Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung
- Wie lässt sich „Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung“ mit einem Modell erklären?
- Wer darf die Information lesen, verändern oder weitergeben?
- Wie kann ich meine Lösung testen und verständlich dokumentieren?
Asymmetrische Verschlüsselung (Public-Key-Verfahren)
Asymmetrische Verschlüsselungen haben den Vorteil, dass kein geheimer Schlüssel ausgetauscht werden muss. Stattdessen gibt es zwei Schlüssel: einen öffentlichen und einen privaten.
Der öffentliche Schlüssel
- Mit dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers (public key) wird die Nachricht verschlüsselt.
- Er darf jedem bekannt sein.
Der private Schlüssel
- Mit dem privaten Schlüssel (private key) kann der Empfänger die Nachricht entschlüsseln.
- Den privaten Schlüssel kennt nur der Empfänger.
- Aus dem öffentlichen Schlüssel ist es unmöglich, den privaten Schlüssel in vertretbarer Zeit zu berechnen.
Allgemeines Vorgehen beim Nachrichtenaustausch
Bob möchte Alice eine Nachricht schicken. Dafür geht er folgendermaßen vor:
- Er nimmt Alices public key und verschlüsselt damit seine Nachricht. Dadurch kann nur noch Alice mit ihrem zugehörigen private key den Text entschlüsseln.
- Die verschlüsselte Nachricht schickt er an Alice.
- Alice entschlüsselt die Nachricht mit ihrem private key.
Wieso kann man mit dem öffentlichen Schlüssel den privaten nicht herausfinden?
Hinter Public-Key-Verfahren stecken mathematische Konzepte, die zwar in die eine Richtung sehr leicht zu berechnen sind, allerdings mit aktuellen Methoden extrem schwierig rückgängig zu machen sind.
Veranschaulichen kann man das leicht mit einem Telefonbuch: Kennt man den Namen, findet man sehr schnell die Telefonnummer. Kennt man aber nur die Telefonnummer, so ist es sehr zeitaufwändig, den zugehörigen Namen zu finden.
Ein Beispiel, das tatsächlich in der Kryptographie (RSA-Verschlüsselung) verwendet wird, ist die Multiplikation von Primzahlen: Es ist auch für sehr große Primzahlen leicht, das Produkt auszurechnen. Jedoch ist es sehr aufwändig, eine große Zahl in die Primfaktoren zu zerlegen.
Erklärung von Serlo Education e. V., lizenziert unter CC BY-SA 4.0 – Original bei Serlo, CC BY-SA 4.0, übernommen am 2026-09-03.
Schlau Fassung
Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung Symmetrische Verfahren nutzen denselben geheimen Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Asymmetrische Verfahren arbeiten mit zusammengehörigem öffentlichem und privatem Schlüssel.
Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung ist in der Informatik kein isolierter Merksatz. Entscheidend ist, welche Daten oder Zustände am Anfang vorliegen, nach welcher Regel sie verarbeitet werden und wie sich das Ergebnis überprüfen lässt. Eine Webseite nutzt asymmetrische Kryptografie zum sicheren Schlüsselaustausch und danach schnelle symmetrische Verschlüsselung für die Daten.
Beim Bearbeiten trennst du deshalb Beobachtung und Vermutung: Zuerst beschreibst du, was tatsächlich eingegeben, gespeichert, übertragen oder ausgegeben wird. Danach begründest du mit Fachbegriffen, warum der Ablauf so funktioniert.
Drei Bausteine, die du sicher können musst
Daten brauchen je nach Schaden unterschiedliche Maßnahmen.
Er trennt öffentliches Verfahren und geheime Zugangsinfo.
Technik und menschliches Verhalten werden gemeinsam geprüft.
Ausgearbeitetes Beispiel
Ausgangslage: Eine Webseite nutzt asymmetrische Kryptografie zum sicheren Schlüsselaustausch und danach schnelle symmetrische Verschlüsselung für die Daten.
- Modell festlegen: Benenne Eingaben, gespeicherte Werte und die gewünschte Ausgabe.
- Regel anwenden: Formuliere die Verarbeitung so genau, dass eine andere Person jeden Schritt wiederholen kann.
- Ergebnis prüfen: Vergleiche die beobachtete Wirkung mit einer vorher notierten Erwartung und untersuche mindestens einen Randfall.
Begründung: Symmetrische Verfahren nutzen denselben geheimen Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Asymmetrische Verfahren arbeiten mit zusammengehörigem öffentlichem und privatem Schlüssel. Dadurch wird nicht nur das Ergebnis, sondern auch sein Zustandekommen nachvollziehbar.
So gehst du informatisch vor
Fachbegriffe in eigenen Worten
- Schutzbedarf
- Daten brauchen je nach Schaden unterschiedliche Maßnahmen.
- Schlüssel
- Er trennt öffentliches Verfahren und geheime Zugangsinfo.
- Angriffsweg
- Technik und menschliches Verhalten werden gemeinsam geprüft.
Aufgaben
- StartBegriffe sichern: Erkläre „Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung“ in mindestens vier Sätzen und verwende zwei Begriffe aus dem Glossar.
Musterlösung
Symmetrische Verfahren nutzen denselben geheimen Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Asymmetrische Verfahren arbeiten mit zusammengehörigem öffentlichem und privatem Schlüssel. Eine Webseite nutzt asymmetrische Kryptografie zum sicheren Schlüsselaustausch und danach schnelle symmetrische Verschlüsselung für die Daten. Eine vollständige Antwort benennt zusätzlich Eingabe oder Ausgangszustand, Verarbeitung und überprüfbares Ergebnis. - OrdnenModell bilden: Zerlege das Beispiel der Seite in Ausgangslage, Regel, Ergebnis und Test.
Musterlösung
Ausgangslage: die im Beispiel genannten Daten oder Geräte. Regel: der beschriebene Verarbeitungsschritt. Ergebnis: die sichtbare Wirkung. Test: ein normaler Fall und ein bewusst veränderter Randfall. - AnwendenSelbst lösen: Verschlüssele eine kurze Nachricht mit einer selbst gewählten Verschiebung und gib den Schlüssel getrennt weiter.
Musterlösung
Die verschlüsselte Nachricht darf ohne Schlüssel unverständlich sein; Empfänger müssen mit dem vereinbarten Schlüssel jeden Buchstaben eindeutig zurückwandeln können. - FehlersucheDiagnose: Verändere im Beispiel genau eine Voraussetzung. Sage vorher, welche Wirkung du erwartest, und begründe sie.
Lösungshinweis
Eine gute Lösung benennt die veränderte Voraussetzung, den betroffenen Verarbeitungsschritt und eine beobachtbare Ausgabe. Mehrere Dinge gleichzeitig zu ändern erlaubt keine eindeutige Ursache. - TransferNeuer Zusammenhang: Finde ein zweites Beispiel aus Schule oder Alltag und erkläre Gemeinsamkeit sowie Unterschied.
Lösungshinweis
Nutze dieselben Fachbegriffe, aber übertrage sie auf andere Daten, Geräte oder Regeln. Der Unterschied muss fachlich relevant sein und darf nicht nur den Namen betreffen. - ProfiVertiefung: Vergleiche Verschlüsselung und Steganographie: Was wird jeweils verborgen und woran kann ein Angriff ansetzen?
Lösungshinweis
Bei Verschlüsselung bleibt eine unverständliche Nachricht sichtbar; bei Steganographie soll bereits ihre Existenz unauffällig bleiben.
Weiterführende Aufgaben
Abgabe in fünf Teilen
- Ziel: Ein Satz, der messbar sagt, was funktionieren soll.
- Plan: Skizze, Ablaufplan, Tabelle oder Pseudocode.
- Produkt: Programm, Modell, Untersuchung oder dokumentierter Versuch.
- Tests: Normalfall, Randfall und mindestens ein absichtlich provozierter Fehler.
- Reflexion: Gefundener Fehler, vorgenommene Verbesserung und nächster sinnvoller Schritt.
Bewertungsraster für Partnerfeedback
- Fachlich richtig und mit passenden Begriffen erklärt
- Plan und Ergebnis stimmen sichtbar überein
- Tests sind reproduzierbar dokumentiert
- Quellen, Bilder und fremde Hilfen sind angegeben