Public Key Cryptography (PKC), auch asymmetrische Kryptographie genannt, ist ein Bereich der Kryptographie, der sowohl einen privaten als auch einen öffentlichen Schlüssel verwendet, im Gegensatz zum einzelnen Schlüssel, der in der symmetrischen Kryptographie verwendet wird. Die Verwendung von Schlüsselpaaren verleiht PKC einen einzigartigen Satz an Merkmalen und Funktionen, mit denen sich Probleme lösen lassen, die anderen kryptografischen Techniken innewohnen. Diese Form der Kryptografie ist zu einem wichtigen Bestandteil der modernen Computersicherheit und zu einem wesentlichen Bestandteil des sich ständig weiterentwickelnden Kryptowährungs-Ökosystems geworden.


Wie funktioniert die Public-Key-Kryptographie?

In einem PKC-Schema wird der öffentliche Schlüssel von einem Absender zum Verschlüsseln von Informationen verwendet, während der private Schlüssel von einem Empfänger zum Entschlüsseln verwendet wird. Da die beiden Schlüssel unterschiedlich sind, kann der öffentliche Schlüssel sicher geteilt werden, ohne dass die Sicherheit des privaten Schlüssels gefährdet wird. Jedes asymmetrische Schlüsselpaar ist einzigartig und stellt sicher, dass eine mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselte Nachricht nur von der Person gelesen werden kann, die über den entsprechenden privaten Schlüssel verfügt.

Da asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmen mathematisch verwandte Schlüsselpaare erzeugen, ist ihre Länge viel länger als die, die bei der symmetrischen Kryptographie verwendet wird. Diese erhöhte Länge – typischerweise zwischen 1.024 und 2.048 Bit – macht es äußerst schwierig, einen privaten Schlüssel aus seinem öffentlichen Äquivalent zu berechnen. Einer der heute am häufigsten verwendeten Algorithmen zur asymmetrischen Verschlüsselung ist RSA. Im RSA-Schema werden Schlüssel mithilfe eines Moduls generiert, der durch Multiplikation zweier Zahlen (häufig zweier großer Primzahlen) erhalten wird. Mit anderen Worten: Das Modul generiert zwei Schlüssel: einen öffentlichen, der geteilt werden kann, und einen privaten, der geheim gehalten werden muss. Der RSA-Algorithmus wurde erstmals 1977 von Rivest, Shamir und Adleman (daher RSA) beschrieben und ist nach wie vor ein Hauptbestandteil von Public-Key-Kryptographiesystemen.


PKC als Verschlüsselungstool

Die Public-Key-Kryptographie löst eines der wiederkehrenden Probleme symmetrischer Algorithmen, nämlich die Kommunikation des Schlüssels, der sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung verwendet wird. Wenn Sie diesen Schlüssel über eine unsichere Verbindung senden, besteht die Gefahr, dass er Dritten zugänglich gemacht wird, die dann alle mit dem gemeinsamen Schlüssel verschlüsselten Nachrichten lesen können. Obwohl es kryptografische Techniken (wie das Diffie-Hellman-Merkle-Schlüsselaustauschprotokoll) gibt, um dieses Problem zu lösen, bleiben sie anfällig für Angriffe. Bei der Public-Key-Kryptografie hingegen kann der für die Verschlüsselung verwendete Schlüssel sicher über jede Verbindung geteilt werden. Daher bieten asymmetrische Algorithmen ein höheres Schutzniveau als symmetrische Algorithmen.


Verwendung bei der Generierung digitaler Signaturen

Eine weitere Anwendung asymmetrischer Kryptographiealgorithmen ist die Datenauthentifizierung mithilfe digitaler Signaturen. Im Grunde handelt es sich bei einer digitalen Signatur um einen Hash, der anhand der Daten einer Nachricht erstellt wird. Wenn diese 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 sie nicht manipuliert wurde. In einigen Fällen werden digitale Signaturen und Verschlüsselung zusammen angewendet, wobei der Hash selbst möglicherweise als Teil der Nachricht verschlüsselt wird. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle digitalen Signatursysteme Verschlüsselungstechniken verwenden.


Grenzen

Obwohl die PKC-Verschlüsselung zur Verbesserung der Computersicherheit und zur Überprüfung der Integrität von Nachrichten verwendet werden kann, weist sie einige Einschränkungen auf. Aufgrund der komplexen mathematischen Operationen 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 bleibt. Wenn ein privater Schlüssel versehentlich weitergegeben oder offengelegt wird, ist die Sicherheit aller mit dem entsprechenden öffentlichen Schlüssel verschlüsselten Nachrichten gefährdet. Es ist auch möglich, dass Benutzer versehentlich ihre privaten Schlüssel verlieren und in diesem Fall nicht mehr auf die verschlüsselten Daten zugreifen können.


Anwendungen der Public-Key-Kryptographie

Diese Art der Kryptografie wird von vielen modernen Computersystemen zur Sicherung vertraulicher Informationen verwendet. E-Mail-Nachrichten können beispielsweise mithilfe von Public-Key-Kryptografietechniken verschlüsselt werden, um ihren Inhalt vertraulich zu halten. Das Secure Sockets Layer (SSL)-Protokoll, das eine sichere Verbindung zu Websites ermöglicht, nutzt ebenfalls asymmetrische Kryptografie. PKC-Systeme wurden sogar als Möglichkeit untersucht, eine sichere elektronische Abstimmungsumgebung zu schaffen, die es Wählern möglicherweise ermöglichen würde, von ihren Heimcomputern aus an Wahlen teilzunehmen.

Auch in der Blockchain- und Kryptowährungstechnologie nimmt die PKC-Technologie einen wichtigen Platz ein. Beim Einrichten eines neuen Kryptowährungs-Wallets wird ein Schlüsselpaar generiert (öffentlicher und privater Schlüssel). Die öffentliche Adresse wird mithilfe des öffentlichen Schlüssels generiert und kann sicher mit Dritten geteilt werden. Der private Schlüssel hingegen dient der Erstellung digitaler Signaturen und der Verifizierung von Transaktionen und muss daher geheim gehalten werden. Sobald eine Transaktion durch Bestätigung des in der digitalen Signatur enthaltenen Hashs verifiziert wurde, kann diese Transaktion dem Blockchain-Ledger hinzugefügt werden. Dieses System zur Überprüfung digitaler Signaturen stellt sicher, dass nur die Person mit dem privaten Schlüssel, der mit der entsprechenden Kryptowährungs-Wallet verknüpft ist, Gelder freigeben kann. Es ist zu beachten, dass sich asymmetrische Verschlüsselungen, die in Kryptowährungsanwendungen verwendet werden, von denen unterscheiden, die für Zwecke der Computersicherheit verwendet werden. Bitcoin und Ethereum verwenden beispielsweise eine spezielle Verschlüsselung 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 wichtige Rolle bei der Sicherung moderner digitaler Systeme. Durch die Verwendung gekoppelter öffentlicher und privater Schlüssel lösen asymmetrische Kryptographiealgorithmen die grundlegenden Sicherheitsprobleme symmetrischer Chiffren. Obwohl die PKC-Verschlüsselung schon seit vielen Jahren eingesetzt wird, werden regelmäßig neue Anwendungen und Anwendungen entwickelt, insbesondere in den Bereichen Blockchain und Kryptowährungen.