symmetrische Verschlüsselung

asymmetrische Verschlüsselung

Nach der Anzahl der benutzten Schlüssel unterscheidet man zwei Gruppen von Verschlüsselungsverfahren:

• Symmetrische Verschlüsselungsverfahren (auch Private Key-Verfahren genannt) benutzen einen einzigen Schlüssel zur Ver- und Entschlüsselung. Dieser Schlüssel muss zuvor zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden.
• Asymmetrische Verschlüsselungsverfahren (auch Public Key-Verfahren genannt) benutzen mehrere, meist zwei verschiedene Schlüssel. In der verbreitetsten Variante dieses Verfahrens verschlüsselt der Sender die Nachricht mit dem sogenannten öffentlichen Schlüssel (Public Key) des Empfängers, den dieser allen Personen offenlegt (auch möglichen Angreifern). Der Empfänger ist jedoch als Einziger mittels seines Geheimschlüssels (Private Key) in der Lage, die Nachricht zu entschlüsseln. Öffentlicher und Geheimschlüssel werden auch als Schlüsselpaar genannt.
• Hybride Verschlüsselungsverfahren kombinieren symmetrische und asymmetrische Methoden. So kann z.B. ein symmetrischer Schlüssel mittels eines asymmetrischen Verfahrens übermittelt und in dem weiteren Verlauf für die Verschlüsselung benutzt werden.

Man unterscheidet 2 grundlegende Verschlüsselungsoperationen, die einzeln oder in Kombination eingesetzt werden können, um Nachrichten zu verschlüsseln.

• Transposition: Bei einer Transposition werden die Zeichen untereinander vertauscht. Zu dem Beispiel wenn man ein Text rückwärts schreibt oder jeden 2. mit jedem 5. Buchstaben vertauscht.
• Substitution: Bei der Substitution werden Zeichen durch andere ersetzt. Zu dem Beispiel können alle Buchstaben durch Zahlen ersetzt werden.

Wenn Verschlüsselungen bei derselben Klartext-Eingabe stets zu denselben Geheimtexten führen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, der Verschlüsselung durch analytische Verfahren auf die Spur kommen zu können. Man unterscheidet daher die folgenden Verschlüsselungsmodi:

• Electronic code book (ECB): Aus einem Klartextblock wird stets derselbe Geheimtext erzeugt.
• Cipher block chaining (CBC): In die Verschlüsselung fließt der jeweils vorher verschlüsselte Block ein.

Insgesamt führt dabei auch CBC bei identischer Klartext-Eingabe zu stets demselben Geheimtext. Beide Verfahren sind also letztlich deterministisch. Doch unterscheiden sich innerhalb eines Klartextes die Transformationen: Würde in dem Klartext zwei Mal derselbe Klartext-Block aufeinanderfolgen, so führen CBC-Verfahren in dem Gegensatz zu ECB-Verfahren zu unterschiedlichen Geheimtextblöcken.

Klartexte können bei den meisten Verfahren nicht als Ganzes verschlüsselt werden, da die benutzten Algorithmen bezüglich der Menge der zu verschlüsselnden Daten limitiert sind. Je nach Art der Klartextverarbeitung unterscheidet man daher zwei unterschiedliche Verfahren:

• Bei der Blockverschlüsselung wird der Klartext vor der Verschlüsselung in Blöcke gleicher Größe aufgeteilt. Diese Blöcke werden dann einzeln verschlüsselt.
• Bei der Stromverschlüsselung wird der Klartext zeichen- oder bitweise verschlüsselt. Solche Algorithmen bezeichnet man auch als Online-Algorithmen.

Blockbasierte Verfahren liefern in der Regel bessere Ergebnisse. Allerdings müssen zu kleine Blocks dabei durch bedeutungslose Zeichen aufgefüllt werden, so dass sie eine höhere Übertragungskapazität in Anspruch nehmen.

Eine verschlüsselte Nachricht muss in der Regel über mehrere Stationen übertragen werden. Heute handelt es sich dabei meist um einzelne Computersysteme, d.h. die verschlüsselte Nachricht wird über ein Computernetzwerk übertragen. Man unterscheidet dabei zwei grundlegend unterschiedliche Übertragungsweisen:

• Bei der Leitungsverschlüsselung wird die Nachricht ca. jeweils für den Nachbarcomputer verschlüsselt. Dieser entschlüsselt die Nachricht, verschlüsselt sie wiederum (mit einem möglicherweise anderen Verfahren) und schickt sie an seinen Nachbarn - und so weiter bis zu dem Absichtrechner. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass sich jeweils ca. Nachbarrechner auf ein Verschlüsselungsverfahren und benutzte Schlüssel einigen müssen. Darüber hinaus kann diese Ãœbertragungsweise auf einer sehr niedrigen Protokollebene (etwa bereits in der Ãœbertragungshardware) angesiedelt werden. Der Nachteil besteht darin, dass jeder einzelne Rechner auf dem Ãœbertragungsweg vertrauenswürdig und sicher sein muss.
• Bei der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung wird die Nachricht vom Absender verschlüsselt und in dieser Form unverändert über mehrere Rechner hinweg zu dem 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.

Chiffrierung

Bei der Chiffrierung werden alle Zeichen einzeln anhand eines Verschlüsselungsverfahrens verschlüsselt. Beispiel hierfür ist die Cesar Verschlüsselung bei welcher ein Zeichen aus dem Alphabet als Schlüssel benutzt wird und anhand der Position des Buchstabens in dem Alphabet die Buchstaben des Klartextes zyklisch verschoben werden.Codierung

Beim Codieren werden alle Zeichen eines Zeichenvorrats einem anderen Zeichenvorrat zugeordnet. Ein Beispiel hierfür ist die Codierung aller alphabetischen Zeichen in den ASCII Code.

• Simon Singh: Geheime Botschaften

• Das WikiProjekt Kryptologie hat eine ausgezeichnete Sammlung verschiedener Verschlüsselungsverfahren zusammengestellt.
• Zur Geschichte der Verschlüsselung liefert die Definition über Kryptographie eine gute Zusammenfassung.