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Wie funktioniert sichere E-Mail-Kommunikation?

Was Julius Cäsar schon wussteVerschlüsselung sensibler Inhalte ist fast so alt, wie die schriftliche Kommunikation selbst. Bereits der Feldherr und spätere römische Kaiser Cäsar hat seine Korrespondenz verschlüsselt. Dabei wurden die Buchstaben im Alphabet um drei Stellen verschoben. Das ist zugegebener Maßen ein sehr einfaches Verfahren, war aber wohl dennoch erfolgreich.
Für die heutige Zeit sind dank moderner Technologien natürlich viel ausgefeiltere Verschlüsselungsmethoden nutzbar. In der E-MailKommunikation haben sich hierbei zwei Standards herausgebildet, S/MIME und PGP. Beide Standards sorgen dafür, dass die Säulen der sicheren Kommunikation umgesetzt werden können.

Drei Säulen der sicheren Kommunikation

• Integrität

Im Rahmen der sicheren E-Mail-Kommunikation stellen S/MIME und PGP sicher, dass sich der Inhalt der Nachricht auf dem Weg vom Absender zum Empfänger nicht verändert bzw. etwaige Veränderungen dem Empfänger sofort angezeigt werden. Dies wird mit Hilfe der digitalen Signatur erreicht.

• Authentizität

Eine weitere Aufgabe der digitalen Signatur ist es, die Echtheit des Absenders sicherzustellen. D.h. der Empfänger einer signierten Nachricht hat die Sicherheit, dass die E-Mail tatsächlich vom angegebenen Absender versandt wurde.

• Vertraulichkeit

Mit E-Mail-Verschlüsselung wird schließlich gewährleistet, dass der Inhalt einer E-Mail auf dem Weg vom Absender zum Empfänger von Dritten nicht gelesen werden kann.

Problem erkannt…

Sehen wir uns im Folgenden genauer an, wie S/MIME und PGP die Verschlüsselung realisieren. Eine der Herausforderungen bei der Verschlüsselung ist die Frage, wie der Empfänger die Informationen erhält, um eine verschlüsselte Nachricht zu entschlüsseln. Nehmen wir das Anfangsbeispiel der sogenannten Cäsar-Verschlüsselung. Der Empfänger muss für die Entschlüsselung wissen, wie der Absender die Nachricht verschlüsselt hat. Würde diese Information nun gemeinsam mit dem verschlüsselten Text transportiert werden, so könnte jemand den Überbringer der Nachricht stoppen und bekäme damit Zugriff auf die geheime Information. Damit wäre er in der Lage, die aktuelle Nachricht und alle zukünftigen auf der gleichen Basis verschlüsselten Texte lesbar zu machen.

Vor- und Nachteile des Secret-Key

Symmetrische Verschlüsselungsverfahren verwenden zum Ver- und Entschlüsseln jeweils den gleichen Schlüssel, den Privaten (Secret-Key). Die schon erwähnte Cäsar-Chiffre ist ein symmetrisches Verfahren. Mit dem Besitz dieses Schlüssels ist es möglich, Nachrichten zu ver- und zu entschlüsseln. Es gestaltet sich problematisch, den Schlüssel auf einem sicheren Weg zwischen den Kommunikationspartnern zu vereinbaren und auszutauschen. Der Vorteil ist die Geschwindigkeit dieser Methode.

Vor- und Nachteile des Public-Key

Beim asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren ist ein Schlüsselpaar beteiligt. Mit dem Public-Key wird die Nachricht ver- und mit dem dazu gehörigen privaten Schlüssel wieder entschlüsselt.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass nur der öffentliche Schlüssel verteilt werden muss. Der Secret-Key bleibt an einem sicheren Ort geheim. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es mehr Rechenkapazität erfordert und im Vergleich zum symmetrischen Verfahren langsamer ist.

…Problem gebannt: Hybridverfahren – Die Kombination macht’s!

Diese Schwierigkeit wird bei S/MIME und PGP durch die kombinierte Verwendung von symmetrischen und asymmetrischen Verschlüsselungsmethoden gelöst. Man spricht hierbei auch von einem Hybridverfahren. Die Information wird mittels eines so genannten Sitzungsschlüssels, der nur ein Mal Verwendung findet, symmetrisch verschlüsselt. Dieser Session-Key wird dann asymmetrisch mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers verschlüsselt und der Nachricht angehängt. Der Empfänger kann mit seinem Secret-Key den Schlüssel und anschließend die Information entschlüsseln. Für Nachrichten ist dieses Vorgehen effektiver als eine asymmetrische Verschlüsselung der gesamten Nachricht. Da der Session-Key nur ein einziges Mal verwendet wird, ist diese Methode genauso sicher wie eine asymmetrische Verschlüsselung.

Fazit

Man sieht, die Abläufe und Voraussetzungen bei Verschlüsselung sind recht komplex. Daher zeigt sich auch in der Praxis: Eine effiziente Verschlüsselung findet dann in der Breite Verwendung, wenn die einzelnen E-Mail-Absender und -Empfänger mit den eigentlichen Ver- und Entschlüsselungsprozessen nicht konfrontiert werden. Der beste Weg dahin ist die Nutzung einer servergestützten Ver- und Entschlüsselung, die dafür sorgt, dass die erforderlichen Funktionen voll automatisch durch ein unternehmensweites Regelwerk gesteuert werden. S/MIME- und PGP-Verschlüsselung funktioniert dann, wenn Absender UND Empfänger einen dieser Standards aktiv unterstützen. D.h. bevor mit der Verschlüsselung begonnen werden kann, sind die jeweils öffentlichen Schlüssel bzw. Zertifikate zwischen Absender und Empfänger auszutauschen. Hat der Absender nun die Anforderung mit beliebigen Empfängern verschlüsselt zu kommunizieren, also auch mit solchen, die nicht S/MIME oder PGP nutzen können oder wollen, existieren dafür web-basierte Alternativen. Diese beleuchten wir in einem der nächsten Blog-Artikel.