Funktionsweise von AES

AES verschlüsselt Daten in 128-Bit-Blöcken, unabhängig von der gewählten Schlüsselgröße. Der Prozess besteht aus mehreren Runden, wobei jede Runde vier Hauptoperationen umfasst: SubBytes, ShiftRows, MixColumns und AddRoundKey. Jeder Schritt ist entscheidend für die Umwandlung der Eingabedaten in einen verschlüsselten Zustand. Die Anzahl der Runden hängt von der Schlüsselgröße ab: 10 Runden bei 128-Bit-Schlüsseln, 12 bei 192-Bit und 14 bei 256-Bit-Schlüsseln.

Best Practices für die Anwendung von AES

Für die effektive Nutzung von AES empfehlen sich folgende Praktiken:

1. Wahl der Schlüsselgröße: 128-Bit-Schlüssel eignen sich für die meisten Anwendungen, während 256-Bit-Schlüssel für besonders sensible Daten empfohlen werden.
2. Sichere Schlüsselverwaltung: Es ist essenziell, den Schlüssel sicher zu speichern und zu übertragen.
3. Regelmäßige Updates: Um den neuesten Sicherheitsstandards gerecht zu werden, sind regelmäßige Softwareaktualisierungen wichtig.

Anwendungsbeispiele für AES

Beispiel 1: Dateiverschlüsselung

Es wird häufig zur Verschlüsselung von Dateien eingesetzt. Nur Personen mit dem entsprechenden Schlüssel können auf den Inhalt zugreifen.

Beispiel 2: Sichere Datenübertragung

Viele VPN-Dienste nutzen es, um Daten zwischen Nutzer und Server zu verschlüsseln und so einen sicheren Datenkanal zu schaffen.

Beispiel 3: WLAN-Sicherheit

Im WPA2-Standard für WLAN-Sicherheit wird AES eingesetzt, um Daten zwischen Geräten und Routern sicher zu übertragen.

Durch seine Vielseitigkeit und starke Sicherheitsmerkmale ist AES ein wesentlicher Bestandteil in der Welt der Datenverschlüsselung und -sicherheit.

Fazit

Der Advanced Encryption Standard stellt einen entscheidenden Meilenstein in der Entwicklung der Datenverschlüsselung dar. Seine Stärke liegt in der Kombination von Flexibilität, Robustheit und einfacher Implementierung. Mit der Fähigkeit, Schlüsselgrößen von 128, 192 und 256 Bits zu verwenden, bietet es ein hohes Maß an Sicherheit und passt sich verschiedenen Sicherheitsanforderungen an. Die Anwendung reicht von der Verschlüsselung persönlicher Dateien über die Sicherung von Datenübertragungen im Internet bis hin zur Gewährleistung der Sicherheit in drahtlosen Netzwerken. In einer Welt, in der die Sicherheit digitaler Daten immer wichtiger wird, bleibt AES ein unverzichtbares Werkzeug im Arsenal der Informationssicherheit. Seine anhaltende Relevanz und Verlässlichkeit machen AES zu einem Standard, auf den sich Organisationen und Einzelpersonen gleichermaßen verlassen können, um ihre digitalen Informationen effektiv zu schützen.

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Grundlegende Ansätze der Kryptographie

Es gibt zwei Hauptkategorien in der Kryptographie: symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung.

• Symmetrische Verschlüsselung: Hierbei nutzen Sender und Empfänger denselben Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten. Ein bekanntes Beispiel ist der Advanced Encryption Standard (AES), der häufig zur Sicherung von Daten verwendet wird.
• Asymmetrische Verschlüsselung: Auch bekannt als Public-Key-Kryptographie, verwendet sie zwei unterschiedliche Schlüssel – einen öffentlichen und einen privaten. Ein Beispiel hierfür ist das RSA-Verfahren, das in vielen digitalen Sicherheitsprotokollen Anwendung findet.

Anwendung der Kryptographie in der Praxis

• E-Mail-Verschlüsselung: Durch die Verwendung von Protokollen wie PGP (Pretty Good Privacy) können E-Mails sicher verschlüsselt werden, sodass nur der beabsichtigte Empfänger sie lesen kann.
• Blockchain und Kryptowährungen: Kryptographie ist ein wesentlicher Bestandteil von Blockchain-Technologien und Kryptowährungen wie Bitcoin. Hier gewährleistet sie die Sicherheit und Integrität von Transaktionen.
• Sichere Passwort-Speicherung: Kryptographische Hash-Funktionen helfen dabei, Passwörter sicher zu speichern. Selbst wenn eine Datenbank kompromittiert wird, bleibt das eigentliche Passwort durch den Hash geschützt.

Best Practices für die Anwendung der Kryptographie

1. Wählen Sie starke Schlüssel: Längere Schlüssel bieten höhere Sicherheit. Bei symmetrischer Verschlüsselung sollten Schlüssel mindestens 128 Bit lang sein, bei asymmetrischer Verschlüsselung empfiehlt sich eine Länge von mindestens 2048 Bit.
2. Halten Sie Ihre Software aktuell: Sicherheitslücken in veralteter Software können die Wirksamkeit kryptographischer Techniken beeinträchtigen.
3. Verwenden Sie bewährte Algorithmen und Protokolle: Es ist eher auf etablierte und breit getestete kryptographische Methoden zu setzen anstatt auf selbst entwickelte Lösungen.
4. Beachten Sie die rechtlichen Rahmenbedingungen: Die Verschlüsselung unterliegt in vielen Ländern gesetzlichen Bestimmungen. Es empfiehlt sich, sich über die relevanten Gesetze und Vorschriften zu informieren.

Fazit

Kryptographie ist ein unverzichtbares Werkzeug in der modernen Informationsgesellschaft. Durch die Anwendung bewährter Methoden und die Beachtung von Sicherheitsbest practices können individuelle Nutzer und Organisationen ihre Daten wirksam schützen. Angesichts der ständig wachsenden Bedrohungen im Cyberspace ist ein fundiertes Verständnis der Kryptographie wichtiger denn je.

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Dies war auch das Ziel des Erfinders Satoshi Nakamoto (Pseudonym des unbekannten Software-Entwicklers oder Software-Entwickler-Teams). Angesichts der Weltwirtschaftskrise 2007 wollte er der Weltöffentlichkeit ein unabhängiges Transaktionssystem bereitstellen, das kryptografisch gesichert, verifizierbar und unveränderlich ist. Damit ist im Jahr 2007 das Fundament für zahlreiche Kryptowährungen gelegt. Das Whitepaper erfolgte im November 2008 und im Januar 2009 mit einer Open-Source-Referenzsoftware dazu veröffentlicht.

Wie funktioniert die Kryptowährung Bitcoin?

Das Bitcoin-Netzwerk basiert auf einer von den Teilnehmern gemeinsam verwalteten dezentralen Datenbank, der Blockchain, in der alle jemals durchgeführten Transaktionen nachprüfbar aufgezeichnet sind. Mit Hilfe kryptographischer Techniken wird sichergestellt, dass gültige Transaktionen mit Bitcoins nur vom jeweiligen Eigentümer vorgenommen und dieselben Geldeinheiten nicht mehrfach ausgegeben werden können. Es basiert auf dem Konsens-Mechanismus Proof Of Work.

Anders als bei der Ausgabe neuer Banknoten durch eine Zentralbank erstellt man neue Bitcoin-Einheiten durch die computerbasierte Lösung kryptographischer Aufgaben, das sogenannte Mining. Wobei die Maximalmenge auf 21 Millionen Bitcoins beschränkt ist.

Bitcoin Zahlungssystem

Das Zahlungssystem besteht aus einer Datenbank, der Blockchain, einer Art Journal, in der alle Transaktionen verzeichnet sind. Das Bitcoin-Zahlungssystem verwendet ein Peer-to-Peer-Netzwerk, zu dem sich alle teilnehmenden Rechner mithilfe eines Programms verbinden. Die Blockchain wird redundant und dezentral auf allen Bitcoin-Knoten gespeichert, verwaltet und laufend über das Bitcoin-Netzwerk aktualisiert.

Um das Bitcoin-System für Zahlungen nutzen zu können, wird eine digitale Brieftasche (englisch Wallet) sowie eine Internetverbindung benötigt. Bitcoin-Wallets gibt es als Desktopanwendungen wie z.B. Bitcoin Core und Electrum. Jedoch sollte man die Verwendung von Hardware-Wallets in Betracht ziehen, die z. B. über USB mit einem Computer verbunden werden und die in vielen Szenarien eine erhöhte Sicherheit bieten. Einige Hardware Wallets wie Ledger und Trezor habe ich bereits vorgestellt.

Es existieren auch Onlinedienste, die anbieten, die digitalen Brieftaschen der Nutzer zu verwalten. Die ich persönlich aber nie genutzt habe. Aus diesem Grund werde ich nicht viel dazu sagen können.

Zahlungen finden an Adressen statt, Hashwerte von öffentlichen Schlüsseln, die von der Wallet-Software erzeugt sind. Auf Grundlage der von ihr verwalteten geheimen Schlüssel. Eine Identifizierung der Handelspartner ermöglicht Bitcoin nicht. Eine vollständige Anonymität garantiert das System nicht, da die Kette aller Transaktionen öffentlich in der Transaktionsgeschichte verzeichnet sind und eine Verknüpfung von Bitcoin Adressen mit identifizierenden Informationen prinzipiell möglich ist.

Wie bei Zahlungen mit Warengeld kann man eine Bitcoin-Transaktion nicht widerrufen. Nachdem sie durch das Netzwerk einmal bestätigt ist. Die erste Bestätigung einer Zahlung dauert im Schnitt knapp zehn Minuten, kann im Einzelfall oder wenn nur sehr geringe Gebühren gezahlt, auch mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Mit dem weiteren Verstreichen der Zeit kommen weitere Bestätigungen in Form gefundener Blöcke hinzu, welche die Verbindlichkeit der Zahlung erhöhen. Zur Durchführung einer Zahlung zahlt man eine Gebühr. Zahlungen mit höheren Gebühren sind bevorzugt und schneller bestätigt.

Eigenschaften von Bitcoin

Eine Fälschung von Einheiten oder Transaktionen ist durch das verwendete asymmetrische kryptographische Verfahren, das digitale Signaturen erzeugt und überprüft, derzeit nicht möglich. Einige meinen, dass mit dem Aufkommen der Quanten Computer Technologie, ein Hack der Bitcoin Verschlüsselung möglich sein soll.

Doch um die Bitcoin-Verschlüsselung in einem 10-Minuten-Fenster zu knacken, bräuchte man Berechnungen zufolge einen Quantencomputer mit 1,9 Milliarden Qubits. Selbst wenn man einen ganzen Tag berücksichtigt, sinkt diese Zahl auf lediglich auf 13 Millionen Qubits. Der derzeit stärkste Quantencomputer protzt mit 433 Qubits aus dem Hause IBM. Dabei handelt es sich um den Osprey, der mehr als dreimal so groß wie der bisherige Rekordhalter Eagle ist. Auf die Quanten Computer Technologie werde ich in einem anderen Beitrag explizit eingehen.

Eine weitere schöne Eigenschaft ist es, dass man Zahlungen ohne Mitwirkung von Finanzinstituten zwischen den Beteiligten abgewickelt. So bleibt die Währung auch immer in den Händen (der Wallet) des eigentlichen Besitzers.

Damit eine Transaktion bestätigt wird, spezifiziert der Ersteller eine Gebühr, die er in der Regel von der Auslastung des Netzwerks abhängig macht. Wird eine höhere Gebühr ausgewählt, kann das den Bestätigungsvorgang durch eine höhere Priorität bei der Berechnung beschleunigen, während das – technisch derzeit zum Teil noch mögliche – Weglassen des Entgelts die Bestätigungsdauer verlängert beziehungsweise die Durchführung der Transaktion unsicher macht.

Das Entgelt erhält der Teilnehmer (Miner), der einen neuen Block mit dieser Transaktion erzeugt. Damit wird verhindert, dass das Netzwerk gezielt durch sehr viele kleine Transaktionen überlastet wird. Auf lange Sicht sind diese Entgelte als Belohnung für den Erhalt des Netzes durch Bereitstellung von Rechenleistung geplant. Die Bestätigung einer Zahlung dauert so lange wie die Erzeugung eines neuen Blocks, also im Schnitt 10 Minuten. Im System besteht nicht umgehend Konsens über eine einzelne Bestätigung. Jede weitere Bestätigung, die wieder ca. 10 Minuten dauert, erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Zahlung dauerhaft erhalten bleibt. Nach sechs aufeinanderfolgenden Bestätigungen gilt eine Zahlung als hinreichend bestätigt.

Das System ist aufgrund der Peer-to-Peer-Struktur völlig dezentral, ähnlich wie bei Systemen wie BitTorrent. Eine Einflussnahme auf die Geldmenge erfordert, dass die Mehrheit der Mining-Rechenleistung mit veränderter Software erfolgt, da sonst ein nicht allgemein anerkannter Fork des Protokolls und der Zahlungseinheiten entsteht.

Wie bereits erwähnt beträgt die maximal mögliche Zahl aller Bitcoins 21 Millionen. Da „verlorene“ Bitcoins nicht ersetzt werden, bleibt die tatsächlich umlaufende Zahl an Bitcoins deutlich unter diesem Wert, selbst wenn künftig alle Bitcoins geschürft sind. Bitcoins haben daher die Eigenschaft der Knappheit (engl. scarcity). Auch durch die Halbierung des Block Rewards für das Errechnen eines neuen Blocks nach jeweils 210.000 Blöcken sinkt das Angebot an neuen Bitcoins, was bei weiter zunehmender Nachfrage eine zusätzliche Verknappung des Angebots bewirkt.

Um die Knappheit eines Guts zu bestimmen, kann das Stock-to-Flow-Verhältnis herangezogen werden. Dabei wird die umlaufende Menge des Guts (der „stock“) durch die jährliche Produktionsrate (den „flow“) dividiert. Der Quotient gibt die Anzahl an Jahren an, die es bei der aktuellen Produktionsrate dauert, die in Umlauf befindliche Menge des jeweiligen Guts zu produzieren.

2019 wies Bitcoin einen Stock-to-Flow-Wert von 56 auf. (Zum Vergleich: Der Wert für Gold lag bei 62.)

In der Blockchain bestätigte Zahlungen mit Bitcoin können darüber hinaus nicht rückgängig gemacht werden. Das stellt im Online-Handel einen Vorteil als auch Nachteil dar. Falsch überwiesenes Geld kann nicht durch eine zentrale Instanz zurücküberwiesen werden. So bei mir, als ich im Jahr 2019 Hardware von einem Hersteller bestellt habe und die Transaktion per Bitcoin realisiert wurde. Ich habe weder die Ware erhalten noch meine Bitcoins, mit der ich die Ware bezahlt habe.

Man kann den Anbieter nicht direkt über die Bitcoin Adresse kontaktieren. Falls eine Zahlung irrtümlich erfolgt, ist man darauf angewiesen, dass der Empfänger seine Identität außerhalb des Bitcoin-Systems preisgab oder allgemein Wohlwollen beweist und die unerwartete Einzahlung auf sein Konto zurücküberweist. Der Verhinderung der Eingabe versehentlich falscher Adressen dient die Auswertung einer Prüfsumme.

Auf jeden Fall ist im Bitcoin-System der Empfänger anonym, so lange dieser sich nicht zu erkennen gibt. Wie bereits erwähnt, gibt es dann immer noch Möglichkeiten, die Identität zu ermitteln. Es ist kompliziert. Aber unter bestimmten Voraussetzungen und dem nötigen Fachwissen und Aufwand, ist es realisierbar.

Berichten zufolge kommt es häufiger vor, dass Beträge zurücküberwiesen werden. Weil es sich um ehrliche Netzwerkmitglieder handelt. Und dann gibt es noch die Unehrlichen Scamer usw.. Gegenmaßnahmen sind beispielsweise das Doxing (von englisch dox, Abkürzung für Documents, Dokumente), auch Doxxing, bezeichnet. Es ist das internetbasierte Zusammentragen und anschließende Veröffentlichen personenbezogener Daten, typischerweise mit gut- oder bösartigen Absichten gegenüber den Betroffenen. In erster Linie kann eine solche Herangehensweise zur Minimierung von Betrügereien führen. So, nur mein derzeitiger Standpunkt.

Auch die KYC (Know Your Customer) – Prozedur, kann solchen Machenschaften Einhalt gebieten. Doch die Vor- und Nachteile von KYC werde ich in einem zukünftigen Beitrag thematisieren.

Fazit

Zusammenfassend kann man sagen, dass Bitcoin eine revolutionäre digitale Währung ist, die auf der Blockchain-Technologie basiert. Es ist die erste seiner Art und hat damit bereits ein Alleinstellungsmerkmal. Man kann sogar sagen, dass sich immer noch der gesamte Markt an Bitcoin orientiert. Sie ermöglicht es darüber hinaus, Werte weltweit dezentral und sicher zu übertragen und hat das Potenzial, das traditionelle Finanzsystem zu verändern. Bitcoin ist nicht nur eine Währung, sondern auch eine Ideologie und Bewegung, die für finanzielle Freiheit und Unabhängigkeit steht. Obwohl es einige Herausforderungen und Unsicherheiten gibt, bleibt Bitcoin ein faszinierendes und vielversprechendes Konzept für die Zukunft der Finanzen.

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Blockchains werden in der Regel von einem Peer-to-Peer-Computernetzwerk (P2P) als öffentliches verteiltes Buch verwaltet, in dem die Knoten gemeinsam ein Konsensalgorithmusprotokoll befolgen, um neue Transaktionsblöcke hinzuzufügen und zu validieren. Obwohl Blockchain-Datensätze nicht unveränderlich sind, da Blockchain-Forks möglich sind, können Blockchains an sich als sicher angesehen werden und stellen ein Beispiel für ein verteiltes Computersystem mit hoher byzantinischer Fehlertoleranz dar.

Was hat es mit dem byzantinischen Fehler auf sich?

Als byzantinischen Fehler bezeichnet man in der Informationstechnik Fehler, bei denen sich ein System beliebig falsch verhält. Beispielsweise schickt ein Server gelegentlich falsche Antworten und erreicht gelegentlich falsche Systemzustände. Ein byzantinischer Fehler beschreibt im Allgemeinen ein schwer zu erfassendes Fehlermodell. In Mehrprozessor-Systemen bezeichnet der byzantinische Fehler eine Fehlerklasse. Falls eine Komponente an verschiedene Prozessoren unterschiedliche (protokollkonforme) Ergebnisse liefert, spricht man von einem byzantinischen Fehler.

Wer hat es erfunden und wofür?

Die erste Blockchain wurde von einer Person, oder einer Gruppe von Personen, unter dem Namen bzw. dem Pseudonym Satoshi Nakamoto im Jahr 2008 geschaffen. Dieser sollte als öffentliches verteiltes Hauptbuch für Bitcoin-Kryptowährungstransaktionen dienen. Dieser Arbeit basiert auf früheren Arbeiten von Stuart Haber, W. Scott Stornetta und Dave Bayer. Der Source Code ist Open Source und kann auf GitHub unter https://github.com/bitcoin/bitcoin eingesehen. Die Implementierung der Blockchain in Bitcoin, machte es zur ersten digitalen Währung, die das Problem der doppelten Ausgaben ohne die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen Behörde bzw. Institution oder eines zentralen Servers löste. Das Bitcoin-Design hat andere Anwendungen und Blockchains inspiriert, die für die Öffentlichkeit zugänglich sind und von Kryptowährungen bzw. NFT Projekten in großem Umfang genutzt werden. Die Blockchain kann als eine Art Zahlungsschiene betrachtet werden.

Zentrale Einheiten einer Blockchain

Distributed-Ledger-Technologie (DLT)

Alle Netzwerkteilnehmenden haben Zugriff auf ein verteiltes „Kontobuch“ (distributed Ledger) mit nicht manipulierbaren Datensätzen der Transaktionen. In diesem gemeinsam genutzten Kontobuch werden Transaktionen nur ein einziges Mal aufgezeichnet, wodurch die für traditionelle Unternehmensnetzwerke typische Doppelarbeit entfällt.

Nicht manipulierbare Datensätze

Keiner der Teilnehmenden kann eine Transaktion verändern oder manipulieren, nachdem diese im gemeinsam genutzten Kontobuch aufgezeichnet wurde. Falls ein Transaktionsdatensatz einen Fehler enthalten sollte, muss eine neue Transaktion hinzugefügt werden, die diesen Fehler korrigiert, und beide Transaktionen sind in der Folge sichtbar.

Smart Contracts

Um Transaktionen zu beschleunigen, wird ein Regelwerk – Smart Contract genannt – in der Blockchain gespeichert und automatisch ausgeführt. Ein Smart Contract kann beispielsweise Bedingungen für die Übertragung von Unternehmensanleihen, Bedingungen für eine zu zahlende Reiseversicherung und vieles mehr definieren. In dem Beitrag von gestern gehe ich Explizit auf dieses Thema ein.

Fazit

Bei einer Blockchain hat man als Mitglied eines nur auf Mitglieder begrenzten Netzwerks die Sicherheit, dass man präzise und termingerechte Daten erhält und das die vertraulichen Blockchain-Datensätze nur mit den anderen Netzmitgliedern geteilt werden, denen man ausdrücklich den Zugriff gewährt hat. Von allen Netzmitgliedern wird Konsens zur Korrektheit der Daten verlangt und sämtliche validierten Transaktionen sind nicht manipulierbar, weil sie permanent aufgezeichnet werden. Niemand kann eine Transaktion löschen oder ändern. Dies stellt eine immense Sicherheit dar.

Bei einem verteilten Kontobuch, dass von Mitgliedern eines Netzwerks gemeinsam genutzt wird, entfällt der Bedarf nach einem zeitaufwendigen Abgleichen von Datensätzen. Und zur Beschleunigung von Transaktionen lässt sich ein Regelwerk – Smart Contract genannt – in der Blockchain speichern und automatisch ausführen. Dies wiederum steigert die Effizienz ungemein. Häufig vergeudet man wertvolle Arbeitszeit mit der Pflege von Duplikaten, Datensätzen und mit Validierungen anderer Anbieter. Traditionelle Aufzeichnungssysteme können anfällig für Betrugsversuche und Cyberangriffe sein. Eingeschränkte Transparenz kann die Verifizierung von Daten behindern. Und durch das IoT (Internet of Things = Internet der Dinge) sind das Volumen von Transaktionsdaten explosionsartig gestiegen. All dies verlangsamt die Prozesse bzw. das Geschäft, belastet das Ergebnis – und bedeutet, dass wir bessere Methoden benötigen. Hier kann die Blockchain Abhilfe schaffen.

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