Digitale Signaturen (Digital Signatures)

Digitale Signatur

Akademie – Digitale Signaturen:

Digitale Signaturen sind die digitalen Versionen handschriftlicher Unterschriften auf Papierdokumenten. Ziel beider Arten von Signaturen ist es, Authentizität zu gewährleisten und sicherzustellen, dass ein Dokument oder ein Datensatz auf dem Weg vom Absender zum Empfänger nicht geändert wurde (Integrität). Digitale Signaturen bieten diese Sicherheitsmaßnahmen mithilfe asymmetrischer Kryptografie. Im Gegensatz zu handschriftlichen Signaturen, die immer gleich sind, sind digitale Signaturen eindeutig und unterscheiden sich je nach übertragener Nachricht.

Hash Funktionen (Hash functions)

Die Hauptkomponenten digitaler Signaturen sind Hash Funktionen. Durch die Verwendung spezifischer Algorithmen wandeln sie Daten jeglicher Art und Größe in eine feste Ausgabegröße um. Dieser Vorgang wird als Hashing bezeichnet. Wie bereits erwähnt, transformieren sie Daten beliebiger Größe und in eine Ausgabe fester Größe. Diese Ausgabewerte werden als Hashes bezeichnet. Manchmal werden sie auch als Hash-Werte, Hash-Codes oder Digests bezeichnet.

Die Kombination von Hash Funktionen mit Kryptografie führt zu eindeutigen digitalen Signaturen. Kryptographisches Hashing, wie es genannt wird. Das Ändern des kleinsten Aspekts einer Nachricht würde zu einem völlig anderen Hashwert führen.

Im Allgemeinen unterscheiden wir symmetrische und asymmetrische Kryptografie Schemata. Da asymmetrische Kryptografie die am weitesten verbreitete und sicherere Methode zum Verschlüsseln von Nachrichten ist, werden wir uns diese genauer ansehen.

Asymmetrische Kryptografie (Asymmetric Cryptography)

Bei der asymmetrischen Kryptografie, auch als Public Key Cryptography (PKC) bezeichnet, werden Schlüsselpaare zum Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten verwendet. Dabei werden öffentliche und private Schlüssel erstellt. Wie der Name bereits sagt, sollte der private Schlüssel sicher und privat aufbewahrt werden, während der öffentliche Schlüssel öffentlich verbreitet werden kann.

Die beiden Hauptanwendungsfälle der asymmetrischen Kryptographie sind digitale Signaturen und die Verschlüsselung mit öffentlichen Schlüsseln. Wie letzteres bereits andeutet, verwendet die Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel den öffentlichen Schlüssel des Absenders, um eine Nachricht zu verschlüsseln. Die Nachricht kann dann vom Empfänger der Nachricht nur entschlüsselt werden, wenn er über den entsprechenden privaten Schlüssel verfügt. Im Gegensatz dazu verwenden digitale Signaturen den privaten Schlüssel des Absenders, um die Nachricht zu verschlüsseln. Hier kann jeder, der Zugriff auf den entsprechenden öffentlichen Schlüssel hat, die Nachricht entschlüsseln und lesen.

Funktionalität digitaler Signaturen (Functionality of digital signatures)

Im Allgemeinen besteht der digitale Signaturprozess aus drei Hauptschritten oder Algorithmen: Schlüsselgenerierung, Signierung und Überprüfung.

Der Schlüsselgenerierungs- oder Hashing-Prozess führt einen Algorithmus für die Daten aus, die signiert werden müssen. Der Algorithmus wählt einen einheitlichen privaten Schlüssel aus, der zufällig aus einem Satz möglicher Schlüssel ausgewählt wird. Die Ausgabe besteht aus dem privaten Schlüssel und einem entsprechenden öffentlichen Schlüssel.

Der private Schlüssel wird zusätzlich zu den Nachrichtendaten als Eingabe für den Signaturalgorithmus verwendet. Sowohl der öffentliche als auch der private Schlüssel werden vom Absender der Nachricht bereitgestellt. Wenn der öffentliche Schlüssel in den übertragenen Daten nicht angegeben ist, kann der Empfänger ihn nicht entschlüsseln.

Wenn der Empfänger Zugriff auf den öffentlichen Schlüssel hat, kann er die Nachricht nicht nur entschlüsseln, sondern auch die Authentizität dieser Nachricht überprüfen. Die Nachricht muss mit dem privaten Schlüssel des Absenders verschlüsselt werden. Da er oder sie der einzige mit diesem Schlüssel ist (das nehmen wir an), kann nur der entsprechende öffentliche Schlüssel ihn verschlüsseln.

Ziele von Digitale Signaturen

  • Die Datenintegrität stellt sicher, dass der Inhalt der Nachricht auf dem Weg vom Absender zum Empfänger nicht geändert wurde.
  • Durch die Datenauthentifizierung wird sichergestellt, dass der Empfänger sicherstellen kann, dass die Nachricht vom Absender und von niemand anderem stammt.
  • Die “Nicht Zurückweisung” macht es dem Absender unmöglich, zu leugnen, dass er diese Nachricht gesendet hat

Herausforderungen

Die Qualität der Hash-Funktion und des kryptografischen Schemas ist entscheidend für die Sicherheit der Nachricht. Wenn schlechte oder leicht zu dekodierende Hash-Funktionen oder -Algorithmen verwendet werden, ist es für Hacker einfacher, die Nachricht zu entschlüsseln, ohne Zugriff auf den entsprechenden Schlüssel zu haben. Gleiches gilt für die Implementierung dieser Funktionen. Selbst wenn gute Algorithmen verwendet werden, müssen sie implementiert und ordnungsgemäß verwendet werden, um die Ver- und Entschlüsselung der Nachricht sicherzustellen. Die letzte Herausforderung bei digitalen Signaturen ist der private Schlüssel. Wenn dieser Schlüssel nicht sicher aufbewahrt wird und kompromittiert wird oder undicht wird, kann dies zu großen Sicherheitsproblemen führen. Für Inhaber von Kryptowährungen kann der Verlust eines privaten Schlüssels zu großen finanziellen Verlusten führen.

 

 

 

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