Kryptographie 1: Schutzziele und Verschlüsselung

Kryptographie – Schutzziele und Verschlüsselung – Anwendungsentwickler-Podcast #131

Einen kurzen Einstieg in einige grundlegende Begriffe der Kryptographie – die drei Schutzziele und die symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung – gebe ich in der einhunderteinunddreißigsten Episode des Anwendungsentwickler-Podcasts.

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Inhalt

Meist wird bei der Erklärung von kryptografischen Verfahren der Nachrichtenaustausch zwischen zwei Personen als Anwendungsfall verwendet. Person A (meist „Alice“ genannt) möchte mit Person B (meist „Bob“ genannt) kommunizieren und dabei gewisse Ziele erreichen. Nehmen wir einfach an, Alice möchte Bob eine E-Mail schicken.

  • Kryptographie ist die Wissenschaft der Verschlüsselung von Informationen.
  • Ein Schlüssel wird zum ver- bzw. entschlüsseln von Informationen verwendet und kann z.B. ein Passwort sein oder einfach eine lange Zahl, z.B. eine Kette aus 128 Bit.
    • Um Schlüssel zu knacken, kann man einfach alle Kombinationsmöglichkeiten ausprobieren. Das wären bei 64 Bit z.B. ca. 18 Trilliarden. Dieses Verfahren heißt Brute Force und dauert tendentiell sehr lange. 😉
    • Da die Computer aber immer schneller werden (und damit auch schneller Schlüssel durchprobieren können), sollte die verwendete Schlüssellänge regelmäßig erhöht werden. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik gibt z.B. regelmäßig Empfehlungen zur Schlüssellänge heraus.
  • Schutzziele der Informationssicherheit
    • Vertraulichkeit: Der Inhalt der Nachricht kann nur vom Empfänger gelesen werden und nicht von einem Angreifer. Üblicherweise muss der Inhalt dafür verschlüsselt werden.
    • Integrität: Der Inhalt der Nachricht wurde auf dem Weg zum Empfänger nicht durch einen Angreifer verändert. Hierzu werden meist Hashverfahren eingesetzt.
    • Authentizität: Die Nachricht stammt sicher vom angegebenen Absender und nicht von einem Angreifer. Hierfür sind meist mehrere Verfahren (Verschlüsselung und Hashverfahren) nötig.
  • Symmetrische vs. asymmetrische Verschlüsselung
    • Wird zum Ver- und Entschlüsseln der Nachricht der gleiche Schlüssel verwendet, spricht man von symmetrischer Verschlüsselung.
      • Beispiel: Alice verschlüsselt die Mail an Bob mit einem Kennwort, das auch für das Entschlüsseln benötigt wird.
      • Vorteil: Wenig rechenintensiv, da Schlüssellänge aufgrund des geheimen Schlüssels kürzer sein darf (z.B. 128 Bit).
      • Nachteil: Schlüssel muss auf sicherem Wege zwischen Absender und Empfänger ausgetauscht werden.
    • Wenn zum Verschlüsseln ein anderer Schlüssel verwendet wird, als für das Entschlüsseln, spricht man von asymmetrischer Verschlüsselung.
      • Es werden zwei Schlüssel („Schlüsselpaar“) benötigt, die mathematisch miteinander in Beziehung stehen, sich also berechnen lassen.
      • Dieses Schlüsselpaar besteht aus dem privaten Schlüssel, der unbedingt geheimgehalten werden muss, und dem öffentlichen Schlüssel, der für Jederman einsehbar sein darf (und auch sollte).
      • Damit alle Schutzziele erreicht werden können, braucht jeder Teilnehmer (Alice und Bob) sein eigenes Schlüsselpaar.
      • Beispiel: Alice verschlüsselt die Mail an Bob mit dessen öffentlichem Schlüssel. Bob kann die Mail dann nur mit seinem privaten Schlüssel entschlüsseln.
      • Vorteil: Schlüsselaustausch kann einfach erfolgen, sogar auf „unsicherem“ Weg (z.B. Mail, Internet).
      • Nachteil: Rechenintensives Verfahren mit Schlüsseln, die z.B. 40x so lang sind wie symmetrische Schlüssel (4096 Bit).
  • Beispiel für asymmetrische Verschlüsselung
    • Um mit asymmetrischer Verschlüsselung die Vertraulichkeit zu wahren, verschlüsselt der Absender mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers die Inhalte.
    • Nun kann ausschließlich der Empfänger, der als einziger das Gegenstück zu seinem öffentlichen Schlüssel – seinen privaten Schlüssel – besitzt, die Inhalte entschlüsseln.
    • Auch der Absender kann die von ihm versendeten Inhalte nun nicht mehr lesen.

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