Kryptographie.

Kryptographie ist die Disziplin, die Algorithmen zum Schutz von Daten und Kommunikation vor Mithören, Manipulation und Identitätsmissbrauch entwirft und analysiert. Die moderne Kryptographie kombiniert Zahlentheorie, Algebra, Wahrscheinlichkeit und Komplexitätstheorie und liefert Bausteine wie Block- und Stromchiffren, Public-Key-Verfahren, Hashfunktionen, Message Authentication Codes und digitale Signaturen.

Sicherheit durch Annahme, nicht durch Verschleierung

Eine grundlegende Regel ist das Kerckhoffs-Prinzip: Ein System muss selbst dann sicher bleiben, wenn alles außer dem Schlüssel öffentlich ist. Die Sicherheit wird daher in formalen Modellen bewertet — IND-CPA für Vertraulichkeit, EUF-CMA für die Nichtfälschbarkeit von Signaturen — und auf schwere mathematische Probleme wie Faktorisierung (RSA), diskreten Logarithmus (Diffie-Hellman, ECC) oder Learning-with-Errors (Gitterverfahren) zurückgeführt. NIST, ISO und IETF veröffentlichen geprüfte Algorithmen; selbstgebaute Kryptographie wird strikt abgelehnt, da Fehler katastrophal und ohne Expertenprüfung kaum erkennbar sind.

Warum schlechte Kryptographie immer wieder scheitert

Die meisten realen Angriffe zielen auf die Implementierung, nicht auf die zugrunde liegende Mathematik: wiederverwendete Nonces, vorhersagbare IVs, Padding-Orakel (wie bei den POODLE- und Lucky-13-Angriffen auf TLS), schwache Zufälligkeit oder zeitliche Seitenkanäle. Deshalb bevorzugen Fachleute authentifizierte Verschlüsselung (AES-GCM, ChaCha20-Poly1305) und Bibliotheken mit konstanter Laufzeit.

Der Post-Quanten-Übergang

Ein hinreichend großer Quantencomputer, der Shors Algorithmus ausführt, würde RSA und Elliptische-Kurven-Kryptographie brechen. Im August 2024 veröffentlichte das NIST seine ersten Post-Quanten-Standards: FIPS 203 (ML-KEM, aus CRYSTALS-Kyber) für die Schlüsselkapselung sowie FIPS 204 (ML-DSA, aus Dilithium) und FIPS 205 (SLH-DSA, aus SPHINCS+) für Signaturen. Organisationen streben nun „Krypto-Agilität" und hybride klassisch+PQC-Bereitstellungen an, um der Sammlung „jetzt ernten, später entschlüsseln" zu widerstehen.

flowchart TD
  A[Kryptographie] --> B[Symmetrisch<br/>gemeinsamer Schlüssel]
  A --> C[Asymmetrisch<br/>öffentlicher / privater Schlüssel]
  A --> D[Schlüssellose Primitive]
  B --> B1[Blockchiffren<br/>AES]
  B --> B2[Stromchiffren<br/>ChaCha20]
  B --> B3[AEAD + MAC<br/>GCM, Poly1305]
  C --> C1[Schlüsselaustausch<br/>ECDH, ML-KEM]
  C --> C2[Signaturen<br/>ECDSA, ML-DSA]
  D --> D1[Hashfunktionen<br/>SHA-2, SHA-3]
  B1 --> E[Vertraulichkeit]
  B3 --> F[Integrität + Authentizität]
  C2 --> G[Authentizität + Nichtabstreitbarkeit]