Schlüssel (Kryptologie)

Bedeutung und Arten von Schlüsseln

Ein Schlüssel ist in der Kryptologie eine Information, die einen kryptographischen Algorithmus parametrisiert und dadurch steuert. Er ist die zentrale Komponente, um einen Geheimtext zu entschlüsseln und wieder Klartext zu gewinnen.

Bei klassischen symmetrischen Verfahren wie der Vigenère-Chiffre oder dem Playfair-Verfahren ist der Schlüssel meist ein Kennwort. Es wird sowohl zum Verschlüsseln eines Klartexts als auch zum anschließenden Entschlüsseln des Geheimtexts verwendet. Bei modernen computerbasierten symmetrischen und asymmetrischen Verfahren besteht ein Schlüssel dagegen meist aus einer Bitfolge.

Bei Maschinenschlüsseln können zwei Teilschlüssel unterschieden werden: Der Tagesschlüssel oder innere Schlüssel gilt für einen bestimmten Zeitraum, oft einen Tag. Der Spruchschlüssel oder äußere Schlüssel wechselt für jede einzelne Nachricht. Erst beide zusammen bilden den kryptographisch wirksamen Schlüssel.

Schwache Schlüssel können die Sicherheit eines Verfahrens beeinträchtigen. Idealerweise besitzt ein Verschlüsselungsalgorithmus keine schwachen Schlüssel. Selbst der gegen Ende des 20. Jahrhunderts über mehrere Jahrzehnte weit verbreitete Data Encryption Standard (DES) ist jedoch nicht vollständig frei davon. Bei der Caesar-Verschlüsselung wäre etwa die Verschiebung um 26 Buchstaben ein extremer schwacher Schlüssel: Geheimtext und Klartext wären dann identisch.

Grundprinzip der Sicherheit

Auguste Kerckhoffs formulierte 1883 die Maxime, dass die Sicherheit eines kryptographischen Verfahrens nicht auf der Geheimhaltung des Algorithmus beruhen darf, sondern allein auf der Geheimhaltung des verwendeten Schlüssels. Dies wird Kerckhoffs’ Prinzip genannt.

Bei symmetrischen Verfahren ist der gemeinsame Schlüssel die geheime Information; der Algorithmus selbst soll öffentlich bekannt sein. Bei asymmetrischen Verfahren, auch Public-Key-Kryptographie genannt, bleibt dagegen der private Schlüssel geheim. Der zugehörige öffentliche Schlüssel darf allgemein bekannt sein.

Gemeinsamer Schlüssel bei symmetrischen Verfahren

Bei symmetrischen Verfahren verwenden beide Kommunikationspartner denselben geheimen Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Dazu gehören alle klassischen Methoden der Kryptographie sowie moderne Algorithmen wie DES und dessen Nachfolger Advanced Encryption Standard (AES).

Klassische, von Hand ausgeführte Verfahren nutzen fast immer ein Kennwort. Moderne computerbasierte symmetrische Verfahren verwenden zumeist Bitfolgen.

Die Sicherheit hängt neben dem Algorithmus von der Schlüssellänge ab. Als Brute-Force-Methode bezeichnet man das Ausprobieren aller möglichen Schlüssel. Wird ein effizienterer Angriff gefunden, gilt das Verfahren als gebrochen. Bei einem sicheren Verfahren gibt die Schlüssellänge daher direkt das Sicherheitsniveau an.

Schlüsselpaare bei asymmetrischen Verfahren

Asymmetrische Verfahren wie das RSA-Kryptosystem verwenden ein Schlüsselpaar aus öffentlichem Schlüssel (public key) und privatem beziehungsweise geheimem Schlüssel (private key).

Der öffentliche Schlüssel ist nicht geheim und soll vielen anderen Benutzern bekannt sein, zum Beispiel über Schlüsselserver. Mit ihm lassen sich Nachrichten verschlüsseln und digitale Unterschriften prüfen. Er muss eindeutig einem Benutzer zugeordnet werden können. Andernfalls könnte eine Nachricht mit dem öffentlichen Schlüssel einer falschen Person verschlüsselt werden, die sie dann lesen könnte.

Zur eindeutigen Benennung eines Schlüssels kann ein Fingerabdruck verwendet werden, also ein kurzer Hashwert, der den Schlüssel eindeutig identifiziert. Schlüssel können außerdem von einer vertrauenswürdigen Stelle zertifiziert werden. Das System zur Ausstellung, Verteilung und Prüfung digitaler Zertifikate mit öffentlichen Schlüsseln heißt Public-Key-Infrastruktur.

Zum Entschlüsseln eines Geheimtexts oder zum Signieren einer Nachricht wird der private Schlüssel benötigt. Anders als bei symmetrischen Verfahren teilt ihn kein Benutzer mit anderen: Nur ein Benutzer besitzt ihn. Dadurch kann eine Signatur eindeutig diesem Benutzer zugeordnet werden. Voraussetzung ist, dass der private Schlüssel nicht aus dem öffentlichen Schlüssel abgeleitet werden kann.