Kryptoanalyse

Wenn zwei Menschen eine geheime Nachricht austauschen, verwandeln sie den Text vorher in unlesbaren Zeichensalat. Dieses Verwandeln nennt man Verschlüsselung, und rückgängig machen kann es normalerweise nur, wer das passende Geheimwort kennt. Kryptoanalyse ist der Versuch, den Klartext trotzdem zu bekommen — ohne dieses Geheimwort. Sie ist damit das Gegenstück zur Verschlüsselung: die eine Seite baut Schlösser, die andere prüft, ob sie sich knacken lassen. Wichtig ist, dass das nicht automatisch etwas Kriminelles ist. Die meisten Kryptoanalytiker arbeiten an Universitäten oder in Sicherheitsfirmen und veröffentlichen ihre Funde, damit schwache Verfahren rechtzeitig ausgetauscht werden.

Warum Verschlüsselung erst durch Angriffe vertrauenswürdig wird

Man kann nicht beweisen, dass ein Verschlüsselungsverfahren sicher ist. Man kann nur feststellen, dass jahrzehntelang niemand einen praktikablen Angriff gefunden hat. Genau darauf beruht das Vertrauen in die Verfahren, die heute deine Bankgeschäfte und Nachrichten schützen. Ohne Kryptoanalyse wüsste niemand, welche davon hält und welche nur kompliziert aussieht.

Deshalb gilt in der Fachwelt ein strenges Prinzip: Ein Verfahren muss offenliegen. Wer sein Verfahren geheim hält und behauptet, es sei gerade deswegen sicher, macht sich verdächtig. Fachleute nennen das abwertend „Security by Obscurity“, also Sicherheit durch Verstecken. Verlässlich ist stattdessen ein Verfahren, dessen Bauplan jeder kennt und das trotzdem niemand bricht.

Historisch hat Kryptoanalyse Kriege mitentschieden. Im Zweiten Weltkrieg brachen polnische und britische Mathematiker die deutsche Chiffriermaschine Enigma. Die Deutschen hielten ihre Maschine für unknackbar und hatten dabei einen Denkfehler gemacht: Sie unterschätzten, wie viel Struktur ihre eigenen Funksprüche verrieten.

Womit Codebrecher arbeiten

Der einfachste Angriff heißt Brute Force: alle möglichen Schlüssel durchprobieren. Bei modernen Verfahren gibt es davon so viele, dass alle Computer der Welt Milliarden Jahre bräuchten. Kryptoanalyse sucht deshalb nach Abkürzungen. Jede Abkürzung, die schneller ist als das Durchprobieren, gilt in der Forschung schon als Bruch — auch wenn sie praktisch noch zu langsam ist.

Ein klassisches Werkzeug ist die Häufigkeitsanalyse. Im Deutschen ist das E der häufigste Buchstabe. Wer bei einem einfachen Verfahren zählt, welches Zeichen im Geheimtext am öftesten vorkommt, hat einen guten ersten Tipp. Moderne Verfahren wehren das ab, indem gleiche Buchstaben je nach Position unterschiedlich verschlüsselt werden.

Oft greifen Fachleute aber nicht die Mathematik an, sondern die Umsetzung. Ein Gerät braucht beim Rechnen mit dem echten Schlüssel minimal länger oder verbraucht messbar mehr Strom. Aus solchen Nebenwirkungen lässt sich der Schlüssel rekonstruieren. Diese Angriffe heißen Seitenkanalangriffe und sind in der Praxis erfolgreicher als reine Rechenangriffe.

Kryptoanalyse in Nachrichten und Technik von heute

Du profitierst jedes Mal davon, wenn im Browser das Schloss-Symbol erscheint. Die Verfahren dahinter wurden vorher öffentlich angegriffen und überlebten. Verfahren, die das nicht schafften, wurden abgeschaltet: Die Prüfsumme MD5 und das alte Protokoll SSL gelten heute als unbrauchbar, weil Kryptoanalytiker sie geknackt haben.

Aktuell dreht sich viel um Quantencomputer. Solche Rechner könnten bestimmte Verfahren, die heute Bankdaten schützen, sehr schnell brechen. Als Reaktion entwickeln Forschende sogenannte post-quanten-sichere Verfahren und setzen sie sofort der Kryptoanalyse aus. Mehrere Kandidaten sind dabei schon gescheitert — genau das ist der Sinn der Übung.

Auch Künstliche Intelligenz spielt inzwischen mit. Lernende Programme können Muster in Messdaten finden, die Menschen übersehen, und so Seitenkanalangriffe verbessern. Die großen mathematischen Verfahren knacken sie damit nicht. Ein häufiger Irrtum ist, KI würde Verschlüsselung generell wertlos machen — bisher verschiebt sie nur, an welcher Stelle die Schwachstellen liegen.