Was ist Verschlüsselung?

Verschlüsselung ist der Prozess, lesbare Daten (Klartext) mithilfe eines mathematischen Algorithmus und eines Schlüssels in eine unlesbare, verschlüsselte Form (Chiffretext) umzuwandeln, sodass nur jemand mit dem richtigen Schlüssel sie wieder zurückverwandeln und lesen kann.

Verschlüsselung schützt Daten, indem sie diese verschlüsselt. Geheimtext Das ist ohne den richtigen Schlüssel bedeutungslos. Ein Algorithmus und ein Schlüssel wandeln lesbaren Klartext in Geheimtext um; der korrekte Schlüssel kehrt diesen Vorgang um. Dadurch bleiben Daten vertraulich, egal ob sie auf einer Festplatte gespeichert oder über ein Netzwerk übertragen werden. Verschlüsselung ist die Grundlage für sichere Websites, Online-Banking, Messenger und praktisch alle modernen digitalen Sicherheitssysteme.

Wichtige Erkenntnisse

• Bei der Verschlüsselung wird lesbarer Klartext mithilfe eines Algorithmus und eines Schlüssels in einen verschlüsselten Geheimtext umgewandelt, sodass nur jemand mit dem richtigen Schlüssel ihn lesen kann.
• Es schützt sowohl ruhende Daten (gespeicherte Dateien, Festplatten, Datenbanken) als auch Daten während der Übertragung (Netzwerkverkehr, Web-Browsing, Messaging).
• Es gibt zwei Haupttypen: symmetrische Verschlüsselung (ein gemeinsamer Schlüssel, schnell, für große Datenmengen) und asymmetrische Verschlüsselung (ein öffentliches und privates Schlüsselpaar, für sicheren Schlüsselaustausch und digitale Signaturen).
• Über die Vertraulichkeit hinaus unterstützt die Verschlüsselung Integrität (Erkennung von Manipulationen), Authentifizierung (Überprüfung der Identität) und Nichtabstreitbarkeit (Nachweis, wer etwas gesendet hat).
• Die Verschlüsselung ist durch Vorschriften wie DSGVO, HIPAA und PCI DSS vorgeschrieben und entwickelt sich mit den Fortschritten im Quantencomputing hin zu Post-Quanten-Algorithmen.

So funktioniert die Verschlüsselung

Verschlüsselung nutzt einen Algorithmus und einen Schlüssel, um Daten zu transformieren. Der Algorithmus ist das mathematische Verfahren, das die Daten verschlüsselt; der Schlüssel ist der geheime Wert, der die Verschlüsselung steuert. Derselbe Algorithmus mit einem anderen Schlüssel erzeugt unterschiedliche Geheimtexte. Die Sicherheit hängt also davon ab, den Schlüssel geheim zu halten, nicht den Algorithmus.

Das Verfahren ist im Prinzip einfach. Der Klartext (die lesbaren Daten) wird zusammen mit einem Schlüssel in den Verschlüsselungsalgorithmus eingegeben, und der Geheimtext (die verschlüsselten Daten) kommt als Ergebnis heraus. Um den Vorgang umzukehren, wird der Geheimtext mit dem passenden Schlüssel entschlüsselt, und der ursprüngliche Klartext wird wiederhergestellt. Ohne den Schlüssel ist der Geheimtext bedeutungslos. Es ist wie eine verschlossene Schachtel: Jeder kann die Schachtel sehen, aber nur wer den Schlüssel hat, kann sie öffnen und ihren Inhalt lesen.

Was Verschlüsselung schützt: Die vier Ziele

Verschlüsselung und verwandte kryptografische Verfahren unterstützen vier zentrale Sicherheitsziele.

• Vertraulichkeit: Daten vor jedem ohne den Schlüssel geheim zu halten, ist der Hauptzweck der Verschlüsselung.
• Integrität: Erkennung von Datenveränderungen. Wenn der Chiffretext oder sein Authentifizierungs-Tag manipuliert wurde, schlägt die Entschlüsselung fehl oder die Änderung wird erkannt.
• Authentifizierung: Die Identität des Absenders oder der Datenquelle wird oft durch folgende Maßnahmen überprüft: digitale Signaturen und Zertifikate.
• Nicht-Zurückweisung: Die Verhinderung, dass ein Absender die Übermittlung einer Nachricht leugnet, wird durch digitale Signaturen erreicht, die durch asymmetrische Kryptographie abgesichert sind.

Ruhende Daten und Daten während der Übertragung

Die Verschlüsselung schützt Daten in zwei grundlegenden Zuständen, und die meisten Organisationen benötigen beide.

• Ruhende Daten: Informationen werden irgendwo gespeichert: Dateien auf einer Festplatte, Datensätze in einer Datenbank, Backups in der Cloud. Festplattenverschlüsselungstools wie BitLocker und serverseitige Cloud-Verschlüsselung schützen ruhende Daten, sodass eine gestohlene Festplatte oder ein gehackter Speicherort nur verschlüsselten Text preisgibt.
• Daten während der Übertragung: Informationen, die über ein Netzwerk übertragen werden: eine Webanfrage, eine E-Mail, eine VPN-Sitzung. Protokolle wie TLS (das HTTPS-Websites sichert) und VPNs verschlüsseln Daten während der Übertragung, sodass abgefangener Datenverkehr nicht gelesen werden kann.

Ein umfassendes Sicherheitskonzept verschlüsselt die Daten in beiden Zuständen, da Daten sowohl beim Speichern als auch beim Übertragen angreifbar sind.

Die zwei Hauptarten der Verschlüsselung

Verschlüsselungsalgorithmen lassen sich in zwei Familien einteilen, die sich darin unterscheiden, wie sie Schlüssel handhaben. Die meisten realen Systeme verwenden beide zusammen.

Attribut	Symmetrische Verschlüsselung	Asymmetrische Verschlüsselung
Tasten	Ein gemeinsamer geheimer Schlüssel für Verschlüsselung und Entschlüsselung	Ein öffentlicher Schlüssel zum Verschlüsseln und ein privater Schlüssel zum Entschlüsseln
Schnelligkeit	Schnell; effizient für große Datenmengen	Langsamer; rechenintensiver
Hauptgebrauch	Massendaten, Festplattenverschlüsselung, VPN- und TLS-Datenkanal	Sicherer Schlüsselaustausch, digitale Signaturen, sichere E-Mail
Zentrale Herausforderung	Sichere Verteilung des gemeinsamen Schlüssels	Langsamere Leistung; größere Tasten
Beispielalgorithmen	AES, Twofish	RSA, ECC (elliptische Kurvenkryptographie)

Für einen detaillierteren Einblick in die einzelnen Punkte siehe die Erläuterungen von EC auf symmetrische Verschlüsselung und symmetrische vs. asymmetrische Verschlüsselung. In der Praxis werden beide zu einem Hybridsystem kombiniert: Asymmetrische Verschlüsselung tauscht sicher einen symmetrischen Sitzungsschlüssel aus, und schnelle symmetrische Verschlüsselung schützt anschließend die eigentlichen Daten. So sichert TLS Websites.

Gängige Anwendungen der Verschlüsselung

• Sichere Kommunikation: Messaging-Apps, E-Mails und Sprachanrufe nutzen Verschlüsselung, um Inhalte vor dem Abfangen zu schützen.
• Web-Browsing (HTTPS): TLS verschlüsselt die Verbindung zwischen Ihrem Browser und Websites und schützt so Anmeldedaten, Zahlungen und Formulardaten.
• Datenspeicher: Cloud-Dienste und -Geräte verschlüsseln gespeicherte Dateien, sodass diese auch im Falle eines Datenlecks vertraulich bleiben.
• Online-Transaktionen: E-Commerce und Bankwesen verschlüsseln Finanzdaten während des Zahlungsvorgangs.
• Passwörter und Authentifizierung: Sensible Zugangsdaten werden mithilfe kryptografischer Verfahren geschützt, sodass sie nicht so leicht gestohlen werden können.

Verschlüsselung und Compliance

Verschlüsselung ist nicht nur eine bewährte Methode, sondern oft auch eine gesetzliche Vorgabe. Standards und Gesetze wie die DSGVO, HIPAA, PCI DSS, FIPSund CCPA Organisationen sind verpflichtet, personenbezogene, finanzielle und Gesundheitsdaten zu schützen, und Verschlüsselung ist eine zentrale Kontrollmaßnahme zur Erfüllung dieser Verpflichtungen. Korrekt verschlüsselte Daten werden zudem häufig im Rahmen der Meldepflichten bei Datenschutzverletzungen bevorzugt behandelt, da der verschlüsselte Text ohne den Schlüssel nicht nutzbar ist.

Herausforderungen der Verschlüsselung

Verschlüsselung ist mächtig, aber ihre gute Implementierung erfordert echte Kompromisse.

• Schlüsselverwaltung: Die größte Herausforderung bei der Verschlüsselung besteht nicht in der Datenverschlüsselung, sondern in der Schlüsselverwaltung: dem sicheren Generieren, Verteilen, Speichern, Rotieren und Löschen der Schlüssel. Mangelhaftes Schlüsselmanagement, nicht schwache Algorithmen, ist die übliche Fehlerquelle. Hardware-Sicherheitsmodule (HSMs) werden zum Schutz von Schlüsseln verwendet.
• Datenermittlung: Organisationen müssen zunächst die sensiblen Daten finden, die in strukturierten und unstrukturierten Speichern verschlüsselt werden müssen – eine Aufgabe, die an sich schon beträchtlich ist.
• Performance-Overhead: Verschlüsselung und Entschlüsselung verbrauchen Rechenressourcen, daher muss bei der Wahl des Algorithmus und der Schlüssellänge ein Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Leistung gefunden werden.
• Suche nach verschlüsselten Daten: Das Abfragen von Daten, während diese verschlüsselt bleiben, ist schwierig, und wiederholte Entschlüsselungen zur Suche können das Risiko erhöhen.
• Die Hintertür-Debatte: Regierungen versuchen regelmäßig, rechtmäßigen Zugriff auf verschlüsselte Daten zu erlangen, was zu einer anhaltenden Spannung zwischen Datenschutz, Sicherheit und Strafverfolgung führt.

Verschlüsselung und die postquantenzeitliche Zukunft

Die Verschlüsselung steht vor einem grundlegenden Wandel. Ein ausreichend leistungsstarker Quantencomputer, der Shors Algorithmus ausführt, könnte die asymmetrische Verschlüsselung knacken (RSA und Elliptische Kurven-Kryptographie) das den Schlüsselaustausch und digitale Signaturen heute schützt. Zur Vorbereitung standardisierte das NIST im August 2024 Post-Quanten-Algorithmen, einschließlich ML-KEM (FIPS 203) für wichtige Einrichtungen und ML-DSA (FIPS 204) für Signaturen.

Symmetrische Verschlüsselung ist deutlich weniger betroffen: AES-256 bleibt sicher. Unternehmen beginnen mit der Migration, und die Ressourcen von EC zur Post-Quanten-Kryptographie bieten Hilfestellung bei der Planung dieses Übergangs.

Wie Verschlüsselungsberatung hilft

Verschlüsselung lässt sich leicht aktivieren, aber schwer korrekt implementieren, da die Schwierigkeit darin besteht, die richtigen Algorithmen auszuwählen, Schlüssel sicher zu verwalten und die Compliance-Anforderungen im gesamten Unternehmen zu erfüllen. Verschlüsselungsberatung Verschlüsselungsberatung Bereitstellung von Bewertung, Strategie und Implementierungsplanung: Identifizierung sensibler Daten, Entwurf einer auf diese abgestimmten Verschlüsselungsarchitektur NIST und die Einhaltung der FIPS-Richtlinien sowie die Implementierung eines soliden Schlüsselmanagements, einschließlich HSM-gestützter Speicherung.

Ziel ist eine Verschlüsselung, die Daten zuverlässig schützt und auch Audits standhält. Sie basiert auf ISO/IEC 27001:2022- und SOC 2-zertifizierten Verfahren.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Verschlüsselung in einfachen Worten?

Verschlüsselung ist eine Methode, lesbare Informationen so zu verschlüsseln, dass sie unlesbar werden. Nur jemand mit dem passenden Schlüssel kann sie entschlüsseln und lesen. Es funktioniert wie eine verschlossene Box: Man legt die Daten hinein, verschließt sie mit einem Schlüssel, und nur jemand mit dem passenden Schlüssel kann sie öffnen. So bleiben Ihre Daten privat, egal ob sie auf einem Gerät gespeichert oder über das Internet übertragen werden. Deshalb schützt Verschlüsselung beispielsweise Online-Banking und Messaging.

Worin besteht der Unterschied zwischen Verschlüsselung und Entschlüsselung?

Verschlüsselung ist der Prozess, bei dem lesbarer Klartext mithilfe eines Algorithmus und eines Schlüssels in verschlüsselten, unlesbaren Geheimtext umgewandelt wird. Entschlüsselung ist der umgekehrte Prozess: die Rückumwandlung des Geheimtextes in den ursprünglichen Klartext mithilfe des korrekten Schlüssels. Beide sind zwei Seiten derselben Medaille. Die Verschlüsselung schützt die Daten, und die Entschlüsselung macht sie für die autorisierte Person, die den Schlüssel besitzt, wieder lesbar.

Was sind die beiden Hauptarten der Verschlüsselung?

Es gibt zwei Hauptarten der Verschlüsselung: symmetrische und asymmetrische. Die symmetrische Verschlüsselung verwendet einen einzigen gemeinsamen Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung und ist schnell, wodurch sie sich ideal für große Datenmengen eignet. Die asymmetrische Verschlüsselung verwendet ein Schlüsselpaar, einen öffentlichen und einen privaten Schlüssel, und löst das Problem der sicheren Schlüsselverteilung. Die meisten Systeme kombinieren beide Verfahren: Bei der asymmetrischen Verschlüsselung wird ein Schlüssel ausgetauscht, während die symmetrische Verschlüsselung die Daten schützt.

Worin besteht der Unterschied zwischen ruhenden Daten und Daten während der Übertragung?

Ruhende Daten sind Informationen, die irgendwo gespeichert sind, beispielsweise Dateien auf einer Festplatte, Datensätze in einer Datenbank oder Backups in der Cloud. Datenübertragung hingegen sind Informationen, die über ein Netzwerk übertragen werden, wie etwa eine Webanfrage oder eine E-Mail. Verschlüsselung schützt beides: Festplatten- und Speicherverschlüsselung schützt ruhende Daten, während Protokolle wie TLS und VPNs Daten während der Übertragung schützen. Ein starkes Sicherheitskonzept verschlüsselt Daten in beiden Zuständen.

Warum ist Verschlüsselung wichtig?

Verschlüsselung ist wichtig, weil sie sensible Daten vertraulich behandelt, selbst wenn diese abgefangen oder gestohlen werden. Sie schützt persönliche Informationen, Finanztransaktionen, Gesundheitsdaten und private Kommunikation vor unbefugtem Zugriff. Neben der Vertraulichkeit gewährleistet sie auch die Unversehrtheit der Daten und bestätigt den Absender. Verschlüsselung ist zudem durch Vorschriften wie die DSGVO, HIPAA und PCI DSS vorgeschrieben und somit sowohl eine notwendige Sicherheitsmaßnahme als auch eine Compliance-Pflicht.

Kann die Verschlüsselung mit Quantencomputern geknackt werden?

Quantencomputer stellen eine Bedrohung für einige, aber nicht alle Verschlüsselungsverfahren dar. Ein leistungsstarker Quantencomputer, der Shors Algorithmus ausführt, könnte die asymmetrische Verschlüsselung (RSA und Elliptische-Kurven-Kryptographie) knacken, die für den Schlüsselaustausch und digitale Signaturen verwendet wird. Symmetrische Verschlüsselung ist deutlich widerstandsfähiger: AES-256 bleibt sicher. Zur Vorbereitung hat das NIST im August 2024 Post-Quanten-Algorithmen wie ML-KEM und ML-DSA standardisiert, und Organisationen beginnen bereits, ihre asymmetrische Kryptographie auf diese quantenresistenten Standards umzustellen.

Stärken Sie Ihre Verschlüsselungsstrategie

Die Aktivierung der Verschlüsselung ist einfach; ihre effektive Nutzung im gesamten Unternehmen hingegen nicht. Entdecken Sie die Möglichkeiten von Encryption Consulting. Verschlüsselungsberatung um Ihre aktuelle Verschlüsselung zu bewerten, eine Strategie zu entwickeln, die auf den NIST- und FIPS-Richtlinien basiert, und ein solides Schlüsselmanagement einzuführen.