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Kryptographie 101: Öffentlicher Schlüssel, privater Schlüssel und wie sie zusammenarbeiten

von Bob Ertl updated Oktober 5, 2023 CMMC Compliance

Lesezeit: 8 Minuten

Kryptographie ist ein entscheidender Aspekt der modernen Technologie, der sichere Kommunikation und Datenschutz gewährleistet. Sie beinhaltet die Verwendung von komplexen mathematischen Algorithmen zur Verschlüsselung und Entschlüsselung von Informationen. Im Kern der Kryptographie liegen zwei grundlegende Konzepte: der öffentliche Schlüssel und der private Schlüssel. Das Verständnis, wie diese Schlüssel zusammenarbeiten, ist wesentlich, um die Feinheiten moderner Verschlüsselungstechniken zu begreifen.

Kryptographie ist eine kritische Anforderung, um CMMC-Compliance nachzuweisen. Und obwohl der CMMC-Zertifizierungsprozess mühsam sein kann, kann unsere CMMC 2.0 Compliance-Roadmap dabei helfen.

Verständnis der Kryptographie: Ein kurzer Überblick

Die Kryptographie hat sich im Laufe der Jahrhunderte entwickelt und sich den wechselnden Bedürfnissen der Gesellschaft angepasst. Ihre Bedeutung in der heutigen digitalisierten Welt kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Von Online-Banking bis hin zu sicheren Messaging-Apps, die Kryptographie ist das Rückgrat sicherer Kommunikation.

CMMC 2.0 Compliance Roadmap für DoD Auftragnehmer

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Kryptographie basiert auf den grundlegenden Prinzipien der Vertraulichkeit, Integrität und Authentifizierung. Durch die Verschlüsselung von Daten stellt die Kryptographie sicher, dass nur autorisierte Parteien auf die Informationen zugreifen und diese verstehen können. Sie bietet auch eine Möglichkeit, die Integrität der Daten zu überprüfen und die Identität des Absenders zu authentifizieren.

Warum Kryptographie wichtig ist

In einer Ära, in der Datenverstöße und Cyberangriffe eine ständige Bedrohung darstellen, spielt die Kryptographie eine entscheidende Rolle bei der Sicherung sensibler Informationen. Sie schützt Finanztransaktionen, sichert vertrauliche E-Mails und ermöglicht sicheres Online-Browsing. Ohne Kryptographie wären unsere digitalen Leben unglaublich verwundbar.

Einer der Hauptgründe, warum die Kryptographie in der heutigen digitalen Ära so wichtig ist, ist die zunehmende Abhängigkeit von Technologie für verschiedene Aspekte unseres Lebens. Von Online-Shopping bis zu sozialen Medien, wir teilen ständig persönliche Informationen über das Internet. Ohne eine angemessene Verschlüsselung wären diese Informationen potenziellen Hackern und böswilligen Akteuren ausgesetzt.

Darüber hinaus ist die Kryptographie unerlässlich für den Schutz der Privatsphäre von Einzelpersonen und Organisationen. Sie stellt sicher, dass sensible Daten, wie medizinische Unterlagen oder Geschäftsgeheimnisse, vertraulich bleiben und für nicht autorisierte Personen unzugänglich sind.

Mit dem Fortschritt der Technologie entwickeln sich auch die Methoden, um Verschlüsselungen zu knacken. Kryptographen bemühen sich ständig, stärkere Algorithmen und Verschlüsselungsmethoden zu entwickeln, um potenziellen Angreifern immer einen Schritt voraus zu sein. Dieser ständige Kampf zwischen Kryptographen und Hackern treibt die Innovation im Bereich der Kryptographie voran und führt zur Entwicklung sichererer und robusterer Verschlüsselungstechniken.

Die Grundprinzipien der Kryptographie

Im Kern basiert die Kryptographie auf zwei Arten von Schlüsseln: dem öffentlichen Schlüssel und dem privaten Schlüssel. Diese Schlüssel bilden die Grundlage für sichere Kommunikation und Datenschutz.

Der öffentliche Schlüssel steht jedem zur Verfügung und wird zur Verschlüsselung verwendet. Er ermöglicht es jedem, eine Nachricht zu verschlüsseln, die nur mit dem entsprechenden privaten Schlüssel entschlüsselt werden kann. Dies stellt sicher, dass nur der beabsichtigte Empfänger, der den privaten Schlüssel besitzt, auf die verschlüsselten Informationen zugreifen kann.

Der private Schlüssel hingegen wird geheim gehalten und zur Entschlüsselung verwendet. Er ist nur dem Empfänger bekannt und wird verwendet, um die mit dem öffentlichen Schlüssel empfangene verschlüsselte Nachricht zu entschlüsseln.

Dieses asymmetrische Verschlüsselungsschema bietet eine sichere Methode der Kommunikation, da selbst wenn der öffentliche Schlüssel abgefangen wird, die verschlüsselte Nachricht nicht ohne den privaten Schlüssel entschlüsselt werden kann.

Neben der Verschlüsselung und Entschlüsselung ist das Hashing ein Prozess, der eine Eingabe nimmt und eine feste Zeichenkette erzeugt, die einzigartig für diese Eingabe ist. Diese Technik wird häufig verwendet, um die Integrität von Daten zu überprüfen, da selbst eine kleine Änderung in der Eingabe zu einem völlig anderen Hash-Wert führen würde.

Digitale Signaturen hingegen werden verwendet, um die Identität des Absenders zu authentifizieren und die Integrität der Nachricht zu gewährleisten. Sie beinhalten die Verwendung des privaten Schlüssels des Absenders, um einen Hash-Wert der Nachricht zu verschlüsseln. Der Empfänger kann dann den öffentlichen Schlüssel des Absenders verwenden, um den Hash-Wert zu entschlüsseln und ihn mit dem berechneten Hash-Wert der empfangenen Nachricht zu vergleichen. Wenn die beiden Werte übereinstimmen, gibt dies die Sicherheit, dass die Nachricht nicht manipuliert wurde und tatsächlich vom behaupteten Absender gesendet wurde.

Eintauchen in die Public-Key-Kryptographie

Die Public-Key-Kryptographie, auch bekannt als asymmetrische Kryptographie, ist ein revolutionäres Konzept, das das Feld der Verschlüsselung transformiert hat. Im Gegensatz zur traditionellen symmetrischen Kryptographie, die auf einem gemeinsamen geheimen Schlüssel basiert, verwendet die Public-Key-Kryptographie ein Paar von mathematisch verwandten Schlüsseln: den öffentlichen Schlüssel und den privaten Schlüssel.

Das Konzept des öffentlichen Schlüssels

Ein öffentlicher Schlüssel wird offen geteilt und kann frei verteilt werden. Er wird verwendet, um Daten zu verschlüsseln, die für einen bestimmten Empfänger bestimmt sind. Während der öffentliche Schlüssel zur Verschlüsselung verwendet werden kann, kann er nicht zur Entschlüsselung der verschlüsselten Daten verwendet werden.

Die Public-Key-Kryptographie basiert auf dem Konzept von mathematischen Funktionen, die in einer Richtung leicht zu berechnen sind, aber rechnerisch unumkehrbar sind. Das bedeutet, dass es zwar einfach ist, Daten mit dem öffentlichen Schlüssel zu verschlüsseln, es aber extrem schwierig ist, sie ohne den entsprechenden privaten Schlüssel zu entschlüsseln.

Der öffentliche Schlüssel wird aus dem privaten Schlüssel mit komplexen mathematischen Algorithmen abgeleitet. Diese Algorithmen stellen sicher, dass die Beziehung zwischen den beiden Schlüsseln einseitig ist, d.h. es ist einfach, den öffentlichen Schlüssel aus dem privaten Schlüssel zu berechnen, aber praktisch unmöglich, den privaten Schlüssel aus dem öffentlichen Schlüssel zu berechnen.

Die Rolle des öffentlichen Schlüssels bei der Verschlüsselung

Wenn jemand eine vertrauliche Nachricht an einen Empfänger senden möchte, verwendet er den öffentlichen Schlüssel des Empfängers, um die Nachricht zu verschlüsseln. Einmal mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt, kann nur der entsprechende private Schlüssel, der ausschließlich vom Empfänger gehalten wird, die Nachricht entschlüsseln und ihren Inhalt offenlegen.

Durch die Verwendung eines öffentlichen Schlüssels des Empfängers kann jeder ihnen sichere Nachrichten senden, ohne vorab einen gemeinsamen geheimen Schlüssel festlegen zu müssen. Dies macht die öffentliche Schlüsselkryptographie äußerst effizient für sichere Kommunikation.

Neben der Verschlüsselung ermöglicht die öffentliche Schlüsselkryptographie auch digitale Signaturen. Eine digitale Signatur wird erstellt, indem ein Hash der Nachricht mit dem privaten Schlüssel des Absenders verschlüsselt wird. Der Empfänger kann dann die Echtheit der Nachricht überprüfen, indem er die digitale Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders entschlüsselt und sie mit dem berechneten Hash der empfangenen Nachricht vergleicht.

Dieser Prozess stellt sicher, dass die Nachricht während der Übertragung nicht manipuliert wurde und tatsächlich vom behaupteten Absender gesendet wurde. Digitale Signaturen bieten eine Möglichkeit, die Integrität und Authentizität elektronischer Dokumente zu überprüfen, was die öffentliche Schlüsselkryptographie zu einem unverzichtbaren Werkzeug für sichere Kommunikation und Online-Transaktionen macht.

Die öffentliche Schlüsselkryptographie hat zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich sicherer E-Mail-Kommunikation, sicherem Web-Browsing, digitalen Zertifikaten und sicheren Online-Transaktionen. Sie hat die Art und Weise revolutioniert, wie wir sensible Informationen schützen und die Privatsphäre und Sicherheit unserer digitalen Kommunikation gewährleisten.

Erkundung der privaten Schlüsselkryptographie

Die private Schlüsselkryptographie, auch bekannt als symmetrische Kryptographie oder geheime Schlüsselverschlüsselung, basiert auf einem einzigen gemeinsamen geheimen Schlüssel sowohl für Verschlüsselungs- als auch für Entschlüsselungszwecke. Derselbe Schlüssel wird verwendet, um die Daten am Ende des Absenders zu verschlüsseln und sie am Ende des Empfängers zu entschlüsseln.

Das Konzept des privaten Schlüssels

Ein privater Schlüssel wird geheim gehalten und ist nur dem beabsichtigten Empfänger bekannt. Er wird verwendet, um Daten zu entschlüsseln, die mit dem entsprechenden öffentlichen Schlüssel verschlüsselt wurden.

In der privaten Schlüsselkryptographie spielt der private Schlüssel eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit und Vertraulichkeit der verschlüsselten Informationen. Es handelt sich um eine einzigartige und geheime Information, die vom Empfänger generiert und sicher gespeichert wird. Der private Schlüssel ist mathematisch mit dem entsprechenden öffentlichen Schlüssel verknüpft und bildet ein Schlüsselpaar.

Wenn Daten verschlüsselt und an den Empfänger gesendet werden müssen, verwendet der Absender den öffentlichen Schlüssel des Empfängers, um die Daten zu verschlüsseln. Die verschlüsselten Daten können nur mit dem privaten Schlüssel des Empfängers entschlüsselt werden, der nur dem Empfänger bekannt ist. Dies stellt sicher, dass nur der beabsichtigte Empfänger auf die entschlüsselten Informationen zugreifen und sie lesen kann.

Die Rolle des privaten Schlüssels bei der Entschlüsselung

Die private Schlüsselkryptographie stellt sicher, dass nur autorisierte Empfänger, die den korrekten privaten Schlüssel besitzen, die verschlüsselten Informationen entschlüsseln und darauf zugreifen können. Dies macht sie geeignet für Szenarien, in denen eine kleine Gruppe von vertrauenswürdigen Personen sichere Nachrichten austauschen muss.

Wenn die verschlüsselten Daten den Empfänger erreichen, verwendet der Empfänger seinen privaten Schlüssel, um die Daten zu entschlüsseln. Der private Schlüssel wird auf die verschlüsselten Daten angewendet, wodurch der Verschlüsselungsprozess umgekehrt und die Daten in ihre ursprüngliche Form zurückverwandelt werden. Dies ermöglicht es dem Empfänger, auf die an ihn gesendeten Informationen zuzugreifen und sie zu verstehen.

Die private Schlüsselkryptographie bietet eine sichere und effiziente Methode zur Kommunikation zwischen vertrauenswürdigen Parteien. Die Verwendung eines gemeinsamen geheimen Schlüssels vereinfacht den Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsprozess und macht ihn schneller und praktischer für die Echtzeitkommunikation.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sicherheit der privaten Schlüsselkryptographie stark vom Schutz des privaten Schlüssels selbst abhängt. Wenn der private Schlüssel in die falschen Hände gerät, könnten unbefugte Personen die verschlüsselten Informationen entschlüsseln und darauf zugreifen. Daher ist es unerlässlich, starke Sicherheitsmaßnahmen zu implementieren, um den privaten Schlüssel zu schützen und unbefugten Zugriff zu verhindern.

Abschließend ist die private Schlüsselkryptographie ein grundlegendes Konzept im Bereich der Informationssicherheit. Sie ermöglicht eine sichere Kommunikation und den Austausch von Daten zwischen vertrauenswürdigen Parteien und stellt sicher, dass nur autorisierte Empfänger auf die verschlüsselten Informationen zugreifen und sie entschlüsseln können. Durch das Verständnis der Rolle und Bedeutung von privaten Schlüsseln können Einzelpersonen und Organisationen robuste Sicherheitsmaßnahmen implementieren, um ihre sensiblen Daten zu schützen.

Die symbiotische Beziehung zwischen öffentlichen und privaten Schlüsseln

Die öffentliche Schlüsselkryptographie und die private Schlüsselkryptographie ergänzen sich gegenseitig, um ein robustes System der sicheren Kommunikation zu bieten.

Wie öffentliche und private Schlüssel zusammenarbeiten

Die öffentlichen und privaten Schlüssel sind mathematisch miteinander verbunden, sodass Daten, die mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselt wurden, mit dem entsprechenden privaten Schlüssel entschlüsselt werden können. Diese Beziehung bildet die Grundlage für sichere Kommunikation und Datenschutz.

Der Prozess der Verschlüsselung und Entschlüsselung

Wenn eine vertrauliche Nachricht gesendet wird, verschlüsselt der Absender die Nachricht mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers. Der Empfänger verwendet dann seinen privaten Schlüssel, um die Nachricht zu entschlüsseln und ihren Inhalt anzusehen. Dieser Prozess stellt sicher, dass nur der beabsichtigte Empfänger auf die sensiblen Informationen zugreifen kann.

Gängige Algorithmen in der öffentlichen und privaten Schlüsselkryptographie

Es werden verschiedene Algorithmen in der öffentlichen und privaten Schlüsselkryptographie verwendet, um eine sichere Verschlüsselung und Entschlüsselung zu gewährleisten.

RSA-Algorithmus: Eine beliebte Wahl

Der RSA-Algorithmus, benannt nach seinen Erfindern Ron Rivest, Adi Shamir und Leonard Adleman, wird weitgehend in der modernen Kryptographie verwendet. Er verwendet große Primzahlen und modulare Arithmetik zur Verschlüsselung und Entschlüsselung von Daten. Die Sicherheit von RSA liegt in der Schwierigkeit, große Primzahlen zu faktorisieren.

Verständnis des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs

Der Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch-Algorithmus ermöglicht es zwei Parteien, sicher einen gemeinsamen geheimen Schlüssel über einen unsicheren Kanal zu etablieren. Er ist ein wichtiger Bestandteil von sicheren Kommunikationsprotokollen, wie SSL/TLS, und stellt sicher, dass zwischen den Parteien ausgetauschte Daten vertraulich bleiben.

Kiteworks hilft Organisationen, sensible Inhalte mit erstklassiger Verschlüsselung zu schützen

Kryptographie ist ein faszinierendes Feld, das die Sicherheit unseres digitalen Lebens untermauert. Öffentliche und private Schlüsselkryptographie arbeiten Hand in Hand, um sichere Kommunikation und Datenschutz zu gewährleisten. Indem wir die Prinzipien und Algorithmen hinter der Kryptographie verstehen, können wir die Anstrengungen schätzen, die unternommen werden, um unsere digitale Welt sicher zu halten.

Das Private Content Network von Kiteworks, eine FIPS 140-2 Level validierte sichere Filesharing- und Managed-File-Transfer-Plattform, konsolidiert E-Mails, Filesharing, Web-Formulare, SFTP und Managed File Transfer, sodass Organisationen jede Datei kontrollieren, schützen und verfolgen können, sobald sie die Organisation betritt und verlässt.

Kiteworks bietet robuste Verschlüsselungsfunktionen, um die Sicherheit und Integrität der Daten einer Organisation zu gewährleisten. Kiteworks E-Mails werden automatisch und nahtlos verschlüsselt und entschlüsselt, und Empfänger verwenden ihre nativen E-Mail-Konten. Alle Dateien durchlaufen eine Integritätsprüfung mit einem digitalen MD5-Hash-Fingerabdruck und alle Inhalte werden über eine verschlüsselte SSL-Verbindung gesendet, mit der Möglichkeit, TLS 1.0 oder 1.1 für eine verbesserte Sicherheit zu deaktivieren.

Kiteworks bietet auch FIPS 140-2 zertifizierte Verschlüsselung, nachdem es die strenge US-Regierungs-NIST-Validierung bestanden hat. Kiteworks FedRAMP-Bereitstellung macht immer Gebrauch von dieser Verschlüsselung.

Verschlüsselung ist eine Schlüsselanforderung für Verteidigungsunternehmen und Subunternehmer, die CMMC-Konformität nachweisen müssen, um weiterhin mit dem US-Verteidigungsministerium (DoD) zusammenzuarbeiten. Kiteworks unterstützt fast 90% der CMMC 2.0 Level 2 Anforderungen out of the box. Als Ergebnis können DoD-Auftragnehmer und Subunternehmer ihren CMMC 2.0 Level 2 Akkreditierungsprozess beschleunigen, indem sie sicherstellen, dass sie die richtige Plattform für sensible Inhaltskommunikation haben.

Mit Kiteworks vereinigen DoD-Auftragnehmer und Subunternehmer ihre sensiblen Inhaltskommunikationen in einem dedizierten Private Content Network und nutzen automatisierte Richtlinienkontrollen und Tracking- und Cybersicherheitsprotokolle, die mit den CMMC 2.0 Praktiken übereinstimmen.

Kiteworks ermöglicht eine schnelle CMMC 2.0 Konformität mit Kernfähigkeiten und Funktionen, einschließlich:

Zertifizierung mit wichtigen US-Regierungsstandards und Anforderungen, einschließlich SSAE-16/SOC 2, NIST SP 800-171 und NIST SP 800-172
FIPS 140-2 Level 1 Validierung
FedRAMP Autorisiert für Moderate Impact Level CUI
AES 256-Bit-Verschlüsselung für Daten im Ruhezustand, TLS 1.2 für Daten während der Übertragung und alleiniger Besitz des Verschlüsselungsschlüssels

Die Bereitstellungsoptionen von Kiteworks umfassen On-Premises, gehostet, privat, hybrid und FedRAMP virtuelle private Cloud. Mit Kiteworks: Kontrollieren Sie den Zugang zu sensiblen Inhalten; schützen Sie diese, wenn sie extern mit automatisierter Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, mehrstufiger Authentifizierung und Sicherheitsinfrastrukturintegrationen geteilt werden; sehen, verfolgen und berichten Sie alle Dateiaktivitäten, nämlich wer was an wen, wann und wie sendet. Demonstrieren Sie schließlich die Einhaltung von Vorschriften und Standards wie DSGVO, HIPAA, CMMC, Cyber Essentials Plus, IRAP und viele andere.

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