Kryptoanalyse in der Kryptographie – das verbirgt sich dahinter

Kryptoanalyse in der Kryptographie – die Kunst des Entschlüsselns

Mit Hackern wird häufig das Bild des Code-knackenden Cyberkriminellen in Verbindung gebracht. Tatsächlich haben sich einige Hacker darauf spezialisiert, mittels Kryptoanalyse an Informationen zu gelangen. Sowohl private Nutzer als auch Unternehmen stellen mit Softwarelösungen wie McAfee Total Protection 2022 sicher, dass Daten erst gar nicht in die falschen Hände geraten können. Doch was ist Kryptoanalyse und welche Arten von Chiffren sind geläufig?

Was ist Kryptoanalyse?

Die Kryptoanalyse, teilweise auch als Kryptanalyse bezeichnet, beschreibt das nähere Betrachten und Analysieren von Methoden sowie Techniken, die verwendet werden, um Informationen zu verschlüsseln. Es geht darum, zu verstehen, wie das Verschlüsselungssystem funktioniert. Das Ziel ist entweder das Erhalten des Schlüssels oder der Daten in einer lesbaren Form. Kryptoanalyse wird allgemein mit dem Codeknacken gleichgesetzt. Der Chiffretext bzw. Geheimtext ist im Regelfall einfach zu erhalten und daher die Basis für die Kryptoanalyse. Sogenannte Kryptoanalytiker können teilweise mehrere Angriffsmodelle anwenden, um wertvolle Daten zu entschlüsseln.

Historische Chiffren – die ersten Geheimtexte

Historische Stift- und Papierchiffren werden manchmal als klassische Chiffren bezeichnet. Im Allgemeinen werden sie nicht als eigenständige Verschlüsselungslösung eingesetzt, da sie mit einem geringen Aufwand geknackt werden können. Unter anderem Substitutionschiffre und Transpositionschiffre blicken auf eine lange Tradition zurück. Wer verstehen möchte, wie Kryptoanalytiker bei der Entschlüsselung von Daten vorgehen, kommt an der Definition der einzelnen Geheimtextarten nicht vorbei.

Was ist Substitutionschiffre?

Bei der Substitutionschiffre handelt es sich um ein einfaches Verschlüsselungsverfahren. Die Zeichen eines Wortes werden durch Chiffrezeichen ersetzt, die zuvor den verschiedenen Buchstaben des Alphabets zugeordnet wurden.

Das Prinzip kann am besten anhand eines Beispiels verstanden werden. Dem Klartext-Alphabet (ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ) kann beispielsweise das folgende Geheimtext-Alphabet zugeordnet sein:

XCFNITKJUOLBPDAHSGQMZVWERY

Anstelle von A greift der Buchstabe X, der Buchstabe B ist mit C gleichzusetzen, C wird durch F ersetzt – und so weiter. BestSoftware lautet demnach in chiffrierter Form: CIQMQATMWXGI

Verschiedene mathematische Funktionen und Tools können dabei helfen, eine Substitutionschiffre zu entschlüsseln. Spezielle Programme unternehmen in einer enormen Geschwindigkeit mehrere Entschlüsselungsversuche, bis Wörter als Ergebnis ausgeworfen werden, die in einem Wörterbuch gefunden werden können.

Was ist Transpositionschiffre?

Zu den ältesten bekannten Chiffrierverfahren gehört die Transposition. Bei dem Verschlüsselungsverfahren werden die Positionen von Klartexteinheiten nach einem bestimmten System verschoben. Der Chiffretext stellt eine Permutation des Klartextes dar. Die eigentlichen Klartextalphabete werden bei dem kryptografischen Algorithmus nicht berücksichtigt.

Ein einfaches Beispiel für eine Transpositionschiffre ist die spaltenweise Transpositionschiffre, bei der jedes Zeichen im Klartext horizontal mit einer bestimmten Alphabetbreite geschrieben wird. Die Chiffre wird vertikal geschrieben, wodurch ein völlig anderer Chiffriertext entsteht.

BestSoftware kann wie folgt in eine Transpositionstabelle übertragen werden:

Die Klartextzeichen werden horizontal platziert und der Chiffretext vertikal ausgelesen. Demnach lautet der Chiffretext: BtfaeStrsowe

Blockchiffre – die Grundlage moderner Verschlüsselung

Wenn ein Textblock über einen deterministischen Algorithmus zusammen mit einem symmetrischen Schlüssel verschlüsselt wird, wird von einer Blockchiffre gesprochen. Blockchiffren verschlüsseln 128-Bit-Blöcke mit einem Schlüssel vorgegebener Länge: 128, 192 oder 256 Bit. Eine 128-Bit-Blockchiffre bringt 128 Bit Klartext und verschlüsselt sie in 128 Bit Chiffretext. Wenn die Klartextmenge in diesem Beispiel weniger als 128 Bit beträgt, verwendet die Chiffre verschiedene Methoden zum Ausgleichen der Differenz.

Blockchiffren haben den Vorteil einer hohen Diffusion und einer starken Manipulationssicherheit ohne Erkennung. Sie haben den Nachteil einer langsameren Verschlüsselungsgeschwindigkeit, da der gesamte Block für die Verschlüsselung/Entschlüsselung erfasst werden muss. AES ist die führende Blockchiffre, die zum Verschlüsseln eng gespeicherter Daten verwendet wird. Cyberkriminellen ist es nahezu unmöglich, eine sichere AES-Verschlüsselung zu knacken, da selbst ein Vergleich von Klartext und Chiffretext nicht ausreicht, um den Verschlüsselungsschlüssel zu erhalten.

Unter anderem die Betriebssysteme Windows 10 und Windows 11 gestatten über das Feature BitLocker gespeicherte Daten auf lokalen, festen und Wechsel-Datenträgern zu schützen. Dieses Ziel wird erreicht, indem die Daten über eine schwer zu knackende AES-Verschlüsselung verschlüsselt werden. Auch Serverbetriebssysteme wie Windows Server 2019 und Windows Server 2022 setzen auf die Stärken der Blockverschlüsselungsmethode.

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