Kryptographie Grundlagen und Verschlüsselungsarten

Kryptographie: Die Wissenschaft der Verschlüsselung von Informationen, um diese vor unbefugtem Zugriff zu schützen.
Verschlüsselung: Der Prozess der Umwandlung von Klartext (lesbare Information) in Geheimtext (Chiffre), sodass Unbefugte den Inhalt nicht verstehen oder lesen können.
Entschlüsselung: Der umgekehrte Prozess der Verschlüsselung, bei dem der Geheimtext wieder in den ursprünglichen Klartext zurückverwandelt wird.
Schlüssel: Eine geheime Information, die sowohl für die Ver- als auch für die Entschlüsselung verwendet wird. Die Sicherheit der Verschlüsselung hängt maßgeblich von der Geheimhaltung des Schlüssels ab.
Angriff: Ein Versuch, eine verschlüsselte Nachricht ohne Kenntnis des Schlüssels zu entschlüsseln. Dies kann durch verschiedene Methoden wie Brute-Force oder Kryptoanalyse erfolgen.

Prinzip: Verwendet denselben Schlüssel sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung.
Vorteil: In der Regel schneller und effizienter als asymmetrische Verschlüsselung.
Nachteil: Erfordert einen sicheren Kanal für den Schlüsselaustausch zwischen Sender und Empfänger.
Beispiel: Caesar-Verschlüsselung (historisch), Advanced Encryption Standard (AES) (modern).

Prinzip: Verwendet ein Schlüsselpaar, bestehend aus einem öffentlichen Schlüssel (zum Verschlüsseln) und einem privaten Schlüssel (zum Entschlüsseln).
Öffentlicher Schlüssel: Kann frei verteilt werden, da er nur zum Verschlüsseln verwendet wird.
Privater Schlüssel: Muss geheim gehalten werden, da er zum Entschlüsseln benötigt wird.
Vorteil: Erleichtert den Schlüsselaustausch, da der öffentliche Schlüssel öffentlich zugänglich ist.
Nachteil: In der Regel langsamer als symmetrische Verschlüsselung.
Beispiel: RSA-Verfahren, Elliptic Curve Cryptography (ECC).

Beschreibung: Eine der einfachsten Formen der Substitutionschiffre.
Funktionsweise: Jeder Buchstabe im Klartext wird im Alphabet um eine feste Anzahl von Positionen verschoben.
Beispiel: Bei einer Verschiebung um +3 wird A zu D, B zu E, C zu F usw.
Mathematische Darstellung: $C = (P + K) \mod 26$ , wobei C der verschlüsselte Buchstabe, P der Klartextbuchstabe und K der Schlüssel (die Verschiebung) ist.
Schwäche: Sehr leicht zu knacken.
- Häufigkeitsanalyse: Da die Buchstabenhäufigkeit in der verschlüsselten Nachricht der im Klartext entspricht, nur verschoben, kann man durch Analyse der häufigsten Buchstaben den Schlüssel erraten.
- Brute-Force: Bei einem Alphabet von 26 Buchstaben gibt es nur 25 mögliche Verschiebungen, die man leicht durchprobieren kann.

Prinzip: Ersetzt jedes Zeichen im Klartext durch ein anderes Zeichen gemäß einem festgelegten Muster.
Einfache Substitution (Monoalphabetisch): Jeder Buchstabe wird immer durch denselben anderen Buchstaben ersetzt. Beispiel: A wird immer zu X, B wird immer zu Y usw.
Polyalphabetische Substitution: Mehrere Alphabete werden abwechselnd verwendet, um die Häufigkeitsanalyse zu erschweren. Ein bekanntes Beispiel ist die Vigenère-Chiffre.
Vigenère-Chiffre: Verwendet ein Schlüsselwort, um verschiedene Caesar-Verschiebungen auf verschiedene Buchstaben des Klartexts anzuwenden.
Vorteil: Schwerer zu knacken als die einfache Caesar-Verschlüsselung, insbesondere bei polyalphabetischen Chiffren.
Schwäche: Kann durch Kryptoanalyse geknackt werden, wenn Muster im Schlüssel oder in der Anwendung der Substitution erkannt werden.

Chiffre: Der verschlüsselte Text, der aus der Anwendung eines Verschlüsselungsverfahrens auf den Klartext resultiert.
Klartext: Der ursprüngliche, lesbare Text, bevor er verschlüsselt wird.
Kryptoanalyse: Die Kunst und Wissenschaft des Knackens von Verschlüsselungen, d.h. der Versuch, den Klartext aus dem Geheimtext ohne Kenntnis des Schlüssels wiederherzustellen.