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Hybride Verfahren im Alltag

Jedes Mal, wenn im Browser das Schloss erscheint, arbeiten zwei Verfahren Hand in Hand — und jedes macht nur das, was es am besten kann.

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Das Beste aus beiden

  • Symmetrisch allein:schnell, aber der Schlüssel muss vorher geheim ausgetauscht werden.
  • Asymmetrisch allein:kein geheimer Austausch nötig, aber viel zu langsam für große Daten.
  • Sitzungsschlüssel:zufälliger symmetrischer Schlüssel, der nur für diese eine Nachricht oder Verbindung gilt.
  • Daten:werden symmetrisch mit dem Sitzungsschlüssel verschlüsselt — schnell, auch bei großen Dateien.
  • Sitzungsschlüssel versenden:asymmetrisch mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers verschlüsselt — langsam, aber der Schlüssel ist winzig.
  • Empfänger:entschlüsselt erst mit seinem privaten Schlüssel den Sitzungsschlüssel, dann damit die Daten.
Beispiel:

Alice schickt Bob die Datei \(m\); \(\mathrm{E}\) heißt verschlüsseln, \(\mathrm{D}\) entschlüsseln, der Index nennt den Schlüssel.

\(k\) zufällig erzeugen
| Alice

Der Sitzungsschlüssel, z. B. 128 Bit für AES.

\(c=\mathrm{E}_{k}(m)\)
| symmetrisch

Die ganze Datei wird mit \(k\) verschlüsselt.

\(s=\mathrm{E}_{\text{pub}_\text{Bob}}(k)\)
| asymmetrisch

Nur der kurze Schlüssel \(k\) wird mit Bobs öffentlichem Schlüssel verschlüsselt. Alice sendet \(c\) und \(s\).

\(k=\mathrm{D}_{\text{priv}_\text{Bob}}(s)\)
| Bob

Nur Bob kann \(s\) öffnen — ein Lauscher erhält \(k\) nicht.

\(m=\mathrm{D}_{k}(c)\)
lesbar

Mit dem Sitzungsschlüssel entschlüsselt Bob die Datei.

Merke

Hybrid: Daten symmetrisch mit dem Sitzungsschlüssel, Sitzungsschlüssel asymmetrisch mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers.

Spiele die Übertragung mit ▶ ab oder gehe mit „Schritt vor“ und „Schritt zurück“ durch — auf der Bühne auch mit den Pfeiltasten ← →. Wähle oben die Dateigröße und vergleiche, wie lange Alice zum Verschlüsseln braucht.

Hybride Übertragung

Halte fest: Asymmetrisch verschlüsselt wird nur der winzige Sitzungsschlüssel, die Datei selbst läuft symmetrisch — deshalb kostet die Sicherheit kaum Zeit. Die Geschwindigkeiten sind Modellannahmen (symmetrisch 1000 MB/s, asymmetrisch 1000-mal langsamer, 1 ms für den Sitzungsschlüssel); auf die Größenordnung kommt es an.

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Wo hybride Verfahren stecken

  • HTTPS / TLS:das Schloss im Browser — Webseiten, Online-Banking, Apps.
  • TLS 1.3:Browser und Server berechnen den Sitzungsschlüssel gemeinsam per Diffie-Hellman-Schlüsselvereinbarung, statt ihn verschlüsselt zu verschicken; der Server weist sich mit Zertifikat und Signatur aus.
  • Prinzip bleibt:asymmetrisch aushandeln, symmetrisch übertragen (z. B. mit AES).
  • E-Mail:PGP und S/MIME verschlüsseln die Mail symmetrisch und den Sitzungsschlüssel mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers — genau wie im Applet.
  • Messenger:Ende-zu-Ende-Verschlüsselung (z. B. Signal-Protokoll) kombiniert ebenfalls Schlüsselvereinbarung und symmetrische Verschlüsselung.
  • Immer neu:Jede Verbindung bekommt einen neuen Sitzungsschlüssel; wird einer bekannt, ist nur diese eine Sitzung betroffen.
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Allgemeine Hinweise

Nicht die Datei asymmetrisch

Asymmetrisch verschlüsselt wird nur der Sitzungsschlüssel. Wer schreibt, die ganze Datei werde mit Bobs öffentlichem Schlüssel verschlüsselt, beschreibt kein hybrides Verfahren.

Welcher Schlüssel wofür?

Sitzungsschlüssel: symmetrisch, einmalig, für die Daten. Schlüsselpaar: asymmetrisch, dauerhaft, nur für den Sitzungsschlüssel.

Schloss heißt nicht seriös

Das Schloss im Browser zeigt nur, dass die Verbindung verschlüsselt ist. Auch eine Betrugsseite kann HTTPS nutzen — die Adresse prüfst du selbst.

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