Kryptographie ist die Anwendung und das Studium von Techniken zur sicheren Kommunikation in Gegenwart von Dritten, sogenannten Gegnern. Ihr Hauptziel besteht darin, die Vertraulichkeit, Authentifizierung, Integrität und Nichtabstreitbarkeit von Nachrichten oder Daten sicherzustellen.
Die Kunst der Kryptographie ist so alt wie die Schrift selbst. Ursprünglich wurde sie eingesetzt, um sicherzustellen, dass nur die vorgesehenen Empfänger den Inhalt einer Nachricht verstehen konnten. Die alten Ägypter, Griechen und Römer entwickelten und verwendeten kryptographische Techniken. Ein bekanntes Beispiel ist die Caesar-Chiffre , eine Substitutionschiffre, bei der jeder Buchstabe im Klartext um eine bestimmte Anzahl Stellen im Alphabet nach unten verschoben wird.
Es gibt zwei Hauptkategorien kryptografischer Algorithmen:
Bei der Verschlüsselung wird Klartext in Geheimtext umgewandelt, der für niemanden außer dem Inhaber des Schlüssels lesbar ist. Bei der Entschlüsselung handelt es sich um den umgekehrten Vorgang, bei dem Geheimtext wieder in lesbaren Klartext umgewandelt wird. Die mathematische Beziehung kann wie folgt ausgedrückt werden:
Die Public Key Infrastructure ist ein Framework zur Verwaltung digitaler Zertifikate und Public-Key-Verschlüsselung. Sie ermöglicht Benutzern eines ungesicherten öffentlichen Netzwerks wie dem Internet den sicheren und privaten Datenaustausch.
Hash-Funktionen sind eine Art kryptografischer Algorithmus, der aus Eingabedaten beliebiger Größe eine Byte-Zeichenfolge mit fester Größe (ein sogenannter Hash) generiert. Sie werden verwendet, um die Datenintegrität sicherzustellen. Ein bekanntes Beispiel ist der SHA-256-Algorithmus, der beim Bitcoin-Mining verwendet wird.
Digitale Signaturen sind eine kryptografische Technik, die den Ursprung und die Integrität digitaler Kommunikation oder Dokumente sicherstellt. Eine digitale Signatur wird mithilfe eines privaten Schlüssels generiert und kann von jedem überprüft werden, der über den entsprechenden öffentlichen Schlüssel verfügt.
Kryptoanalyse ist die Lehre der Analyse von Informationssystemen, um verborgene Aspekte der Systeme zu verstehen. Sie wird verwendet, um kryptografische Sicherheitssysteme zu durchbrechen und Zugriff auf den Inhalt verschlüsselter Nachrichten zu erhalten.
Die Anwendungsmöglichkeiten der Kryptografie sind vielfältig. Dazu gehören die Sicherung vertraulicher Kommunikation, der Schutz von Informationen auf Speichergeräten, die Verbesserung der Web- und Netzwerksicherheit, die Sicherung elektronischer Finanztransaktionen sowie die Gewährleistung der Integrität und Authentizität digitaler Signaturen und Zertifikate.
Mit der Weiterentwicklung der Rechenleistung, beispielsweise im Quantencomputing, stehen aktuelle kryptografische Techniken vor neuen Herausforderungen. Kryptographen arbeiten aktiv an der Entwicklung neuer Algorithmen, die der Rechenleistung von Quantencomputern standhalten können.
