Aufgaben: Public-Key-Verfahren und Beurteilung

Verschlüssele das Wort „HALLO“ mit der Caesar-Verschlüsselung mit dem Schlüssel 3 (Verschiebung um 3 Buchstaben im Alphabet nach rechts). Entschlüssele anschließend „KDXV“ mit demselben Schlüssel.

Erkläre den Unterschied zwischen symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung. Gehe dabei darauf ein, wie viele Schlüssel benötigt werden und welcher Schlüssel geheim bleibt.

Bei einem Public-Key-Verfahren besitzt Lena einen öffentlichen und einen privaten Schlüssel. Ben möchte ihr eine vertrauliche Nachricht schicken.

1. a) Mit welchem Schlüssel verschlüsselt Ben die Nachricht?
2. b) Mit welchem Schlüssel entschlüsselt Lena sie?
3. c) Welchen Schlüssel darf Lena veröffentlichen?

Eine Caesar-verschlüsselte Nachricht lautet „WKHVHQ“. Du weißt nur, dass sie auf Deutsch ist.

1. a) Beschreibe ein Verfahren, wie man ohne Kenntnis des Schlüssels den Klartext herausfinden kann.
2. b) Wie viele verschiedene Schlüssel müssen höchstens probiert werden (26 Buchstaben)?
3. c) Entschlüssele die Nachricht, wenn der Schlüssel 3 ist.

In einer Klasse mit 25 Schülern soll jeder mit jedem anderen vertraulich kommunizieren können.

1. a) Wie viele verschiedene Schlüssel werden bei symmetrischer Verschlüsselung benötigt (ein eigener Schlüssel pro Paar)?
2. b) Wie viele Schlüsselpaare braucht man bei asymmetrischer Verschlüsselung, wenn jeder ein eigenes Schlüsselpaar besitzt?
3. c) Erkläre, welches Problem bei der symmetrischen Variante zusätzlich auftritt, wenn man den Schlüssel austauschen muss.

Ein Schüler behauptet: „Wenn ich meine Nachricht mit meinem privaten Schlüssel verschlüssele, kann sie nur ich lesen.“

1. a) Beurteile diese Aussage.
2. b) Wozu kann es trotzdem dienen, mit dem privaten Schlüssel zu verschlüsseln (digitale Signatur)?
3. c) Wer kann das Ergebnis überprüfen und womit?

Ein Online-Shop nutzt für die Übertragung deiner Zahlungsdaten ein hybrides Verfahren: Zuerst wird mit einem asymmetrischen Verfahren ein gemeinsamer Sitzungsschlüssel ausgetauscht, danach wird symmetrisch verschlüsselt.

1. a) Erkläre, warum man nicht die gesamte Kommunikation asymmetrisch verschlüsselt.
2. b) Erkläre, welches Problem der symmetrischen Verschlüsselung durch den ersten Schritt gelöst wird.
3. c) Beurteile die Sicherheit, wenn ein Angreifer den öffentlichen Schlüssel kennt, aber nicht den privaten.

Vergleiche die Caesar-Verschlüsselung, die monoalphabetische Substitution (beliebige Zuordnung der Buchstaben) und ein modernes Public-Key-Verfahren.

1. a) Gib für Caesar und für die Substitution die Anzahl möglicher Schlüssel an (für 26 Buchstaben, Substitution als Produkt $26!$, nur Größenordnung nennen).
2. b) Erkläre, warum die Substitution trotzdem durch Häufigkeitsanalyse angreifbar ist.
3. c) Beurteile die drei Verfahren hinsichtlich Sicherheit und Aufwand.

Maximilian erhält eine E-Mail, angeblich von seiner Bank, mit dem öffentlichen Schlüssel der Bank, um Daten verschlüsselt zu senden. Ein Angreifer könnte seinen eigenen öffentlichen Schlüssel untergeschoben haben (Man-in-the-Middle).

1. a) Beschreibe, wie der Angreifer dabei Nachrichten mitlesen könnte.
2. b) Erkläre, wie Zertifikate und Zertifizierungsstellen dieses Problem verringern.
3. c) Beurteile, ob Verschlüsselung allein die Schutzziele Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit sicherstellt.