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Digitale Signatur: Ablauf, Prüfung und PKI
Eine digitale Signatur verbindet ein digitales Dokument kryptografisch mit einem privaten Schlüssel. So kannst du prüfen, ob das Dokument verändert wurde und ob die Signatur zum behaupteten Absender passt. Vertraulich wird der Inhalt dadurch jedoch nicht.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was ist eine digitale Signatur?
Stell dir vor, Alice sendet Bob ein wichtiges Dokument. Bob möchte zwei Fragen beantworten:
- Ist das Dokument noch genauso, wie Alice es signiert hat?
- Passt die Signatur zu dem Schlüssel, der Alice zugeordnet ist?
Eine digitale Signatur liefert dafür technisch prüfbare Daten. Sie beruht auf asymmetrischer Kryptografie: Ein zusammengehöriges Schlüsselpaar besteht aus einem geheimen privaten und einem verteilbaren öffentlichen Schlüssel.
Hashwert
Ein Hashwert ist ein kurzer digitaler Prüfwert, der aus dem Inhalt eines Dokuments berechnet wird. Schon eine kleine Änderung am Dokument führt normalerweise zu einem anderen Hashwert.
Digital signieren
Beim digitalen Signieren verarbeitet ein Signaturverfahren den Hashwert des Dokuments mit dem privaten Schlüssel. Das Ergebnis ist die digitale Signatur.
Eine elektronische Signatur ist dagegen ein weiter gefasster rechtlicher Begriff für elektronisches Unterzeichnen. Eine eingescannte Unterschrift kann eine einfache elektronische Signatur sein, ohne eine kryptografische digitale Signatur zu enthalten.
Wie wird eine Signatur erstellt?
Alice besitzt einen privaten Schlüssel. Der zugehörige öffentliche Schlüssel darf anderen bekannt sein. Zum Signieren geschieht Folgendes:
- Alice wählt das Dokument aus.
- Eine Hashfunktion berechnet den Hashwert des Dokuments.
- Das Signaturverfahren verarbeitet diesen Hashwert mit Alices privatem Schlüssel.
- Alice sendet Bob das Dokument, die Signatur und die nötigen Prüfinformationen.
Alice signiert die Nachricht „Treffen um 15 Uhr“.
- Die Software berechnet zunächst den Hashwert der Nachricht.
- Sie erzeugt mit diesem Hashwert und Alices privatem Schlüssel die Signatur.
- Alice übermittelt Nachricht und Signatur an Bob.
Der private Schlüssel wird dabei nicht mitgesendet. Er muss geheim bleiben.
Privater Schlüssel: signieren. Öffentlicher Schlüssel: prüfen.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Zuerst wird aus dem ein Hashwert berechnet. Zum Signieren wird der verwendet. Mitgesendet werden Dokument und .
Wie wird eine Signatur geprüft?
Bob erhält Alices Dokument und die zugehörige Signatur. Seine Software prüft sie in drei Schritten:
- Sie berechnet selbst den Hashwert des empfangenen Dokuments.
- Sie verwendet Alices öffentlichen Schlüssel, um die Signatur gegen diesen Hashwert zu prüfen.
- Sie meldet, ob Dokument, Signatur und öffentlicher Schlüssel zusammenpassen.
Ein Angreifer ändert Alices Nachricht in „Treffen um 18 Uhr“, lässt die alte Signatur aber unverändert.
Bobs Software berechnet nun einen Hashwert für den veränderten Text. Dieser passt nicht mehr zur alten Signatur. Die Prüfung schlägt fehl. Bob erkennt dadurch die Veränderung, auch wenn sie nur wenige Zeichen betrifft.
Eine erfolgreiche Prüfung zeigt zunächst nur:
- Das geprüfte Dokument passt zur Signatur.
- Die Signatur wurde mit dem privaten Schlüssel erzeugt, der zum verwendeten öffentlichen Schlüssel gehört.
Ob tatsächlich Alice den Schlüssel benutzt hat, hängt zusätzlich davon ab, ob ihr privater Schlüssel geschützt war und der öffentliche Schlüssel zuverlässig Alice zugeordnet wurde.
Wem gehört der öffentliche Schlüssel?
Ein erfolgreicher Hashvergleich reicht für eine verlässliche Absenderzuordnung noch nicht aus. Bob muss auch wissen, dass der öffentliche Schlüssel wirklich Alice gehört.
Digitales Zertifikat
Ein digitales Zertifikat ordnet einen öffentlichen Schlüssel einer Person oder Organisation zu. Es enthält die dafür notwendigen Angaben und wird selbst von einer Zertifizierungsstelle digital signiert.
Zertifizierungsstelle
Eine Zertifizierungsstelle, kurz CA, prüft eine Identität und bestätigt durch ein Zertifikat die Zuordnung zu einem öffentlichen Schlüssel.
Die Public Key Infrastructure, kurz PKI, umfasst die Regeln, technischen Systeme und beteiligten Stellen zur Ausstellung, Verteilung, Prüfung und Verwaltung von Schlüsseln und Zertifikaten.
Damit Bob Alices Signatur sinnvoll bewerten kann, prüft seine Software daher nicht nur die Dokument-Signatur. Sie muss auch das Zertifikat und dessen Vertrauenskette beachten.
Was schützt eine Signatur – und was nicht?
Drei Schutzziele werden leicht verwechselt:
| Schutzziel | Leitfrage | Beitrag der digitalen Signatur |
|---|---|---|
| Integrität | Wurde der Inhalt verändert? | Eine nachträgliche Änderung lässt die Prüfung normalerweise scheitern. |
| Authentizität | Passt die Herkunft zum behaupteten Absender? | Signatur, Zertifikat und geschützter privater Schlüssel stützen die Zuordnung. |
| Vertraulichkeit | Können Unbefugte den Inhalt lesen? | Die Signatur allein schützt das Lesen nicht; dafür ist Verschlüsselung nötig. |
Eine gültige Signatur ist kein sicherer Beweis dafür, welche Person den privaten Schlüssel tatsächlich bedient hat. Wird der private Schlüssel gestohlen, kann ein Angreifer damit gültige Signaturen erzeugen. Der Schlüssel muss deshalb geheim und sicher aufbewahrt werden.
Auch eine sichtbare Unterschrift oder ein Siegelsymbol ist kein Ersatz für die technische Prüfung. Die entscheidenden Signatur- und Zertifikatsdaten können vollständig im Hintergrund liegen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Digitale Signatur
- Erstellung: Dokument, Hashwert, privater Schlüssel
- Prüfung: neuer Hashwert, Signatur, öffentlicher Schlüssel
- Zuordnung: Zertifikat, Zertifizierungsstelle, PKI
- Schutz: Integrität und technisch gestützte Authentizität
- Grenze: keine Vertraulichkeit ohne Verschlüsselung
- Risiko: gestohlener oder schlecht geschützter privater Schlüssel
Abschluss-Check
Wenn du den Ablauf erklären kannst, prüfe immer in dieser Reihenfolge: Dokumentinhalt, Signatur, öffentlicher Schlüssel, Zertifikatszuordnung und Schutz des privaten Schlüssels.