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Wenn du dein WLAN-Passwort nur mit deiner Familie teilst, kennen alle denselben geheimen Zugang. Computer können Daten ähnlich schützen. Dafür brauchen beide Seiten einen Schlüssel, der nicht in falsche Hände geraten darf.
- Du erklärst das Prinzip der symmetrischen Verschlüsselung.
- Du unterscheidest Klartext, Chiffrat und Schlüssel.
- Du erklärst das Schlüsselaustauschproblem.
- Du weißt, warum oft hybride Verschlüsselung genutzt wird.
Eine Nachricht wird geheim
Eine Verschlüsselung verwandelt lesbare Daten in eine Form, die Unbefugte nicht verstehen sollen. Die ursprüngliche lesbare Nachricht heißt Klartext. Die verschlüsselte, unlesbare Form heißt Chiffrat.
Bei der symmetrischen Verschlüsselung benutzen Sender und Empfänger denselben geheimen Schlüssel. Mit ihm wird die Nachricht verschlüsselt und wieder lesbar gemacht.
Symmetrische Verschlüsselung ist ein Verfahren, bei dem derselbe geheime Schlüssel zum Verschlüsseln und Entschlüsseln verwendet wird.
Mina möchte Leo schreiben: „Treffen nach der Schule“. Beide kennen bereits denselben geheimen Schlüssel.
Mina verwandelt den Klartext mit dem Schlüssel in ein Chiffrat. Leo erhält dieses Chiffrat und nutzt denselben Schlüssel. Danach kann er die Nachricht wieder lesen.
Bei symmetrischer Verschlüsselung teilen beide Seiten einen gemeinsamen geheimen Schlüssel.
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Ein einfaches Modell mit Buchstaben
Eine Chiffre ist eine feste Methode, die Klartext in Chiffrat umwandelt. Die Caesar-Chiffre ist ein historisches Beispiel. Ihr Schlüssel sagt, um wie viele Stellen jeder Buchstabe im Alphabet verschoben wird.
Nimm als Schlüssel die Zahl 3. Dann wird aus A ein D, aus B ein E und aus X ein A. Beim Entschlüsseln gehst du dieselbe Anzahl an Stellen zurück.
Klartext: HALLO
Schlüssel: 3 Stellen vorwärts
Chiffrat: KDOOR
Zum Entschlüsseln verschiebst du jeden Buchstaben drei Stellen zurück. Aus K wird wieder H.
Die Caesar-Chiffre ist heute nicht sicher. Es gibt nur wenige mögliche Verschiebungen. Moderne Verfahren verwenden viel längere Schlüssel und deutlich kompliziertere Rechenschritte.
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Der Schlüssel muss geheim bleiben
Ein Schlüssel ist geheime Information, die das Verschlüsseln und Entschlüsseln steuert. Er ist nicht die Nachricht selbst. Ein sicheres Verfahren darf öffentlich bekannt sein. Geheim bleiben muss vor allem der Schlüssel.
Das größte Problem heißt Schlüsselaustauschproblem. Bevor zwei Personen sicher kommunizieren können, müssen beide denselben Schlüssel erhalten. Wird dieser Schlüssel beim Austausch abgefangen, kann eine fremde Person spätere Nachrichten entschlüsseln.
Noah und Elif wollen geheime Nachrichten austauschen. Noah sendet den gemeinsamen Schlüssel in einer ungeschützten Nachricht.
Eine dritte Person liest mit und kennt nun den Schlüssel. Sie kann danach die Chiffrate von Noah und Elif ebenfalls lesen.
Ein starkes Verfahren schützt Daten nur dann gut, wenn der gemeinsame Schlüssel geheim bleibt.
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Schnell für viele Daten
Ein Algorithmus ist eine genaue Folge von Rechenschritten. Moderne symmetrische Algorithmen verwandeln Daten mithilfe eines geheimen Schlüssels in Chiffrat. AES steht für Advanced Encryption Standard und ist ein verbreitetes symmetrisches Verfahren.
Symmetrische Verfahren arbeiten schnell. Deshalb eignen sie sich gut für große Dateien, viele Nachrichten oder laufende Datenübertragungen. Das Schlüsselproblem bleibt jedoch bestehen.
Eine Festplatte enthält viele Fotos und Dokumente. Das Gerät kann ihre Daten mit einem symmetrischen Verfahren schnell verschlüsseln.
Mit dem passenden Schlüssel lassen sich die Daten wieder lesen. Ohne ihn bleiben sie unverständlich.
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Zwei Verfahren ergänzen sich
Bei der asymmetrischen Verschlüsselung gibt es zwei zusammengehörige Schlüssel. Ein öffentlicher Schlüssel darf verteilt werden. Ein geheimer privater Schlüssel bleibt bei seinem Besitzer.
Die Kombination aus symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung heißt hybride Verschlüsselung. Asymmetrische Verfahren helfen beim sicheren Vereinbaren eines gemeinsamen symmetrischen Schlüssels. Danach schützt das schnelle symmetrische Verfahren die eigentlichen Daten.
Dein Browser baut eine geschützte Verbindung zu einer Webseite auf. Dabei wird ein gemeinsamer Schlüssel sicher vereinbart.
Für die vielen folgenden Daten, etwa Seiteninhalte oder Eingaben, kann die Verbindung symmetrische Verschlüsselung einsetzen.
Hybrid bedeutet: Schlüssel sicher vereinbaren und Daten danach schnell symmetrisch verschlüsseln.
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Zusammenfassung
Symmetrische Verschlüsselung nutzt einen gemeinsamen geheimen Schlüssel. Sie verwandelt Klartext in Chiffrat und mit demselben Schlüssel wieder zurück.
Ihr großer Vorteil ist die Geschwindigkeit. Die schwierige Aufgabe ist der sichere Schlüsselaustausch. Deshalb kombinieren viele Systeme beide Arten der Verschlüsselung: Sie vereinbaren zuerst einen Schlüssel sicher und schützen anschließend viele Daten schnell symmetrisch.