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Der Advanced Encryption Standard (AES) ist ein symmetrisches Kryptosystem, das als
Nachfolger für DES bzw. 3DES im Oktober 2000 vom National Institute of Standards
and Technology (NIST) als Standard bekannt gegeben wurde. Nach seinen Entwicklern
Joan Daemen und Vincent Rijmen wird er auch Rijndael-Algorithmus genannt (gesprochen
wie dt. "Rheindahl"). Der Name Rijndael ist eine Zusammensetzung aus den ersten
beiden Teilen der Nachnamen der Autoren (RIJ + DAE).
Der Rijndael-Algorithmus besitzt eine variable Blockgröße von 128, 192 oder 256
Bit und eine variable Schlüssellänge von 128, 192 oder 256 Bit. Rijndael bietet
ein sehr hohes Maß an Sicherheit. Das Verfahren wurde eingehenden kryptoanalytischen
Prüfungen unterzogen. AES schränkt die Blocklänge auf 128 Bit ein, während die Wahl
der Schlüssellänge von 128, 192 oder 256 Bits unverändert übernommen worden ist.
Anhand der Schlüssellänge wird zwischen den drei AES-Varianten AES-128, AES-192
und AES-256 unterschieden.
Bei Wahl eines entsprechend komplexen Passwortes ist es auch mit größtem Aufwand
ohne den jeweiligen Schlüssel nicht möglich, die damit codierten Daten zu dechiffrieren.
Der Algorithmus ist frei verfügbar und darf ohne Lizenzgebühren eingesetzt sowie
in Software bzw. Hardware implementiert werden. AES ist in den USA für staatliche
Dokumente mit höchster Geheimhaltungsstufe zugelassen.
Entstehung
Bis zum Einsatz von AES war der 1976 festgelegte Data Encryption Standard (DES)
der am häufigsten genutzte symmetrische Algorithmus zur Verschlüsselung von Daten.
In den 1990er Jahren galt er mit seiner Schlüssellänge von 56 Bit als nicht mehr
ausreichend sicher gegen Brute-Force-Angriffe. Zwar kann man mittels einer dreifachen
Anwendung von DES, genannt 3DES, die effektive Schlüssellänge auf 112 Bit steigern,
jedoch geht dies sehr zu Lasten der Geschwindigkeit.
Auswahl eines DES-Nachfolgers
Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) hatte
Anfang 1997 zu einem offenen Wettbewerb aufgerufen, dessen Sieger als Advanced Encryption
Standard (AES) festgelegt werden sollte. Dabei wurden folgende Kriterien aufgestellt,
die von den Algorithmen zu erfüllen sind:
- AES muss ein symmetrischer Algorithmus sein, und zwar eine Blockchiffre.
- AES muss mindestens 128 Bit lange Blöcke verwenden und Schlüssel von 128, 192 und
256 Bit Länge einsetzen können.
- AES soll gleichermaßen leicht in Hard- und Software zu implementieren sein.
- AES soll in Hardware wie Software eine überdurchschnittliche Performance haben.
- AES soll allen bekannten Methoden der Kryptoanalyse widerstehen können, insbesondere
Power- und Timing-Attacken.
- Speziell für den Einsatz in Smartcards sollen geringe Ressourcen erforderlich sein
(kurze Codelänge, niedriger Speicherbedarf).
- Der Algorithmus muss frei von patentrechtlichen Ansprüchen sein und muss von jedermann
unentgeltlich genutzt werden können.
Im August 1998 gingen schließlich 15 Algorithmen beim NIST ein, die öffentlich diskutiert
und auf die Erfüllung der genannten Kriterien geprüft wurden. Die engere Wahl war
im April 1999 beendet und die fünf besten Kandidaten (MARS, RC6, Rijndael, Serpent,
Twofish) kamen in die nächste Runde.
Alle fünf Kandidaten erfüllen die oben genannten Forderungen. Daher wurden weitere
Kriterien hinzugezogen. Es folgte eine Überprüfung der Algorithmen auf theoretische
Schwachstellen, durch die der Algorithmus möglicherweise irgendwann einmal unsicher
werden kann. Dies klingt zwar sehr weit hergeholt, ist aber notwendig. Denn leider
kann heute nicht gesagt werden, wie sich der Technologie-Fortschritt in den nächsten
Jahren entwickelt. Vorgehensweisen, die heute als unmöglich erklärt sind, können
in einigen Jahren schon alltäglich sein. Ein solches Risiko darf nicht eingegangen
werden.
Eindeutiger war jedoch die Staffelung der Kandidaten nach Ressourcenverbrauch und
Performance. Denn nur der Rijndael-Algorithmus ist als Hardware- und Software-Implementierung
überdurchschnittlich schnell. Andere Kandidaten haben jeweils in unterschiedlichen
Bereichen kleinere Schwächen.
Im Mai des Jahres 2000 wurden die Analysen und öffentlichen Diskussionen abgeschlossen
und am 2. Oktober 2000 der Sieger schließlich bekannt gegeben: Der belgische Algorithmus
Rijndael wird neuer Standard. Sicherlich entspricht es nicht der üblichen Sicherheitspolitik
in den USA, dass man auf einen europäischen Algorithmus zurückgreift. Aber Rijndael
hat insbesondere durch seine Einfachheit (die Referenz-Implementierung umfasst weniger
als 500 Zeilen C-Code) und Performance überzeugt.
Der Auswahlprozess faszinierte weltweit viele Kryptographen, insbesondere durch
seine offene Gestaltung. Bis heute wird dieser Wettbewerb als sehr vorbildlich dargestellt.
Arbeitsweise
Rijndael ist, wie bereits erwähnt, ein Blockchiffre. Bei Rijndael können Blocklänge
und Schlüssellänge unabhängig voneinander die Werte 128, 192 oder 256 Bits erhalten,
während bei AES die Einschränkung der festgelegten Blockgröße von 128 Bit gilt.
Jeder Block wird zunächst in eine zweidimensionale Tabelle mit vier Zeilen geschrieben,
deren Zellen ein Byte groß sind. Die Anzahl der Spalten variiert somit je nach Blockgröße
von 4 (128 Bits) bis 8 (256 Bits). Jeder Block wird nun nacheinander bestimmten
Transformationen unterzogen. Aber anstatt jeden Block einmal mit dem Schlüssel zu
verschlüsseln, wendet Rijndael verschiedene Teile des Schlüssels nacheinander auf
den Klartext-Block an.
Anwendung
AES wird u. a. vom Verschlüsselungsstandard 802.11i für Wireless LAN und seinem
Wi-Fi-Äquivalent WPA2 sowie bei SSH und bei IPsec genutzt. Außerdem wird der Algorithmus
zur Verschlüsselung diverser komprimierter Dateiarchive verwendet. Des Weiteren
nutzt Skype laut eigenen Angaben AES. Das Datenkomprimierungsprogramm 7-Zip verwendet
AES zur Verschlüsselung der Archive. In PGP (und natürlich auch GnuPG) findet AES
auch einen großen Anwendungsbereich. AES gehört zu den vom Projekt NESSIE empfohlenen
kryptografischen Algorithmen.
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