Alles, was Sie über AES-256-Verschlüsselung wissen müssen
Wenn die nationale Sicherheit betroffen ist, werden starke Verschlüsselungsmaßnahmen ergriffen, um Daten zu schützen. Der Advanced Encryption Standard (AES), ursprünglich vom US-Bundesstaat angenommen, hat sich weiterentwickelt und ist zu einem Industriestandard für die Sicherung von Daten geworden und muss Teil der integrierten Risikomanagement-Strategie jeder Organisation sein. AES gibt es in 128-Bit-, 192-Bit- und 256-Bit-Implementierungen, wobei die 256-Bit-Implementierung die sicherste ist. Dieser Artikel erklärt, was AES-256-Verschlüsselung beinhaltet, wie sie funktioniert und wie sicher sie ist. Er diskutiert auch, wie Doppelverschlüsselung die Sicherheit verstärkt und vertrauliche Inhalte vor bösartigen Cyberangriffen schützt.
Was ist AES-256-Verschlüsselung?
Der Advanced Encryption Standard (AES) ist ein symmetrischer Blockchiffre, den die US-Regierung auswählt, um klassifizierte Daten zu schützen. Die AES-256-Verschlüsselung verwendet die 256-Bit-Schlüssellänge, um einen Nachrichtenblock zu verschlüsseln sowie zu entschlüsseln. Es gibt 14 Runden von 256-Bit-Schlüsseln, wobei jede Runde Verarbeitungsschritte umfasst, die Substitution, Transposition und das Mischen von Klartext beinhalten, um ihn in Chiffretext zu verwandeln.
Das National Institute of Standards & Technology (NIST) begann 1997 mit der Entwicklung von AES, als die Notwendigkeit entstand, einen alternativen Standard zum Data Encryption Standard (DES) zu schaffen. DES hatte begonnen, anfällig für Brute-Force-Angriffe zu werden.
Der AES-Verschlüsselungsstandard wurde von der National Security Agency (NSA) genehmigt, um sowohl geheime als auch streng geheime Regierungsinformationen zu schützen. Seitdem ist er zu einem Industriestandard für die Verschlüsselung von Informationen geworden. Es handelt sich um einen offenen Standard, was bedeutet, dass er für öffentliche, private, kommerzielle und nicht-kommerzielle Implementierungen verwendet werden kann.
Wie sicher ist die AES-256-Verschlüsselung?
AES-256-Verschlüsselung ist extrem sicher. Sie ist der sicherste heute verfügbare Verschlüsselungsalgorithmus und wird umfangreich in Regierungs- und Militäranwendungen sowie von Unternehmen in stark regulierten Branchen eingesetzt. Die Verschlüsselung hat eine Schlüssellänge von 256 Bit, die als praktisch unknackbar gilt – selbst mit der fortschrittlichsten Rechenleistung und Algorithmen. Es ist auch das gleiche Sicherheitsniveau, das von Banken und anderen Finanzinstituten verwendet wird, um sensible Kundeninformationen zu schützen.
Ist die AES-Verschlüsselung symmetrisch oder asymmetrisch?
AES-Verschlüsselung ist ein symmetrischer Kryptographiealgorithmus. Das bedeutet, dass der Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsprozess denselben Schlüssel für beide Prozesse verwendet. AES ist seit den letzten Jahrzehnten der Standard für symmetrische Verschlüsselung und wird heute noch wegen seiner sicheren Verschlüsselungsfähigkeiten weit verbreitet eingesetzt. AES ist schnell und sicher, was es zu einer beliebten Wahl für die Verschlüsselung von Dateien und anderen sensiblen Daten macht.
Welche Verschlüsselungsmerkmale bietet AES?
AES besteht aus mehreren Hauptmerkmalen:
Substitutions-Permutations-Netzwerk
AES-256-Verschlüsselung basiert auf einem Substitutions-Permutations-Netzwerk, auch bekannt als SP-Netzwerk. Die Verschlüsselung arbeitet auf einer SP-Netzwerkstruktur statt auf einer Feistel-Chiffre-Struktur, die denselben grundlegenden Algorithmus sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung verwendet.
Schlüsselexpansion
Der Algorithmus nimmt während der ersten Phase einen einzelnen Schlüssel auf. Dieser wird später zu mehreren Schlüsseln erweitert, die in jeder Runde verwendet werden.
Byte-Daten
Der AES-Verschlüsselungsalgorithmus arbeitet mit Byte-Daten statt mit Bit-Daten. Das bedeutet, dass er die 128-Bit-Blockgröße während des Verschlüsselungsprozesses als 16 Bytes behandelt.
Schlüssellänge
Die Anzahl der Verschlüsselungsdurchgänge hängt von der verwendeten Schlüssellänge zur Datenverschlüsselung ab. Die Schlüsselgröße von 256 Bit hat 14 Durchgänge.
Wie verschlüsselt AES-256 Ihre Daten?
Da AES ein symmetrisches Schlüsselchiffre ist, verwendet es denselben geheimen Schlüssel sowohl für die Verschlüsselung als auch für die Entschlüsselung. Das bedeutet, dass sowohl der Sender als auch der Empfänger der betreffenden Daten eine Kopie des geheimen Schlüssels benötigen. Symmetrische Schlüssel eignen sich besser für interne Übertragungen, im Gegensatz zu asymmetrischen Schlüsseln, die am besten für externe Übertragungen geeignet sind. Symmetrische Schlüsselchiffren, wie AES, sind schneller und effizienter in der Ausführung, da sie weniger Rechenleistung als asymmetrische Schlüsselalgorithmen benötigen.
AES verwendet Blockchiffren, bei denen der Klartext in Abschnitte, sogenannte Blöcke, unterteilt wird. AES nutzt eine Blockgröße von 128 Bit, wobei Daten in 4×4-Arrays unterteilt werden, die 16 Bytes umfassen. Jedes Byte enthält 8 Bits, was insgesamt 128 Bits pro Block ergibt. Bei AES bleibt die Größe der verschlüsselten Daten gleich. Das bedeutet, dass 128 Bits Klartext 128 Bits Chiffretext ergeben.
Bei jeder Verschlüsselung wird jede Dateneinheit durch eine andere Einheit gemäß dem verwendeten Sicherheitsschlüssel ersetzt. AES ist ein Substitutions-Permutations-Netzwerk, das einen Schlüsselexpansionsprozess verwendet, bei dem der Anfangsschlüssel genutzt wird, um neue Schlüssel, sogenannte Rundenschlüssel, zu generieren. Die Rundenschlüssel werden über mehrere Runden der Modifikation generiert. Jede Runde erschwert das Brechen der Verschlüsselung. Die AES-256-Verschlüsselung verwendet 14 solcher Runden.
AES funktioniert, indem der ursprüngliche Schlüssel einem Block durch eine Exklusiv-Oder (XOR)-Verschlüsselung hinzugefügt wird. Dies ist eine Operation, die in die Prozessorhardware integriert ist. In dem Block wird jedes Datenbyte durch ein anderes ersetzt, entsprechend einer vorher festgelegten Tabelle. Die Reihen des 4×4-Arrays werden verschoben, wobei die Bytes in der zweiten Reihe um einen Platz nach links, in der dritten Reihe um zwei Plätze und in der vierten Reihe um drei Plätze verschoben werden. Anschließend werden die Spalten gemischt, indem die vier Bytes in jeder Spalte kombiniert werden, und der Rundenschlüssel wird dem Block hinzugefügt. Der Prozess wird für jede Runde wiederholt und ergibt einen Geheimtext, der sich vollständig vom Klartext unterscheidet.
Dieser Verschlüsselungsalgorithmus bietet die folgenden Vorteile:
- Die Verwendung eines anderen Schlüssels für jede Runde führt zu einem viel komplexeren Ergebnis
- Byte-Substitution modifiziert die Daten auf nichtlineare Weise und verbirgt so die Beziehung zwischen Klartext und Chiffre.
- Das Verschieben von Zeilen und das Mischen von Spalten streut Daten und transponiert somit Bytes. Dies kompliziert die Verschlüsselung weiter.
Das Ergebnis dieser Prozesse ist ein sicherer Datenaustausch. Derselbe Prozess wird in umgekehrter Reihenfolge für den Entschlüsselungsprozess wiederholt.
AES-256-Entschlüsselungsprozess
AES-Geheimtexte können mithilfe der inversen Verschlüsselung in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden. Wie oben gesehen, verwendet AES symmetrische Verschlüsselung, was bedeutet, dass der geheime Schlüssel, der für die Verschlüsselung verwendet wird, derselbe ist, der für die Entschlüsselung verwendet wird.
Im Falle der AES-256-Entschlüsselung beginnt der Prozess mit dem inversen Rundenschlüssel. Der Algorithmus kehrt dann jede Aktion um, nämlich: Verschieben von Reihen, Byte-Substitution und Spaltenmischung, bis er die ursprüngliche Nachricht entschlüsselt.
Ist die AES-256-Verschlüsselung knackbar?
AES-256-Verschlüsselung ist praktisch unknackbar mit jeder Brute-Force-Methode. Es würde Millionen von Jahren dauern, sie mit der aktuellen Computertechnologie und -fähigkeiten zu brechen.
Jedoch ist kein Verschlüsselungsstandard oder -system vollständig sicher. Im Jahr 2009 entdeckte eine Kryptoanalyse einen möglichen Angriff über verwandte Schlüssel. Bei einem solchen Angriff versuchen Angreifer, einen Chiffre zu knacken, indem sie beobachten, wie er mit verschiedenen Schlüsseln operiert. Glücklicherweise haben Experten seitdem geschlossen, dass eine solche Bedrohung nur in AES-Systemen auftreten kann, die nicht korrekt konfiguriert sind.
Da es nahezu unmöglich ist, den AES-Chiffre mit einer Brute-Force-Methode zu knacken, besteht das Hauptrisiko dieses Standards in Seitenkanalangriffen. Bei diesen Angriffen versuchen Angreifer, aus einem System austretende Informationen aufzugreifen, um herauszufinden, wie die Verschlüsselungsalgorithmen funktionieren. Dies kann jedoch nur in unsicheren Systemen geschehen. Eine solide AES-256-Implementierung schützt ein System vor Seitenkanalangriffen.
So sicher der AES-256-Standard auch ist, ein anfälliges System kann dazu führen, dass ein Angreifer den geheimen Schlüssel selbst erlangt. Ein Zero-Trust-Sicherheits-Ansatz stellt sicher, dass Organisationen digitale Kommunikation, die Daten austauschen, vertrauen und überprüfen. Darüber hinaus müssen Organisationen einen Defense-in-Depth-Ansatz für die Sicherheit verfolgen, der Multi-Faktor-Authentifizierung, gehärtete Infrastruktur und proaktive sowie integrierte Incident-Response umfasst. Eingehende Kommunikation sensibler Inhalte muss unter Verwendung von Data Loss Prevention, Antivirus und Anti-Malware-Fähigkeiten verifiziert werden, während ausgehende Kommunikation sensibler Inhalte ebenfalls Data Loss Prevention nutzen sollte. Diese Fähigkeiten sollten in jedem Cyber-Risikomanagement-Ansatz einbezogen werden.
Die offene Natur des AES-256-Standards macht ihn zu einem der sichersten Verschlüsselungsstandards. Cybersecurity-Experten sind ständig auf der Suche nach potenziellen Schwachstellen, und wenn eine Schwachstelle entdeckt wird, werden Benutzer benachrichtigt und Maßnahmen ergriffen, um das Problem zu beheben.
Beispiele, wo die AES-256-Verschlüsselung derzeit eingesetzt wird
Folgend finden Sie einige die Einsatzbereiche für die AES-256-Verschlüsselung:
- US-amerikanische Regierungseinrichtungen wie die NSA, das Militär und viele andere Einheiten verwenden AES-Verschlüsselung für sichere Kommunikation und Datenspeicherung.
- Viele Geräte, Anwendungen und Netzwerke verwenden heute die AES-256-Verschlüsselung, um Daten im ruhenden Zustand und während der Übertragung zu schützen. Viele SSDs setzen AES-Verschlüsselungsalgorithmen ein.
- Alle in der Google Cloud gespeicherten Daten werden standardmäßig mit dem AES-256-Standard verschlüsselt.
- Auch AWS, Oracle und IBM verwenden den AES-256-Verschlüsselungsstandard.
- WhatsApp-Nachrichten werden mit dem AES-256-Verschlüsselungsstandard verschlüsselt.
AES-256 für die Kommunikation sensibler Inhalte
Organisationen müssen Daten schützen und privat halten, wenn sie im Ruhezustand und während der Übertragung sind. In beiden Fällen muss eine Verschlüsselung eingesetzt werden. Für Daten im Ruhezustand ist die AES-256-Verschlüsselung oft die beste Option, während die Transport Layer Security (TLS)-Verschlüsselung Secure Sockets Layer (SSL)-Tunnel erstellt, um private Inhalte zu schützen. Private Daten, die eine Verschlüsselung erfordern, umfassen personenbezogene Informationen, geschützte Gesundheitsinformationen, Finanzunterlagen und strategische Unternehmensprodukt-, Marketing- und Vertriebspläne.
Kiteworks verschlüsselt jeden Inhalt mit einem einzigartigen, starken Schlüssel auf Dateiebene und mit einem anderen starken Schlüssel auf der Ebene des Datenträgervolumens. Dies stellt sicher, dass jede Datei doppelt verschlüsselt ist. Weiterhin werden Dateischlüssel, Volumenschlüssel und andere Zwischenschlüssel verschlüsselt, wenn sie gespeichert werden.
Kiteworks verwendet eine von einem Administrator eingegebene Passphrase, um einen Super-Schlüssel zu generieren, der bei der Verschlüsselung aller gespeicherten Schlüssel verwendet wird. Wenn also ein Administrator die Passphrase regelmäßig, wie empfohlen, ändert, ist der Prozess schnell und effizient, da nur die Schlüssel neu verschlüsselt werden müssen und nicht alle Inhalte.
Diejenigen, die mehr Details über Kiteworks’ Schlüsselverschlüsselungsansatz über verschiedene Kanäle der Kommunikation sensibler Inhalte erfahren möchten –E-Mail, Filesharing, Managed File Transfer, Web-Formulare, und Anwendungsprogrammierschnittstellen (APIs) können einen Individuelle Demo an ihre Umgebung anpassen.
