Die Kryptographie (griechisch kryptós „verborgen" und gráphein „schreiben") ist die Wissenschaft der sicheren Kommunikation: Sie umfasst Ver- und Entschlüsselung, Hashfunktionen, digitale Signaturen und Schlüsselaustausch. Die konkrete Verschlüsselung ist nur ein Teilgebiet — Kryptographie ist der Oberbegriff für alle Verfahren, die Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität von Daten schützen.
Symmetrische Verfahren
Bei symmetrischen Verfahren nutzen Sender und Empfänger denselben Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Der Standard ist AES (Advanced Encryption Standard, von Joan Daemen und Vincent Rijmen 1998 als Rijndael entwickelt, 2001 vom NIST standardisiert). Symmetrische Verfahren sind sehr schnell, haben aber das Schlüsselverteilungsproblem: Beide Seiten müssen denselben geheimen Schlüssel sicher austauschen.
Asymmetrische Verfahren (Public-Key-Kryptographie)
Asymmetrische Verfahren verwenden ein Schlüsselpaar aus öffentlichem und privatem Schlüssel. Ein öffentlicher Schlüssel verschlüsselt Daten, die nur ein privater Schlüssel entschlüsseln kann — und umgekehrt. Das bekannteste Verfahren ist RSA (1977 von Ron Rivest, Adi Shamir und Leonard Adleman), moderner sind Elliptische-Kurven-Verfahren (ECC), die bei gleicher Sicherheit deutlich kürzere Schlüssel brauchen. Asymmetrische Verfahren sind rechenintensiv und werden daher selten für Massendaten genutzt.
Hashfunktionen und Signaturen
Kryptographische Hashfunktion (z.B. SHA-256) bildet beliebige Daten auf eine feste Prüfsumme ab — einbahnig, kollisionsresistent und ohne Schlüssel. Sie sichern Integrität: Schon eine geänderte Datei erzeugt einen anderen Hash. Eine digitale Signatur kombiniert Hash und asymmetrische Verschlüsselung: Der Absender signiert den Hash mit seinem privaten Schlüssel, jeder kann die Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel prüfen — das belegt Herkunft und Unversehrtheit. Dass ein öffentlicher Schlüssel wirklich zu einer Person gehört, bescheinigt ein Zertifikat.
Schlüsselaustausch und TLS
Der Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch (Whitfield Diffie und Martin Hellman, 1976) löst das Schlüsselverteilungsproblem: Zwei Seiten erzeugen über öffentlich sichtbare Werte einen gemeinsamen geheimen Schlüssel, ohne ihn zu übertragen. Praxisprotokolle wie der TLS-Handshake kombinieren alle Bausteine: asymmetrische Verfahren für den Schlüsselaustausch und die Authentifizierung, symmetrische Verfahren (AES, ChaCha20) für die eigentliche Datenverschlüsselung. Die verschlüsselten Daten reisen anschließend als Netzwerkpaket über TCP/IP.
Angriffe und Praxis
Kryptographie ist nur so stark wie ihre Anwendung: schwache Schlüssel, falsche Protokollnutzung und ein Brute-Force-Angriff unterlaufen selbst gute Algorithmen. Im Alltag begegnen einem die Verfahren bei HTTPS, E-Mail-Verschlüsselung, Festplatten (LUKS) und bei OAuth-Tokens. Auch die Zwei-Faktor-Authentifizierung und das Zero-Trust-Modell stützen sich auf kryptographische Bausteine.
Verwandte Grundlagen: Verschlüsselung, Hashfunktion, öffentlicher Schlüssel, TLS-Handshake.