Kryptographische Verfahren
Definition und Einsatzbereiche von Hash-Funktionen
Hash-Funktionen sind kryptographische Algorithmen, die eine beliebig große Eingabedatei oder Nachricht in einen festen Ausgabewert, den sogenannten Hash-Wert, umwandeln. Dieser Hash-Wert dient als eindeutiger Fingerabdruck der Eingabedaten und wird häufig zur Integritätsprüfung und Authentifizierung verwendet.
- Integritätsprüfung: Überprüfung, ob Daten während der Übertragung oder Speicherung unverändert geblieben sind.
- Authentifizierung: Verifikation der Identität eines Datenabsenders oder -ursprungs.
Beispiele für Hash-Algorithmen
- SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit): Ein weit verbreiteter und sicherer Hash-Algorithmus, der für viele sicherheitskritische Anwendungen verwendet wird.
- MD5 (Message Digest Algorithm 5): Ein älterer Hash-Algorithmus, der wegen seiner Anfälligkeit für Kollisionen als unsicher gilt und nicht mehr empfohlen wird.
Eigenschaften von Hash-Funktionen
- Kollisionsresistenz: Es sollte praktisch unmöglich sein, zwei unterschiedliche Eingaben zu finden, die denselben Hash-Wert erzeugen.
- Einwegfunktion: Der ursprüngliche Eingabewert kann nicht aus dem Hash-Wert rekonstruiert werden.
- Determinismus: Die gleiche Eingabe liefert immer denselben Hash-Wert.
Digitale Signaturen
Funktionsweise digitaler Signaturen
Digitale Signaturen sind kryptographische Mechanismen, die die Authentizität und Integrität einer Nachricht oder eines Dokuments gewährleisten. Sie basieren auf asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren.
- Erstellung der Signatur: Der Absender erzeugt einen Hash-Wert der Nachricht und verschlüsselt diesen Hash mit seinem privaten Schlüssel, um die digitale Signatur zu erstellen.
- Verifikation der Signatur: Der Empfänger entschlüsselt die Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders und vergleicht den resultierenden Hash-Wert mit dem Hash der empfangenen Nachricht. Stimmen die Hash-Werte überein, ist die Nachricht authentisch und unverändert.
Anwendungsbeispiele für digitale Signaturen
- Elektronische Unterschriften: Digitale Signaturen werden verwendet, um Dokumente rechtsverbindlich zu unterzeichnen.
- Softwareverifikation: Digitale Signaturen stellen sicher, dass Software oder Dateien nicht nach ihrer Erstellung verändert wurden. Beispiel: Softwareanbieter signieren ihre Programme, um zu garantieren, dass sie von ihnen stammen und nicht manipuliert wurden.
Schlüsselmanagement
Erzeugung, Verteilung und Speicherung von Schlüsseln
Das Schlüsselmanagement umfasst alle Prozesse, die zur Verwaltung von kryptographischen Schlüsseln erforderlich sind. Dies ist ein kritischer Aspekt der Kryptographie, da die Sicherheit der verschlüsselten Daten direkt von der Sicherheit der verwendeten Schlüssel abhängt.
- Schlüsselerzeugung: Erzeugung kryptographisch sicherer Schlüssel unter Verwendung von Algorithmen, die ausreichende Zufälligkeit gewährleisten.
- Schlüsselverteilung: Sichere Verteilung der Schlüssel an die berechtigten Parteien. Dies kann über sichere Kanäle oder Out-of-Band-Methoden erfolgen.
- Schlüsselspeicherung: Sichere Speicherung der Schlüssel, um unbefugten Zugriff zu verhindern. Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs) und sichere Softwarelösungen werden häufig eingesetzt.
Public Key Infrastructure (PKI)
Eine PKI ist ein Framework zur Verwaltung digitaler Zertifikate und öffentlicher Schlüssel. Sie stellt sicher, dass öffentliche Schlüssel authentisch und vertrauenswürdig sind.
- Komponenten einer PKI:
- Zertifizierungsstelle (CA): Eine vertrauenswürdige Entität, die digitale Zertifikate ausstellt und verwaltet.
- Registrierungsstelle (RA): Eine Entität, die die Identität von Antragstellern überprüft, bevor ein digitales Zertifikat ausgestellt wird.
- Zertifikatspeicher: Ein Repository für die Speicherung und Verteilung digitaler Zertifikate und Sperrlisten (CRLs).
Probleme und Lösungen im Schlüsselmanagement
- Sichere Verteilung: Verwendung von sicheren Kommunikationskanälen, um Schlüssel sicher zwischen Parteien auszutauschen.
- Schlüsselrotation: Regelmäßiger Austausch und Aktualisierung von Schlüsseln, um die Sicherheit zu erhöhen und das Risiko von Schlüsselkompromittierungen zu minimieren.
- Schlüsselaufbewahrung: Nutzung sicherer Hardware- und Softwarelösungen zur Speicherung von Schlüsseln, wie HSMs und dedizierte Schlüsselmanagementsysteme.