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Definition

Symmetrische Kryptografie ist eine Familie von Verfahren, bei denen derselbe geheime Schlüssel sowohl für die Anwendung als auch für die Umkehrung der kryptografischen Funktion verwendet wird. Bei dieser Operation kann es sich um die Verschlüsselung, die Berechnung eines Prüfsatzes zur Integritäts- und Authentifizierungsprüfung oder um beides gleichzeitig handeln. Dieses Ein-Schlüssel-Konzept ist das stille Arbeitspferd hinter dem alltäglichen Datenschutz. Wenn Sie eine Karte durchziehen, eine Nachricht in einer sicheren Chat-App versenden oder eine verschlüsselte Datei auf Ihrem Laptop öffnen, übernimmt die symmetrische Kryptografie fast immer die Hauptarbeit. Sie schützt Banktransaktionen, verschlüsselt auf Geräten gespeicherte Daten und wickelt den Großteil des Datenverkehrs innerhalb sicherer Browsersitzungen ab.

Die symmetrische Kryptografie ist einer der beiden Hauptansätze der modernen Kryptografie. Der andere Ansatz, die asymmetrische Kryptografie (auch bekannt als Public-Key-Kryptografie), verwendet anstelle eines Schlüssels ein Schlüsselpaar; mehr dazu erfahren Sie in unserem Artikel zu diesem Thema. Dieser Leitfaden konzentriert sich ausschließlich auf die symmetrische Kryptografie: wie sie funktioniert, welche Algorithmen sie definieren, wo ihre Stärken liegen, wo ihre Grenzen sind und wie sie sich gegen neue Quantenbedrohungen behauptet. Wenn Sie sich zunächst ein umfassenderes Grundwissen aneignen möchten, beginnen Sie mitden Grundlagen der Kryptografie und deren Funktion beim Datenschutz und kehren Sie anschließend hierher zurück, um sich eingehend mit der Ein-Schlüssel-Kryptografie zu befassen.

So funktioniert die symmetrische Kryptografie

Bei der symmetrischen Kryptografie wird für beide Seiten einer Kommunikation ein einziger Schlüssel verwendet. Der Absender verarbeitet den Klartext (entweder verschlüsselt er ihn oder berechnet ein Authentifizierungs-Tag dafür) unter Verwendung eines gemeinsamen Geheimnisses, und der Empfänger wendet die Umkehrfunktion an (entschlüsselt den Chiffretext oder überprüft das Tag) unter Verwendung desselben Geheimnisses. Es ist kein zweiter Schlüssel beteiligt. Wenn innerhalb eines Kryptosystems der für die Ver- und Entschlüsselung verwendete Schlüssel derselbe ist, wird das System als symmetrisches Kryptosystem bezeichnet.

Wie viele Schlüssel werden also bei der symmetrischen Kryptografie verwendet? Einen. Dieser eine gemeinsame Schlüssel bildet das gesamte System, und beide Parteien müssen über ihn verfügen, bevor eine sichere Kommunikation beginnen kann.

Ein einfaches Beispiel verdeutlicht dies. Beginnen wir mit der symmetrischen Verschlüsselung. Angenommen, Alice möchte Bob eine private Nachricht senden. Alice und Bob vereinbaren zunächst einen gemeinsamen Schlüssel. Alice lässt ihren Klartext mit diesem Schlüssel durch den Verschlüsselungsalgorithmus laufen und erzeugt so einen Chiffretext, den sie über das öffentliche Netzwerk versendet. Bob empfängt den Chiffretext, wendet denselben Schlüssel an und stellt die ursprüngliche Nachricht wieder her. Wer den Chiffretext ohne den Schlüssel abfängt, sieht lediglich eine unlesbare Zeichenfolge.

Zur Authentifizierung wird ein Verfahren verwendet, das allgemein als „Message Authentication Code“ (MAC) bekannt ist. Nachdem sich Alice und Bob auf einen gemeinsamen Schlüssel geeinigt haben, berechnet Alice anhand des Schlüssels und der Nachricht einen für das Paar „eindeutigen“ Tag und sendet sowohl die Nachricht als auch den Tag an Bob. Anschließend kann Bob denselben Algorithmus anwenden, um den Tag unter Verwendung des gemeinsamen Schlüssels zu berechnen. Die Nachricht gilt als authentifiziert, wenn beide Tags übereinstimmen.

Im Hintergrund basieren diese Verfahren auf Permutationen und anderen einfachen mathematischen Operationen. Bei der symmetrischen Verschlüsselung verwendet die Verschlüsselungsfunktion Permutationen, um eine Nachricht zu verschlüsseln, und nutzt dieselbe, vom Schlüssel abhängige Permutation auch zur Entschlüsselung der Nachrichten. Eine einfache, aber entscheidende Eigenschaft dieser Operationen ist, dass zwei gleiche Zeichen in der Eingabe unterschiedlichen Zeichen in der Ausgabe zugeordnet werden. Mit anderen Worten: Derselbe Klartextbuchstabe erscheint in der verschlüsselten Nachricht nicht immer in derselben Form. So würde beispielsweise „SSS“ nicht zu drei identischen Zeichen verschlüsselt werden. Diese Variabilität ist beabsichtigt: Sie ist einer der Gründe, warum der Chiffretext ohne den Schlüssel schwer zu entschlüsseln ist. Würden sich Muster durchgehend wiederholen, könnte ein Angreifer die Nachricht durch Untersuchung ihrer Struktur knacken, ohne dass ein Schlüssel erforderlich wäre.

Gängige Algorithmen der symmetrischen Kryptografie

Die symmetrische Kryptografie umfasst zwei große Gruppen von Verfahren: Algorithmen, die Daten zum Schutz der Vertraulichkeit verschlüsseln, und schlüsselbasierte Funktionen, mit denen überprüft wird, ob eine Nachricht nicht manipuliert wurde.

Symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen

Der heute am weitesten verbreitete symmetrische Verschlüsselungsalgorithmus ist AES (Advanced Encryption Standard). AES ist der aktuelle weltweite Standard für symmetrische Verschlüsselung und unterstützt drei Schlüssellängen: 128 Bit, 192 Bit und 256 Bit. Längere Schlüssel bieten eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Brute-Force-Angriffe, und AES-256 wird häufig dort eingesetzt, wo ein Höchstmaß an Schutz erforderlich ist.

ChaCha20 ist ein weiterer moderner Standard, der vor allem wegen seiner Geschwindigkeit und hohen Sicherheit geschätzt wird, insbesondere auf Geräten ohne dedizierte hardware für AES. Er wird häufig mit einem Schritt zur Nachrichtenauthentifizierung (insbesondere mit einem MAC-Verfahren namens Poly1305) kombiniert, um sowohl die Vertraulichkeit als auch die Integrität gleichzeitig zu schützen.

DES (Data Encryption Standard) ist das Erbe dieser Gruppe. Einst war es der vorherrschende symmetrische Algorithmus. Heute gilt DES jedoch als unsicher: Seine kurze Schlüsselänge von 56 Bit lässt sich mit moderner Rechenleistung mühelos knacken. An dieser Stelle sei erwähnt, dass auch die Variante Triple DES, bei der die Schlüsselgröße verdreifacht wird, als veraltet gilt. Keine der beiden Varianten sollte in neuen Systemen verwendet werden.

Diese Algorithmen lassen sich in zwei strukturelle Kategorien einteilen:

  • Blockchiffrenverschlüsseln Daten in Blöcken fester Größe. AES ist eine Blockchiffre. Blockchiffren sind in Unternehmensanwendungen die gängigste Wahl und werden in der Regel in einem Betriebsmodus ausgeführt, der festlegt, wie aufeinanderfolgende Blöcke miteinander verkettet werden.
  • Stromchiffrenverschlüsseln Daten Bit für Bit oder Byte für Byte. ChaCha20 ist eine anerkannte Stromchiffre, die sich gut für kontinuierliche Datenströme wie Streaming-Medien oder Live-Netzwerkverkehr eignet.

Nachrichtenauthentifizierungscodes

Die Verschlüsselung allein schützt zwar die Vertraulichkeit, garantiert jedoch nicht, dass eine Nachricht unverändert angekommen ist. Dies ist die Aufgabe von Message Authentication Codes (MACs), einer Form von schlüsselabhängigen Hash-Funktionen. Das heißt, es handelt sich um Funktionen, die eine Nachricht und einen Schlüssel als Eingabe nehmen und einen Wert ausgeben, der sich zufällig verhält und scheinbar in keinem Zusammenhang mit der Eingabe steht. Die kurze Ausgabe des MAC wird als „Tag“ bezeichnet. In der Praxis ist dieses Tag sowohl für die Nachricht als auch für den Schlüssel einzigartig und verbindet somit den Schlüssel mit der Nachricht. Der Empfänger berechnet das Tag mit demselben Schlüssel neu und überprüft, ob es übereinstimmt. Ohne den Schlüssel könnte das Tag nicht berechnet werden, was beweist, dass der Absender über den Schlüssel verfügte; außerdem würde sich das resultierende Tag stark unterscheiden, wenn entweder der Schlüssel oder die Nachricht auch nur geringfügig verändert worden wäre. Auf diese Weise werden sowohl die Integrität als auch die Authentizität der Nachricht überprüft.

Zu den gängigen Beispielen zählen HMAC (Hash-basierter Nachrichtenauthentifizierungscode), GMAC (der sich nahtlos mit AES in authentifizierten Modi kombinieren lässt) und Poly1305 (der mit ChaCha20 kombiniert wird). In der Praxis kombinieren moderne Systeme häufig Verschlüsselung und Authentifizierung, sodass ein einziger Vorgang sowohl eine Nachricht verbirgt als auch nachweist, dass sie während der Übertragung nicht manipuliert wurde. Diese kombinierte Methode wird als „Authenticated Encryption with Associated Data“ (AEAD) bezeichnet.

Vorteile der symmetrischen Kryptografie

Die symmetrische Kryptografie verdankt ihre zentrale Rolle zwei Gründen: Geschwindigkeit und Einfachheit.

Geschwindigkeit ist der entscheidende Vorteil. Symmetrische Kryptografie lässt sich schneller ausführen (sowohl bei der Ver- als auch bei der Entschlüsselung), da die Rechenoperationen wesentlich einfacher sind als beider asymmetrischen Kryptografie. Kürzere Schlüssel und einfachere mathematische Operationen führen direkt zu einem höheren Durchsatz, weshalb symmetrische Algorithmen die erste Wahl für die Verschlüsselung großer Datenmengen sind.

Einfachheit ist der zweite Vorteil. Symmetrische Systeme sind am einfachsten zu verstehen und zu implementieren. Sie erfordern weniger Rechenaufwand als asymmetrische Verfahren, wodurch sie sich gut für ressourcenbeschränkte Umgebungen eignen, wie beispielsweise IoT , eingebettete Systeme und batteriebetriebene hardware Rechenleistung und Energie begrenzt sind. Im Gegensatz dazu kann die geringere Geschwindigkeit der asymmetrischen Kryptografie Netzwerkprozesse verlangsamen, den Arbeitsspeicher belasten und Batterien schneller entladen.

Herausforderungen und Einschränkungen

Die einzige Stärke der symmetrischen Kryptografie – ein gemeinsamer Schlüssel – ist zugleich die Ursache ihrer zentralen Schwäche: die Schlüsselverwaltung.

Bevor zwei Parteien miteinander kommunizieren können, müssen sie beide über denselben Schlüssel verfügen, und dieser Schlüssel muss entweder persönlich oder über einen bestimmten Kanal ausgetauscht werden. Die Sicherung dieses Austauschs ist der schwierige Teil. Wenn der zur Schlüsselübermittlung genutzte Kanal kompromittiert wird, ist das gesamte System gefährdet. Ein abgefangener Schlüssel verschafft einem Angreifer die Möglichkeit, jede Nachricht unbemerkt zu verschlüsseln, zu entschlüsseln oder zu authentifizieren.

Wichtige Schlüsselverwaltungsverfahren, die der modernen Kryptografie vorausgingen (etwa vor Mitte der 1990er Jahre), waren oft unsicher und kostspielig und selbst Angriffen durch Angreifer ausgesetzt. Historische Methoden wie sichere Post oder vertrauenswürdige Kuriere waren anfällig für Abfangen und Kompromittierung, und geografische Gegebenheiten verschlimmerten die Situation noch. Zwei Parteien auf verschiedenen Kontinenten können von vornherein nicht ohne Weiteres einen sicheren Kanal zum Austausch eines Schlüssels einrichten.

Zwei weitere Probleme verschärfen diese Situation noch. Erstens kann in Umgebungen mit mehreren Parteien ein einziger kompromittierter Schlüssel das gesamte System gefährden, und es kann schwierig sein, überhaupt festzustellen, ob ein Schlüssel kompromittiert wurde und durch wen. Zweitens steigt die Anzahl der erforderlichen Schlüssel stark an, je mehr Parteien hinzukommen, wodurch das Modell ohne eine intelligentere Strategie unüberschaubar werden kann. Für dieses Problem gibt es zwei praktische Lösungen: eine, die auf asymmetrischer Kryptografie basiert, und eine andere, die einen zentralen Server in Kombination mit symmetrischer Kryptografie nutzt, was im Folgenden näher erläutert wird. Verwaltung symmetrischer Schlüssel über einen zentralen Server

Betrachten wir einmal das Ausmaß des Problems der Schlüsselverteilung. Da dasselbe Geheimnis beide Seiten einer Kommunikation schützt, benötigt jedes Paar von Kommunikationspartnern, das miteinander kommunizieren möchte, einen eigenen, eindeutigen Schlüssel. Zwei Teilnehmer benötigen einen Schlüssel. Zehn Teilnehmer benötigen 45. Zwanzig Teilnehmer benötigen 190. Die Gesamtzahl wächst mit dem Quadrat der Teilnehmerzahl. Ein Netzwerk mit einigen Tausend Endpunkten erfordert Millionen von Schlüsseln, von denen jeder generiert, übermittelt, gespeichert, rotiert und schließlich vernichtet werden muss. Niemand betreibt ein flaches Netz aus paarweise symmetrischen Schlüsseln in großem Maßstab, da es unter seinem eigenen Gewicht zusammenbricht.

Die Zentralisierung von Schlüsseln auf einem vertrauenswürdigen Server ist die gängige Lösung. Anstatt Sitzungen selbst einzurichten, verlassen sich die Parteien auf einen vertrauenswürdigen Server, der in ihrem Namen Sitzungen mit anderen Parteien herstellt. Jede Partei muss dann nur noch einen einzigen Schlüssel verwalten, der mit dem zentralen Server geteilt wird, anstatt für jede andere Partei einen separaten Schlüssel zu führen. Dieser zentralisierte Server wird als Key Distribution Center (KDC) bezeichnet und muss leistungsfähig genug sein, um diese gesamte Arbeitslast bewältigen zu können. Kerberos, das Authentifizierungssystem innerhalb von Microsoft Active Directory, ist der produktionsreife Nachfolger dieses Modells und erfüllt diese Aufgabe auch heute noch genau so.

Ein gut geführtes KDC unterteilt die Schlüssel nach Aufgaben in eine zweistufige Hierarchie:

  • Langfristige Schlüsselbefinden sich an oberster Stelle. Jeder Client teilt sich einen Hauptschlüssel mit dem Server. Diese werden auch als Schlüsselverschlüsselungsschlüssel (KEKs) bezeichnet, da ihr Zweck darin besteht, andere Schlüssel zu schützen, nicht jedoch Benutzerdaten. Sie authentifizieren den Client und umschließen kurzlebige Schlüssel; sie werden nur selten ausgetauscht, da ein Austausch in der Regel eine erneute Registrierung des Clients erfordert.
  • Die Sitzungsschlüsselbefinden sich ganz unten. Diese Datenverschlüsselungsschlüssel (DEKs) schützen den eigentlichen Datenverkehr. Der Server generiert für jede Kommunikation einen neuen Schlüssel, die Teilnehmer verwenden ihn einmal und verwerfen ihn anschließend.

Der Grund für diese Trennung liegt in der Risikokontrolle: Das wertvollste und am schwersten zu ersetzende Geheimnis wird am wenigsten beansprucht, während Einweg-Sitzungsschlüssel den Großteil des Datenverkehrs abwickeln. Sollte ein Sitzungsschlüssel offengelegt werden, beschränkt sich der Schaden auf eine einzige Sitzung. Ein nützlicher Ansatz, um diese Unterscheidung zu veranschaulichen, ist, dass Langzeitschlüssel Vertrauen aufbauen, während Sitzungsschlüssel die Last tragen.

Wenn zwei Clients, die keinen gemeinsamen Schlüssel haben, miteinander kommunizieren müssen, vermittelt der Server einen Sitzungsschlüssel zwischen ihnen. Beim klassischen Muster generiert der Server einen neuen zufälligen Sitzungsschlüssel und übermittelt ihn an beide Parteien, verpackt in deren jeweilige Langzeitschlüssel, sodass kein Lauscher ihn jemals im Klartext sehen kann. Zwei Designmerkmale sind dabei unverzichtbar:

  1. Der Austausch muss Frischeinformationen (Nonzen oder Zeitstempel) enthalten, damit ein Angreifer keine alte Schlüsselkonfigurationsnachricht erneut abspielen kann, und
  2. Tickets müssen eine begrenzte Gültigkeitsdauer haben, damit sie von selbst verfallen.

Die Zentralisierung von Schlüsseln führt auch zu einer Risikokonzentration. Der Speicher des KDC enthält für jeden Client einen Langzeitschlüssel; wer also diese Datenbank ausliest, kann sich als jeder Client ausgeben und jede vermittelte Sitzung entschlüsseln. Die Abwehrmaßnahmen sind anspruchsvoll. Um das Schlüsselmaterial nicht im normalen Arbeitsspeicher oder auf der Festplatte zu speichern, müssen folgende Maßnahmen ergriffen werden:

  • Langzeitschlüssel werden in einem Hardware (HSM) gespeichert,
  • jeden administrativen Zugriff auf den Store einschränken und protokollieren sowie
  • Planen Sie im Voraus, wie Sie die Schlüssel für alle Kunden neu anfertigen würden, falls es jemals zu einem Einbruch in das Geschäft kommen sollte.

Ein HSM genießt gerade deshalb Vertrauen, weil es auf bewährter, zertifizierter hardware basiert, mit einem sicherheitsorientierten Betriebssystem läuft und kryptografisches Material aktiv verbirgt und schützt.

Wo symmetrische Kryptografie heute zum Einsatz kommt

Symmetrische Kryptografie ist allgegenwärtig – manchmal wird sie allein eingesetzt, oft aber auch in Kombination mit asymmetrischer Kryptografie. Zu ihren alltäglichen Anwendungsbereichen gehören:

  • Bankwesen und Zahlungsverkehr.Verschlüsselung von Kreditkartendaten und anderen personenbezogenen Daten (PII), die für Transaktionen erforderlich sind.
  • Daten im Ruhezustand.Die Verschlüsselung von Daten, die auf einem Gerät gespeichert sind, wenn diese Daten nicht übertragen werden, wie beispielsweise Dateien auf einem Laptop oder Sicherungskopien auf einem Server.
  • Sichere Web-Sitzungen.Im Rahmen von TLS wird asymmetrische Kryptografie verwendet, um einen symmetrischen Einmal-Schlüssel zu verschlüsseln, mit dem dann die eigentlichen Inhalte dieser Browsersitzung verschlüsselt und entschlüsselt werden. Der Schutz der Massendaten erfolgt symmetrisch.
  • Verschlüsselte Nachrichtenübermittlung.Mobile Chat-Systeme nutzen asymmetrische Kryptografie, um die Identität der Teilnehmer zu Beginn einer Unterhaltung zu überprüfen, und wechseln anschließend zu symmetrischer Kryptografie, um die laufenden Nachrichteninhalte zu verschlüsseln.
  • VPN-Tunnel.Sobald ein sicherer Tunnel hergestellt ist, wird der durch ihn fließende Datenverkehr symmetrisch verschlüsselt.

In mehreren dieser Beispiele zeigt sich ein wiederkehrendes Muster: Die asymmetrische Kryptografie übernimmt die heikle Aufgabe, einen gemeinsamen symmetrischen Schlüssel zu etablieren und zu authentifizieren, während die symmetrische Kryptografie anschließend den Großteil der Daten schnell und effizient verschlüsselt. Dieser gemischte Ansatz vereint das Beste aus beiden Welten und kombiniert die Sicherheit des Schlüsselaustauschs mit öffentlichen Schlüsseln mit der Geschwindigkeit der Verschlüsselung mit einem einzigen Schlüssel. Eine ausführliche Darstellung der Unterschiede und der gegenseitigen Ergänzung dieser beiden Ansätze finden Sie in unserem Vergleich zwischen symmetrischer und asymmetrischer Kryptografie.

Symmetrische Kryptografie und die Bedrohung durch die Quantenphysik

Quantencomputer gelten weithin als existenzielle Bedrohung für asymmetrische Algorithmen wie RSA, ECC und Diffie-Hellman, die nach Einschätzung von Experten innerhalb von etwa 5 bis 15 Jahren geknackt werden könnten, sobald ein kryptografisch relevanter Quantencomputer zur Verfügung steht. Die symmetrische Kryptografie befindet sich in einer weitaus sichereren Position.

Symmetrische kryptografische Algorithmen sind vom Grover-Quantenalgorithmus nur in geringem Maße betroffen. Sind die Parameter ausreichend groß, bleiben sie vorerst sicher vor Quantencomputern, da noch kein effizienter Quantenalgorithmus entwickelt wurde, der die ihnen zugrunde liegenden mathematischen Probleme effizient lösen kann. Der Grover-Algorithmus könnte theoretisch die effektive Stärke eines symmetrischen Schlüssels höchstens halbieren, wobei diese theoretische Obergrenze den erheblichen Quanten-Speicherbedarf außer Acht lässt, den ein solcher Angriff erfordern würde. In der Praxis bedeutet dies, dass eine Verdopplung der Schlüsselgröße ausreicht, um die theoretische Sicherheit wiederherzustellen. Die Ermittlung der tatsächlichen Auswirkungen dieses Angriffs und die Klärung der Frage, um wie viel größer die Schlüssel sein müssen (oder ob sie überhaupt vergrößert werden müssen), ist nach wie vor ein aktives Forschungsgebiet.

Durch die Verdopplung der Schlüssellänge lässt sich zweifelsfrei gewährleisten, dass die Verschlüsselung mindestens genauso sicher bleibt wie derzeit. Dies ist eine sehr einfache Lösung im Vergleich zu einer vollständigen Umstellung des Algorithmus. Die Umstellung von AES-128 auf AES-256 lässt sich reibungslos bewerkstelligen, da AES-256 bereits weit verbreitet ist. Aus diesem Grund gilt die symmetrische Kryptografie als relativ quantenresistent – im krassen Gegensatz zu asymmetrischen Algorithmen, für die es keine vergleichbar schnelle Lösung gibt und die völlig neue mathematische Grundlagen erfordern.

Diese Widerstandsfähigkeit wird von der breiteren Normungsgemeinschaft bestätigt. Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) stellt in seinem Bericht über Post-Quanten-Kryptografie (NIST IR 8105) fest, dass Grovers Algorithmus Angriffe auf symmetrische Verschlüsselungsverfahren beschleunigt und dass größere Schlüsselgrößen eine wirksame Gegenmaßnahme darstellen. Im Einklang mit dieser Sichtweise konzentriert sich die Standardisierungsinitiative des NIST zur Post-Quanten-Kryptografie darauf, anfällige Algorithmen mit öffentlichen Schlüsseln zu ersetzen, anstatt symmetrische Algorithmen, was den Konsens widerspiegelt, dass symmetrische Schlüssel mit ausreichender Länge weiterhin sicher sind. Dennoch ist diese Widerstandsfähigkeit kein Grund zur Selbstzufriedenheit. Unternehmen sollten weiterhin einen Überblick über alle ihre kryptografischen Ressourcen gewinnen, damit sie schwache Konfigurationen identifizieren und sich auf Veränderungen vorbereiten können. Das Verständnis der Post-Quanten-Kryptografie ist der Ausgangspunkt für diese Vorbereitung.

Wie Keyfactor helfen Keyfactor

Symmetrische Kryptografie funktioniert niemals isoliert. Sie ist Teil einer weitläufigen kryptografischen Landschaft aus Algorithmen, Schlüsseln und Bibliotheken, die sich über ein gesamtes Unternehmen erstreckt – und diese Landschaft ist bekanntermaßen schwer zu überblicken. Kompilierte software , welche Algorithmen sie verwendet; Kryptografie kann in ausführbaren Anwendungsdateien, Betriebssystemen, CPUs oder separaten hardware enthalten sein, und veraltete Algorithmen und Implementierungen bleiben oft jahrelang bestehen, weil niemand weiß, dass sie vorhanden sind.

Keyfactor Unternehmen dabei, diese Landschaft in den Griff zu bekommen. Die Erfassung und Bestandsaufnahme kryptografischer Elemente bildet dabei die Grundlage:Keyfactor ist ein Sicherheitsmanagement-Tool, das automatisch einen Bestandsüberblick über alle kryptografischen Algorithmen erstellt, die in einer software zu finden sind. AgileSec wird eingesetzt, um nach Kryptografie zu „suchen“, die im Laufe der Zeit veraltet und unwirksam geworden ist, und deckt dabei schwache oder falsch konfigurierte Implementierungen auf, wie beispielsweise veraltetes DES oder unsachgemäß gehandhabte Schlüssel, die andernfalls verborgen blieben. Außerdem führt es spezifische Tests auf häufige Konfigurationsfehler durch, beispielsweise die Identifizierung selbstsignierter Zertifikate, die nicht zu einer anerkannten Zertifizierungsstelle gehören.

Für Teams, die Anwendungen entwickeln, bieten dieBouncy Castle bewährte Bibliotheken mit Unterstützung für symmetrische Verschlüsselung. So können Entwickler Kryptografie korrekt implementieren, anstatt anfällige Code-Schnipsel aus dem offenen Internet zu kopieren. Durch die Vereinfachung der PKI, die Automatisierung des Zertifikatslebenszyklusmanagements und die Ermöglichungvon Krypto-Agilität in Unternehmen Keyfactor einen reibungslosen Übergang zu neuen Algorithmen, wenn sich Standards ändern. Das Unternehmen beschreibt seine Mission wie folgt:Keyfactor digitales Vertrauen in der hypervernetzten Welt, indem es Unternehmen in die Lage versetzt, sichere und vertrauenswürdige Verbindungen über alle Geräte, Workloads und Maschinen hinweg aufzubauen und aufrechtzuerhalten.“

Das verbindende Thema ist das Management der kryptografischen Sicherheitslage: Was man nicht sieht, kann man nicht sichern. Nur durch das Erfassen, Inventarisieren und kontinuierliche Verwalten aller verwendeten Algorithmen – einschließlich symmetrischer Implementierungen – bleibt die Verschlüsselung auch angesichts sich weiterentwickelnder Bedrohungen und Standards wirksam.

Haben Sie Fragen zur symmetrischen Kryptografie? Wir haben die Antworten.

Wie viele Schlüssel werden bei der symmetrischen Kryptografie verwendet?

Bei der symmetrischen Kryptografie wird ein einziger Schlüssel verwendet. Zur Verarbeitung der Daten wird an beiden Enden derselbe Schlüssel verwendet, weshalb diese Methode auch als Ein-Schlüssel- oder Shared-Key-Kryptografie bezeichnet wird. Aufgrund der einfacheren mathematischen Operationen, die diesem Ein-Schlüssel-Ansatz zugrunde liegen, ist er schneller als asymmetrische Verfahren, erfordert jedoch, dass beide Parteien den Schlüssel im Vorfeld sicher austauschen.

Was ist der Unterschied zwischen symmetrischer und asymmetrischer Kryptografie?

Bei der symmetrischen Kryptografie wird ein gemeinsamer Schlüssel verwendet, der sowohl vom Absender als auch vom Empfänger genutzt wird, während bei der asymmetrischen Kryptografie ein Schlüsselpaar (ein öffentlicher und ein privater Schlüssel) zum Einsatz kommt. Die symmetrische Kryptografie ist schneller und eignet sich besser für die Verschlüsselung großer Datenmengen sowie für die Authentifizierung; die asymmetrische Kryptografie ist hingegen besser für den Schlüsselaustausch und die Identitätsprüfung über einen unsicheren Kanal geeignet. Eine ausführliche Übersicht finden Sie in unserem Vergleich zwischen symmetrischer und asymmetrischer Kryptografie.

Was sind die gängigsten symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen?

Der heute am weitesten verbreitete symmetrische Algorithmus ist AES (Advanced Encryption Standard), der Schlüssellängen von 128 Bit, 192 Bit und 256 Bit unterstützt. ChaCha20 ist ein weiterer moderner Standard, der wegen seiner Geschwindigkeit geschätzt wird. DES (Data Encryption Standard) war der frühere Standard, gilt jedoch aufgrund seiner kurzen Schlüssellänge von 56 Bit mittlerweile als veraltet.

Ist symmetrische Kryptografie vor Quantencomputern sicher?

Symmetrische Kryptografie gilt als quantenresistenter als asymmetrische Kryptografie. Der Grover-Algorithmus könnte die effektive Schlüsselsicherheit theoretisch um die Hälfte verringern, doch diesem Problem wird durch die Verwendung größerer Schlüsselgrößen wie beispielsweise AES-256 begegnet. Derzeit gibt es keinen effizienten Quantenangriff, der symmetrische Verschlüsselung mit ausreichend großen Parametern knacken könnte.

Warum stellt die Schlüsselverwaltung in der symmetrischen Kryptografie eine Herausforderung dar?

Da beide Parteien denselben Schlüssel benötigen, muss dieser über einen sicheren Kanal ausgetauscht werden, bevor die Kommunikation beginnen kann, und ein abgefangener Schlüssel gefährdet das gesamte System. Diese Herausforderung wächst quadratisch mit der Anzahl der Parteien, da jedes Paar einen eindeutigen Schlüssel benötigt. Zwei Parteien benötigen einen gemeinsamen Schlüssel, zehn Parteien benötigen 45 und zwanzig Parteien benötigen 190.

Wo wird symmetrische Verschlüsselung im Alltag eingesetzt?

Die symmetrische Verschlüsselung schützt die Kommunikation, verschlüsselt auf Geräten gespeicherte Dateien, sichert Web-Browsing-Sitzungen im Rahmen von TLS und bildet die Grundlage für verschlüsselte Messaging-Apps. In den meisten dieser Fälle wird die symmetrische Verschlüsselung für die Verarbeitung großer Datenmengen eingesetzt, während die asymmetrische Verschlüsselung für die anfängliche Schlüsselaufbauphase zuständig ist.

Was ist der Unterschied zwischen Block- und Stromchiffren?

Blockverschlüsselungen verschlüsseln Daten in Blöcken fester Größe, während Stromverschlüsselungen Daten Bit für Bit oder Byte für Byte verschlüsseln. AES ist eine Blockverschlüsselung; ChaCha20 ist eine Stromverschlüsselung. Blockverschlüsselungen kommen in Unternehmensanwendungen häufiger zum Einsatz.

Können symmetrische und asymmetrische Kryptografie zusammenwirken?

Ja, und das ist häufig der Fall. Bei einem kombinierten Ansatz wird mithilfe asymmetrischer Kryptografie sicher ein einmaliger symmetrischer Schlüssel ausgetauscht, mit dem dann die eigentlichen Daten verschlüsselt werden. TLS , VPNs und verschlüsselte Messaging-Apps nutzen alle diese hybride Methode, um ein Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Sicherheit herzustellen.