Kryptographie ist die Lehre und die Praxis, Informationen so zu verwandeln, dass Unbefugte sie nicht lesen oder unbemerkt ändern können.
Sie stützt Vertraulichkeit, Integrität und die Nachweisbarkeit des Absenders.
Moderne Verfahren beruhen auf Schlüsseln und auf mathematischen Problemen, die ohne den passenden Schlüssel praktisch nicht lösbar sein sollen.
Arten der Kryptographie
Die Verfahren unterscheiden sich darin, ob Sender und Empfänger denselben Schlüssel teilen, ein Schlüsselpaar nutzen oder aus Daten einen kurzen Prüfwert bilden.
Jede Art löst eine andere Aufgabe und hat andere Voraussetzungen im Betrieb.
Kryptographie mit symmetrischen Schlüsseln
Kryptographie mit symmetrischen Schlüsseln verwendet denselben geheimen Schlüssel zum Verschlüsseln und zum Entschlüsseln.
Sie ist schnell und eignet sich für große Datenmengen, setzt aber voraus, dass der Schlüssel zuvor sicher zu beiden Seiten gelangt.
Kryptographie mit asymmetrischen Schlüsseln
Kryptographie mit asymmetrischen Schlüsseln arbeitet mit einem öffentlichen und einem privaten Schlüssel.
Der öffentliche Schlüssel darf bekannt sein, der private bleibt beim Inhaber und dient dazu, Nachrichten zu öffnen oder Signaturen zu erzeugen.
Hash-Funktionen
Hash-Funktionen bilden beliebig lange Daten auf einen kurzen Wert ab, aus dem sich die Eingabe nicht zurückrechnen lassen soll.
Sie dienen Prüfziffern, Passwortspeichern und dem Erkennen von Änderungen, verschlüsseln aber selbst keine Nachricht.
Anwendungen der Kryptographie
Anwendungen reichen von der Verbindung im Browser über die Sperrung von Datenträgern bis zu Zahlungssystemen und Wahlen.
Überall dort ersetzt Kryptographie das Vertrauen in den blanken Transportweg durch prüfbare Eigenschaften der Daten.
Sichere Kommunikation
Sichere Kommunikation verschlüsselt den Inhalt und prüft, ob die Gegenstelle die erwartete ist.
Sitzungsschlüssel entstehen oft aus einem asymmetrischen Austausch und schützen danach den eigentlichen Verkehr mit einem symmetrischen Verfahren.
Datenschutz
Datenschutz nutzt Verschlüsselung, damit gespeicherte oder übertragene personenbezogene Daten ohne Schlüssel nicht lesbar sind.
Der Schutz endet dort, wo der Schlüssel neben den Daten liegt oder zu viele Personen ihn kennen.
Digitale Währungen
Digitale Währungen verwenden Signaturen, damit nur der Inhaber eines Schlüssels Guthaben übertragen kann, und Hash-Ketten, damit frühere Buchungen nicht stillschweigend geändert werden.
Der Schlüsselverlust bedeutet hier oft den Verlust des Zugriffs auf das Guthaben.
Elektronische Stimmabgabe
Elektronische Stimmabgabe soll Stimmen geheim halten und zugleich eine Nachzählung ermöglichen.
Kryptographische Wahlverfahren versuchen, beides zu verbinden, scheitern in der Praxis aber oft an Verständlichkeit, Gerätevertrauen und an der Forderung nach einer für alle prüfbaren Auszählung.
Herausforderungen und Beschränkungen der Kryptographie
Kryptographie scheitert selten am Verfahren allein und häufig an Aufwand, an künftigen Rechnern und an der Umsetzung.
Ein starkes Verfahren hilft nicht, wenn Schlüssel schwach sind, Implementierungen fehlerhaft sind oder Menschen den Schutz umgehen.
Berechnungsaufwand
Berechnungsaufwand entsteht beim Verschlüsseln, Signieren und Prüfen, besonders auf kleinen Geräten und bei sehr vielen Verbindungen.
Verfahren werden deshalb nach Geschwindigkeit, Schlüsselgröße und Energiebedarf ausgewählt und nicht nur nach der theoretischen Stärke.
Widerstand gegen Quantencomputer
Quantencomputer bedrohen vor allem weit verbreitete asymmetrische Verfahren, weil bestimmte mathematische Aufgaben dann deutlich schneller lösbar würden.
Symmetrische Verfahren und Hash-Funktionen brauchen vor allem längere Schlüssel und Prüfwerte, während die asymmetrische Welt auf neue Algorithmen umgestellt werden muss.
Schlechte Umsetzung und Benutzerfehler
Schlechte Umsetzung und Benutzerfehler unterlaufen starke Verfahren durch fest eingebaute Schlüssel, fehlende Prüfungen oder durch Menschen, die Warnungen vor falschen Gegenstellen wegklicken.
Der sicherste Algorithmus bleibt wirkungslos, wenn der private Schlüssel kopiert oder das Passwort wiederverwendet wird.
Fazit
Kryptographie ist ein Werkzeug für Vertraulichkeit, Unverändertheit und Zurechenbarkeit, kein Ersatz für sichere Aufbewahrung von Schlüsseln.
Wer Verfahren, Schlüssellängen und den Betrieb zusammen plant, hält den Schutz auch dann, wenn der Transportweg selbst nicht vertrauenswürdig ist.