Welche Herausforderungen gibt es bei der symmetrischen Kryptografie?

Ein Absender verschlüsselt Daten mit einem Passwort, das der Empfänger kennen muss, um darauf zugreifen zu können. Es wird als symmetrisch bezeichnet, da derselbe Schlüssel für Verschlüsselung und Entschlüsselung. Symmetrische Kryptographie verwendet ein einziges gemeinsames Geheimnis, um die verschlüsselten Daten zwischen verschiedenen Parteien zu teilen, weshalb sie auch als Geheimschlüssel bekannt ist Cryptography.

Mechanismus der symmetrischen Verschlüsselung

Symmetrische Verschlüsselung ist ein Zweiwegeprozess, bei dem ein Block Klartext mit einem gegebenen Schlüssel, sogenannte symmetrische Chiffren, das gleiche Original erzeugt Geheimtext. Wenn derselbe Schlüssel auf diesen Chiffretextblock angewendet wird, wird immer das Original erzeugt Klartext.

Diese Methode ist nützlich, wenn Daten zwischen Parteien mit einem festgelegten gemeinsamen Schlüssel geschützt werden sollen und wenn häufig vertrauliche Daten gespeichert werden sollen.

Beispielsweise verwendet ASP.NET die 3DES-Technik, um alle Cookie-Daten für das Authentifizierungsticket eines Formulars zu verschlüsseln. 

Verwendungsmöglichkeiten der symmetrischen Verschlüsselung

Symmetrische Verschlüsselung ist eine ältere Verschlüsselungsmethode, aber sie ist effizienter und schneller als Asymmetrische Verschlüsselung.

Asymmetrische Verschlüsselung belastet Netzwerke aufgrund hoher CPU-Auslastung und Leistungsproblemen bei der Datengröße. Für die Massenverschlüsselung oder die Verschlüsselung großer Datenmengen wird symmetrische Verschlüsselung verwendet.

Beispiel: Datenbankverschlüsselung. Bei einer Datenbank kann der geheime Schlüssel nur für den Datensatz zum Ver- und Entschlüsseln verfügbar sein.

Einige Anwendungen der symmetrischen Kryptografie sind:

• Hashing oder Methode zur Generierung von Zufallszahlen.
• Zahlungsanwendungen wie Kartentransaktionen, bei denen die PII geschützt werden müssen, um Identitätsdiebstahl oder betrügerische Abbuchungen zu verhindern.
• Validierungen zur Bestätigung, ob der Absender einer Nachricht auch derjenige ist, der er vorgibt zu sein.

Die größten Herausforderungen der symmetrischen Kryptographie

Der schwächste Punkt der symmetrischen Verschlüsselung sind ihre Aspekte Schlüsselverwaltung.

• Schlüsselerschöpfung

  Bei dieser Art der Verschlüsselung werden bei jeder Verwendung einer Chiffre oder eines Schlüssels Informationen preisgegeben, die ein Angreifer möglicherweise zur Rekonstruktion des Schlüssels nutzen kann. Um dies zu vermeiden, ist die Verwendung einer Schlüsselhierarchie die beste Lösung. Sie stellt sicher, dass Master- oder Schlüsselverschlüsselungsschlüssel nicht übermäßig verwendet werden und eine angemessene Schlüsselrotation erfolgt.

• Attributionsdaten

  Symmetrische Schlüssel verfügen nicht über eingebettete Metadaten zur Aufzeichnung von Informationen. Diese bestehen in der Regel aus einem Ablaufdatum oder einer Zugriffskontrollliste, die die Verwendung des Schlüssels angibt. Dies kann durch Standards wie ANSI X9-31 behoben werden, bei denen ein Schlüssel an Informationen gebunden ist, die seine Verwendung vorschreiben.

• Schlüsselverwaltung im großen Maßstab

  Bei einer Schlüsselanzahl von einigen zehn bis einigen hundert ist der Verwaltungsaufwand gering und kann manuell oder manuell erledigt werden. Bei einem großen Bestand ist die Nachverfolgung des Ablaufs und der Rotation von Schlüsseln jedoch unpraktisch. Daher empfiehlt sich spezielle Software, um den korrekten Lebenszyklus jedes erstellten Schlüssels zu gewährleisten.

• Vertrauensproblem

  Es ist sehr wichtig, die Identität der Quelle und die Integrität der empfangenen Daten zu überprüfen. Angenommen, die Daten beziehen sich auf eine Finanztransaktion oder einen Vertrag, dann ist der Einsatz höher. Obwohl ein symmetrischer Schlüssel zur Überprüfung der Identität des Absenders verwendet werden kann, kann dieses Authentifizierungsschema auf Vertrauensprobleme stoßen.

• Schlüsselaustauschproblem

  Dieses Problem entsteht dadurch, dass die kommunizierenden Parteien vor dem Aufbau einer sicheren Kommunikation einen geheimen Schlüssel austauschen und anschließend dessen Sicherheit gewährleisten müssen. Ein direkter Schlüsselaustausch kann sich in diesem Szenario als schädlich erweisen und ist aufgrund der Risiken und Unannehmlichkeiten möglicherweise nicht durchführbar.

Wie wird symmetrische Kryptografie heute eingesetzt?

Sowohl symmetrische als auch asymmetrische Kryptografie werden auch heute noch häufig verwendet, sogar in Kombination. In puncto Geschwindigkeit übertrifft die symmetrische Kryptografie jedoch die asymmetrische Kryptografie.

Bei der symmetrischen Kryptografie sind die verwendeten Schlüssel deutlich kürzer bzw. kleiner als bei der asymmetrischen Kryptografie. Zudem beschleunigt die Tatsache, dass nur ein Schlüssel verwendet wird, den gesamten Prozess (bei der asymmetrischen Kryptografie werden zwei Schlüssel verwendet). Symmetrische Kryptografie wird eingesetzt, wenn Geschwindigkeit Vorrang vor erhöhter Sicherheit hat.

Bei der Datenspeicherung wird symmetrische Verschlüsselung verwendet, um auf einem Gerät gespeicherte Daten zu verschlüsseln. Diese Daten werden jedoch nicht übertragen. Auch im Bankwesen wird symmetrische Verschlüsselung verwendet, um Karteninformationen oder andere persönliche Daten zu verschlüsseln, die für eine notwendige Transaktion erforderlich sind.

Es gibt viele Anwendungsfälle, in denen eine Kombination aus symmetrischer und asymmetrischer Kryptografie erforderlich ist, um Geschwindigkeit und Sicherheit zu verbessern. Die häufigsten Anwendungsfälle für diesen hybriden Ansatz sind:

• Mobile Chat-Systeme

  Asymmetrische Kryptografie wird verwendet, um die Identität der Benutzer zu Beginn einer Konversation zu überprüfen. Anschließend wird symmetrische Kryptografie verwendet, um den weiteren Teil der Konversation zu verschlüsseln.

• SSL / TLS

  Asymmetrische Kryptografie wird zum Verschlüsseln eines symmetrischen Einmalschlüssels verwendet. Dieser wird zum Verschlüsseln oder Entschlüsseln der Inhalte einer Internet-Browsersitzung verwendet.

Fazit

Symmetrische Kryptographie hat sich als die bessere Wahl erwiesen, wenn es um Sicherheit auf Bankniveau geht, da sie alle Nachteile der asymmetrischen Kryptografie aufwiegt. Professionelle Schlüsselverwaltung Systeme werden dazu beitragen, die Nachteile der asymmetrischen Kryptografie auszugleichen und in Vorteile umzuwandeln.