Verschlüsselung#

Verschlüsselung schützt Daten vor unbefugtem Zugriff — unterwegs (z. B. TLS) oder im Ruhezustand. Grundlegend gibt es zwei Verfahren, symmetrisch und asymmetrisch, sowie darauf aufbauende Methoden wie Hybridverschlüsselung, digitale Signaturen und Passwort-Hashing.

Symmetrische Verschlüsselung#

Ein Schlüssel wird sowohl zum Ver- als auch zum Entschlüsseln verwendet.

Sender                              Empfänger
  │                                     │
  │   Klartext                          │
  │      │                              │
  │   [Schlüssel K]              [Schlüssel K]
  │      │                              │
  │   Geheimtext ──── übertragen ───► Klartext
  │                                     │

Vorteile	Nachteile
Sehr schnell (geringe Rechenleistung)	Schlüsselverteilungsproblem: Wie teilt man den Schlüssel sicher?
Einfache Implementierung	Jedes Kommunikationspaar braucht eigenen Schlüssel
Gut für große Datenmengen	n Teilnehmer → n(n−1)/2 Schlüssel nötig

Algorithmen: AES (sicher, Standard), DES (veraltet, unsicher), 3DES

Asymmetrische Verschlüsselung#

Zwei mathematisch verknüpfte Schlüssel: Public Key (öffentlich) + Private Key (geheim).

          Sender                              Empfänger
            │                                    │
            │    Empfänger's Public Key          │
            │         (öffentlich bekannt)       │
            │                ↓                   │
            │   Klartext → [Public Key] → Geheimtext
            │                                    │
            │         übertragen                 │
            │                                    │
            │              Geheimtext → [Private Key] → Klartext
            │                                    │

Vorteile	Nachteile
Kein Schlüsselverteilungsproblem	Sehr langsam (rechenintensiv)
Digitale Signaturen möglich	Nicht geeignet für große Datenmengen
Skalierbar (n Teilnehmer = n Schlüsselpaare)

Algorithmen: RSA, ECC (Elliptic Curve Cryptography)

Hybridverschlüsselung#

Kombination beider Verfahren – in der Praxis das häufigste Modell (z.B. HTTPS/TLS):

1. Asymmetrisch:  Sicherer Austausch eines symmetrischen Sitzungsschlüssels
                  (langsam, aber nur einmalig)

2. Symmetrisch:   Verschlüsselung aller Nutzdaten mit dem Sitzungsschlüssel
                  (schnell, für große Datenmengen)

Ablauf TLS (HTTPS):

Client                              Server
  │─── "Hallo, ich kann TLS" ────►   │
  │◄── Server-Zertifikat (Public Key)─│
  │                                   │
  │── [Sitzungsschlüssel, verschlüsselt mit Server-Public-Key] ──►│
  │◄─────── [Bestätigung] ────────────│
  │                                   │
  │════ Symmetrisch verschlüsselte Kommunikation ════│

Digitale Signatur#

Umkehrung der Verschlüsselung: Der Sender signiert mit seinem Private Key, der Empfänger verifiziert mit dem Public Key.

Sender: Nachricht + Hash → [Private Key] → Signatur
Empfänger: Signatur → [Public Key] → Hash prüfen → Authentizität bestätigt

Gewährleistet:

Integrität: Nachricht wurde nicht verändert
Authentizität: Absender ist wirklich der, der er vorgibt zu sein
Nicht-Abstreitbarkeit: Absender kann Versand nicht leugnen

Passwort-Hashing (Bonus LF5-Verbindung)#

Passwörter werden nie im Klartext gespeichert – nur als Hash:

Algorithmus	Sicherheit	Anmerkung
MD5	Unsicher	Veraltet, Rainbow-Table-Angriffe möglich
SHA-1	Unsicher	Ebenfalls veraltet
SHA-256	Bedingt sicher	Noch kein Salting
bcrypt	Sicher	Inkl. automatisches Salting (zufälliger Zusatzwert)

Salting: Vor dem Hashen wird ein zufälliger Wert (Salt) an das Passwort angehängt → gleiche Passwörter ergeben verschiedene Hashes → Rainbow-Tables nutzlos.

Prüfungsbeispiele#

„Warum wird bei HTTPS nicht durchgehend asymmetrisch verschlüsselt?"

→ Weil asymmetrische Verschlüsselung sehr rechenintensiv und damit langsam für große Datenmengen ist. Deshalb wird sie nur einmalig genutzt, um sicher einen symmetrischen Sitzungsschlüssel auszutauschen — die eigentlichen Nutzdaten werden dann schnell symmetrisch verschlüsselt (Hybridverschlüsselung).

„Ein Nutzer registriert sich mit dem Passwort ‚Sommer2026’. Warum sollte die Anwendung das Passwort nicht einfach mit SHA-256 hashen und speichern?"

→ SHA-256 ist zwar besser als MD5/SHA-1, aber ohne Salting anfällig für Rainbow-Table-Angriffe. Besser ist bcrypt, das automatisch einen zufälligen Salt hinzufügt, sodass identische Passwörter unterschiedliche Hashes ergeben.

„Was gewährleistet eine digitale Signatur, was eine einfache Verschlüsselung nicht kann?"

→ Authentizität (der Absender ist wirklich, wer er vorgibt zu sein) und Nicht-Abstreitbarkeit (der Absender kann den Versand nicht leugnen) — eine normale Verschlüsselung sichert nur die Vertraulichkeit des Inhalts.

Selbstkontrolle#

❓ Warum wird bei TLS/HTTPS nicht durchgehend asymmetrisch verschlüsselt?

❓ Was bewirkt Salting beim Passwort-Hashing?

❓ Was gewährleistet eine digitale Signatur zusätzlich zu einer normalen Verschlüsselung?

Siehe auch#

schutzbedarfsanalyse ISMSLF4 — CIA-Triade: Vertraulichkeit durch Verschlüsselung
dsgvo — DSGVO-Anforderung: technische Schutzmaßnahmen für personenbezogene Daten
malware — Ransomware nutzt Verschlüsselung als Angriffsmittel
vpn — VPN nutzt Verschlüsselung für sichere Verbindungen
protokolle ports — TLS/HTTPS in der Netzwerkkommunikation