Mathematik ist öffentlich. Der Algorithmus ist öffentlich verfügbar. Sie können Nachrichten zwischen zwei Personen jedoch völlig privat gestalten. Wie? Sie teilen sich einen Schlüssel.
Dies ist die Essenz der symmetrischen Verschlüsselung.
Dies wird als „symmetrisch“ bezeichnet, da sowohl Sender als auch Empfänger genau die gleiche Zugriffsebene haben. Sie alle haben Schlüssel. Wenn der andere Teilnehmer es verliert, wird die Nachrichtentür dauerhaft verschlossen. Sobald ein Angreifer es hat, ist es für jeden zugänglich.
Von alten Optionen bis hin zu modernen Standards
Dies ist keine neue Technologie. Seine Wurzeln lassen sich bis in die Antike zurückverfolgen.
Denken Sie an die Caesar-Chiffre. Verschiebt Zeichen um eine bestimmte Zahl. Oder Polybius-Platz. Ordnen Sie die Markierungen den Koordinaten zu. Damals war die Sicherheit darauf angewiesen, die Methoden geheim zu halten. Wenn der Feind den Text nicht entschlüsseln kann, kann er ihn nicht lesen.
Dieser Ansatz scheiterte.
Moderne Verschlüsselung kehrt dieses Skript um. Hören Sie auf, Algorithmen zu verstecken, und beginnen Sie, Ihre Schlüssel zu verstecken. Dies steht im Einklang mit dem im 19. Jahrhundert etablierten Kerckhoffs-Prinzip. Darin heißt es, dass ein kryptografisches System sicher sein muss, auch wenn alle Informationen über das System (außer dem Schlüssel) öffentlich bekannt sind.
Dieser Algorithmus könnte in Lehrbüchern veröffentlicht werden. Details finden Sie im Open-Source-Code. Solange der Schlüssel geheim gehalten wird, bleibt der Austausch geheim.
Bei der symmetrischen Verschlüsselung werden Daten in zwei Hauptmengen unterteilt.
- Blockchiffren : Diese verarbeiten Daten in Blöcken fester Größe. AES (Advanced Encryption Standard) ist hier König. Es verarbeitet Bitblöcke und verschlüsselt sie in Chiffretext.
- Stream-Chiffrierer : Diese verarbeiten Daten als kontinuierlichen Stream. RC4 ist ein häufiges Beispiel, hatte aber in den letzten Jahren Probleme.
Der Zweck dieser Algorithmen besteht darin, zu stören und zu verbreiten. Statistische Angriffe schlagen fehl, weil sie die Daten gründlich verschlüsseln. Muster werden ausgeblendet. Sie können den Schlüssel nicht erraten, ohne alle möglichen Kombinationen auszuprobieren.
DES (Data Encryption Standard) In den 1970er Jahren gab es einen Versuch, dies zu formalisieren. Dies ist der erste große internationale Standard. Allerdings werden Computer immer schneller. DES-56-Bit-Schlüssel sind anfällig für Brute-Force-Angriffe. 2001 durch AES ersetzt. Was ist daraus zu lernen? Sicherheit ist ein sich ständig bewegendes Objekt.
Schlüsselverteilungsproblem
Das gesamte System hängt von diesem gemeinsamen Geheimnis ab.
Die Verschlüsselung ist nutzlos, wenn eine unbefugte Person an den Schlüssel gelangt. Die Sicherheit ist zusammengebrochen. Dies bringt uns zum schwierigsten Teil der symmetrischen Verschlüsselung: der sicheren Beschaffung der Schlüssel beider Parteien.
Protokolle wie Diffie-Hellman können dabei helfen. Aber technisch gesehen handelt es sich hierbei um eine asymmetrische Verschlüsselungstechnik. In der Praxis werden diese oft verwechselt. Wir verwenden einen asymmetrischen Ansatz, um symmetrische Schlüssel sicher auszutauschen. Nach dem Austausch der Schlüssel stellen wir für die eigentliche Datenübertragung auf die symmetrische Verschlüsselung um.
Warum? Geschwindigkeit.
Symmetrische Verschlüsselung ist rechentechnisch günstiger. Verarbeitet Daten sehr schnell. Asymmetrische Verschlüsselung ist schwer. Zu langsam für große Dateien oder Streaming. Daher können Sie eine schnelle Methode zur Durchführung von Massenarbeiten verwenden.
Aber es gibt ein Problem.
Mit steigender Benutzerzahl wird die Schlüsselverwaltung zum logistischen Albtraum. Dies ist ein zentrales Verteilungsproblem.
Wenn Alice eine Nachricht an Bob senden möchte, benötigt sie Bobs eindeutigen Schlüssel. Wenn Sie Charlie dennoch eine Nachricht senden möchten, benötigen Sie einen anderen Schlüssel. Für eine Menge von n Personen benötigen Sie n(n-1)/2 eindeutige Schlüssel. Die Anzahl der Schlüssel ist exponentiell gewachsen.
Aus diesem Grund ist die symmetrische Verschlüsselung in geschlossenen Gruppen so effektiv. Banken nutzen es. Militärische Netzwerke nutzen es. Diese Gruppen sind entweder klein oder verfügen über zentralisierte Systeme, um das Chaos bei der Schlüsselgenerierung und -zirkulation zu bewältigen. Ohne die Unterstützung eines offenen Netzwerks konnte es nicht gebaut werden.
Schlüssellänge und Brute-Force-Resistenz
Nicht alle Schlüssel sind gleich.
Die Schlüssellänge bestimmt, wie lange ein Angreifer braucht, um den Schlüssel zu erraten. Das ist Brute-Force-Widerstand. Sie probieren jede Kombination aus, bis sie es richtig hinbekommen.
Moderne Spezialgeräte können die in DES verwendeten 56-Bit-Schlüssel innerhalb weniger Stunden knacken. Es ist veraltet.
128-Bit-Schlüssel bieten starken Schutz. Es hält der aktuellen Rechenleistung stand. Obwohl 256-Bit-Schlüssel für die meisten Anwendungen zu groß sind, bieten sie Zukunftssicherheit.
Die Parameter müssen aktualisiert werden. Die Rechenleistung verbessert sich. Verschlechterung des Algorithmus. Das Festhalten an alten Standards wird Sie nicht aufhalten. Du bist verletzlich.
Der Vorteil der symmetrischen Verschlüsselung ist ihre Effizienz. Der Fehler liegt in der Logistik. Die Steigerung der Geschwindigkeit geht mit einer komplexeren Schlüsselverwaltung einher.
Das ist ein Tauschhandel. Man kann nicht alles meistern. Es gibt Tools zum Aufbau von Sicherheit, aber Sie müssen die Teile selbst zusammensetzen.
Warum die symmetrische Verschlüsselung online immer noch funktioniert
Die asymmetrische Verschlüsselung übernimmt den Handshake. Es ist sehr langsam. Es ist sehr schwer. Dies löst jedoch das ursprüngliche Zuverlässigkeitsproblem. Sobald die Sitzung eingerichtet ist, beginnt die eigentliche Arbeit. Hier kommt die symmetrische Verschlüsselung ins Spiel.
Es erscheint nicht in der Browserleiste. Der Name des Algorithmus wird nicht angezeigt. Aber es ist da. TLS handelt jedes Mal temporäre symmetrische Schlüssel aus, wenn eine Seite über HTTPS geladen wird. Die Public-Key-Infrastruktur wurde erneuert. Für den Versand sind symmetrische Schlüssel zuständig. Verarbeitet große Datenmengen mit Leitungsgeschwindigkeit. Dank dieses Hybridmodells frieren Videoanrufe nicht ein und Online-Formularübermittlungen werden nicht um 5 Sekunden verzögert. Bringen Sie Sicherheit und Leistung in Einklang.
Ehrlichkeit und Vertraulichkeit sind gleichermaßen wichtig
Verschlüsselung verbirgt Dinge. Dies beweist nicht, dass es nicht manipuliert wurde. Hier kommen MAC-Codes (Message Authentication Codes) ins Spiel.
MACs verwenden denselben gemeinsamen Schlüssel. Der Absender erstellt ein Etikett. Der Empfänger wird es prüfen. Wenn auch nur ein Bit der Nachricht geändert wird, schlägt das Tag fehl. Der Empfänger weiß, dass die Daten beschädigt oder manipuliert wurden. Dies ist eine wichtige Schicht. Bloße Geheimhaltung reicht nicht aus. Sie müssen sicherstellen, dass Sie genau das erhalten, was Sie gesendet haben.
Kopfschmerzen bei der Schlüsselverwaltung
Die symmetrische Verschlüsselung ist schnell. Aber es hat offensichtliche Schwächen. Schlüsselverteilungsproblem.
Wenn Alice und Bob einen privaten Schlüssel teilen, ist dieser sicher. Charlie zum Mix hinzufügen? Sie benötigen jetzt drei Schlüssel. Möchten Sie eine Million Benutzer hinzufügen? Die Anzahl der Schlüssel nimmt exponentiell zu. Die Verwaltung dieses Kreislaufs (Produktion, Vertrieb, Umlauf, Sammlung) ist ein logistischer Albtraum. Wenn ein Schlüssel kompromittiert wird, ist der gesamte Kanal gefährdet.
Organisationen scheitern in diesem Bereich oft. Der Schlüssel ist im Skript kodiert. Alte Schlüssel bleiben lange nach ihrem Ablauf in der Datenbank. Es erfordert militärische Disziplin. Ohne dies sind selbst die leistungsstärksten Algorithmen der Welt nutzlos, weil die falsche Person an die Schlüssel gelangt.
Quantenschatten
Die Hardware entwickelt sich ständig weiter. Moores Gesetz verlangsamt sich, aber die Spezialisierung beschleunigt sich. Betreten Sie das Quantencomputing.
Shors Algorithmus bedroht RSA und ECC. Allerdings sind symmetrische Algorithmen flexibler. Grovers Algorithmus halbiert effektiv die Schlüsselstärke. 128-Bit-Schlüssel sind gegenüber Quantenangreifern genauso sicher wie 64-Bit-Schlüssel. 256-Bit-Schlüssel sind immer noch langlebig. Also sind wir auf AES-256 umgestiegen und haben die längeren Tasten im symmetrischen Modus belassen. Das ist keine Panik. Dies ist ein geplanter Übergang.
Die Zukunft gemeinsamer Geheimnisse
Die Forschung endet nie. Neue symmetrische Grundelemente werden getestet. ChaCha20 übertrifft AES in mobilen Umgebungen. Schneller auf Geräten ohne Hardwarebeschleunigung. Die Implementierung von Informationssicherheit wird einfacher.
Das Ziel ist klar. Vertraulich. hoch. Elastisch. Effizienz. Anpassen des Protokolls. Algorithmen entwickeln sich ständig weiter. Wichtige Managementpraktiken werden gestärkt. Das Internet endet nie. Seien Sie einfach vorsichtiger.
