Symmetrische vs. asymmetrische Verschlüsselung mit Gate.io

Symmetrische vs. asymmetrische Verschlüsselung mit Gate.io
Der kryptografische Datenschutz ist ein wichtiger Bereich, der immer relevanter wird. Die rasante Entwicklung der auf Kryptographie basierenden Blockchain-Technologie hat den Anwendungsbereich der Verschlüsselung weiter erweitert. Einige Leute streiten sich jedoch immer noch darüber, ob eine symmetrische oder asymmetrische Verschlüsselung besser ist. In diesem Artikel erfahren Sie, was symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung sind, analysieren ihre Eigenschaften und untersuchen ihre Unterschiede, Stärken und Schwächen.


Was ist symmetrische und asymmetrische Schlüsselkryptographie?

Verschlüsselung oder Kryptographie ist eine reversible Transformation von Informationen, die darauf abzielt, sie vor unbefugten Personen zu verbergen und gleichzeitig autorisierten Benutzern Zugriff zu gewähren. Die Verschlüsselung bietet 3 Informationssicherheitskomponenten:
  1. Vertraulichkeit. Die Verschlüsselung verbirgt Informationen während der Übertragung oder Speicherung vor nicht autorisierten Benutzern.
  2. Integrität. Die Verschlüsselung wird verwendet, um zu verhindern, dass Informationen während der Übertragung oder Speicherung geändert werden.
  3. Identifizierbarkeit. Die Verschlüsselung hilft, die Informationsquelle zu authentifizieren und zu verhindern, dass der Informationssender bestreitet, dass er tatsächlich der Datensender war.
Die Verschlüsselung verwendet mathematische Algorithmen und Schlüssel. Ein Algorithmus ist ein Satz mathematischer Operationen, die erforderlich sind, um einen bestimmten Verschlüsselungsprozess durchzuführen, während Schlüssel Zeichenfolgen aus Text und Ziffern sind, die zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Daten verwendet werden.

Es gibt zwei Hauptarten der Verschlüsselung – symmetrisch und asymmetrisch – die sich durch die Art der Schlüssel unterscheiden, die für die Verschlüsselung und Entschlüsselung verwendet werden.


Was ist symmetrische Verschlüsselung?

Symmetrische Verschlüsselung ist das älteste der Menschheit bekannte Verschlüsselungsverfahren. Für fast die gesamte Geschichte der Kryptographie, die etwa 4000 Jahre zurückreicht, war sie die einzige Methode zur Verschlüsselung von Informationen.


Symmetrische Verschlüsselung definiert

Bei der symmetrischen Verschlüsselung, auch Private-Key-Verschlüsselung genannt, werden Daten vom Sender und Empfänger mit demselben geheimen Schlüssel verschlüsselt und entschlüsselt. Das bedeutet, dass der Schlüssel sicher weitergegeben werden muss, damit nur der Empfänger darauf zugreifen kann.


Wie funktioniert symmetrische Verschlüsselung?

So funktioniert der Prozess zum Schutz von Informationen durch symmetrische Verschlüsselung:
  1. Der Absender (oder Empfänger) wählt einen Verschlüsselungsalgorithmus, generiert einen Schlüssel, informiert den Empfänger (bzw. den Absender) über den ausgewählten Algorithmus und sendet den Schlüssel über einen sicheren Kommunikationskanal.
  2. Der Absender verschlüsselt die Nachricht mit dem Schlüssel und sendet die verschlüsselte Nachricht an den Empfänger.
  3. Der Empfänger erhält die verschlüsselte Nachricht und entschlüsselt sie mit demselben Schlüssel.
Symmetrische vs. asymmetrische Verschlüsselung mit Gate.io

Arten der symmetrischen Schlüsselkryptographie

Es gibt zwei Haupttypen von symmetrischen Chiffren: Block und Stream.

Bei der Blockverschlüsselung werden Informationen in Blöcke fester Länge (z. B. 64 oder 128 Bit) unterteilt. Diese Blöcke werden dann nacheinander verschlüsselt. Der Schlüssel wird auf jeden Block in einer vorgeschriebenen Reihenfolge angewendet. Dies impliziert im Allgemeinen mehrere Misch- und Substitutionszyklen. Die Blockchiffre ist eine wichtige Komponente vieler kryptografischer Protokolle und wird häufig verwendet, um über ein Netzwerk übertragene Daten zu schützen.

Jedes Originalzeichen wird in einer Stromchiffre in ein verschlüsseltes umgewandelt, abhängig vom verwendeten Schlüssel und seiner Position im Originaltext. Stream-Chiffren haben eine höhere Verschlüsselungsgeschwindigkeit als Block-Chiffren, neigen aber auch dazu, mehr Schwachstellen zu haben.


Kryptografiealgorithmen mit symmetrischen Schlüsseln

Es gibt einige symmetrische Chiffren. Hier sind einige der bekanntesten Beispiele.

Chiffren blockieren:
  • DES (Data Encryption Standard) ist ein von IBM entwickelter und 1977 von der US-Regierung als offizieller Standard genehmigter Verschlüsselungsalgorithmus. Die Blockgröße für DES beträgt 64 Bit. Derzeit als veraltet und ungenutzt angesehen.
  • 3DES (Triple DES) wurde 1978 basierend auf dem DES-Algorithmus entwickelt, um dessen Hauptnachteil zu beseitigen: die geringe Schlüssellänge (56 Bit), die mit Brute-Force geknackt werden kann. Die Geschwindigkeit von 3DES ist dreimal langsamer als die von DES, aber die kryptografische Sicherheit ist viel höher. Der 3DES-Algorithmus basiert auf DES, daher ist es möglich, Programme zu verwenden, die für DES erstellt wurden, um ihn zu implementieren. Es wird immer noch verwendet, insbesondere von der elektronischen Zahlungsindustrie, wird jedoch nach und nach durch neuere Algorithmen ersetzt.
  • AES (Advanced Encryption Standard). Dieser Verschlüsselungsalgorithmus mit 128 Bit Blockgröße und 128/192/256 Bit Schlüssel wurde 2001 als Ersatz für DES entwickelt. Es gilt derzeit als eines der effizientesten und sichersten symmetrischen Chiffren und ist daher weit verbreitet.
  • IDEA (International DATA Encryption Algorithm) ist ein 1991 von der Schweizer Firma Ascom entwickelter Algorithmus. Es verwendet einen 128-Bit-Schlüssel und eine 64-Bit-Blockgröße. Obwohl es mittlerweile auch als veraltet gilt, wird es immer noch verwendet.

Stromchiffren:
  • RC4 (Rivest cypher 4) war ein 1987 von der amerikanischen Firma RSA Security entwickelter Algorithmus. Es wurde aufgrund der Einfachheit seiner Hardware- und Softwareimplementierung und seiner hohen Algorithmusgeschwindigkeit populär. Es gilt derzeit als veraltet und nicht sicher genug, wird aber immer noch verwendet.
  • SEAL (Software-optimised Encryption Algorithm) wurde 1993 von IBM entwickelt. Der Algorithmus ist optimiert und für 32-Bit-Prozessoren empfohlen. Es ist eines der schnellsten Verschlüsselungen und gilt als sehr sicher.


Die Stärken und Schwächen der symmetrischen Schlüsselkryptographie

Der bemerkenswerteste Vorteil der symmetrischen Verschlüsselung ist ihre Einfachheit, da sie sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung einen einzigen Schlüssel verwendet. Als solche sind symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen deutlich schneller als asymmetrische und benötigen weniger Rechenleistung.

Gleichzeitig ist die Tatsache, dass zum Ver- und Entschlüsseln derselbe Schlüssel verwendet wird, die größte Schwachstelle symmetrischer Verschlüsselungssysteme. Die Notwendigkeit, den Schlüssel an die andere Partei zu übertragen, stellt eine Sicherheitslücke dar, da die Informationen entschlüsselt werden, wenn sie in die falschen Hände geraten. Dementsprechend sollte den Möglichkeiten zum Abfangen des Schlüssels und zur Erhöhung der Übertragungssicherheit besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.


Was ist asymmetrische Verschlüsselung?

Die asymmetrische Verschlüsselung ist ein relativ neues kryptografisches System, das in den 1970er Jahren aufkam. Sein Hauptziel besteht darin, die Schwachstelle der symmetrischen Verschlüsselung, dh der Verwendung eines einzigen Schlüssels, zu beheben.


Asymmetrische Verschlüsselung definiert

Die asymmetrische Verschlüsselung, auch Public-Key-Verschlüsselung genannt, ist ein kryptografisches System, das zwei Schlüssel verwendet. Der öffentliche Schlüssel kann über einen ungesicherten Kanal übertragen werden und wird verwendet, um die Nachricht zu verschlüsseln. Zum Entschlüsseln der Nachricht wird ein nur dem Empfänger bekannter privater Schlüssel verwendet.

Die Schlüsselpaare sind mathematisch miteinander verbunden, sodass Sie den öffentlichen Schlüssel berechnen können, indem Sie den privaten kennen, aber nicht umgekehrt

Wie funktioniert asymmetrische Verschlüsselung?

So funktioniert die asymmetrische Verschlüsselung:
  1. Der Empfänger wählt einen Verschlüsselungsalgorithmus und generiert ein öffentliches und ein privates Schlüsselpaar.
  2. Der Empfänger übermittelt den öffentlichen Schlüssel an den Absender.
  3. Der Absender verschlüsselt die Nachricht mit dem öffentlichen Schlüssel und sendet die verschlüsselte Nachricht an den Empfänger.
  4. Der Empfänger erhält die verschlüsselte Nachricht und entschlüsselt sie mit seinem privaten Schlüssel.
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Kryptografiealgorithmen mit asymmetrischen Schlüsseln

Beispiele für bekannte asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen sind:
  • RSA (Rivest Shamir Adleman), der älteste asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmus, wurde 1977 veröffentlicht und nach seinen Schöpfern benannt, den amerikanischen Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) Ron Rivest, Adi Shamir und Leonard Adleman. Dies ist ein relativ langsamer Algorithmus, der häufig in hybriden Verschlüsselungssystemen in Kombination mit symmetrischen Algorithmen verwendet wird.
  • DSA (Digital Signature Algorithm) wurde 1991 vom National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA entwickelt. Es wird für die Authentifizierung digitaler Signaturen verwendet. Bei diesem Algorithmus wird eine elektronische Signatur mit einem privaten Schlüssel erstellt, die jedoch mit einem öffentlichen Schlüssel verifiziert werden kann. Dies bedeutet, dass nur der Signatureigentümer die Signatur erstellen kann, aber jeder ihre Authentizität überprüfen kann.
  • ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) ist ein Public-Key-Algorithmus zur Erstellung einer digitalen Signatur. Dies ist eine Variante von DSA, die elliptische Kurvenkryptographie verwendet. ECDSA wird im Bitcoin-Netzwerk verwendet, um Transaktionen zu signieren.
  • Diffie-Hellman wurde 1976 von den amerikanischen Kryptografen Whitfield Diffie und Martin Hellman veröffentlicht. Es handelt sich um ein kryptografisches Protokoll, das es zwei oder mehr Parteien ermöglicht, einen gemeinsamen privaten Schlüssel über einen ungesicherten Kommunikationskanal zu erhalten. Der Schlüssel wird verwendet, um den Rest des Austauschs mit symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen zu verschlüsseln. Das von Diffie und Hellman vorgeschlagene Schema zur Verteilung von Schlüsseln über sichere Kanäle war ein wichtiger Durchbruch in der Kryptographie, da es das Hauptproblem der klassischen Kryptographie, die Schlüsselverteilung, beseitigte.


Die Stärken und Schwächen der Kryptographie mit asymmetrischen Schlüsseln

Der offensichtlichste Vorteil dieser Verschlüsselungsart ist die Sicherheit, da der private Schlüssel an niemanden weitergegeben werden muss. Dies vereinfacht natürlich die Schlüsselverwaltung in größeren Netzwerken erheblich.

Dieses Verschlüsselungsverfahren hat jedoch auch Nachteile. Die höhere Komplexität, niedrigere Geschwindigkeit und der höhere Bedarf an Rechenressourcen sind ein Beispiel. Darüber hinaus ist die asymmetrische Verschlüsselung trotz der hohen Sicherheit immer noch anfällig für einen Man-in-the-Middle-Angriff (MITM), bei dem ein Angreifer den vom Empfänger an den Absender gesendeten öffentlichen Schlüssel abfängt. Der Angreifer erstellt dann sein eigenes Schlüsselpaar und gibt sich als Empfänger aus, indem er dem Absender einen falschen öffentlichen Schlüssel sendet, von dem der Absender denkt, dass er der vom Empfänger gesendete öffentliche Schlüssel ist. Der Angreifer fängt verschlüsselte Nachrichten vom Absender zum Empfänger ab, entschlüsselt sie mit seinem privaten Schlüssel, verschlüsselt sie erneut mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers und sendet die Nachricht an den Empfänger. Auf diese Weise,Keiner der Teilnehmer merkt, dass ein Dritter die Nachricht abfängt oder durch eine falsche ersetzt. Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer Authentifizierung mit öffentlichem Schlüssel.
Symmetrische vs. asymmetrische Verschlüsselung mit Gate.io


Hybridverschlüsselung

Hybridverschlüsselung ist kein eigenes Verschlüsselungsverfahren wie symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung. Stattdessen ist es eine Kombination beider Methoden. Diese Verschlüsselungssysteme verwenden zunächst asymmetrische Schlüsselalgorithmen zum Authentifizieren und Übertragen eines symmetrischen Schlüssels. Danach wird der symmetrische Schlüssel verwendet, um eine große Datenmenge schnell zu verschlüsseln. Dieses Verschlüsselungssystem wird insbesondere bei SSL/TLS-Zertifikaten verwendet.

Der Unterschied zwischen symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung

Der Hauptunterschied zwischen symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung besteht darin, einen einzelnen Schlüssel im Vergleich zu einem Schlüsselpaar zu verwenden. Die anderen Unterschiede zwischen diesen Methoden sind lediglich Folgen dieses Hauptunterschieds.


Symmetrische und asymmetrische Schlüsselkryptographie im Vergleich

Ein Vergleich von symmetrischer und asymmetrischer Schlüsselkryptographie

Symmetrische Verschlüsselung

Asymmetrische Verschlüsselung

Ein Schlüssel wird verwendet, um Daten zu verschlüsseln und zu entschlüsseln.

Zum Ver- und Entschlüsseln wird ein Schlüsselpaar verwendet: der öffentliche und der private Schlüssel.

Eine einfachere Verschlüsselungsmethode, da nur ein Schlüssel verwendet wird.

Da ein Schlüsselpaar verwendet wird, ist der Vorgang komplizierter.

Bietet eine schnellere Leistung und erfordert weniger Rechenleistung.

Es ist langsamer und erfordert mehr Rechenleistung.

Kürzere Schlüssel (128-256 Bit) werden zum Verschlüsseln von Daten verwendet.

Es werden längere Verschlüsselungsschlüssel (1024-4096 Bit) verwendet.

Hohe Komplexität der Schlüsselverwaltung.

Geringe Komplexität der Schlüsselverwaltung.

Wird verwendet, um große Datenmengen zu verschlüsseln.

Wird beim Verschlüsseln kleiner Datenmengen und beim Bereitstellen einer Authentifizierung verwendet.


Was ist besser: asymmetrische oder symmetrische Verschlüsselung?

Die Antwort auf die Frage hängt von dem konkreten Problem ab, das durch Verschlüsselung gelöst werden soll.

Symmetrische Algorithmen eignen sich gut zum Übertragen großer Mengen verschlüsselter Daten. Um einen bidirektionalen Datenaustausch mit einem asymmetrischen Algorithmus zu organisieren, müssen außerdem beide Parteien den öffentlichen und den privaten Schlüssel kennen oder es müssen zwei Schlüsselpaare vorhanden sein. Darüber hinaus machen es die strukturellen Merkmale symmetrischer Algorithmen viel einfacher, sie zu modifizieren als asymmetrische.

Asymmetrische Algorithmen hingegen sind deutlich langsamer. Sie verbessern jedoch die Datensicherheit, indem sie die Möglichkeit ausschließen, dass ein Angreifer den privaten Schlüssel abfängt. Trotzdem bleibt es anfällig für Man-in-the-Middle-Angriffe.

Wie Sie sehen, sind die Anwendungsgebiete für symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung unterschiedlich, so dass Sie bei der Auswahl immer die Aufgabenstellung mit dem Verschlüsselungsalgorithmus korrelieren müssen.
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