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Verschlüsselte Botschaften Die moderne Kryptologie

Das zwanzigste Jahrhundert hat der Kryptologie einiges an Veränderungen und Fortschritten gebracht. Betrafen vormals die Veränderungen insbesondere Verbesserungen der Verfahren zur Kryptografie aber auch zur Kryptoanalyse, so zog in diesem Jahrhundert verstärkt die Technik in die Kryptologie ein. Die einschneidensten Umgestaltungen werden auch als Wendepunkte der Kryptologie bezeichnet:

• Zu Beginn des Jahrhunderts wurden erste mechanische und elektromechanische Verschlüsselungsmaschinen konstruiert. Die während des 2. Weltkrieges zur Sicherung des Funkverkehrs der deutschen Wehrmacht und Marine eingesetzte Enigma ist der wohl bekannteste Vertreter dieser Zeit.

• Mit der aufkommenden Computerisierung wurden nicht nur für Militär sondern auch Wirtschaft gute Algorithmen zur Verschlüsselung immer wichtiger. Seither forscht die Kryptologie nicht mehr nur im Geheimen, sondern die Algorithmen und Verfahren werden kryptoanalytisch untersucht, diskutiert und verbessert, bis die praktische Sicherheit gewährleistet ist.

• Trotz aller Technik, den entscheidensten Wendepunkt markiert die Veröffentlichung eines neuen Verfahrens: In den siebziger Jahren veröffentlichten Diffie und Hellmann das Konzept des "Public-Key Cryptosystems".

Die meisten der heute eingesetzten symmetrischen Verfahren sind Algorithmen zur Blockchiffrierung und hiervon wiederum so genannte Produktalgorithmen (auch DES und IDEA). Den meisten davon liegen Algorithmen zugrunde, die Horst Feistel (IBM) um 1970 veröffentlichte. Dabei wird jeder (gleich große) Block in zwei gleich große Hälften geteilt. Dann werden hintereinander mehrere - zumeist einfache - Schritte ausgeführt. Für jede dieser Runden wird ein eigener Rundenschlüssel verwendet. Entschlüsselt wird mit dem gleichen Algorithmus, nur werden die Runden in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen und damit auch die Schlüsselauswahl. Obwohl jeder Schritt für sich allein kryptologisch unsicher sein kann, wird die Sicherheit durch mehrfache Rundendurchläufe drastisch gesteigert.

Der Vorteil eines solchen Verfahrens liegt auf der Hand: Es muss kein sicherer Kanal für den Schlüsselaustausch vorhanden sein. Andererseits benötigt der Empfänger einer Nachricht auch den Schlüssel des Absenders, wenn er diesem antworten will. Auch muss ein solcher Schlüssel - bei gleicher Sicherheit - erheblich länger sein als für ein symmetrischen Verfahren. Aus dem längeren Schlüssel ergibt sich dann auch ein höherer Aufwand für die Ver- und Entschlüsselung.

Asymmetrische Verfahren sind bei gleicher Sicherheit wesentlich langsamer in der Verschlüsselung. Durch die Verwendung unterschiedlicher Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung, von denen einer öffentlich zugänglich gemacht wird, bieten sie sich im Internet für die gesicherte Kommunikation an. In der Praxis eingesetzte Werkzeuge versuchen die Vorteile beider Verfahren - symmetrisch und asymmetrisch (= hybrid) - zu nutzen.

1. Zunächst wird durch eine zufällige Generierung ein Sitzungsschlüssel für das symmetrische Verschlüsselungsverfahren erzeugt, der nur in einer Sitzung verwendet wird.

2. Dann wird dieser Sitzungsschlüssel mit Hilfe des öffentlichen Schlüssels des Empfängers verschlüsselt. Hierdurch wird ein gesicherter Kanal für den Schlüsselaustausch des asymmetrischen Verfahrens geschaffen.

3. Letztlich werden die eigentlichen "Nutzdaten" mittels des Sitzungsschlüssels mit symmetrischen Verfahren chiffriert und das Ganze an den Empfänger übertragen.

4. Der Empfänger entschlüsselt zunächst den Sitzungsschlüssel mit Hilfe seines privaten Schlüssels für das asymmetrische Verfahren und kann dann mit diesem Schlüssel die chiffrierte Nachricht entschlüsseln und einsehen.

Bei der Umsetzung in Werkzeuge ist der Einsatz hybrider Verfahren fast schon ein Standard. Eines der verbreitetsten dieser Werkzeuge ist PGP (Pretty Good Privacy), aber auch von S/MIME wird diese Protokollform verwendet. PGP wurde von Philip Zimmermann entwickelt und 1991 als Freeware verfügbar gemacht.

• Aus einem einmal erzeugten "Hashwert" darf der ursprüngliche Text nicht wieder hergestellt werden können.
• Eine Hashfunktion muss "kollisionsfrei" sein, das heißt es darf nicht möglich sein, zwei Nachrichten zu konstruieren, die den gleichen Hashwert haben (Geburtstagsangriff).
• Der Hashwert muss leicht zu berechnen sein.

Zur Verschlüsselung lässt sich dieser Funktionstyp nicht verwenden, weil es keine Möglichkeit gäbe, die ursprüngliche Nachricht wiederherzustellen. Hierzu bräuchte man eine Hintertür. Also eine Hashfunktion, bei der die Umkehrfunktion leicht mittels einer zusätzlichen Information (die Hintertür) berechnet werden kann, ohne diese Information jedoch nur sehr schwer. Auf solchem Funktionstyp basiert die asymmetrische Kryptographie.