Symmetrische Verschlüsselungsverfahren

6 Kernkonzepte

Die wichtigsten symmetrischen Verschlüsselungsverfahren und Betriebsmodi: AES · DES / 3DES · ECB / CBC / CTR / GCM · Schlüssellängen · Padding · OpenSSL Symmetrische Verschlüsselung verwendet denselben Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung. Die Verfahren sind schnell und effizient – ideal für die Verschlüsselung großer Datenmengen.

AES – Advanced Encryption Standard

AES-128 · AES-192 · AES-256

AES-256-CBC // Algorithmus + Betriebsmodus Schlüssellänge: 128, 192 oder 256 Bit Blockgröße: 128 Bit (16 Byte)

AES ist der moderne Standard für symmetrische Verschlüsselung. Er wird weltweit in Regierungsbehörden, Banken und Unternehmen eingesetzt und gilt als sicher.

AES-Varianten

Variante	Schlüssellänge	Runden	Anwendung
AES-128	128 Bit	10 Runden	Standardsicherheit, gute Performance
AES-192	192 Bit	12 Runden	Erhöhte Sicherheit (selten verwendet)
AES-256	256 Bit	14 Runden	Höchste Sicherheit (empfohlen für sensible Daten)

Beispiele (OpenSSL)

# AES-256-CBC Verschlüsselung

openssl enc -aes-256-cbc -salt -in datei.txt -out datei.enc -k passwort

# AES-256-CBC Entschlüsselung

openssl enc -d -aes-256-cbc -in datei.enc -out datei.txt -k passwort

# AES-128-CTR (kein Padding erforderlich)

openssl enc -aes-128-ctr -in datei.txt -out datei.enc -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF -iv 000102030405060708090A0B0C0D0E0F

Tipp: AES-256 gilt als quantensicher gegen klassische Angriffe. Für die meisten Anwendungen ist AES-128 jedoch ausreichend und schneller. Verwenden Sie immer einen sicheren Betriebsmodus (CBC, GCM oder CTR).

DES & 3DES – Vorgänger von AES

DES · 3DES · Triple DES

DES // 56 Bit Schlüssel, 8 Byte Block 3DES // 168 Bit Schlüssel (3 × 56 Bit)

DES (Data Encryption Standard) ist ein historisches Verfahren mit 56-Bit-Schlüssellänge, das heute als unsicher gilt. 3DES (Triple DES) wendet DES dreimal an und bietet höhere Sicherheit.

DES vs. 3DES

Merkmal	DES	3DES
Schlüssellänge	56 Bit	168 Bit (3 × 56)
Blockgröße	64 Bit (8 Byte)	64 Bit (8 Byte)
Runden	16 Runden	48 Runden (3 × 16)
Sicherheit	Heute unsicher (Brute-Force möglich)	Akzeptabel (aber veraltet)
Performance	Schnell	Deutlich langsamer als AES

Beispiele (OpenSSL)

# DES-CBC Verschlüsselung (veraltet!)

openssl enc -des-cbc -in datei.txt -out datei.des -k passwort

# 3DES-CBC Verschlüsselung

openssl enc -des3 -in datei.txt -out datei.3des -k passwort

# 3DES Entschlüsselung

openssl enc -d -des3 -in datei.3des -out datei.txt -k passwort

Hinweis: DES gilt seit den späten 1990er Jahren als unsicher. 3DES wird noch in Legacy-Systemen verwendet, sollte aber durch AES ersetzt werden. Die Verwendung von 3DES wird von vielen Standards (z.B. NIST) nicht mehr empfohlen.

Betriebsmodi – ECB, CBC, CTR, GCM

ECB · CBC · CTR · GCM · OFB · CFB

// Empfehlung: GCM (Authenticated Encryption) AES-256-GCM // Verschlüsselung + Authentifizierung AES-256-CBC // Blockmodus mit IV AES-256-CTR // Counter-Modus (kein Padding)

Betriebsmodi definieren, wie ein Blockalgorithmus auf Daten angewendet wird. Sie unterscheiden sich in Sicherheit, Parallelisierbarkeit und Fehlerfortpflanzung.

Betriebsmodi im Vergleich

Modus	Beschreibung	Vorteile	Nachteile
ECB	Electronic Codebook	Einfach, parallelisierbar	Identische Blöcke ergeben identische Chiffratblöcke (unsicher!)
CBC	Cipher Block Chaining	Gute Sicherheit, weit verbreitet	Nicht parallelisierbar, Padding erforderlich
CTR	Counter Mode	Kein Padding, parallelisierbar	Benötigt eindeutigen Nonce/IV
GCM	Galois/Counter Mode	Authenticated Encryption (AEAD)	Komplexer, aber sehr sicher
OFB	Output Feedback	Kein Padding, Fehlerfortpflanzung	Nicht parallelisierbar
CFB	Cipher Feedback	Kein Padding, Streaming-fähig	Nicht parallelisierbar

Beispiele

# ECB (NICHT EMPFOHLEN!)

openssl enc -aes-256-ecb -in datei.txt -out datei.enc -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF

# CBC (Standard, mit IV)

openssl enc -aes-256-cbc -in datei.txt -out datei.enc -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF -iv 0102030405060708090A0B0C0D0E0F10

# GCM (Authenticated Encryption – empfohlen)

openssl enc -aes-256-gcm -in datei.txt -out datei.enc -K 00112233445566778899AABBCCDDEEFF -iv 0102030405060708090A0B0C0D0E0F10

Tipp: Verwenden Sie GCM (Galois/Counter Mode) für moderne Anwendungen – er kombiniert Verschlüsselung und Authentifizierung. ECB sollte aus Sicherheitsgründen niemals verwendet werden.

Schlüssellängen & Sicherheit – 128 vs. 256 Bit

128 Bit · 192 Bit · 256 Bit

// Schlüssellängen im Vergleich 128 Bit → 2^128 ≈ 3.4 × 10^38 Möglichkeiten 256 Bit → 2^256 ≈ 1.16 × 10^77 Möglichkeiten

Schlüssellängen bestimmen die Sicherheit eines symmetrischen Verfahrens. Längere Schlüssel bieten mehr Schutz gegen Brute-Force-Angriffe, sind aber langsamer.

Sicherheitsniveaus

Schlüssellänge	Effektive Sicherheit	Empfehlung	Anwendungsbeispiele
128 Bit	Sehr hoch	Ausreichend für die meisten Anwendungen	SSL/TLS, Dateiverschlüsselung
192 Bit	Höher	Für erhöhte Sicherheitsanforderungen	Regierungsbehörden (selten)
256 Bit	Maximal	Empfohlen für sensible Daten	Bereiche mit höchsten Sicherheitsanforderungen

Praxis-Tipp

# Prüfen der unterstützten Schlüssellängen (OpenSSL)

openssl enc -ciphers

# Generieren eines sicheren Schlüssels (256 Bit)

openssl rand -hex 32 # 32 Byte = 256 Bit

# Generieren eines IV (Initialization Vector)

openssl rand -hex 16 # 16 Byte = 128 Bit (für AES-CBC)

Tipp: Für die meisten Anwendungen ist AES-256 die beste Wahl. Verwenden Sie immer einen kryptografisch sicheren Zufallsgenerator für Schlüssel und IVs (z.B. openssl rand).

Padding – Blockausrichtung

PKCS#7 · PKCS#5 · Zero Padding

// Padding nach PKCS#7 Blockgröße: 16 Byte (AES) Fehlende Bytes: 3 → Padding: 0x03 0x03 0x03 Kein Padding: 16 → Padding: 0x10 × 16

Padding füllt den letzten Datenblock auf die Blockgröße auf. Moderne Modi wie CTR und GCM benötigen kein Padding.

Padding-Verfahren

Verfahren	Beschreibung	Verwendung
PKCS#7	Jedes Padding-Byte hat den Wert der Anzahl der hinzugefügten Bytes	Standard bei CBC (AES, DES)
PKCS#5	Wie PKCS#7, aber für 8-Byte-Blöcke (DES)	Veraltet, meist durch PKCS#7 ersetzt
Zero Padding	Füllt mit Null-Bytes auf	Einfach, aber bei Binärdaten problematisch
ANSI X.923	Null-Bytes + letztes Byte mit Anzahl	Selten

Beispiele

# PKCS#7 Padding (AES-CBC, OpenSSL Standard)

openssl enc -aes-256-cbc -in datei.txt -out datei.enc -K ... -iv ... # Verwendet PKCS#7

# Kein Padding (CTR/GCM)

openssl enc -aes-256-ctr -in datei.txt -out datei.enc -K ... -iv ... # Kein Padding erforderlich

# Padding in Python (PyCryptodome)

from Crypto.Util.Padding import pad, unpad

padded_data = pad(data, AES.block_size)

original_data = unpad(padded_data, AES.block_size)

Tipp: Verwenden Sie CTR oder GCM, wenn Sie Padding vermeiden möchten. Bei CBC ist PKCS#7 der Standard und wird von den meisten Bibliotheken unterstützt.

OpenSSL – Praktische Befehle

enc · rand · dgst · genpkey

openssl enc # Verschlüsselung openssl rand # Zufallszahlen openssl dgst # Hashfunktionen

OpenSSL ist das wichtigste Kommandozeilen-Tool für Kryptographie. Es unterstützt alle wichtigen symmetrischen Verfahren und Betriebsmodi.

Wichtige OpenSSL-Befehle

# Sichere Verschlüsselung (AES-256-GCM)

openssl enc -aes-256-gcm -in datei.txt -out datei.enc -K $(openssl rand -hex 32) -iv $(openssl rand -hex 16)

# Entschlüsselung (mit -d)

openssl enc -d -aes-256-gcm -in datei.enc -out datei.txt -K ... -iv ...

# Schlüssel generieren (256 Bit)

openssl rand -hex 32

# IV generieren (128 Bit für AES)

openssl rand -hex 16

# Passwort-basierte Verschlüsselung (empfohlen)

openssl enc -aes-256-cbc -salt -in datei.txt -out datei.enc -k meinPasswort

# Liste aller unterstützten Ciphers

openssl enc -list

Tipp: Verwenden Sie -salt bei passwortbasierter Verschlüsselung, um Wörterbuchangriffe zu erschweren. Der -k-Parameter akzeptiert das Passwort direkt – in Produktionsumgebungen besser über Umgebungsvariablen oder Dateien.

Symmetrische Verfahren im Überblick

AES Advanced Encryption Standard
128, 192, 256 Bit

3DES Triple DES (veraltet)
168 Bit Schlüssel

GCM Galois/Counter Mode
Authenticated Encryption

CBC Cipher Block Chaining
Klassischer Blockmodus

CTR Counter Mode
Kein Padding

IV Initialization Vector
Muss eindeutig sein!

Quick Summary

AES

Moderner Standard

3DES

Veraltet

GCM

Authenticated Encryption

256 Bit

Höchste Sicherheit

PKCS#7

Padding-Standard

openssl

Kommandozeile

openssl enc -aes-256-gcm -in datei.txt -out datei.enc -K ... -iv ...