Public-Key-Verschlüsselung: Was ist öffentliche Kryptografie?

Kurzfassung

Die Public-Key-Verschlüsselung verwendet ein mathematisch verknüpftes Schlüsselpaar – einen öffentlichen und einen privaten –, um Daten während der Übertragung zu sichern und die Absenderidentität zu verifizieren. Im Gegensatz zu älteren symmetrischen Systemen entfällt für beide Parteien die Notwendigkeit, im Voraus einen geheimen Schlüssel auszutauschen. Trotz seiner Leistungsfähigkeit birgt es Risiken wie Brute-Force-Angriffe und Man-in-the-Middle-Schwachstellen, die zur Minderung ein sorgfältiges Schlüsselmanagement erfordern.

Wie Public-Key-Verschlüsselung funktioniert

Die Public-Key-Verschlüsselung verwendet tatsächlich zwei Schlüsselsätze. Der eine, der öffentliche Schlüssel, wird weithin mit allen geteilt, mit denen Sie sich in Zukunft möglicherweise verbinden möchten. Der andere, der private Schlüssel, ist streng geschützt und nur Ihnen bekannt. 

Algorithmen entwickeln die Schlüssel. Obwohl sie miteinander in Verbindung stehen, können sie nicht dazu verwendet werden, einander zu entschlüsseln. Jemand, der über Ihren öffentlichen Schlüssel verfügt, muss ziemlich viel kompliziertes Hacking betreiben, um auch nur die groben Konturen Ihres privaten Schlüssels zu ermitteln. 

Solche Systeme wahren sowohl den Datenschutz als auch die Effizienz. Sie wissen, dass Ihre Daten bei der Übertragung und Speicherung geschützt sind. Aber Sie benötigen keine langwierigen Einrichtungsgespräche mit einer anderen Partei, um eine Verbindung herzustellen. 

Laut Expert:innen ist es von entscheidender Bedeutung, dass alle Verschlüsselung verstehen, insbesondere wenn Mitarbeiter:innen in Ihrer Organisation von zu Hause aus arbeiten. Wenn Sie Public-Key-Verschlüsselung nicht richtig (oder überhaupt nicht) verwenden, könnten Sie Ihr Unternehmen katastrophalen Risiken aussetzen. 

Was ist ein kryptografischer Schlüssel?

Wir alle verwenden täglich Schlüssel, um Briefkästen, Kofferräume und Türen zu öffnen. Kryptografische Schlüssel verriegeln und entriegeln ebenfalls Barrieren, um den Zugriff zu ermöglichen. Aber im Gegensatz zu ihren physischen Gegenstücken bestehen Kryptoschlüssel nicht aus Metall. Stattdessen bestehen sie aus Code. 

Ein kryptografischer Schlüssel verwürfelt Zahlen und Buchstaben, sodass sie für Menschen unlesbar sind. Ihr Originaltext (Klartext) durchläuft einen Schlüssel und nimmt eine neue Form an (Chiffre). Ein Schlüssel macht den Vorgang rückgängig. 

Es gibt verschiedene Arten von kryptografischen Schlüsseln.

• Öffentlich: Wie der Name schon sagt, ist diese Art von Schlüssel für jeden frei einsehbar. 
• Privat: Diese Art von Schlüssel wird streng bewacht und geschützt. Nur Sie sollten davon wissen. 
• Hybrid: In diesem komplexen System, das für sehr sensible Umgebungen maßgeschneidert ist, wird eine Kombination aus öffentlichen/privaten Schlüsseln verwendet. 

In den Anfängen der Computertechnik verwendeten alle Unternehmen symmetrische Systeme. Beide Parteien benötigten Kopien desselben Schlüssels, um Daten zu verschlüsseln und zu entschlüsseln. 

Doch als immer mehr Unternehmen online gingen und der Kommunikationsbedarf wuchs, wurde es mühsam, den Überblick über all diese Schlüssel zu behalten. Als Reaktion darauf entwickelten Entwickler:innen asymmetrische Systeme wie die Public-Key-Verschlüsselung. Bei diesem Prozess benötigen zwei Parteien getrennte, aber zusammenhängende Schlüssel.

Wie funktioniert die Public-Key-Verschlüsselung?

Zwei Parteien mit zusammengehörigen Schlüsseln kommunizieren über Public-Key-Verschlüsselung. Ein Schlüssel verschlüsselt die Daten und der andere entschlüsselt sie. 

Nehmen wir an, Alice möchte Bob eine Nachricht senden. Ein Angreifer, Tom, hört mit. Alice:

1. Verwendet Bobs öffentlichen Schlüssel, um ihre Nachricht zu verschlüsseln.
2. Sendet es an Bob. 
3. Wartet darauf, dass Bob seinen privaten Schlüssel verwendet, um es zu entschlüsseln.

Da sie öffentlich sind, hat Tom Zugriff sowohl auf den Chiffretext als auch auf Bobs öffentlichen Schlüssel. Allerdings weiß Tom nicht, wie Bobs geheimer Schlüssel lautet, da Bob ihn geheim hält.

Was ist eine digitale Signatur in der Public-Key-Verschlüsselung?

Was ist, wenn Bob überprüfen muss, ob Alice und nicht Tom die Nachricht gesendet hat? Dieses Mal Alice:

• Verschlüsselt eine Nachricht für Bob mit zwei Schlüsseln: Bobs öffentlichem Schlüssel und ihrem eigenen privaten Schlüssel.
• Sendet die Nachricht.
• Wartet darauf, dass Bob es sowohl mit seinem eigenen privaten Schlüssel als auch mit Alices öffentlichem Schlüssel entschlüsselt.

Da nur Alices privater Schlüssel eine Nachricht verschlüsselt haben kann, die mit ihrem öffentlichen Schlüssel entschlüsselt werden kann, und da Alice ihren privaten Schlüssel geheim hält, weiß Bob, dass diese Nachricht von niemand anderem stammen kann. Dies wird als digitale Signatur bezeichnet. 

Was sind gängige Anwendungen der Public-Key-Verschlüsselung?

Neben digitalen Signaturen kann die Public-Key-Verschlüsselung hilfreich sein für:

• Sichere Webverbindungen. Das Sicherheitszertifikat einer Website (oder Secure Sockets Layer/Transport Layer Security (SSL/TLS)-Zertifikat) enthält einen öffentlichen Schlüssel. Zugehörige private Schlüssel sind auf Servern installiert. Die beiden Parteien führen einen „Handshake“ durch, bevor Daten übertragen werden. Websites wie Google und SalesForce setzen auf dieses Protokoll. 
• Bitcoin. Diese Form der digitalen Währung setzt auf Public-Key-Verschlüsselung für Sicherheit und Schutz.

Was sind die Stärken und Schwächen der Public-Key-Verschlüsselung?

Es gibt zahlreiche Verschlüsselungsmethoden. Sollten Sie auf ein Public-Key-System setzen oder eine andere Lösung wählen? Die Kenntnis der Risiken und Vorteile kann Ihnen dabei helfen, eine fundierte Entscheidung zu treffen. 

Diese Vorteile haben viele Anwendungen für die Public-Key-Verschlüsselung hervorgebracht, von Pretty Good Privacy (PGP) und Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) bis hin zu OpenID Connect (OIDC) und Web Authentication (WebAuthn). Es wird auch für Secure-Shell-Zertifikate verwendet, sodass Administratoren sich überall mit Servern verbinden können, ohne sich ihre Passwörter merken zu müssen. 

Es gibt jedoch durchaus Herausforderungen, darunter:

• Anfälligkeit für Brute-Force-Schlüsselsuchangriffe. Superschnelle Computer mit hoher Rechenleistung können umfangreiche Suchen durchführen, um die Details privater Schlüssel herauszufinden. Theoretisch könnte dies nur wenige Minuten dauern. 
• Anfälligkeit für Man-in-the-Middle-Angriffe. Ein Hacker kann eine Nachricht abfangen, sie verändern und den Host-Computer dazu verleiten, eine unsichere Verbindung herzustellen. Wenn das passiert, kann ein Hacker fast jede Nachricht mitlesen, die für Ihren Server bestimmt ist. 
• Programmierherausforderungen. Die Public-Key-Verschlüsselung kann schwierig zu verstehen und von Grund auf zu implementieren sein, aber zum Glück für Entwickler:innen gibt es viele Bibliotheken, die die Hauptarbeit übernehmen. Die bekannte Networking and Cryptography Library (NaCl) bietet eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) namens Box API, die den Umgang mit Public-Key-Verschlüsselung vereinfacht. 
• Probleme bei der Schlüsselverwaltung. Ein Public-Key-Ansatz bedeutet, dass Sie genau durchdenken müssen, wie Sie Schulungen und Akzeptanz der Benutzer:innen, Systemadministration, Wartung und Schlüsselwiederherstellung handhaben.

Wie Okta Sie unterstützt

Bei Okta verwenden wir in unseren eigenen Systemen Public-Key-Verschlüsselung, um verschlüsselte Sessions für unsere Nutzer:innen zu verifizieren. Wir haben zudem eine umfangreiche Suite von Tools entwickelt, mit denen Sie sicherstellen können, dass die richtigen Personen in Ihrem Unternehmen über die richtigen Berechtigungen verfügen.

Wir können Ihnen helfen zu verstehen, was Verschlüsselung bedeutet und wie sie helfen kann. Wir können auch Services für Sie einrichten. Kontaktieren Sie uns und lassen Sie uns loslegen. 

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem öffentlichen Schlüssel und einem privaten Schlüssel?

Ein öffentlicher Schlüssel wird offen mit allen geteilt, mit denen Sie kommunizieren möchten, während ein privater Schlüssel streng geschützt wird und nur Ihnen bekannt ist. Die beiden Schlüssel sind mathematisch miteinander verknüpft: einer verschlüsselt Daten und der andere entschlüsselt sie, aber der Besitz des öffentlichen Schlüssels macht es extrem schwierig, den privaten Schlüssel zu ermitteln.

Warum sind Entwickler:innen von symmetrischer zu asymmetrischer Verschlüsselung übergegangen?

In den Anfängen der Computertechnik mussten bei symmetrischen Systemen beide Parteien Kopien desselben Schlüssels besitzen. Als immer mehr Unternehmen online gingen und der Kommunikationsbedarf wuchs, wurde es aufwendig, all diese Schlüssel nachzuverfolgen. Asymmetrische Systeme wie die Public-Key-Verschlüsselung lösten dies, indem sie es zwei Parteien stattdessen ermöglichten, getrennte, aber zusammenhängende Schlüssel zu verwenden.

Was ist eine digitale Signatur und wie funktioniert sie?

Eine digitale Signatur wird erstellt, wenn ein:e Absender:in eine Nachricht sowohl mit dem öffentlichen Schlüssel des:der Empfänger:in als auch mit dem eigenen privaten Schlüssel verschlüsselt. Der:die Empfänger:in kann die Nachricht dann mit dem eigenen privaten Schlüssel und dem öffentlichen Schlüssel des:der Absender:in entschlüsseln. Da nur der private Schlüssel des:der Absender:in eine Nachricht erzeugt haben kann, die mit dessen:deren öffentlichem Schlüssel entschlüsselt werden kann, kann der:die Empfänger:in den Ursprung der Nachricht verifizieren.

Was sind die wichtigsten Sicherheitsrisiken der Public-Key-Verschlüsselung?

Zwei wesentliche Risiken sind Brute-Force-Schlüsselsuchangriffe, bei denen leistungsstarke Computer versuchen, die Details privater Schlüssel zu ermitteln, sowie Man-in-the-Middle-Angriffe, bei denen ein Hacker Nachrichten abfängt und verändert, um eine unsichere Verbindung herzustellen. Sorgfältige Schlüsselverwaltung und Implementierungspraktiken helfen, diese Risiken zu mindern.

Was ist Schlüsselverwaltung und warum ist sie wichtig?

Schlüsselverwaltung bezieht sich auf die Prozesse rund um die Handhabung kryptografischer Schlüssel während ihres gesamten Lebenszyklus, einschließlich Benutzerschulungen und -akzeptanz, Systemadministration, Wartung und Schlüsselwiederherstellung. Ohne einen soliden Ansatz zur Schlüsselverwaltung kann selbst ein gut implementiertes Public-Key-System zu einem Sicherheitsrisiko werden.

Wo wird Public-Key-Verschlüsselung in der alltäglichen Technologie eingesetzt?

Public-Key-Verschlüsselung bildet die Grundlage für viele gängige Technologien, darunter Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) für sichere Web-Verbindungen, Pretty Good Privacy (PGP) für E-Mail-Verschlüsselung, Bitcoin für die Sicherheit digitaler Währungen, OpenID Connect (OIDC) und Web Authentication (WebAuthn) für Identitätsprotokolle sowie Secure-Shell-Zertifikate für die Serveradministration.

Referenzen

Warum Verschlüsselung eine wichtige Cyber-Fähigkeit ist, die es während des Lockdowns 2.0 auszubauen gilt. (Dezember 2020). ITProPortal. 

Was macht die Bitcoin-Blockchain sicher? (November 2020). Entschlüsseln. 

Symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen: Lebe lang und verschlüssele. (November 2020). Security Boulevard. 

Man-in-the-Middle-Angriffe: Eine wachsende, aber vermeidbare mobile Bedrohung. (April 2020). Dark Reading. 

IBM Cloud erhält quantenresistente Verschlüsselung. (November 2020). Silicon Angle.