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Symmetrische Verschlüsselung einfach erklärt
Bei der symmetrischen Verschlüsselung verwenden Sender und Empfänger denselben geheimen Schlüssel: Er macht aus lesbarem Klartext einen Geheimtext und stellt später den Klartext wieder her. Das Verfahren ist schnell, aber der gemeinsame Schlüssel muss sicher verteilt und geheim aufbewahrt werden.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was macht eine Verschlüsselung symmetrisch?
Stell dir vor, du möchtest eine Nachricht so versenden, dass eine mitlesende Person nur unverständliche Zeichen sieht. Dazu werden drei Dinge benötigt:
- Der Klartext ist die lesbare Ausgangsnachricht.
- Ein Verschlüsselungsalgorithmus verarbeitet Klartext und geheimen Schlüssel.
- Das Ergebnis ist der Geheimtext oder Chiffretext.
Zum Entschlüsseln wird derselbe Schlüssel erneut verwendet. „Symmetrisch“ beschreibt also die Schlüsselverwendung in beiden Richtungen, nicht die Form des Geheimtexts.
Symmetrische Verschlüsselung
Ein Verfahren ist symmetrisch, wenn derselbe geheime Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln dient. Alle berechtigten Beteiligten müssen diesen Schlüssel kennen und geheim halten.
Verschlüsselung schützt vor allem die Vertraulichkeit: Unbefugte sollen den Inhalt nicht lesen können. Sie garantiert allein noch nicht, dass eine Nachricht unverändert ist oder wirklich von einer bestimmten Person stammt.
Wie funktioniert eine einfache Verschiebechiffre?
Die Caesar-Chiffre zeigt das Grundprinzip mit Buchstaben. Der Schlüssel gibt an, um wie viele Stellen jeder Buchstabe im Alphabet verschoben wird. Nach Z beginnt das Alphabet wieder bei A.
Aufgabe: Verschlüssele HALLO mit dem Schlüssel 3.
- H wird drei Stellen weiter zu K.
- A wird drei Stellen weiter zu D.
- L wird drei Stellen weiter zu O.
- L wird wieder zu O.
- O wird drei Stellen weiter zu R.
Damit entsteht der Geheimtext KDOOR.
Zum Entschlüsseln gehst du mit demselben Schlüssel in die Gegenrichtung: K wird zu H, D zu A, O zu L, O zu L und R zu O. Der Klartext lautet wieder HALLO.
Die Caesar-Chiffre ist nur ein Lernmodell. Es gibt sehr wenige mögliche Verschiebungen, und typische Buchstabenhäufigkeiten bleiben erkennbar. Deshalb schützt sie moderne Daten nicht ausreichend.
Welche Arten symmetrischer Chiffren gibt es?
Moderne symmetrische Verfahren verarbeiten Daten nicht wie Caesar Buchstabe für Buchstabe im Alphabet. Zwei Grundklassen unterscheiden, in welchen Einheiten Daten verarbeitet werden.
Blockchiffre
Eine Blockchiffre zerlegt Daten in Blöcke fester Größe und verschlüsselt jeden Block nach festgelegten Regeln. AES ist eine weit verbreitete Blockchiffre.
Stromchiffre
Eine Stromchiffre verarbeitet einen fortlaufenden Datenstrom Bit für Bit oder Byte für Byte. Das passt zum Beispiel zu kontinuierlich eintreffenden Daten.
Ob ein Verfahren praktisch sicher ist, hängt nicht nur von der Klasse ab. Wichtig sind ein geeignetes aktuelles Verfahren, passende Parameter, die korrekte Anwendung und der Schutz der Schlüssel. Historische Verfahren wie DES und RC4 gelten für heutige Anwendungen als unsicher.
Warum ist der gemeinsame Schlüssel die Herausforderung?
Bevor zwei Personen verschlüsselt kommunizieren, müssen beide denselben geheimen Schlüssel besitzen. Wird er offen versendet, kann eine mitlesende Person ihn kopieren. Wird er gestohlen, kann der Angreifer alle Daten lesen, die mit diesem Schlüssel geschützt sind.
Bei vielen Beteiligten wächst außerdem die Zahl der Schlüssel. Soll jedes Personenpaar einen eigenen Schlüssel besitzen, werden bei $n$ Personen
$$\frac{n(n-1)}{2}$$
Schlüssel benötigt. Für 12 Personen sind das $\frac{12 \cdot 11}{2} = 66$ verschiedene Schlüssel. Jedes Paar braucht genau einen; durch das Teilen durch 2 wird vermieden, jedes Paar doppelt zu zählen.
Hybride Verschlüsselung
Ein hybrides Verfahren nutzt asymmetrische Kryptografie, um einen symmetrischen Sitzungsschlüssel sicher zu vereinbaren oder zu schützen. Die eigentlichen Nutzdaten werden danach schnell symmetrisch verschlüsselt.
So werden zwei Stärken verbunden: Asymmetrische Verfahren erleichtern den Start ohne vorher gemeinsam ausgetauschtes Geheimnis, symmetrische Verfahren verarbeiten große Datenmengen effizient.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Symmetrische Verschlüsselung
- Prinzip: derselbe geheime Schlüssel in beiden Richtungen
- Ablauf: Klartext wird zu Geheimtext und wieder zu Klartext
- Arten: Blockchiffren und Stromchiffren
- Stärke: schnelle Verarbeitung großer Datenmengen
- Herausforderung: sichere Verteilung und Aufbewahrung des Schlüssels
- Kombination: asymmetrischer Start und symmetrische Nutzdaten