Wie die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln die Datenintegrität gewährleistet

Daten brauchen Sicherheit, und Sicherheit braucht Verschlüsselung.

Unter anderem,   Verschlüsselung   spielt eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der Datensicherheit. Es ist ein Prozess, bei dem Daten in eine unverständliche Form umgewandelt werden, die nur mit Hilfe eines kryptografischen Schlüssels dekodiert oder entschlüsselt werden kann.

Ein kryptografischer Schlüssel ist eine zufällige Folge von Zeichen, die in einem Verschlüsselungsmechanismus generiert wird. Es wird verwendet, um während der Verschlüsselung Klartext in Chiffretext umzuwandeln. Sie können denselben Schlüssel (symmetrische Verschlüsselung) oder einen anderen Schlüssel (asymmetrische Verschlüsselung) verwenden, um den Chiffretext in Klartext umzuwandeln.

Die Verschlüsselung verbirgt die eigentliche Nachricht und wandelt sie in Chiffretext um, wodurch sie unlesbar wird. Die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel ist eine solche Methode, mit der Sie eine Nachricht verschlüsseln können. Stellen Sie es sich wie ein Schloss mit zwei Schlüsseln vor (öffentlicher Schlüssel und privater Schlüssel). Wenn ein Benutzer es mit dem ersten Schlüssel verriegelt, kann es nur mit dem zweiten Schlüssel entriegelt werden und umgekehrt.

Es gibt andere Methoden wie symmetrische Verschlüsselung oder hybride Verschlüsselung, aber lassen Sie uns zunächst einen tieferen Blick auf die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln werfen und sehen, wie sie den Benutzern eine erhöhte Datensicherheit bietet.

Was ist Public-Key-Verschlüsselung?

Die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln, auch bekannt als Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln, ist eine Technik, die zwei verschiedene Schlüssel zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Daten verwendet. Der eine ist der öffentliche Schlüssel, der jedem zum Verschlüsseln von Daten zur Verfügung steht, und der andere ist der private Schlüssel, den ein Initiator zum Entschlüsseln verwenden kann.

Die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln wird auch als asymmetrische Verschlüsselung bezeichnet und wird häufig für Transport Layer Security/Secure Sockets Layer (TLS/SSL) verwendet, wodurch Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS) möglich wird.

Zum Versenden einer verschlüsselten Nachricht können Sie den öffentlichen Schlüssel des Empfängers aus einem freigegebenen Verzeichnis abrufen. Verwenden Sie diesen Schlüssel, um eine Nachricht vor dem Senden zu verschlüsseln, und der Empfänger kann sie mit seinem entsprechenden privaten Schlüssel entschlüsseln.

Wenn Sie dagegen eine Nachricht mit Ihrem privaten Schlüssel verschlüsseln, kann der Empfänger sie nur mit Ihrem öffentlichen Schlüssel entschlüsseln und Ihre Identität verifizieren. Sie können sowohl die Verschlüsselung als auch die Entschlüsselung automatisch durchführen, ohne eine Nachricht physisch zu sperren und zu entsperren. Organisationen nutzen   Verschlüsselungssoftware   um den Prozess nahtlos durchzuführen und einen robusten Datenschutz zu gewährleisten.

Die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel ist ein hochsicherer Verschlüsselungsprozess, da niemand seinen privaten Schlüssel teilen muss, wodurch verhindert wird, dass er bei der Übertragung verloren geht. Es bietet erhebliche Informationssicherheit und schützt Ihre Daten vor unbefugtem Zugriff.

Die Internetkommunikation verwendet eine Public-Key-Infrastruktur (PKI), um Identität und Sicherheit zu verwalten. Asymmetrische Verschlüsselung oder Public-Key-Kryptografie ist die Kerntechnologie, die PKI ermöglicht und Datenschutz in verschiedenen Kommunikationskanälen bietet.

Andererseits ist die Verschlüsselung mit privatem Schlüssel, auch bekannt als symmetrische Verschlüsselung, eine Technik, die einen Schlüssel sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung verwendet. Beide   symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung   haben ihre Vorteile und Herausforderungen basierend auf dem Anwendungsfall und der erforderlichen Verschlüsselungsstärke.

Wie funktioniert Public-Key-Kryptographie?

Die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel ermöglicht es Benutzern, Nachrichten heimlich zu senden und zu empfangen. Es ermöglicht jedem Benutzer, ein Schlüsselpaar zu erstellen: einen öffentlichen Schlüssel und einen privaten Schlüssel . Beide Schlüssel haben eine mathematische Beziehung zwischen ihnen. Aber ein privater Schlüssel kann praktisch nicht von einem öffentlichen Schlüssel abgeleitet werden.

Bei der Verschlüsselung kann man einen öffentlichen Schlüssel verwenden, um eine Nachricht zu verschlüsseln, die der private Schlüssel des Empfängers nur entschlüsseln kann. Wenn der Absender eine Nachricht mit seinem privaten Schlüssel verschlüsselt, kann der beabsichtigte Empfänger außerdem die Identität des Absenders mit einem öffentlichen Schlüssel überprüfen.

Die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln verwendet längere Schlüssellängen, die den Aufwand der Schlüsselverwaltung reduzieren, da keine Schlüssel ausgetauscht werden müssen. Sobald ein Schlüssel zum Verschlüsseln der Nachricht verwendet wurde, kann er nicht mehr zum Entschlüsseln verwendet werden.

Anwendungen der Public-Key-Kryptographie

Die Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln wird typischerweise in elektronischen Signaturen verwendet. Eine elektronische Signatur ist eine mathematische Methode, um die Identität eines Benutzers zu authentifizieren und die Integrität eines Dokuments, einer Nachricht oder einer Software zu wahren. Unternehmen verwenden im Allgemeinen   E-Signatur-Software   um rechtlich sensible Dokumente zu verteilen und digitale Signaturen zu sammeln.

Abgesehen von digitalen Signaturen wird die Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln für verschiedene andere Zwecke verwendet.

Sicherheit von Webservern

Public-Key-Kryptographie ist der Kern des TLS/SSL-Kryptographieprotokolls, das die Sicherheit in HTTPS gewährleistet. Es schützt Webserver und Clients davor   Cyber-Angriffe   wie Man-in-the-Middle-Angriffe, bei denen ein Angreifer die Kommunikation abfängt und auf den Inhalt von Nachrichten zugreift. Die symmetrische Verschlüsselung ist auch ein Teil von HTTPS, bei dem die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel verwendet wird, um Schlüssel zwischen zwei Parteien auszutauschen, und symmetrische Verschlüsselungsschlüssel zur Durchführung des Verschlüsselungsprozesses verwendet werden.

Die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln ermöglicht es Sender und Empfänger, ihre Identität zu überprüfen, und hilft ihnen, sich gegen Man-in-the-Middle-Angriffe zu verteidigen. Die Sicherheit von Webservern bietet auch einen zusätzlichen Vorteil, indem Websites in Suchmaschinen wie Google oder Bing höher eingestuft werden.

Identitätsauthentifizierung

Daten sind mittlerweile über traditionelle Netzwerke hinaus in die Cloud, auf Mobilgeräte, Internet of Things (IoT)-Geräte und verschiedene andere Technologien gesprungen, sodass es für Unternehmen von entscheidender Bedeutung ist, Identitäten zu sichern. Die Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln ermöglicht es Unternehmen, digitale Identitätszertifikate zu verwenden und Passwörter zu ersetzen, um dies zu verhindern   Brute-Force-Angriffe.

E-Mail-Verschlüsselung

Die E-Mail-Verschlüsselung verwendet Public-Key-Kryptographie, um eine Nachricht zu authentifizieren und zu verschlüsseln. Es hilft, die Nachricht vor nicht autorisierten Einheiten oder böswilligen Hackern zu schützen. Selbst wenn ein Angreifer ein Mailserver-Passwort knackt, kann er den Inhalt von E-Mails aufgrund der Verschlüsselung nicht einsehen.

Sie können verwenden   E-Mail-Verschlüsselungssoftware   um E-Mails zu schützen, indem Sie sie digital signieren, um Ihre Identität nachzuweisen, und den Inhalt und die Anhänge während der Übertragung oder Speicherung auf einem Server verschlüsseln.

Sichere E-Mail-Verschlüsselungsmethoden wie S/MIME-Zertifikate (Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions) verwenden die Infrastruktur öffentlicher Schlüssel, um die digitale Identität zu überprüfen und die Verschlüsselung zu erleichtern.

Kryptowährung

Bekannte Kryptowährungen wie Bitcoin verlassen sich bei Transaktionen auf die Kryptografie mit öffentlichen Schlüsseln. Benutzer haben einen öffentlichen Schlüssel, der für alle verfügbar ist, und private Schlüssel werden geheim gehalten, die zum Ausführen einer Transaktion verwendet werden.

Beispielsweise werden im Bitcoin-Ledger nicht ausgegebene Transaktionsausgaben (UTXO) mit einem öffentlichen Schlüssel verknüpft. Wenn Benutzer A eine Transaktion mit Benutzer B signieren möchte, verwendet Benutzer A seinen privaten Schlüssel, um das UTXO auszugeben, und generiert ein neues UTXO, das mit dem öffentlichen Schlüssel von Benutzer B verknüpft ist.

Public-Key-Kryptografiealgorithmen

Public-Key-Kryptographiealgorithmen sind mathematische Funktionen, die entweder verwendet werden, um eine Nachricht zu verschlüsseln oder den Ursprung einer Nachricht und die Identität des Absenders zu überprüfen.

Einige populäre kryptografische Algorithmen mit öffentlichem Schlüssel werden unten erwähnt.

Rivest-Shamir-Adleman (RSA)-Algorithmus

Der RSA-Algorithmus ermöglicht es Menschen, öffentliche und private Schlüssel zu verwenden, um eine Nachricht zu verschlüsseln. Wenn ein öffentlicher Schlüssel zur Verschlüsselung verwendet wird, erleichtert ein privater Schlüssel die Entschlüsselung und umgekehrt. Aufgrund dieser Eigenschaft ist es zu einem beliebten asymmetrischen Verschlüsselungsalgorithmus geworden. RSA hilft Organisationen dabei, Vertraulichkeit, Integrität, Unbestreitbarkeit und Authentizität der Informationen bei der Speicherung oder Übertragung sicherzustellen.

Der RSA-Algorithmus generiert einen öffentlichen Schlüssel und einen privaten Schlüssel durch einen komplexen Prozess, bei dem große ganze Zahlen faktorisiert werden, die ein Produkt aus zwei großen Primzahlen sind.

Nehmen wir ein Beispiel, um zu sehen, wie der RSA-Algorithmus funktioniert. Stellen Sie sich zwei Primzahlen p und q vor, die mit dem Rabin-Miller-Primzahltestalgorithmus generiert werden. Der Rabin-Miller-Primzahltestalgorithmus bestimmt, ob eine Zahl eine Primzahl ist. Verwenden Sie die beiden Primzahlen und berechnen Sie ihren Modul n.

Der öffentliche Schlüssel umfasst Modulus (n) und einen öffentlichen Exponenten, z. Der Wert des öffentlichen Exponenten muss kein Geheimnis sein, da der öffentliche Schlüssel für jeden zugänglich ist. Es wird normalerweise als 65537 angenommen.

Der private Schlüssel besteht aus einem Modulus (n) und einem privaten Exponenten d (berechnet aus dem erweiterten euklidischen Algorithmus, um die multiplikative Inverse in Bezug auf den Totienten von n zu finden).

RSA-Schlüssel sind normalerweise 1024 Bit lang, aber die Regierung und einige Branchen weisen aus Gründen der Sicherheit eine Mindestschlüssellänge von 2048 Bit an.

Digitaler Signaturalgorithmus (DSA)

Ein digitaler Signaturalgorithmus ist eine Art Verschlüsselungsalgorithmus mit öffentlichem Schlüssel, der zum Generieren von elektronischen Signaturen verwendet wird. Es ermöglicht dem Empfänger, die Identität des Absenders zu authentifizieren und den Ursprung der Nachricht zu überprüfen.

Interessanterweise setzt ein Absender seine E-Signatur mit dem privaten Schlüssel, der von einem Empfänger mit Hilfe des entsprechenden öffentlichen Schlüssels verifiziert wird. Einfach ausgedrückt, ein privater Schlüssel ist einzigartig; eine einzelne Person oder Organisation kann es verwenden. Allerdings kann jeder den Ursprung der Nachricht authentifizieren, indem er den öffentlichen Schlüssel verwendet, da er für alle verfügbar ist.

Digitale Signaturalgorithmen haben eine beträchtliche Stärke, aber die Signaturlänge ist kleiner im Vergleich zu anderen Signaturalgorithmen. Seine Rechengeschwindigkeit ist geringer und benötigt weniger Speicherplatz zum Arbeiten.

Elliptische-Kurven-Kryptografie (ECC)

Elliptische-Kurven-Kryptografie ist eine Art von Public-Key-Kryptografie, die die Elliptische-Kurven-Theorie nutzt, um effiziente und effektive kryptografische Schlüssel zu generieren. ECC generiert Schlüssel durch Eigenschaften von Gleichungen mit elliptischen Kurven, anstatt zwei große Primzahlen zu faktorisieren.

Es ist in mobilen Anwendungen beliebt, da es mit einem 256-Bit-Schlüssel das gleiche Sicherheitsniveau bietet, das andere Verschlüsselungssysteme wie RSA in einem 3072-Bit-Schlüssel liefern, während es weniger Rechenleistung und weniger Batterieressourcen verbraucht.

Mit der fortschreitenden Entwicklung im Quantencomputing werden Verschlüsselungsalgorithmen, die auf der Faktorisierung zweier großer Primzahlen beruhen, einfacher zu entschlüsseln sein. ECC und Quantum-Schlüsselverteilung könnten in den kommenden Tagen die besten vernünftigen Alternativen für die Verschlüsselung von Daten sein.

Public-Key-Verschlüsselung in TLS/SSL

Das TLS/SSL-Protokoll stellt die verschlüsselte Kommunikation über ein Netzwerk sicher, indem es sowohl asymmetrische als auch symmetrische Verschlüsselung nutzt und gleichzeitig End-to-End-Datensicherheit bietet. Bei einem TLS/SSL-Handshake einigt sich der Server auf einen Verschlüsselungsalgorithmus. Websites haben TLS/SSL-Zertifikate, die den öffentlichen Schlüssel enthalten, während der private Schlüssel auf dem Server installiert ist.

Die Kommunikation zwischen Client und Server wird dann mit dem festgelegten Verschlüsselungsalgorithmus und entsprechenden Schlüsseln verschlüsselt. Es schützt Nachrichten vor böswilligen Hackern und gewährleistet einen sicheren Kommunikationskanal zwischen einem Client und einem Server.

Während des gesamten Prozesses müssen keine kryptografischen Schlüssel geteilt werden. Der öffentliche Schlüssel des Empfängers wird verwendet, um eine Nachricht zu verschlüsseln, die nur durch den privaten Schlüssel des Empfängers entschlüsselt werden kann.

Ist die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel besser?

Die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel besteht aus der Verwendung von zwei Schlüsseln, was im Vergleich zur symmetrischen Kryptografie eine sicherere Verschlüsselungsmethode bietet. Bei der Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln findet kein Austausch privater Schlüssel statt, wodurch der Aufwand für die Schlüsselverwaltung entfällt. Wird dagegen bei symmetrischer Verschlüsselung ein ausgetauschter privater Schlüssel gestohlen oder geht er verloren, kann er das gesamte System kompromittieren.

Die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel folgt einem komplexen Prozess zum Verschlüsseln von Nachrichten. Sie benötigt mehr Zeit und manchmal Ressourcen als die symmetrische Verschlüsselung, bietet aber mehr Sicherheit. Es verschlüsselt auch digitale Zertifikate, sodass böswillige Hacker keinen Zugriff darauf erhalten können, selbst wenn sie kompromittiert sind.

Die Wahl der Verschlüsselung hängt von ihrer Verwendung, der Art des Geräts, dem Speicher, der Rechenleistung, dem Sicherheitsniveau und anderen Elementen ab. Abhängig von diesen Parametern haben sowohl symmetrische als auch asymmetrische Kryptosysteme ihre Vor- und Nachteile.

Vorteile der Public-Key-Kryptographie

Der Hauptvorteil der Verwendung von Public-Key-Kryptographie ist eine robustere Datensicherheit. Da Benutzer ihre privaten Schlüssel niemandem mitteilen, übertragen oder offenbaren müssen, verringert sich das Risiko, dass ein Cyberkrimineller einen privaten Schlüssel abfängt und ihn zum Entschlüsseln von Kommunikationen ausnutzt.

Es hilft Benutzern, die Herausforderungen bei der Schlüsselverteilung zu bewältigen, die bei der Verwendung der Verschlüsselung mit privaten Schlüsseln auftreten. Es ermöglicht Unternehmen, die Vertraulichkeit und Integrität von Daten zu wahren, was zu einer robusteren Informationssicherheit führt.

Abgesehen von der Verschlüsselungsstärke ermöglicht die Kryptographie mit öffentlichen Schlüsseln Benutzern auch, digitale Identitäten zu überprüfen und gleichzeitig die Unleugbarkeit sicherzustellen. Diese Vorteile haben die asymmetrische Kryptografie zu einer beliebten Wahl der Verschlüsselung gemacht, von Pretty Good Privacy (PGP) und HTTPS bis hin zu OpenID Connect (OIDC) und WebAuthN.

Herausforderungen der Public-Key-Verschlüsselung

Der Hauptnachteil der Public-Key-Verschlüsselung ist die geringe Geschwindigkeit, mit der der Verschlüsselungsprozess durchgeführt wird. Es erfordert mehr Rechenleistung und Speicherplatz, um ein Paar aus öffentlichem Schlüssel und privatem Schlüssel zu generieren, wobei komplexe mathematische Operationen verwendet werden, die eine beträchtliche Faktorisierung von Primzahlen beinhalten.

Zum Verschlüsseln ausrüsten

Rüsten Sie Ihren Sicherheitsstack mit Verschlüsselungssoftware aus und schützen Sie jede Kommunikation, die privat bleiben muss. Die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln hilft Ihnen, Ihre Daten mit einem komplexen Verschlüsselungsmechanismus zuverlässig zu schützen.

Zusammen mit Verschlüsselung und anderen Sicherheitsvorkehrungen können Sie die Informationssicherheit gewährleisten und behördliche Standards einhalten.

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