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Verschlüsselung und Digitale Signaturen

Überblick​

Verschlüsselung schützt Daten vor unbefugtem Zugriff indem es die Daten in ein unlesbares Format bringt. Digitale Signaturen verifizieren die Authentizität und Integrität der Daten um sicherzustellen dass sie während dem Transport nicht manipuliert wurden.

Symmetrische Verschlüsselung​

Jeweils der Sender und Empfänger haben den gleichen Schlüssel zum verschlüsseln und entschlüsseln.

  • Schnell und effizient um große Mengen an Daten zu verschlüsseln
  • Schlüssel Verteilung ist eine große Herausforderung, da der Schlüssel davor natürlich sicher getauscht werden muss
  • Bekannte Beispiele: AES (Advanced Encryption Standard), DES (Data Encryption Standard), 3DES (Triple Data Encryption Standard)
  • Typische Anwendungsfälle: Verschlüsselung großer Datenmengen
Klartext => [Verschlüsseln] => Ciphertext => [Entschlüsseln] => Klartext

Asymmetrische Verschlüsselung​

Nutzt ein Schlüsselpaar: Einen public key (kann öffentlich geteilt werden), und einen private key (muss geheim gehalten werden).

  • Daten welche mit dem public key verschlüsselt wurden können nur mit dem zugehörigen private key wieder entschlüsselt werden
  • Langsamer als die symmetrische Verschlüsselung aufgrund der mathematischen Komplexität
  • Bekannte Beispiele: RSA (Rivest-Shamir-Adleman), ECC (Elliptic Curve Cryptography)
  • Typische Anwendungsfälle: Schlüsselaustausch (Hybride Verschlüsselung), Digitale Signaturen
Klartext => [Verschlüsseln mit Public Key des Empfänger] => Ciphertext => [Entschlüsseln mit Private Key des Empfängers] => Klartext

Hash Funktionen​

Eine Hash-Funktion ordnet Daten beliebiger Größe einer Ausgabe fester Größe zu (Hash/Digest).

  • Einweg: Die Original Daten können nicht aus dem Hash abgeleitet werden
  • Deterministisch: Der gleiche Input erzeugt immer den gleichen Output
  • Kollisionsresistent: Verschiedene Inputs sollten nicht den gleichen Hash produzieren
  • Bekannte Beispiele: SHA-256, SHA-3, MD5

Digitale Signaturen​

Digitale Signaturen verifizieren, dass die Daten von einer bestimmten Partei gesendet und nicht durch Dritte verändert wurden.

Signieren (Sender):

  1. Erstellt einen Hash der Nachricht
  2. Verschlüsselt den Hash der Nachricht mit seinem eigenen private key => Das ist die Signatur
  3. Sendet die Nachricht zusammen mit seiner Signatur

Verifizierung (Empfänger):

  1. Entschlüsselt die Signatur mit dem public key des Senders => Enthüllt den ursprünglichen Hash
  2. Die empfangene Nachricht selbst nochmal hashen
  3. Beide Hashes vergleichen, wenn sie zusammenpassen wurde die Nachricht nicht verändert