Was ist Public-Key-Verschlüsselung?

Die Public-Key-Kryptografie (PKC), auch asymmetrische Kryptografie genannt, ist ein Mechanismus, der im Gegensatz zum Einzelschlüssel, der in der Symmetrie verwendet wird, sowohl einen privaten als auch einen öffentlichen Schlüssel verwendet. Durch die Verwendung von Schlüsselpaaren verfügt PKC über einzigartige Eigenschaften und Fähigkeiten, mit denen sich Herausforderungen lösen lassen, die anderen Verschlüsselungstechniken innewohnen. Diese Form der Kryptografie ist zu einem wichtigen Element der modernen Computersicherheit und zu einer wichtigen Komponente für die Entwicklung des Kryptowährungs-Ökosystems geworden.


Wie funktioniert die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln?

Beim PKC-Schema verwendet der Absender den öffentlichen Schlüssel zum Verschlüsseln von Informationen, während der Empfänger den privaten Schlüssel zum Entschlüsseln verwendet. Der Unterschied zwischen den beiden Schlüsseln besteht darin, dass der öffentliche Schlüssel sicher weitergegeben werden kann, ohne dass die Sicherheit des privaten Schlüssels beeinträchtigt wird. Jedes Paar asymmetrischer Schlüssel ist einzigartig und stellt so sicher, dass eine mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselte Nachricht nur vom Besitzer des entsprechenden privaten Schlüssels gelesen werden kann.

Da asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen Schlüsselpaare erzeugen, die mathematisch verknüpft sind, ist die Schlüssellänge viel länger als die Schlüsselpaare, die durch symmetrische Verschlüsselung erzeugt werden. Diese längere Länge – typischerweise 1.024 bis 2.048 Bit – macht die Berechnung des privaten Schlüssels aus dem öffentlichen Schlüssel äußerst schwierig. Einer der heute am häufigsten verwendeten Algorithmen zur asymmetrischen Verschlüsselung heißt RSA. Im RSA-Schema werden Schlüssel mithilfe eines Moduls generiert, der zwei Zahlen (normalerweise zwei große Primzahlen) multipliziert. Einfacher ausgedrückt generiert das Modul zwei Schlüssel (einen öffentlichen Schlüssel, der geteilt werden kann, und einen privaten Schlüssel, der geheim gehalten werden muss). Der RSA-Algorithmus wurde erstmals 1977 von Rivest, Shamir und Adleman beschrieben (RSA ist eine Kombination der Anfangsbuchstaben dieser drei) und bleibt eine Schlüsselkomponente von Public-Key-Kryptosystemen.


PKC – Kryptografisches Tool

Die Public-Key-Kryptographie löst eines der seit langem bestehenden Probleme symmetrischer Algorithmen – das Problem der Kommunikation des Schlüssels, der sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung verwendet wird. Wenn Sie den Schlüssel über eine unsichere Verbindung senden, besteht die Gefahr, dass mit dem gemeinsamen Schlüssel verschlüsselte Nachrichten an Dritte weitergegeben werden. Obwohl es kryptografische Techniken (wie das Diffie-Hellman-Merkle-Schlüsselaustauschprotokoll) gibt, um dieses Problem zu lösen, bleibt das Angriffsrisiko anfällig. Im Gegensatz dazu kann bei der Public-Key-Kryptografie der für die Verschlüsselung verwendete Schlüssel sicher über jede Verbindung hinweg geteilt werden. Daher bieten asymmetrische Algorithmen ein höheres Schutzniveau als symmetrische Algorithmen.


Anwendung zur Erstellung digitaler Signaturen

Eine weitere Anwendung asymmetrischer Verschlüsselungsalgorithmen ist die Datenauthentifizierung durch digitale Signaturen. Im Wesentlichen handelt es sich bei einer digitalen Signatur um einen Hash, der anhand der Daten einer Nachricht erstellt wird. Wenn eine Nachricht gesendet wird, kann der Empfänger die Signatur mithilfe des öffentlichen Schlüssels des Absenders überprüfen, um die Quelle der Nachricht zu authentifizieren und sicherzustellen, dass die Nachricht nicht gefälscht ist. In einigen Fällen werden digitale Signaturen und Verschlüsselung in Kombination mit der Verschlüsselung des Hashs selbst als Teil der Nachricht angewendet. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle digitalen Signaturverfahren Verschlüsselungstechniken verwenden.


Einschränkungen

Obwohl es zur Verbesserung der Computersicherheit und zur Überprüfung der Nachrichtenintegrität verwendet werden kann, weist PKC einige Einschränkungen auf. Aufgrund der komplexen Mathematik bei der Ver- und Entschlüsselung können asymmetrische Algorithmen recht langsam sein, wenn sie große Datenmengen verarbeiten müssen. Auch diese Art der Kryptografie beruht stark auf der Annahme, dass der private Schlüssel geheim gehalten wird. Wenn ein privater Schlüssel versehentlich weitergegeben oder offengelegt wird, ist die Sicherheit aller mit dem entsprechenden öffentlichen Schlüssel verschlüsselten Nachrichten gefährdet. Benutzer können auch versehentlich ihre privaten Schlüssel verlieren und dann nicht auf verschlüsselte Daten zugreifen.


Anwendungen zur Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln

Diese Art der Kryptografie wird von vielen modernen Computersystemen verwendet, um die Sicherheit sensibler Informationen zu gewährleisten. E-Mails können beispielsweise mit Public-Key-Verschlüsselungstechniken verschlüsselt werden, um den Inhalt geheim zu halten. Das Secure Sockets Layer (SSL)-Protokoll hilft bei der Sicherung von Verbindungen zu Websites, die möglicherweise auch asymmetrische Kryptografie verwenden. PKC-Systeme wurden sogar als Mittel zur Bereitstellung einer sicheren elektronischen Abstimmungsumgebung eingesetzt, die es Wählern ermöglicht, von ihren Heimcomputern aus an Wahlen teilzunehmen.

PKC hat auch eine herausragende Präsenz in der Blockchain-Technologie und Kryptowährung. Beim Einrichten eines neuen Kryptowährungs-Wallets wird ein Schlüsselpaar generiert (öffentlicher Schlüssel und privater Schlüssel). Die öffentliche Adresse wird mithilfe eines öffentlichen Schlüssels erstellt und kann sicher mit anderen geteilt werden. Private Schlüssel hingegen werden zur Erstellung digitaler Signaturen und zur Überprüfung von Transaktionen verwendet und müssen daher geheim gehalten werden. Sobald eine Transaktion durch Bestätigung des in der digitalen Signatur enthaltenen Hashs verifiziert wurde, kann sie dem Blockchain-Ledger hinzugefügt werden. Das System zur Überprüfung der digitalen Signatur stellt sicher, dass nur die Person, die über den privaten Schlüssel verfügt, der mit der jeweiligen Kryptowährungs-Wallet verknüpft ist, Geld abheben kann. Es ist zu beachten, dass sich asymmetrische Verschlüsselungen, die in Kryptowährungsanwendungen verwendet werden, von denen unterscheiden, die für Computersicherheitszwecke verwendet werden. Beispielsweise verwenden Bitcoin und Ethereum eine spezielle Kryptographie namens Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), um Transaktionen zu verifizieren.

Von der Computersicherheit bis zur Überprüfung von Kryptowährungstransaktionen spielt die Public-Key-Kryptografie eine entscheidende Rolle bei der Sicherung moderner digitaler Systeme. Durch die paarweise Verwendung öffentlicher und privater Schlüssel lösen asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen die grundlegenden Sicherheitsprobleme der symmetrischen Verschlüsselung. Obwohl PKC schon seit vielen Jahren im Einsatz ist, werden regelmäßig neue Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen dafür entwickelt, insbesondere im Blockchain- und Kryptowährungsbereich.