Die Public-Key-Kryptographie, auch asymmetrische Kryptographie genannt , verwendet ein mathematisch verknüpftes Schlüsselpaar: einen öffentlichen Schlüssel, der offen weitergegeben werden kann, und einen privaten Schlüssel, der geheim gehalten wird. Damit lassen sich Daten verschlüsseln, digitale Signaturen überprüfen und Schlüssel sicher austauschen.
Wichtige Erkenntnisse
- Der öffentliche Schlüssel verschlüsselt; nur der passende private Schlüssel entschlüsselt. Diese Einwegbeziehung ist es, die die Public-Key-Kryptographie auch dann sicher macht, wenn der öffentliche Schlüssel mit allen geteilt wird.
- Vier Kernfunktionen: Verschlüsselung, Entschlüsselung, Signaturen, Schlüsselaustausch. Jedes dieser Paare basiert auf demselben öffentlichen/privaten Schlüsselpaar, das je nach Ziel in eine bestimmte Richtung arbeitet.
- Digitale Signaturen gewährleisten Nichtabstreitbarkeit. Eine mit einem privaten Schlüssel signierte Nachricht kann vom Absender später nicht überzeugend dementiert werden, ähnlich wie eine physische Unterschrift.
- Die Public-Key-Kryptographie ist langsamer als die symmetrische Verschlüsselung. Aus diesem Grund verwenden reale Systeme, einschließlich HTTPS, diese Methode kurzzeitig zum Austausch eines Sitzungsschlüssels und wechseln dann zur schnelleren symmetrischen Verschlüsselung für die eigentlichen Daten.
- Den Verlust eines privaten Schlüssels zu verkraften, ist oft schlimmer als den Verlust eines Passworts. Es gibt keinen Reset-Mechanismus; der Verlust des privaten Schlüssels kann die dauerhafte Unfähigkeit bedeuten, zuvor verschlüsselte Nachrichten zu entschlüsseln.
Die vier Funktionen der Public-Key-Kryptographie
Verschlüsselung, Entschlüsselung, digitale Signaturen und Schlüsselaustausch umfassen zusammen die Anwendungsgebiete der Public-Key-Kryptographie.
- Verschlüsselung. Der Absender verschlüsselt eine Nachricht mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers, sodass sie nur mit dem privaten Schlüssel des Empfängers gelesen werden kann.
- Entschlüsselung. Der Empfänger verwendet seinen privaten Schlüssel, um mit seinem eigenen öffentlichen Schlüssel verschlüsselte Nachrichten zu entschlüsseln, wodurch der Zugriff ausschließlich ihm vorbehalten bleibt.
- Digitale Signaturen. Der Absender signiert eine Nachricht mit seinem privaten Schlüssel; der Empfänger überprüft sie mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders und bestätigt so sowohl die Authentizität als auch die Integrität.
- Schlüsselaustausch. Zwei Parteien nutzen Public-Key-Kryptographie, um sich sicher auf einen gemeinsamen geheimen Schlüssel zu einigen, ohne diesen geheimen Schlüssel jemals direkt zu übertragen.
Ein praktisches Beispiel: Verschlüsselung beim Online-Kauf
Beim Online-Kauf eines Produkts sieht man, wie alle vier Funktionen innerhalb weniger Millisekunden zusammenarbeiten.
- Verschlüsselung. Ihr Browser verschlüsselt Ihre Zahlungsdaten mit dem öffentlichen Schlüssel der Website, der sich in deren Zertifikat befindet.
- Übertragung. Der verschlüsselte Geheimtext wird über das Internet an den Server der Website übertragen.
- Entschlüsselung. Die Website, die den zugehörigen privaten Schlüssel besitzt, entschlüsselt die Daten. Niemand sonst, selbst wenn er den Datenverkehr abfängt, kann sie ohne diesen privaten Schlüssel lesen.
Vorteile der Public-Key-Kryptographie
Drei Vorteile erklären, warum die Public-Key-Kryptographie die Grundlage moderner Authentifizierung und sicherer Kommunikation bildet.
Nichtabstreitbarkeit. Eine digital signierte Nachricht dient als eindeutige Bestätigung, ähnlich einer physischen Unterschrift, die der Absender nicht glaubhaft abstreiten kann.
Authentifizierungssicherheit. Digitale Signaturen ermöglichen es den Empfängern, sicher zu überprüfen, wer eine Nachricht tatsächlich gesendet hat.
Vereinfachte Schlüsselverteilung. Öffentliche Schlüssel können offen ausgetauscht werden, wodurch die Notwendigkeit eines sicheren, vorab geteilten Kanals, wie er bei der symmetrischen Verschlüsselung erforderlich ist, entfällt.
Nachteile der Public-Key-Kryptographie
Die Hauptkosten der Verwendung von Public-Key-Kryptographie bestehen aus zwei Risiken und einem Kompromiss bei der Leistungsfähigkeit.
- Die Offenlegung des privaten Schlüssels ist katastrophal. Ein Angreifer, der mit Ihrem privaten Schlüssel in Kontakt kommt, kann alles, was für Sie verschlüsselt wurde, entschlüsseln und Ihre Signatur imitieren.
- Der Verlust des privaten Schlüssels ist oft endgültig. In der Regel gibt es keine Wiederherstellungsmöglichkeit; verlorene Schlüssel können den dauerhaften Verlust des Zugriffs auf zuvor verschlüsselte Daten bedeuten.
- Langsamere Leistung als bei symmetrischer Verschlüsselung. Aus diesem Grund verwenden Systeme in der Praxis asymmetrische Verschlüsselung nur kurzzeitig zur Authentifizierung und zum Schlüsselaustausch und wechseln dann zur symmetrischen Verschlüsselung für große Datenmengen.
Wie Verschlüsselungsberatung hilft
Die PKI-Beratungsdienste von Encryption Consulting unterstützen Unternehmen bei der Konzeption und Verwaltung der Zertifikatsinfrastruktur, die Public-Key-Kryptografie in großem Umfang praktikabel macht. Dies umfasst die sichere Schlüsselgenerierung, die HSM-gestützte Speicherung privater Schlüssel und die Automatisierung des Zertifikatslebenszyklus mithilfe des CertSecure Managers. Die Dienstleistungen basieren auf ISO/IEC 27001:2022- und SOC 2-zertifizierten Verfahren.
Häufig gestellte Fragen
Worin besteht der Unterschied zwischen Public-Key-Kryptographie und symmetrischer Verschlüsselung?
Die asymmetrische Kryptographie (Public-Key-Kryptographie) verwendet zwei mathematisch verknüpfte Schlüssel: einen öffentlichen, der weitergegeben werden kann, und einen privaten, der geheim gehalten wird. Die symmetrische Verschlüsselung verwendet einen einzigen gemeinsamen Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung. Sie ist zwar schneller, erfordert aber die sichere Verteilung dieses einen Schlüssels im Voraus.
Kann ich eine Nachricht mit demselben öffentlichen Schlüssel entschlüsseln, mit dem sie verschlüsselt wurde?
Nein. Mit einem öffentlichen Schlüssel verschlüsselte Daten können nur mit dem zugehörigen privaten Schlüssel entschlüsselt werden. Diese Einwegbeziehung ist genau das, was die Public-Key-Kryptographie sicher macht, selbst wenn der öffentliche Schlüssel mit allen geteilt wird.
Was passiert, wenn ich meinen privaten Schlüssel verliere?
Eine Wiederherstellung ist in der Regel nicht möglich. Je nachdem, wie der Schlüssel verwendet wurde, kann die Fähigkeit, zuvor empfangene Nachrichten zu entschlüsseln oder die eigene Identität durch mit diesem Schlüssel verknüpfte digitale Signaturen nachzuweisen, dauerhaft verloren gehen. Daher sind sichere Schlüsselsicherung und HSM-basierte Speicherung von entscheidender Bedeutung.
Warum verwendet HTTPS sowohl Public-Key-Kryptographie als auch symmetrische Verschlüsselung?
Die Public-Key-Kryptographie authentifiziert den Server und tauscht während des initialen TLS-Handshakes sicher einen Sitzungsschlüssel aus, ist aber für die fortlaufende Datenübertragung zu langsam. Der Sitzungsschlüssel ermöglicht anschließend eine schnelle symmetrische Verschlüsselung für den Rest der Verbindung und vereint so die Vorteile beider Methoden.
Sichere Anwendung der Public-Key-Kryptographie
Nutzen Sie die PKI-Beratungsdienste von Encryption Consulting, um eine Zertifikatsinfrastruktur mit angemessen geschützten privaten Schlüsseln zu entwerfen, oder informieren Sie sich über CertSecure Manager für die laufende Lebenszyklusautomatisierung.