Was ist Public-Key-Kryptographie?

Public-Key-Kryptografie (PKC), auch asymmetrische Kryptografie genannt, ist ein Mechanismus, der sowohl öffentliche als auch private Schlüssel verwendet, was der symmetrischen Kryptografie entspricht, die einen einzigen Schlüssel verwendet. Die Verwendung von Schlüsselpaaren verleiht PKC einzigartige Funktionen und Eigenschaften, um die inhärenten Herausforderungen anderer Kryptografietechnologien zu lösen. Diese Form der Kryptografie ist zu einem wichtigen Prinzip der modernen Computersicherheit und einer Schlüsselkomponente des wachsenden Kryptowährungs-Ökosystems geworden.


So funktioniert die Public-Key-Kryptographie

Im PKC-System verwendet der Sender den öffentlichen Schlüssel zum Verschlüsseln der Informationen und der Empfänger verwendet den privaten Schlüssel zum Entschlüsseln der Informationen. Da die beiden Schlüssel völlig unterschiedlich sind, kann der öffentliche Schlüssel sicher weitergegeben werden, ohne dass die Sicherheit des privaten Schlüssels gefährdet werden muss. Jeder Satz asymmetrischer Schlüsselpaare ist einzigartig und stellt so sicher, dass mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselte Informationen nur von der Person gelesen werden können, die über den entsprechenden privaten Schlüssel verfügt.

Da die von asymmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen generierten Schlüsselpaare außerdem mathematisch verwandt sind, sind ihre Schlüssellängen viel länger als die, die von der symmetrischen Kryptographie verwendet werden. Seine Länge beträgt normalerweise 1024 oder 2048 Bit, sodass es äußerst schwierig wird, den öffentlichen Schlüssel zur Berechnung des entsprechenden privaten Schlüssels zu verwenden. Der heute gebräuchlichste asymmetrische Verschlüsselungsalgorithmus heißt RSA. Im RSA-Schema wird der Schlüssel durch Multiplizieren zweier Zahlen (normalerweise zwei größerer Primzahlen) und Berechnen des gemeinsamen Moduls generiert. Das Modul generiert zwei Schlüssel, einen ist ein öffentlicher Schlüssel, der gemeinsam genutzt werden kann, und der andere ist ein privater Schlüssel, der geheim gehalten werden muss. Der RSA-Algorithmus wurde erstmals 1977 von Rivest, Shamir und Adleman (sog. RSA) vorgeschlagen und ist immer noch ein wichtiger Bestandteil des Public-Key-Kryptographiesystems.


Verwenden Sie PKC als Verschlüsselungstool

Die Public-Key-Kryptographie löst ein seit langem bestehendes Problem bei symmetrischen Algorithmen, nämlich die Kommunikation zwischen Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsschlüsseln. Wenn Sie einen symmetrischen Schlüssel über eine ungesicherte Verbindung senden, besteht die Gefahr, dass er einem Dritten zugänglich gemacht wird, der dann alle mit dem gemeinsamen Schlüssel verschlüsselten Informationen lesen kann. Zwar gibt es kryptografische Techniken wie das Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschprotokoll, um dieses Problem zu lösen, diese Schlüssel sind jedoch immer noch anfällig. Bei der Public-Key-Kryptografie müssen Sie sich über dieses Problem überhaupt keine Sorgen machen, und die für die Verschlüsselung verwendeten Schlüssel können über jede Netzwerkverbindung hinweg gemeinsam genutzt werden. An diesem Punkt bietet der asymmetrische Algorithmus ein höheres Schutzniveau als der symmetrische Algorithmus.


Anwendungsfälle in digitalen Signaturen

Eine weitere Anwendung asymmetrischer Kryptografiealgorithmen ist die Verwendung digitaler Signaturen zur Verifizierung von Daten. Im Wesentlichen handelt es sich bei einer digitalen Signatur um einen Hash, der anhand der Daten in der Nachricht erstellt wird. Nachdem eine Nachricht gesendet wurde, kann der Empfänger die Signatur mithilfe des öffentlichen Schlüssels des Absenders überprüfen, um den Ursprung der Nachricht zu überprüfen und sicherzustellen, dass die Nachricht nicht manipuliert wurde. In einigen Fällen werden digitale Signaturen und Verschlüsselungstechniken gleichzeitig angewendet, da der Hash selbst verschlüsselt sein kann. Es ist jedoch zu beachten, dass nicht alle digitalen Signatursysteme Verschlüsselungstechnologie verwenden.

 

Einschränkung

Tatsächlich kann PKC zur Verbesserung der Computersicherheit und zur Überprüfung der Integrität von Informationen verwendet werden, weist jedoch auch gewisse Einschränkungen auf. Da es sich bei der Ver- und Entschlüsselung um komplexe mathematische Operationen handelt, können asymmetrische Algorithmen bei der Verarbeitung großer Datenmengen auch etwas langsam sein. Und diese Art der Kryptografie beruht auch stark auf der Annahme der Vertraulichkeit des privaten Schlüssels. Wenn ein privater Schlüssel versehentlich weitergegeben oder offengelegt wird, wird die Sicherheit der mit dem entsprechenden öffentlichen Schlüssel verschlüsselten Informationen gefährdet. Manchmal kann es auch passieren, dass der private Schlüssel eines Benutzers versehentlich verloren geht, wodurch der Benutzer den Zugriff auf die verschlüsselten Daten verliert.


Anwendungen der Public-Key-Kryptographie

Diese Art der Kryptografie wird von vielen modernen Computersystemen verwendet, um die Sicherheit sensibler Informationen zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Public-Key-Kryptografie zum Verschlüsseln von E-Mails verwendet werden, um die Vertraulichkeit ihres Inhalts sicherzustellen. Das Secure Sockets Layer (SSL)-Protokoll, das sichere Verbindungen zu Websites ermöglicht, verwendet ebenfalls asymmetrische Kryptografie. PKC-Systeme werden auch verwendet, um sichere elektronische Abstimmungsumgebungen zu erforschen, die es Wählern ermöglichen würden, auf ihren Heimcomputern an Wahlen teilzunehmen.

Die Eigenschaften von PKC sind auch in der Blockchain- und Kryptowährungstechnologie prominent. Wenn eine neue Kryptowährungs-Wallet erstellt wird, wird ein Schlüsselpaar (öffentlicher und privater) generiert. Öffentliche Adressen werden mithilfe des öffentlichen Schlüssels generiert und können 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. Wenn eine Transaktion durch den zertifizierten Hash in der digitalen Signatur verifiziert wird, kann sie dem Blockchain-Ledger hinzugefügt werden. Dieses digitale Signatursystem stellt sicher, dass nur Benutzer mit dem entsprechenden privaten Schlüssel zum Kryptowährungs-Wallet auf Gelder aus dem Wallet zugreifen können. Es ist jedoch anzumerken, dass sich die in Kryptowährungsanwendungen verwendeten asymmetrischen Verschlüsselungen von denen für Computersicherheitszwecke unterscheiden. Beispielsweise verwenden Bitcoin und Ethereum den Elliptic Curve Digital Signature Algorithm (ECDSA), um Transaktionen zu verifizieren.

Von der Computersicherheit bis zur Überprüfung von Kryptowährungstransaktionen spielt die Public-Key-Kryptografie eine Schlüsselrolle bei der Sicherung moderner digitaler Systeme. Durch die Verwendung von Paaren aus öffentlichen und privaten Schlüsseln lösen asymmetrische Kryptografiealgorithmen die Sicherheitsprobleme, die der symmetrischen Kryptografie innewohnen. Der Einsatz von PKC ist seit vielen Jahren bekannt und seine Anwendungen in aufstrebenden Bereichen werden ständig weiterentwickelt, insbesondere im Bereich Blockchain und Kryptowährung.