Hybride Verschlüsselung

Grundprinzip und Nutzen

Hybride Verschlüsselung kombiniert symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung. Der Sender erzeugt dafür einen zufälligen symmetrischen Schlüssel, den Session-Key beziehungsweise Sitzungsschlüssel. Er verschlüsselt die zu schützenden Daten symmetrisch mit diesem Schlüssel und verschlüsselt anschließend den Session-Key asymmetrisch mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers.

Das Verfahren löst das Schlüsselverteilungsproblem und behält den Geschwindigkeitsvorteil der symmetrischen Verschlüsselung bei.

Vergleich der Verfahren

Bei der symmetrischen Verschlüsselung verwenden alle Kommunikationspartner denselben geheimen Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Sie ist auch bei großen Datenmengen sehr schnell. Allerdings müssen sich die Partner vor dem Senden auf einen geheimen Schlüssel einigen; dafür ist ein sicherer Kommunikationskanal nötig, etwa ein Kurier.

Bei der asymmetrischen Verschlüsselung besitzt jeder Kommunikationspartner ein eigenes Schlüsselpaar: einen öffentlichen Verschlüsselungsschlüssel und einen geheimen Entschlüsselungsschlüssel. Sie ist sehr langsam und daher nur für sehr kleine Datenmengen geeignet. Zum Verschlüsseln genügt jedoch der öffentliche Schlüssel, der über einen authentifizierten Kanal übermittelt werden kann.

Hybride Verfahren verschlüsseln große Datenmengen schnell symmetrisch und nutzen die asymmetrische Verschlüsselung nur für den kleinen Sitzungsschlüssel. Vor dem Senden muss kein geheimer Schlüssel ausgetauscht werden; die Kenntnis des öffentlichen Schlüssels des Empfängers reicht aus.

Schlüsselverwaltung und Verschlüsselung

Die Schlüsselverwaltung erfolgt asymmetrisch. Jeder Empfänger erzeugt ein Schlüsselpaar, und die Kommunikationspartner tauschen ihre öffentlichen Schlüssel aus. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein öffentlicher Schlüssel tatsächlich zum jeweiligen Teilnehmer gehört. Das Problem des sicheren, also vertraulichen und authentifizierten, Schlüsselaustauschs wird dadurch auf einen authentifizierten Schlüsselaustausch reduziert.

Ein Teilnehmer verwendet sein asymmetrisches Schlüsselpaar in der Regel über längere Zeit. Für jeden Verschlüsselungsvorgang wird dagegen ein neuer Session-Key erzeugt, der nur für diese Sitzung gilt. Werden Sitzungsschlüssel verschiedener Sitzungen unabhängig voneinander verwendet, gefährdet das Bekanntwerden eines Sitzungsschlüssels nur die Sicherheit einer einzigen Sitzung.

Beispiel: Alice erzeugt ein unverschlüsseltes Dokument und einen symmetrischen Session-Key. Sie verschlüsselt das Dokument mit diesem Session-Key und verschlüsselt anschließend den Session-Key mit Bobs öffentlichem Schlüssel. Das verschlüsselte Dokument und der verschlüsselte Session-Key werden an Bob gesendet. Die Nutzdaten werden symmetrisch verschlüsselt, weil dies schnell ist; der kleine Session-Key wird asymmetrisch verschlüsselt, weil die langsame Rechengeschwindigkeit dabei nicht ins Gewicht fällt und die Schlüsselverwaltung geregelt ist.

Entschlüsselung und Einsatz

Bob erhält das verschlüsselte Dokument und den verschlüsselten Session-Key. Zuerst entschlüsselt er den Session-Key asymmetrisch mit seinem geheimen Schlüssel. Mit dem so erhaltenen Session-Key entschlüsselt er anschließend das Dokument symmetrisch.

Hybride Verschlüsselungsverfahren werden bei den Netzwerkprotokollen IPsec und TLS/SSL sowie zur Verschlüsselung von E-Mails mit PGP oder GPG verwendet.