Teil I Aufbau und Betrieb einer Zertifizierungsinstanz - DFN-CERT

8 Kapitel 2. Theoretische Grundlagen
Briefkastens herangezogen. Der Absender kann eine Nachricht hineinwerfen (= verschlüsseln), sie
aber nicht mehr wieder herausholen (= entschlüsseln). Das kann nur der Inhaber des passenden
„privaten“ Schlüssels zu diesem Briefkasten – eben der Inhaber des Secret Keys. Aufgrund der unterschiedlichen
Schlüssel, die zum Ver- und zum Entschlüsseln verwendet werden, spricht man statt
von Public-Key-Verschlüsselung gelegentlich auch von „asymmetrischer“ Verschlüsselung.
Auf diese Weise muß nur jeder seinen öffentlichen Schlüssel bekannt geben, und schon können ihm
alle Leute, auch wildfremde, die ihm nie zuvor persönlich begegnet sind, verschlüsselt und damit
vertraulich Nachrichten zukommen lassen. Das ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber allen Verfahren,
die man bis dahin kannte, bei denen jedes Sender-Empfänger-Paar einen separaten Schlüssel
ausmachen mußte – bei einer größeren Zahl von Kommunikationsteilnehmern ein fast unlösbares
Unterfangen. Bei den Public-Key-Verfahren hingegen ist es egal, ob 10 oder 10 000 Menschen miteinander
kommunizieren wollen, jeder muß nur (s)einen öffentlichen Schlüssel bekannt geben, quasi
seinen „Briefkasten aufhängen“, um in diesem Bild zu bleiben.
Es gibt dabei nun nur ein kleines, anderes Problem: Woran erkennt man, ob ein Briefkasten wirklich
zu demjenigen gehört, dessen Name darauf prangt? Oder, auf die Verschlüsselung bezogen:
Wie kann ein Absender einer Nachricht sicher sein, daß er wirklich den authentischen öffentlichen
Schlüssel des beabsichtigten Empfängers vorliegen hat und nicht irgendeinen anderen Schlüssel,
den ihm jemand untergeschoben hat? Bei einer großen Zahl von (potentiellen) Kommunikationsteilnehmern
kann man sich nicht mehr mit jeder oder jedem persönlich treffen, um den öffentlichen
Schlüssel des jeweils anderen sozusagen „aus erster Hand“ zu erhalten. Man spricht in diesem Zusammenhang
auch vom „Schlüsselverteilungsproblem“, das sich glücklicherweise durch organisatorische
Vorkehrungen stark reduzieren läßt (s. 2.3).
Ungünstigerweise sind die Rechenoperationen, auf denen Public-Key-Verfahren üblicherweise aufbauen,
sehr aufwendig und dieses Verfahren entsprechend langsam, besonders, wenn längere Nachrichten
damit verschlüsselt werden sollen. Auch lassen sich die Grundoperationen für Public-Key-
Verfahren, das Rechnen mit sehr großen Zahlen (mehr als 100 Stellen), nicht so gut auf einem
Mikroprozessor ausführen wie die Basisoperationen, aus denen einige der besten herkömmlichen,
symmetrischen Verschlüsselungsverfahren aufgebaut sind. (Beispiele für bekannte Vertreter dieser
Verfahren sind der Data Encryption Standard, DES, und der International Data Encryption Algorithm,
IDEA [DES77, LM91].) Um nun den Vorteil der Public-Key-Verschlüsselung – einfachere
Schlüsselverteilung – mit den Vorzügen der symmetrischen Verschlüsselung – sehr schnell und besonders
effizient in Hardware realisierbar – zu kombinieren, bedient man sich einer Kombination
aus beiden: Es wird ein zufälliger Sitzungsschlüssel (session key, quasi ein „Einmal-Schlüssel“) erzeugt,
der nur für die symmetrische Verschlüsselung einer einzigen Nachricht verwendet wird. Die
vertraulich zu übermittelnde Nachricht wird z.B. mit DES unter diesem Sitzungsschlüssel chiffriert.
Der Sitzungsschlüssel selber ist typischerweise nur wenige Bytes groß und wird nun wiederum selber
mittels asymmetrischer Verschlüsselung unter Verwendung des Public-Keys der beabsichtigten
Empfängerin der Nachricht verschlüsselt. (Das geht trotz Public-Key-Verschlüsselung schnell, weil
der Session-Key so kurz ist.) Beide verschlüsselten Informationen, der Chiffretext der ursprünglichen
Nachricht und der des zu ihrer Verschlüsselung verwendeten Einmalschlüssels, werden nun zusammen
an die Empfängerin übermittelt. Diese entschlüsselt zuerst den Public-Key-verschlüsselten
Session-Key, wozu sie ihren geheimen Schlüssel benutzt. Keine andere Person, auch kein „Lauscher“,
könnte auf diese Weise den Sitzungsschlüssel ermitteln, da ja – sorgfältigen Umgang mit