Einsatz. Dieser dient der asymmetrischen Chiffrierung des Sitzungsschlüssels.

    Sowohl die Nutzdaten als auch der symmetrische Schlüssel liegen somit in chiffrierter Form vor und können ohne Bedenken versendet werden.

    Entschlüsselung: Geht ein Geheimtext zusammen mit dem chiffrierten Session-Key beim Empfänger ein, nutzt dieser seinen Private Key um den Sitzungsschlüssel asymmetrisch zu dechiffrieren.

    Dieser kommt im Anschluss zum Einsatz, um die symmetrisch chiffrierten Nutzdaten zu entschlüsseln. Nach diesem Schema lässt sich ein effizientes Verschlüsselungsverfahren realisieren, mit dem sich selbst umfangreiche Nutzdaten in hoher Geschwindigkeit sicher ver- und entschlüsselt werden können.

    Da lediglich ein kurzer Sitzungsschlüssel asymmetrisch chiffriert wird, fallen die vergleichsweise langen Berechnungszeiten asymmetrischer Algorithmen bei der Hybrid-Verschlüsselung nicht ins Gewicht.

    Das Schlüsselverteilungsproblem des symmetrischen Verschlüsselungsverfahrens reduziert sich durch die asymmetrische Chiffrierung des Session-Keys auf das Problem der Benutzerauthentifizierung.

    Dieses lässt sich wie bei rein asymmetrischen Kryptosystemen durch digitale Signaturen und Zertifikate lösen.

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    Schlüsselexpansion: Vom Passwort zum Schlüssel Endnutzer, die Daten chiffrieren oder dechiffrieren möchten, kommen in der Regel nicht mit Schlüsseln in Berührung, sondern nutzen eine handlichere Zeichenfolge: das Passwort.

    Das Schlüsselverteilungsproblem Ein zentrales Problem der Kryptologie ist die Frage, wie Informationen an einem Ort verschlüsselt und an einem anderen Ort entschlüsselt werden können.

    Zur Klassifikation von Verschlüsselungsverfahren In der modernen Kryptologie unterscheidet man grundsätzlich zwischen symmetrischen und asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren.

    Symmetrische Verschlüsselungsverfahren Bis in die er Jahre basierte die Verschlüsselung von Informationen auf symmetrischen Kryptosystemen, deren Ursprünge in antiken Verfahren wie der Cäsar-Verschlüsselung liegen.

    Stromverschlüsselung: Jedes Zeichen bzw. Bit des Klartextes wird mit einem Zeichen bzw. Bit des Schlüsselstroms verknüpft und somit in ein chiffriertes Ausgabezeichen übersetzt.

    Blockverschlüsselung: Die zu verschlüsselnden Zeichen bzw. Bits werden in Blöcke fester Länge zusammengefasst und auf ein Chiffrat fester Länge abgebildet.

    Dazu werden die 32 bit des Halbblocks im Rahmen der Expansion in 4-bit-Gruppen aufgeteilt und entsprechend folgendem Schema teilweise dupliziert und permutiert:.

    Das Ergebnis der Substitutionsboxen wird erneut einer Permutation unterzogen. Das Ergebnis ist ein bit-Block, der als neuer R-Block in die zweite Verschlüsselungsrunde eingeht.

    Der Ablauf der Verschlüsselung lässt sich grob in vier Schritte unterteilen: 1. Dabei wird jedes Byte im zu verschlüsselnden Block mithilfe einer S-Box durch ein Äquivalent ersetzt.

    Asymmetrische Verschlüsselungsverfahren Während bei symmetrischen Kryptosystemen auf beiden Seiten der chiffrierten Kommunikation der gleiche Schlüssel zum Einsatz kommt, erzeugen die beiden Parteien einer asymmetrisch verschlüsselten Kommunikation pro Seite jeweils ein Schlüsselpaar.

    Lösen lässt sich dieses Problem durch digitale Zertifikate und Signaturen. Digitale Zertifikate: Um asymmetrische Verschlüsselungsverfahren sicher zu gestalten, haben Kommunikationspartner die Möglichkeit, die Echtheit ihrer öffentlichen Schlüssel durch eine offizielle Zertifizierungsstelle bestätigen zu lassen.

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