FAQ Verschlüsselung

Was Sie über PGP, SSL, RSA und Co wissen sollten

09.10.2017

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Dr. Klaus Manhart hat an der LMU München Logik/Wissenschaftstheorie studiert. Seit 1999 ist er freier Fachautor für IT und Wissenschaft und seit 2005 Lehrbeauftragter an der Uni München für Computersimulation. Schwerpunkte im Bereich IT-Journalismus sind Internet, Business-Computing, Linux und Mobilanwendungen.

Was ist PGP-Verschlüsselung?

Die bekannteste Software zur Verschlüsselung von Daten aller Art ist PGP. Der amerikanische Physiker Phil Zimmermann entwickelte 1991 unter dem Namen Pretty Good Privacy (PGP) eine RSA-Verschlüsselung für die breite Öffentlichkeit, die er im Usenet veröffentlichte. Neu bei diesem Verfahren war die Möglichkeit, eine E-Mail mit einer digitalen Unterschrift zu unterzeichnen, die den Urheber der Nachricht eindeutig ausweist.

Unter anderem wegen der undurchsichtigen Situation in der Zeit, in der PGP im Eigentum des Softwareunternehmens McAfee war, wurde 1998 der OpenPGP-Standard entwickelt. OpenPGP basiert auf dem Quellcode von PGP 5.x, der wegen damaliger Exportbestimmungen in den USA als Buchform exportiert wurde. Diese Bestimmungen sahen vor, dass Verschlüsselungen über 40 Bit verboten waren. Weiterhin waren die in PGP verwendeten Algorithmen wie RSA patentiert. Außerdem gab es falsche Gerüchte, es würden Hintertüren in PGP existieren.

Die Freeware-Variante von Pretty Good Privacy, OpenPGP, wird unter anderem von GnuPG mit dem Zertifikatsmanager Kleopatra verwendet. Nach einer einmaligen Konfiguration verschlüsseln Sie dann damit Ihre Mails.

Das unter der GNU-GPL stehende Programm GnuPG war die erste Implementierung von OpenPGP und wurde als freie Alternative zu PGP entwickelt. Mittlerweise gibt es viele Erweiterungen des OpenPGP-Standards, die über den Funktionsumfang von PGP hinausgehen.

Was ist SSL-Verschlüsselung für Datenübertragung im Internet?

Verschlüsselte Datenübertragung wird im Web meist durch SSL-Verschlüsselung (Secure Sockets Layer) zwischen Web-Browser und Server implementiert. Das SSL-Protokoll wird seit Version 3 unter dem neuen Namen TLS weiterentwickelt und standardisiert und sichert nur den reinen Transportweg ab; der Server selbst entschlüsselt die Daten beim Empfang und legt sie im Dateisystem ab.

TLS-Verschlüsselung wird heute vor allem mit https eingesetzt, das Kommunikationsprotokoll für die sichere Datenübertragung im Web. Wird etwa SSL beim Zugriff auf WWW-Seiten verwendet, dann werden genau dieselben Elemente des http-Protokolls verwendet, mit denen man auch sonst auf einen WWW-Server zugreift, nur wird zusätzlich der gesamte Verkehr verschlüsselt; der Protokollname "https" statt "http", der am Anfang des URL steht, bezeichnet also nicht ein anderes Protokoll, sondern die zusätzliche Verschlüsselung.

Die meisten Webserver unterstützen TLS 1.0, viele auch SSLv2 und SSLv3 mit einer Vielzahl von Verschlüsselungsmethoden, fast alle Browser und Server setzen jedoch bevorzugt TLS mit RSA- und AES-Verschlüsselung ein. SSL kommt zudem unter anderem bei E-Mail-Servern, internetbasierten Anwendungen und der Kommunikation zwischen Servern zur Anwendung.

Was ist MLS?

Messaging-Layer-Security (MLS) ist ein offener kryptografischer Protokollstandard mit Ende-zu-Ende-Verschlüsselung, der im Hinblick auf sicheren Nachrichtenaustausch in kleinen und großen Gruppen erforscht wird. Ziel des Projektes ist es, einen Standard zu haben, der von der gesamten Industrie verwendet werden kann - ähnlich wie es bei TLS der Fall ist.

Anfang 2018 gründete sich eine Arbeitsgruppe der Internet Engineering Task Force (IETF) um das Protokoll zu entwickeln. Angestoßen wurde die Initiative bereits bei einem IETF-Meeting im Sommer 2016 unter anderem vom Schweizer Messaging-Anbieter Wire sowie Firefox-Betreiber Mozilla und Cisco, berichtet Raphael Robert, Security-Chef bei Wire. Später kamen auch Google, Facebook, Twitter, die Universität Oxford und das französische Forschungsinstitut INRIA zu dem Projekt. Apple beteiligt sich hingegen nicht aktiv an der Forschung.

Laut Wire-Manager Robert wird oftmals bei Messaging-Diensten insbesondere im Business-Bereich bisher eine reine Transportverschlüsselung verwendet. Das heißt, die Daten sind zwar auf dem Weg vom Client zum Server verschlüsselt, werden dort jedoch entschlüsselt und typischerweise auch so abgelegt, um später wieder abgerufen werden zu können. Bei einer Ende-zu-Ende-Verschlüsselung gilt es, die Daten auf dem Gerät zu verschlüsseln, von dem sie gesendet werden, und erst wieder auf dem Gerät zu entschlüsseln, auf den sie angezeigt werden. Die Schlüssel werden also nur auf den Geräten und nicht auf irgendwelchen Servern vorgehalten, so dass Angreifer auf dem Weg der Nachricht vom Absender zum Empfänger zu keiner Zeit Klartext einsehen können.

Auf Protokoll-Ebene nutz der Standard eine Kombination aus den Prinzipien Forward Secrecy und Post-Compromise Security, zusätzlich zu den bei Ende-zu-Ende-Verschlüsselung üblichen Sicherheitsmerkmalen der Authentizität und Vertraulichkeit.

Bei Forward Secrecy werden - einfach ausgedrückt - zwischen den Kommunikationspartnern zusätzliche neue geheime Schlüssel vereinbart um einzelne Nachrichten zu verschlüsseln, so dass die verwendeten Nachrichtenschlüssel nach Erhalt der Nachrichten nicht mehr aus den geheimen Langzeitschlüsseln rekonstruiert werden können. Damit kann eine aufgezeichnete verschlüsselte Kommunikation auch bei Kenntnis des Langzeitschlüssels nicht nachträglich entschlüsselt werden.

Bei Post-Compromise Security wird - ebenfalls sehr vereinfacht - aus einem aktuellsten "Gruppenschlüssel" einer Konversation und frischen Schlüsselmaterial per Update ein neuer "Gruppenschlüssel" für kommende Nachrichten generiert. Wird ein kompromittierter Teilnehmer aus einer Gruppe ausgeschlossen, oder konnte der Angreifer nur punktuell Schlüsselmaterial von einem Teilnehmer abgreifen, können zukünftige Schlüssel aufgrund des frischen Schlüsselmaterials nicht mehr abgeleitet werden und die Vertraulichkeit innerhalb der Gruppe bleibt erhalten.

Damit sollen im Fall einer Kompromittierung eines Knotens zu einem bestimmten Zeitpunkt weder vorangegangene noch zukünftige Nachrichten unverschlüsselt vom Angreifer eingesehen werden können.

Das Protokoll unterscheidet sich auch in puncto Effizienz in großen Gruppen von anderen Ansätzen. So können die oben genannten Sicherheitsmerkmale auch in großen Gruppen aufrechterhalten werden, ohne dass eine kostspielige Einzelverschlüsselung für einzelne Teilnehmer erfolgen muss.

Wie lassen sich E-Mails sicher verschlüsseln?

Hier sind zwei Dinge zu unterscheiden: die Verschlüsselung der Übertragung und die Verschlüsselung des E-Mail-Inhalts. Für die sichere Übertragung nutzen viele Geräte SSL-Verbindungen, teilweise muss diese Funktion aber gezielt eingeschaltet werden. Überprüfen Sie deshalb in den E-Mail-Einstellungen, ob SSL/TLS aktiviert ist.

Die Grafik zeigt auf, wie der TLS/SSL-Prozess en detail funktioniert.
Foto: Blue Coat

Außerdem kann zusätzlich zur Übertragung der E-Mails auch der Inhalt von E-Mails verschlüsselt werden. Für die Inhaltsverschlüsselung gibt es die oben erwähnten zwei Verfahren: S/MIME und PGP bzw. GPG. Bei beiden Verfahren handelt es sich um asymmetrische Verschlüsselungstechniken. Für die Nutzer gibt es Plug-ins, die man in den gängigen E-Mail-Programmen wie Thunderbird verwenden kann.

E-Mail-Verschlüsselung hat zwei Nachteile: Erstens ist die Einrichtung für Laien nicht einfach, auch wenn es inzwischen detaillierte Anleitungen gibt. Der zweite Nachteil: Auch die Empfänger müssen sich auf PGP oder S/MIME einlassen und sich einen virtuellen Schlüsselbund in ihrem Mail-Programm einrichten. Nur so können verschlüsselte Nachrichten ausgetauscht werden. Die Verbreitung, gerade im privaten Umfeld, ist deshalb bisher noch nicht sehr groß.

Was ist eine Digitale Signatur?

Die Digitale Signatur dient zur sicheren Abwicklung von Internetgeschäften. Sie ermöglicht es, elektronische Dokumente unerschütterlich auf ihre Herkunft und Richtigkeit zu überprüfen und die Identität der Partner zu garantieren. Im Grunde ist sie nichts anderes als ein Siegel zu elektronischen Daten und hat die Funktion einer Unterschrift.

Dabei bietet die Digitale Signatur noch weitergehenden Schutz als die gewöhnliche Unterschrift leistet. Die Signatur garantiert dem Empfänger erstens, dass der Absender des Dokuments auch der ist, für den er sich ausgibt (=Authentizität). Zweitens garantiert sie die Unverfälschtheit der Daten, das heißt, dass das Dokument auch so beim Empfänger ankommt, wie es der Absender verschickt hat (= Integrität).

Für die Digitale Signatur ist eine Public-Key-Infrastruktur (siehe weiter unten) notwendig, die die Gültigkeit der verwendeten Schlüssel durch Zertifikate bestätigt.

Wie funkioniert die Digitale Signatur?

Um ein Dokument digital signieren zu können, muss man im Besitz von Signaturschlüsseln sein. Digitale Signaturen arbeiten grundsätzlich auf der Basis von asymmetrischen kryptografischen Verfahren.

Für jeden Beteiligten am Signatursystem wird ein Schlüsselpaar generiert, ein geheimer Private Key und ein öffentlicher Public Key. Der eine, der Public Key, dient der Veröffentlichung. Dieser Schlüssel zum Überprüfen der Signatur wird öffentlich bekannt gegeben. Der andere, der Private Key, ist der Schlüssel, mit dem die Unterschrift geleistet wird. Er ist geheim und bleibt in der Verwahrung des Anwenders.

Zum Erstellen einer Signatur wird ein Hash-Wert aus der zu verschickenden Nachricht gebildet und mit dem privaten Schlüssel signiert. Nachricht und Signatur werden dann zum Empfänger geschickt, wobei die eigentliche Nachricht nicht verschlüsselt zu sein braucht, da es sich hierbei um eine Signatur (Schaffen von Integrität und Authentizität) und nicht um Verschlüsselung (Schaffen von Vertraulichkeit) handelt.

Zum Verifizieren der Signatur wird die empfangene Signatur des Hash-Wertes mit dem öffentlichen Schlüssel geprüft. Ist die Verifizierung erfolgreich, so kann davon ausgegangen werden, dass die Nachricht vom Besitzer des privaten Schlüssels stammt und dass sie bei der Übertragung nicht manipuliert wurde.

Was ist ein Zertifikat?

Zertifierungsstellen stellen ein Zertifikat aus, das die Identität des Teilnehmers mit dem öffentlichen Schlüssel verknüpft. Sie veröffentlichen das Zertifikat in einem allgemein zugänglichen Verzeichnis.

Ein Zertifikat ist ein digitaler Datensatz, der bestimmte Eigenschaften von Personen oder Objekten bestätigt und dessen Authentizität und Integrität durch kryptografische Verfahren geprüft werden kann. Das digitale Zertifikat enthält insbesondere die zu seiner Prüfung erforderlichen Daten.

Was versteht man unter einer Public-Key-Infrastruktur?

Eine Public-Key-Infrastruktur stellt die Ressourcen bereit, die erforderlich sind, um sinnvoll Zertifikate ausstellen zu können. Dazu gehört ein Satz Regeln, für welche Personen oder Instanzen Zertifikate ausgestellt werden und unter welchen Bedingungen. Hinzu kommt die Überprüfung der Identität der Zertifikatnehmer, meist auch die Veröffentlichung der ausgestellten und gegebenenfalls auch der widerrufenen Zertifikate. Wichtig sind auch geeignete Methoden, Zertifikate so zu erstellen, dass sie selbst vertrauenswürdig sind. Insbesondere darf dazu der signierende Rechner in aller Regel nicht über das Internet erreichbar sein.

Abschließend ein Hinweis

Wer sich mit dem Thema Verschlüsselung näher beschäftigen möchte, sollte einen Blick auf die Lernsoftware CrypTool werfen. CrypTool ist ein kostenloses Programm, mit dessen Hilfe sich kryptografische Verfahren praktisch kennenlernen und anwenden lassen. Es stehen sowohl klassische Verfahren wie die Cäsar-Verschlüsselung als auch moderne Methoden wie RSA und DES zur Verfügung.

Cyber-Bedrohungen betreffen jedes Unternehmen
Noch vor einigen Jahren konnten Unternehmen tatsächlich davon ausgehen, dass es unwahrscheinlich ist, zum Ziel eines Cyberangriffs zu werden. Angesichts der aktuellen komplexen Bedrohungslandschaft wäre diese Annahme heute jedoch risikoreich und gefährlich. Bedrohungen können überall entstehen, auch intern im Unternehmen. Die Chance ist groß, dass viele Unternehmen in Deutschland schon angegriffen wurden und nichts davon wissen. Deshalb ist ein Umdenken so wichtig: Man sollte auch hierzulande davon ausgehen, dass man in jedem Fall angegriffen wird und die notwendigen Vorkehrungen treffen, um Bedrohungen so schnell wie möglich zu entdecken und beseitigen. Dass es zu Angriffen kommt, steht außer Frage, lediglich der Zeitpunkt ist ungewiss. Mit diesem Bewusstsein – das in anderen Industrienationen häufig schon besser ausgeprägt ist – kann die deutsche Industrie sicherstellen, dass sich der Schaden in Grenzen hält und die Angriffe schnell und mit großer Genauigkeit analysiert werden können.
Umfassendes Monitoring als Schlüssel für mehr Sicherheit
Der Schlüssel zu maximaler Datensicherheit ist eine 360-Grad-Sicht auf alle Netzwerkereignisse. Ohne einen detaillierten Einblick in die Netzwerkstruktur entstehen sogenannte „blinde Flecken“, die Hackern ideale Möglichkeiten bieten, in das Netzwerk einzudringen. Obwohl Perimeter-Lösungen lange Zeit ausreichend gewesen sein mögen, um ein Unternehmen zu schützen, bieten diese allein bei der heutigen Bedrohungslage nicht mehr genügend Schutz. Um einen tieferen Einblick in das Netzwerk zu erhalten, ist ein zentrales Monitoring-System erforderlich, das umfassenden Schutz bietet und die Daten aus verschiedensten Quellen im Netzwerk verarbeiten und auswerten kann. Dies umfasst sowohl Systemereignisse wie auch die Daten aus Anwendungen und Datenbanken. Die gesammelten Daten müssen intelligent miteinander verknüpft und analysiert werden. Ein einzelnes Ereignis wie beispielsweise ein Anwender, der sich in Düsseldorf in einem Café einloggt, mag für sich allein stehend vollkommen harmlos wirken. Wenn sich dieser Anwender jedoch zehn Minuten zuvor im Münchner Büro ebenfalls im System angemeldet hat, sollten alle Alarmglocken läuten. Können Unternehmen alle verfügbaren Informationen in Bezug zueinander setzen und alle Ereignisse in einem Kontext analysieren, können sie auch Angriffe und Bedrohungen besser erkennen.
Atypische Netzwerkereignisse erkennen
Wie wollen Sie wissen, ob etwas Ungewöhnliches in Ihrem Netzwerk passiert, wenn Sie nicht wissen, was der Normalzustand ist? Wahrscheinlich finden zu jedem Zeitpunkt zahlreiche Netzwerkereignisse statt – seien es Anwender, die sich an ihren Desktops anmelden, oder Datenpakete, die an einen Cloud-Provider übermittelt werden. Ohne zu wissen, wie sich Anwender, Systeme und Anwendungen im Normalfall verhalten, ist es nahezu unmöglich festzustellen, wann Abweichungen auftreten. Unternehmen sollten deshalb eine Basis für die normalen Aktivitäten definieren und alles andere eingehend prüfen. Dabei muss sichergestellt sein, dass alle atypischen Ereignisse als solche gekennzeichnet sind.
Lassen Sie interne Bedrohungen nicht außer Acht
Wenn es um Datendiebstahl geht, sind die Mitarbeiter eines Unternehmens leider eine ebenso große Bedrohung wie Angreifer von außen. LogRhythm hat im Jahr 2013 in einer Marktuntersuchung herausgefunden, dass 23 Prozent der Angestellten auf vertrauliche Daten zugegriffen oder sich diese angeeignet haben. 94 Prozent dieser Datendiebe konnten nicht gefasst werden. Dieselbe Untersuchung hat auch ergeben, dass 75 Prozent der Unternehmen kein System im Einsatz haben, das den unbefugten Zugriff von Mitarbeitern auf sensible Geschäftsdaten verhindert. Deshalb sollten sich Unternehmen nicht ausschließlich auf die Überwachung und den Schutz vor unerlaubtem Zugriff von außerhalb konzentrieren, sondern auch ein Auge darauf haben, was innerhalb ihrer eigenen Wände passiert – ohne dabei die Privatsphäre ihrer Mitarbeiter einzuschränken. Es ist ein schmaler Grat zwischen Kontrolle und kompletter Überwachung und Unternehmen tun - insbesondere in Deutschland - gut daran, nicht auf der falschen Seite zu landen.
Betrachten Sie Fehler als Chance
Fehler sind dazu da, um aus ihnen zu lernen. Ist ein Unternehmen Opfer eines Angriffs geworden und konnte diesen entdecken und eingrenzen, sollten weitere Untersuchungen folgen. Einerseits um zu verstehen, wie das passieren konnte und andererseits, was getan werden muss, um ein derartiges Sicherheitsrisiko in Zukunft zu umgehen. Mit dem passenden Monitoring-Tool im Einsatz kann jede Aktivität und jedes Ereignis im Netzwerk erfasst, dokumentiert und als Basis für die Analyse genutzt werden. Wenn sich Unternehmen eingehend mit diesen Informationen befassen, können sie feststellen, warum sie diese Bedrohung nicht erkannt haben, welche Schwachstellen ihr Sicherheitssystem hat und möglicherweise auch, wer der Eindringling war. Es ist von großer Bedeutung zu verstehen, ob eine Bedrohung lediglich eine interne Angelegenheit ist und die Daten nicht kompromittiert werden, oder ob ein sicherheitsrelevantes Ereignis auch Kunden oder andere Interessensgruppen betrifft und – vielleicht auch von Rechts wegen – die Benachrichtigung einer dritten Partei erfordert. Damit steht dann fest, wie dieses Ereignis einzustufen ist, welche Maßnahmen aufgesetzt und welche Schritte eingeleitet werden müssen.
Kommunizieren Sie auch Misserfolge
Zu verstehen, was passiert ist, ist das Eine. Es kann jedoch auch nützlich sein, diese Informationen mit anderen zu teilen. Das ist vor allem für Unternehmen mit einer großen Anzahl an Standorten wichtig, denn diese Standorte könnten demselben Sicherheitsrisiko ausgesetzt sein. Wenn Unternehmen die Information, welche Bedrohung aufgetreten ist und wie diese entdeckt und beseitigt wurde, weitergeben, kann dies den Unterschied machen zwischen einem weit verbreiteten und verheerendem Angriff oder einer bloßen Unannehmlichkeit. Außerdem können dadurch Kunden und Partner gegebenenfalls bei sich selbst noch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, wie zum Beispiel die Änderung ihre Passwörter oder die Verfolgung verdächtiger Vorgänge auf ihrem Online-Banking-Account. <a href="http://www.johnsonking.com/library_de/LogRhythm_GER%20Q4%20survey.pdf" target="_blank">In einer weiteren Studie</a> stimmten sogar fast Zweidrittel der Befragten in Deutschland dafür, dass Unternehmen bedingungslos jeden Datenverlust sofort melden muss. Unternehmen müssen erkennen, dass sie sich dadurch weniger an den Pranger stellen – hauptsächlich hilft die Kommunikation von Datenlecks sich und anderen und schafft zusätzliches Vertrauen. Denn dass jedes Unternehmen heute – häufig auch erfolgreich – angegriffen wird, ist Fakt; ein Unternehmen, das die Betroffenen auch sofort darüber in Kenntnis setzt ist hingegen schon eine Besonderheit. (zusammengestellt von Roland Messmer, Director für Zentral- und Osteuropa bei LogRhythm)