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Hybride Verschlüsselung Oberstufe ​

Asymmetrische Verfahren lösen das Schlüsseltauschproblem, sind aber langsam. Symmetrische Verfahren sind schnell, haben aber das Schlüsseltauschproblem. Die Lösung in der Praxis: beides kombinieren.

Vergleich ​

VerfahrenGrundideeVorteileNachteileSchutzziele
symmetrisch (z. B. AES)ein gemeinsamer geheimer Schlüsselsehr schnell, gut für große DatenmengenSchlüsseltausch schwierig, viele Schlüssel bei vielen PartnernVertraulichkeit
asymmetrisch (z. B. RSA)Schlüsselpaar aus öffentlichem und privatem Schlüsselkein geheimer Austausch nötig, Grundlage für Signaturenlangsam, rechenintensivVertraulichkeit; mit Signaturen auch Integrität und Authentizität
hybridasymmetrisch einen Sitzungsschlüssel übertragen, Daten dann symmetrisch verschlüsselnsicherer Schlüsseltausch und hohe Geschwindigkeitkomplexer, beide Verfahren müssen korrekt zusammenspielenVertraulichkeit; mit Zertifikaten auch Integrität und Authentizität

Ablauf ​

Merke: Hybride Verschlüsselung

  1. Bob erzeugt ein Schlüsselpaar (öffentlich/privat).
  2. Bob veröffentlicht seinen öffentlichen Schlüssel.
  3. Alice möchte Bob eine Nachricht senden. Sie erzeugt einen zufälligen symmetrischen Sitzungsschlüssel, der nur für diese Sitzung gilt.
  4. Alice verschlüsselt ihre Nachricht mit dem Sitzungsschlüssel (schnell, z. B. AES).
  5. Alice verschlüsselt den Sitzungsschlüssel mit Bobs öffentlichem Schlüssel.
  6. Alice sendet beides: verschlüsselte Nachricht und verschlüsselten Sitzungsschlüssel.
  7. Bob entschlüsselt zuerst den Sitzungsschlüssel mit seinem privaten Schlüssel.
  8. Mit dem Sitzungsschlüssel entschlüsselt Bob die Nachricht.
text
Alice                                                   Bob
─────                                                   ───
Nachricht ──[AES mit Sitzungsschlüssel]──► Geheimtext ─────────► [AES] ──► Nachricht
                                                                  ▲
Sitzungsschlüssel ──[RSA mit Bobs öff. Schlüssel]──► ─────► [RSA mit Bobs priv. Schlüssel]

Im Alltag

Jedes Mal, wenn du eine Website über HTTPS öffnest, passiert genau das: Browser und Server handeln per asymmetrischer Kryptographie einen Sitzungsschlüssel aus, und der eigentliche Datenverkehr läuft symmetrisch verschlüsselt (TLS). Auch ein VPN verschlüsselt den Transportweg auf ähnliche Weise.

Aufgabe ​

Bringe die acht Schritte oben ohne nachzusehen in die richtige Reihenfolge und zeichne dazu eine eigene Skizze mit Alice, Bob und den drei Schlüsseln.