Bei der Verschlüsselung werden Daten in einen Geheimtext umgewandelt – ein zufälliges und unlesbares Format, für dessen Entschlüsselung ein Entschlüsselungscode erforderlich ist.
Die Welt lebt von der Kommunikation. Jeder muss Informationen senden und empfangen. Leider haben die Digitalisierung und der einfache Zugang zum Internet dazu geführt, dass private Mitteilungen verschickt werden müssen, da nicht jeder im Internet vertrauenswürdig ist.
Die Menschheit hat schon immer Wege gefunden, versteckte Botschaften zu senden, die nur der beabsichtigte Empfänger interpretieren konnte. Diese Form der Kommunikation wird als Kryptographie bezeichnet und bezieht sich auf die Fähigkeit, Informationen zu verschlüsseln, für deren Entschlüsselung bestimmte Verschlüsselungen oder Methoden erforderlich sind.
Verschlüsselung ist für eine funktionierende und sichere digitale Gesellschaft von entscheidender Bedeutung. Sie verhindert den einfachen Zugriff böswilliger Akteure mit einer Internetverbindung auf persönliche und vertrauliche Informationen. Dies ist auch deshalb von Bedeutung, weil die durchschnittlichen Gesamtkosten für Datenschutzverletzungen mit 50 bis 60 Millionen Datensätzen im Jahr 2022 387 Millionen US-Dollarerreichen werden.
RSA-Verschlüsselung ist ein solches Kryptosystem zur Entschlüsselung privater Nachrichten, das einen Public-Key-Algorithmus verwendet. Um besser zu verstehen, was das ist, beantworten wir die Frage: „Was ist Datenverschlüsselung und der Verschlüsselungsalgorithmus für öffentliche Schlüssel?“
Bei der Datenverschlüsselung oder Chiffrierung werden Informationen als Chiffretext getarnt. Der Geheimtext ist für Unbefugte unverständlich. Umgekehrt beinhaltet die Entschlüsselung oder Dechiffrierung die Rückkonvertierung des Chiffretextes in das ursprüngliche Format. Die manuelle Verschlüsselung geht auf das Römische Reich zurück. Heutzutage ist Verschlüsselung jedoch ein grundlegendes Verfahren der Kryptologie und gleichbedeutend mit der Verschleierung von Informationen durch elektronische Methoden.
Computer verwenden einen Algorithmus zum Verschlüsseln von Daten. Ein Algorithmus ist eine Reihe von Anweisungen oder Verfahren zur Ausführung bestimmter Aufgaben an Datenblöcken. Ein Schlüssel ist ein persönlicher Verschlüsselungsname, den nur der Benutzer oder Sender der Nachricht und der beabsichtigte Empfänger kennen.
Heutzutage gibt es zwei Hauptarten der Verschlüsselung:
RSA funktioniert, weil zufällig ausgewählte Verschlüsselungsschlüssel ausreichender Länge nahezu unbezwingbar sind.
Er wird auch als asymmetrischer Algorithmus bezeichnet, bei dem Sender und Empfänger unterschiedliche Schlüssel zur Ver- und Entschlüsselung von Daten verwenden. Der asymmetrische Algorithmus weist jedem Absender ein Schlüsselpaar zu:
Obwohl die beiden Schlüssel verknüpft sind, ist es unmöglich, den privaten Schlüssel von der Öffentlichkeit abzuleiten oder Daten mit einem öffentlichen Schlüssel zu entschlüsseln. Wie der Name schon sagt, ist der öffentliche Schlüssel bekannt, aber die privaten Schlüssel sind geheim und nur den Benutzern zugänglich, die sie besitzen. Kurz gesagt: Jeder kann Nachrichten mit seinen öffentlichen Schlüsseln an den Benutzer senden, aber nur der beabsichtigte Empfänger kann die Nachrichten mit seinem privaten Schlüssel entschlüsseln.
RSA ist der am häufigsten verwendete öffentliche Schlüssel-Algorithmus. Die Initialen RSA stehen für Rivest Shamir Adleman, nach dem Mathematiker und zwei Informatikern, die den Algorithmus 1977 erstmals öffentlich beschrieben haben.
Viele Protokolle wie Secure Shell (SSH), SSL-TLS, S/MIME und OpenPGP verlassen sich auf RSA-Verschlüsselung und sichere digitale Signaturfunktionen.
Das RSA-Verschlüsselungssystem löst ein einst bedeutendes Problem in der Kryptografie: Wie kann man eine verschlüsselte Nachricht an jemanden senden, ohne den Code vorher mit ihm zu teilen?
Angenommen, Sie möchten jemandem ein Geheimnis verraten. Wenn die Person direkt neben Ihnen ist, können Sie einfach flüstern. Wenn sie jedoch meilenweit von Ihnen entfernt ist, können Sie das nicht. Sie müssten das Telefon benutzen oder es aufschreiben und per Post verschicken. Leider sind diese Kommunikationskanäle unsicher und jeder, der genug Motivation hat, kann die Nachricht abhören oder abfangen.
Eine Möglichkeit, das Abhören zu verhindern, besteht darin, die Nachricht zu verschlüsseln. Es bedeutet, dass ein Code hinzugefügt wird, der es in ein Durcheinander verwandelt. Wenn Sie einen ausreichend komplexen Code verwenden, können nur diejenigen mit Zugriff auf den Code auf die ursprüngliche Nachricht zugreifen. Andernfalls bleibt sie unlesbar.
Wenn Sie den Code zuvor mit Ihrem Freund geteilt haben, können Sie jederzeit verschlüsselte Nachrichten senden, da nur Sie beide den Code haben, um den Originalinhalt zu lesen.
Aber was wäre, wenn Sie den Code nicht vorher mitgeteilt hätten? Wie kommunizieren Sie sicher? Dies ist ein grundlegendes Problem, das die Kryptographie mit Verschlüsselungsverfahren mit öffentlichem Schlüssel oder asymmetrischer Verschlüsselung wie RSA angeht.
Mit der RSA-Verschlüsselung können Benutzer Nachrichten mit einem Code verschlüsseln, der als öffentlicher Schlüssel bezeichnet wird und den sie offen teilen können. Aufgrund der mathematischen Eigenschaften des spezifischen RSA-Algorithmus kann nur ein privater Schlüssel entschlüsselt werden, sobald ein Benutzer eine Nachricht mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt. Die Benutzer verfügen über ein Paar öffentlicher und privater Schlüssel, wobei letztere geheim gehalten werden.
Verschlüsselungssysteme mit öffentlichem Schlüssel unterscheiden sich von symmetrischen Schlüsseln, die denselben Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung verwenden. Daher eignet sich RSA für die Kommunikation in Fällen, in denen Benutzer die Schlüssel zuvor nicht sicher verteilt haben.
Die RSA-Verschlüsselung eignet sich nicht für die Verschlüsselung ganzer Dateien oder Nachrichten, da sie ressourcenintensiver und weniger effizient ist als die Verschlüsselung mit symmetrischen Schlüsseln. Daher ist es allgemein üblich, RSA-Verschlüsselung zusammen mit anderen Verschlüsselungssystemen oder zur Verschlüsselung digitaler Signaturen zu verwenden, um die Integrität und Authentizität von Nachrichten nachzuweisen.
Digitale Signaturen helfen bei der Authentifizierung und Überprüfung von Dateien und Dokumenten. Sie verhindern Manipulationen bei der Übermittlung von behördlichen und anderen sensiblen Dokumenten und verhindern Fälschungen oder Manipulationen. Digitale Signaturen verwenden jedoch private Schlüssel für Verschlüsselung und öffentliche Schlüssel, um den Ursprung der Signatur zu authentifizieren.
Benutzer verschlüsseln eine Datei in der Regel mit einem asymmetrischen Schlüssel-Algorithmus und verwenden RSA-Verschlüsselung, um den symmetrischen Schlüssel zu verschlüsseln. Daher kann nur ein privater RSA-Schlüssel den verwendeten symmetrischen Schlüssel entschlüsseln, und ohne diesen ist es nicht möglich, die Nachricht zu entschlüsseln.
Heute verwenden verschiedene Systeme RSA-Verschlüsselung, darunter OpenSSL, cryptlib, wolfCrypt und andere kryptografische Bibliotheken. RSA wird auch häufig in Webbrowsern, E-Mail-Chats, VPNs und anderen Kommunikationskanälen verwendet.
Darüber hinaus gewährleistet RSA sichere Verbindungen zwischen VPN-Servern und Clients. Unter Protokollen wie OpenVPN können Benutzer den RSA-Algorithmus für TLS-Handshakes verwenden, um Schlüssel auszutauschen und sichere Kommunikationskanäle einzurichten.
Die Mathematik zur Unterstützung der RSA-Verschlüsselung ist ziemlich kompliziert im Detail zu erklären. Bevor Sie sich mit dem RSA-Algorithmus in der Kryptographie befassen, müssen wir mehrere Konzepte besprechen. Dazu zählen:
Gleichungen, die in einer Richtung einfach und in umgekehrter Richtung unglaublich schwer zu berechnen sind, werden Falltürfunktionen genannt. Die der RSA-Kryptografie zugrunde liegende Prämisse ist, dass der Algorithmus in einer Richtung relativ leicht zu berechnen ist und in umgekehrter Richtung fast unmöglich. Wenn Sie beispielsweise 543.111 als Produkt zweier Primzahlen erhalten, könnten Sie die beiden Primzahlen herausfinden?
Selbst mit einem Taschenrechner ist es schwierig zu wissen, wo man anfangen soll, aber das Umdrehen macht die Dinge viel einfacher, denn:
Dennoch ist es bei 543.111 und einer Primzahl einfach, die andere wie folgt herauszufinden:
Bei der RSA-Verschlüsselung werden deutlich größere Zahlen verwendet. Bei 2048-Bit-RSA wären die Schlüssel beispielsweise 617 Ziffern lang.
Die Falltürfunktionen sind die Grundlage für die Funktionsweise von Verschlüsselungsschemata mit privatem und öffentlichem Schlüssel. Ihre Eigenschaften ermöglichen die gemeinsame Nutzung öffentlicher Schlüssel, ohne den privaten Schlüssel preiszugeben oder die Nachricht zu gefährden.
Die Generierung der Schlüssel ist der erste Schritt beim Verschlüsseln von Daten. Dabei werden zwei Primzahlen (p und q) verwendet, die mit einem Primalitätstest ausgewählt wurden. Dabei handelt es sich um Algorithmen, die effizient Primzahlen für die Verschlüsselung finden, wie zum Beispiel der Ranbin-Miller-Primalitätstest. Die Primzahlen müssen groß und relativ weit voneinander entfernt sein, um das Knacken der Schlüssel zu erschweren.
Öffentliche RSA-Schlüssel sind Primzahlen und Modul n. Modulus (mod) ist eine Modulo-Operation, d. h. der Rest, der übrig bleibt, wenn eine Seite oder Zahl durch die andere geteilt wird, wie zum Beispiel:
Im Folgenden wird die Formel für die Erzeugung des öffentlichen Schlüssels beschrieben:
Nach all den Berechnungen und dem Anwenden des öffentlichen Schlüssels (c=ME mod n) sind die endgültigen verschlüsselten Daten der Chiffretext (c).
Private Schlüssel sind die einzigen Schlüssel, die Benutzer verwenden können, um Chiffretext zu entschlüsseln, der mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt ist, und sie müssen ein ähnliches Schlüsselpaar aufweisen. Private Schlüssel bestehen aus d und n und da wir n bereits kennen, ist es einfach, d mit der folgenden Formel zu berechnen:
Das obige Beispiel des RSA-Algorithmus zeigt, dass die Mathematik der Verschlüsselung kompliziert ist und, wenn sie richtig gemacht wird, zu einer sicheren Lösung führt.
Die Verwendung der RSA-Verschlüsselung bietet viele Vorteile, darunter:
RSA steht vor einigen Herausforderungen, die seinen Einsatz in einigen Fällen aufgrund der Fähigkeit von Angreifern, diese auszunutzen, einschränken. Beispielsweise implementiert es einen langen Schlüssel in seinem Verschlüsselungsalgorithmus. AES-Algorithmen sind unzerbrechlich, aber asymmetrische Algorithmen wie RSA sind auf die Größe ihrer Schlüssel angewiesen, die es schwierig macht, sie zu knacken.
Daher sind längere RSA-Schlüssel sicherer und schwer zu knacken als kürzere. Beispielsweise nutzten Forscher die Primfaktorisierung, um innerhalb von zwei Jahren einen 768-Bit-RSA-Verschlüsselungsschlüssel zu knacken.
Es hat erhebliche Ressourcen gekostet, aber die Tatsache, dass es möglich ist, sollte immer in Gesprächen über die Sicherheit des RSA-Kryptosystems berücksichtigt werden. Auch wenn Einzelpersonen möglicherweise nicht in der Lage sind, solche Verschlüsselungen zu knacken, können Regierungen dies tun, weil sie mehr Ressourcen zur Verfügung haben.
Das NIST empfiehlt eine Mindestschlüssellänge von 2048 Bit, aber immer mehr Unternehmen gehen zu Schlüssellängen von 4096 Bit über, um die Sicherheit zu erhöhen.
Weitere Nachteile der RSA sind:
Trotz der genannten Schwachstellen ist die Verwendung von RSA derzeit relativ sicher, vorausgesetzt, die Benutzer implementieren es korrekt und verwenden lange, schwer zu knackende Schlüssel. Implementierungen, die keine ausreichend großen Primzahlen verwenden oder andere Schwachstellen aufweisen, sind nicht sicher.
Solange Benutzer sich der Schwächen und potenziellen Schwachstellen des RSA-Verschlüsselungsalgorithmus bewusst sind, können sie ihn sicher für die Schlüsselfreigabe und andere Aufgaben wie digitale Signaturen verwenden, die eine Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln erfordern.
Werden zukünftige Technologien wie Quantencomputing den RSA-Algorithmus in der Kryptographie beeinflussen?
Die RSA-Verschlüsselung im Internet ist derzeit sicher, aber das Aufkommen von Quantencomputern könnte in Zukunft eine Herausforderung darstellen. Quantencomputer können bestimmte Probleme, die wir derzeit für äußerst schwierig halten, problemlos lösen. Da diese Schwierigkeit die Sicherheit kryptographischer Systeme ausmacht, kann man mit Sicherheit sagen, dass die RSA-Schlüssel in ihrer derzeitigen Größe anfälliger werden.
Quantencomputer werden das Integer-Faktorisierungsproblem leicht lösen. Diese Zukunft ist jedoch noch weit entfernt, denn Quantencomputer befinden sich noch in der Entwicklung und werden hauptsächlich in der Forschung eingesetzt. Die Akteure der Cybersicherheitsbranche sind auch ständig bestrebt, Public-Key-Algorithmen zu verbessern, um ihre Sicherheit in einer Post-Quantum-Welt zu gewährleisten.
Optimal Asymmetric Encryption Padding (OAEP) ist jetzt das primäre Standard-Padding für die RSA-Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel. Das Auffüllen ermöglicht die Formatierung von Nachrichten vor ihrer Verschlüsselung, um ein höheres Sicherheitsniveau zu erreichen und einfache Angriffe auszuschließen.
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Bei der Verschlüsselung werden Daten in einen Geheimtext umgewandelt – ein zufälliges und unlesbares Format, für dessen Entschlüsselung ein Entschlüsselungscode erforderlich ist.
Der Rivest-Shamir-Adleman (RSA), benannt nach seinen Entwicklern, ist eine asymmetrische Verschlüsselungstechnik, die zwei verschiedene, aber verknüpfte Verschlüsselungsschlüssel (privat und öffentlich) verwendet. Die RSA-Verschlüsselung verwendet gegenüberliegende Schlüssel, um Daten zu verschlüsseln und zu entschlüsseln.
RSA verwendet zwei Schlüssel: privat und öffentlich. Ein privater RSA-Schlüssel generiert digitale Signaturen, während der öffentliche Schlüssel digitale Signaturen überprüft. Darüber hinaus verschlüsselt der öffentliche RSA-Schlüssel auch AES- oder DES-Datenschlüssel, während der private RSA-Schlüssel für die Wiederherstellung dient.
Die RSA-Verschlüsselung hat verschiedene Verwendungszwecke, darunter virtuelle private Netzwerke (VPNs), Webbrowser und E-Mail-Dienste. Bekannte Produkte und Algorithmen wie der Pretty Good Privacy (PGP)-Algorithmus verwenden auch RSA-Kryptographie.
RSA sichert sensible Informationen wie Finanzdaten und schützt Transaktionen wie Kreditkarten. Organisationen verwenden außerdem RSA-Verschlüsselung, um private Informationen in E-Mails und Webbrowsern zu verschlüsseln.
Veritas Technologies bietet Softwarelösungen für die Verwaltung von Unternehmensdaten an, die Unternehmen beim Schutz ihrer unternehmenskritischen Daten unterstützen. Es bietet außerdem Datenschutz, Compliance- Bereitschaft, Speicheroptimierung und Cloud-Datenverwaltungsdienste.
Ja, das ist möglich, denn die Verschlüsselung schützt private Informationen und sensible Daten. Sie verbessert auch die Sicherheit der Kommunikation und Übertragung zwischen Servern und Clients.