Veröffentlicht am: 25. Februar 2025 Seit Veröffentlichung 2 mal aktualisiert
Die AES-Verschlüsselung ist eine der zuverlässigsten Methoden zum Schutz digitaler Informationen. Sie wurde erstmals 2001 von der US-amerikanischen Regierung nach einem strengen Auswahlverfahren eingeführt und hat sich weltweit als Standard für Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Verschlüsselung etabliert.
Diese Verschlüsselung ist entscheidend, um sensible Daten vor Diebstahl oder Manipulation zu schützen. Sie ist so sicher, dass selbst die schnellsten Supercomputer Milliarden von Jahren benötigen würden, um sie zu knacken. Aufgrund seiner unübertroffenen Stärke ist AES die Grundlage der Cybersicherheit für alles, vom Online-Banking bis zum Schutz von Regierungsdateien.
Die AES-Verschlüsselung ist sogar in alltäglichen Produkten implementiert, die Du vielleicht bereits verwendest. Beispielsweise nutzen Passwortmanager wie 1Password und virtuelle private Netzwerke (VPNs) wie
Anmerkung der Redaktion: ExpressVPN und diese Website gehören zur gleichen Eigentümergruppe.
Wie funktioniert die AES-Verschlüsselung?
Die AES-Verschlüsselung schützt Deine Daten, indem sie sie in ein unlesbares Format umwandelt, das ohne den richtigen Schlüssel nicht entschlüsselt werden kann. Dieses Ziel wird durch eine Reihe komplexer Schritte erreicht, wobei jeder Schritt es schwieriger macht, die verschlüsselten Daten zu knacken.
So funktioniert AES im Detail:
Schritt 1: Aufteilung der Daten in Blöcke. AES verarbeitet Daten in Blöcken von 128 Bit. Sind die Eingangsdaten größer, werden sie in mehrere 128-Bit-Blöcke aufgeteilt. Ist der letzte Block kleiner als 128 Bit, wird er durch Auffüllen (Padding) auf 128 Bit gebracht.
Schritt 2: Schlüsselerweiterung. Der ursprüngliche AES-Schlüssel (der 128, 192 oder 256 Bit lang sein kann) wird in ein Array von Schlüsselerweiterungswörtern zerlegt. Diese Schlüsselerweiterungen werden in jeder Runde des Verschlüsselungsprozesses verwendet. In unserem Beispiel verwenden wir „Naturschützer”.
Schritt 3: Hinzufügen des Rundenschlüssels. In der ersten Runde der AES-Verschlüsselung werden die anfänglichen Datenblöcke mit dem ersten Rundenschlüssel kombiniert, und zwar mit Hilfe einer booleschen Algebraoperation namens XOR. XOR steht für “Exklusives Oder”. Das Ergebnis dieser Operation ist nur dann wahr, wenn die beiden Eingabewerte unterschiedlich sind.
Schritt 4: Substitution von Bytes. In diesem Schritt wird die Rijndael S-Box (Substitutionsbox) verwendet, um jedes Byte der Daten durch ein anderes Byte gemäß einer festen Substitutionstabelle zu ersetzen.
Schritt 5: Verschieben von Reihen. Die Reihen der Datenmatrix werden dann verschoben. Die erste Reihe bleibt unverändert, die zweite Reihe verschiebt sich um eine Position, die dritte um zwei und die vierte um drei.
Schritt 6: Mischen von Spalten. Jede Spalte der Datenmatrix wird dann gemischt. Dies geschieht durch eine mathematische Matrix-Multiplikation in einem endlichen (Galois-)Feld.
Schritt 7: Erneutes Hinzufügen des Rundenschlüssels. Nachdem die Daten gemischt wurden, wird den Daten durch eine weitere XOR-Operation (wie in Schritt 3) erneut ein Rundenschlüssel hinzugefügt. Dieser Rundenschlüssel unterscheidet sich vom ursprünglichen Rundenschlüssel.
Schritt 8: Wiederholung der Schritte für zusätzliche Runden. Für AES-128 wird dieser Prozess (Schritte 4 bis 7) für zusätzliche 9 Runden, für AES-192 für zusätzliche 11 Runden und für AES-256 für zusätzliche 13 Runden wiederholt. Nach der letzten Runde entfällt das Mischen der Spalten (Schritt 6), die anderen Operationen finden jedoch weiterhin statt.
AES-Schlüssellängen
Die AES-Verschlüsselung gibt es in 3 Schlüssellängen, die jeweils ein unterschiedliches Sicherheitsniveau bieten. Ein 128-Bit-Schlüssel hat mehrere Milliarden mögliche Kombinationen, ein 192-Bit-Schlüssel noch mehr und ein 256-Bit-Schlüssel eine astronomische Anzahl von Kombinationen, was ihn praktisch unknackbar macht.
Obwohl AES-256 die stärkste Variante ist, benötigt sie mehr Computerressourcen wie Leistung und Verarbeitungsgeschwindigkeit, was sich leicht auf die Akkulaufzeit oder die Verschlüsselungsgeschwindigkeit auswirken kann. Der Unterschied in den benötigten Ressourcen zwischen AES-128 und AES-256 ist jedoch so gering, dass AES-256 die bevorzugte Wahl für Passwortmanager, VPNs und viele andere vertrauenswürdige Cybersicherheitswerkzeuge geworden ist. Und selbst wenn ein Produkt 128-Bit-AES verwendet, ist es immer noch unglaublich sicher und wurde noch nie geknackt.
AES-Entschlüsselung
Der Entschlüsselungsprozess ist umgekehrt zum Verschlüsselungsprozess. Er beginnt mit der Anwendung des Schlüssels der letzten Runde auf den Chiffretext mittels einer XOR-Operation, gefolgt von einer Reihe von umgekehrten Schritten – Zeilenverschiebung, Byte-Substitution und Spaltenmischung (in umgekehrter Reihenfolge). Die Schlüsselerweiterung wird ebenfalls rückgängig gemacht, indem die zuvor erweiterten Schlüssel in jeder Runde verwendet werden, um die Daten in ihren ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen.
Bei der AES-Entschlüsselung ist die Anzahl der Runden identisch mit der Anzahl der Runden bei der Verschlüsselung, aber die Operationen werden in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. Für AES-128, AES-192 oder AES-256 wird der Prozess für die entsprechende Anzahl von Runden wiederholt, wobei die letzte Runde den Schritt des Mischens der Spalten auslässt.
Wenn alle Runden abgeschlossen sind, ist das Ergebnis der ursprüngliche Klartext, der vollständig aus dem verschlüsselten Chiffretext wiederhergestellt wurde – allerdings nur, wenn der richtige Entschlüsselungsschlüssel verwendet wurde. Damit ist die Sicherheit der Daten gewährleistet, denn nur der richtige Schlüssel kann die verschlüsselten Informationen wieder entschlüsseln.
Häufige Einsatzgebiete der AES-Verschlüsselung
Die AES-Verschlüsselung wird häufig zum Schutz sensibler Daten im Bereich der Cyber-Sicherheit eingesetzt. Hier sind einige der häufigsten Anwendungsbereiche:
- VPNs: Die besten VPNs verwenden 256-Bit-AES-Verschlüsselung, um Deinen Internetverkehr zu schützen und sicherzustellen, dass Hacker Deine Daten nicht abfangen können, wenn Du mit einem öffentlichen WiFi-Netzwerk verbunden bist. So wird verhindert, dass Cyberkriminelle Zugang zu sensiblen Informationen wie Passwörtern, E-Mails und Finanzdaten erhalten.
- Passwortmanager: Passwortmanager (wie beispielsweise Dashlane) verwenden 256-Bit-AES-Verschlüsselung, um Deine Zugangsdaten sicher zu speichern und zu schützen. AES stellt sicher, dass nur Du mit dem richtigen Master-Passwort Deine gespeicherten Passwörter entschlüsseln und darauf zugreifen kannst, was eine zusätzliche Sicherheitsebene darstellt.
- Online-Banking: Banken und Finanzinstitute verwenden die AES-Verschlüsselung, um sensible Informationen bei Transaktionen zu verschlüsseln und so sicherzustellen, dass Deine persönlichen Daten und Zahlungsdetails privat bleiben. AES verhindert den Zugriff Unbefugter auf Dein Konto und schützt Dich so vor Identitätsdiebstahl und Betrug.
- Regierungskommunikation: Regierungen auf der ganzen Welt verwenden AES, um klassifizierte Informationen zu schützen und die Kommunikation zu schützen. Aufgrund ihrer Stärke schützt die AES-Verschlüsselung sensible nationale Sicherheitsdaten und verhindert unbefugten Zugriff – selbst durch sehr fortschrittliche Cyber-Angriffe.
- E-Mail-Verschlüsselung: Viele E-Mail-Dienste verwenden AES-Verschlüsselung, um den Inhalt von E-Mails zu schützen und sicherzustellen, dass private Kommunikation während der Übertragung geschützt bleibt. Dies verhindert das Abhören und stellt sicher, dass nur der beabsichtigte Empfänger die Nachricht lesen kann.
- Dateiverschlüsselung: Die AES-Verschlüsselung wird häufig verwendet, um Dateien und Dokumente sowohl auf Deinen Geräten als auch während der Übertragung zu verschlüsseln. Dies stellt sicher, dass sensible Dateien wie Geschäftsverträge, rechtliche Dokumente oder persönliche Informationen vor unbefugtem Zugriff geschützt sind.
- Cloud-Speicher: Anbieter von Cloud-Diensten verwenden AES-Verschlüsselung, um in der Cloud gespeicherte Dateien zu schützen. Egal, ob Du Fotos, Arbeitsdokumente oder Backups speicherst, AES sorgt dafür, dass Deine Daten verschlüsselt werden, bevor sie Dein Gerät verlassen, um Datenpannen und Diebstahl vorzubeugen.
- Mobile Geräte: Smartphones und Tablets verwenden häufig AES-Verschlüsselung, um Benutzerdaten wie Kontakte, Nachrichten und Anwendungsdaten zu sichern. Dies schützt persönliche Informationen bei Verlust oder Diebstahl des Geräts und stellt sicher, dass unbefugte Benutzer keinen Zugriff auf Deine sensiblen Daten haben.
AES im Vergleich zum Data Encryption Standard (DES)
Die AES-Verschlüsselung ist wesentlich stärker und sicherer als die ältere DES-Verschlüsselung. Einer der Hauptunterschiede liegt in der Schlüssellänge: AES unterstützt Schlüssellängen von 128, 192 und 256 Bit, während DES nur über einen 56-Bit-Schlüssel verfügt. Dadurch ist AES deutlich schwerer zu knacken, da moderne Computer DES aufgrund seiner geringen Schlüssellänge leicht überwinden können.
Außerdem arbeitet AES schneller und effizienter. DES arbeitet mit 64-Bit-Datenblöcken, während AES Daten in 128-Bit-Blöcken verarbeitet und damit größere Informationsmengen effektiver handhaben kann.
AES ist inzwischen der weltweite Standard für sichere Verschlüsselung, so wie Transport Layer Security (TLS) Secure Sockets Layer (SSL) für sichere Online-Verbindungen abgelöst hat.
AES im Vergleich zu RSA
AES und RSA sind zwei weit verbreitete Verschlüsselungsverfahren, die jedoch unterschiedlich funktionieren und für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. AES ist ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren, das heißt, es verwendet denselben Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln. Dadurch ist es schnell und effizient und wird daher häufig zur Verschlüsselung großer Datenmengen wie Dateien oder Kommunikation verwendet.
Im Gegensatz dazu ist Rivest-Shamir-Adleman (RSA) ein asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren, das zwei Schlüssel verwendet: einen öffentlichen Schlüssel für die Verschlüsselung und einen privaten Schlüssel für die Entschlüsselung. Obwohl RSA langsamer ist als AES, ist es nützlich, um Schlüssel sicher auszutauschen und digitale Signaturen zu erstellen, die die Identität des Absenders verifizieren. In vielen Fällen werden AES und RSA zusammen verwendet. RSA verschlüsselt den AES-Schlüssel, der dann zur Datenverschlüsselung verwendet wird. Diese Kombination ermöglicht einen sicheren Schlüsselaustausch und eine effiziente Datenverschlüsselung.
Potentielle Nachteile der AES-Verschlüsselung
Die AES-Verschlüsselung ist ein sehr sicheres Verfahren, hat aber auch einige Einschränkungen. Einer der Nachteile ist die Leistungsfähigkeit. Stärkere Verschlüsselungsverfahren wie AES-256 benötigen mehr Rechenleistung, was Geräte mit begrenzten Ressourcen wie Smartphones oder IoT-Geräte verlangsamen kann. Beispielsweise können ältere Smartphones bei anwendungslastiger Verschlüsselung spürbare Verzögerungen aufweisen.
Eine weitere Herausforderung ist die Schlüsselverwaltung. Die Sicherheit von AES hängt davon ab, wie gut die Verschlüsselungsschlüssel gespeichert und geschützt werden. Wenn Schlüssel kompromittiert werden oder verloren gehen, wie es bei einem Datenleck der Fall sein kann, kann die Verschlüsselung leicht umgangen werden. Gelangt ein Angreifer beispielsweise an den Schlüsselspeicher eines schlecht gesicherten Geräts, kann er sensible Daten entschlüsseln.
AES kann auch anfällig für Seitenkanalangriffe sein. Ein Seitenkanalangriff ist ein Cybersicherheitsexploit, bei dem ein Angreifer sensible Informationen extrahiert, indem er unbeabsichtigte physikalische oder betriebliche Eigenschaften eines Systems analysiert – wie z. B. Timing, Stromverbrauch, elektromagnetische Emissionen oder akustische Signale -, anstatt direkt Software-Schwachstellen anzugreifen.
Obwohl der AES-Algorithmus selbst sicher ist, können Angreifer Schwächen in der Handhabung der Verschlüsselung durch ein System ausnutzen. Beispielsweise können Stromverbrauch oder Zeitverzögerungen Informationen über den Schlüssel preisgeben. Seit der Einführung von AES haben verschiedene Cybersicherheitsforscher gezeigt und dokumentiert, dass die Beobachtung von Stromverbrauchsmustern während der Verschlüsselung es Angreifern ermöglichen könnte, AES-Schlüssel zu knacken.
Nicht zuletzt kann eine unsachgemäße Implementierung von AES zu Sicherheitslücken führen. Obwohl AES ein starker Algorithmus ist, können Angreifer die Verschlüsselung umgehen, wenn der Algorithmus falsch konfiguriert ist, z. B. durch die Verwendung schwacher Schlüssel oder fehlerhafter Verschlüsselungsroutinen. Beispielsweise kann die Verwendung von hartcodierten Schlüsseln oder das Versäumnis, Schlüssel korrekt zu randomisieren, Systeme anfällig für Angriffe machen.
Häufig gestellte Fragen
Wofür wird die AES-Verschlüsselung verwendet?
Die AES-Verschlüsselung wird häufig zur Sicherung sensibler Daten in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter VPNs, Passwortmanager, Online-Banking und Regierungskommunikation. Sie stellt sicher, dass die Daten privat bleiben, indem sie in ein unlesbares Format umgewandelt werden, das nur mit einem speziellen Schlüssel entschlüsselt werden kann. AES wird auch zur Verschlüsselung von Dateien, E-Mails und Cloud-Speicher verwendet, um unbefugten Zugriff zu verhindern. Seine weite Verbreitung erklärt sich durch die Kombination aus hoher Sicherheit und Effizienz.
Was ist der Unterschied zwischen AES und RSA?
AES und RSA sind beides Verschlüsselungsverfahren, aber sie funktionieren unterschiedlich. AES ist ein symmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus, was bedeutet, dass derselbe Schlüssel sowohl zum Verschlüsseln als auch zum Entschlüsseln der Daten verwendet wird. Dadurch ist AES schnell und effizient, insbesondere bei der Verschlüsselung großer Datenmengen. Im Gegensatz dazu ist RSA ein asymmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus, der ein öffentliches und ein privates Schlüsselpaar zur Ver- und Entschlüsselung von Daten verwendet, wodurch er langsamer und für die Massenverschlüsselung weniger geeignet ist.
Während AES häufig zur Verschlüsselung von Daten bei der Übertragung oder Speicherung verwendet wird, wird RSA häufig für den sicheren Austausch von Verschlüsselungsschlüsseln oder für digitale Signaturen eingesetzt. Beide sind für die moderne Verschlüsselung unverzichtbar.
Ist AES die beste Verschlüsselung?
AES wird weithin als eines der sichersten verfügbaren Verschlüsselungsverfahren angesehen, insbesondere für den Schutz sensibler Daten. Es wird aufgrund seiner Geschwindigkeit, Effizienz und Widerstandsfähigkeit gegen Brute-Force-Angriffe bevorzugt, insbesondere bei 256-Bit-Schlüsseln. Die AES-Verschlüsselung hat sich im Laufe der Zeit bewährt und bleibt auch angesichts der Fortschritte bei der Rechenleistung unangetastet.
Obwohl AES sehr sicher ist, hängt die “beste” Verschlüsselung vom Anwendungsfall ab. Andere Verschlüsselungsverfahren wie RSA oder die Kryptographie mit elliptischen Kurven (ECC) können für bestimmte Anwendungen wie Schlüsselaustausch oder digitale Signaturen besser geeignet sein. AES eignet sich am besten für die Verschlüsselung von Daten.
Ist die AES-Verschlüsselung kostenlos?
Ja, die AES-Verschlüsselung ist kostenlos, da es sich um einen offenen Standard handelt. Das bedeutet, dass jeder AES-Verschlüsselung in seine Software oder Systeme implementieren kann, ohne dafür Lizenzgebühren zahlen zu müssen. Viele Anwendungen wie VPNs, Dateiverschlüsselungstools und Passwortmanager verwenden AES, um eine sichere Verschlüsselung ohne zusätzliche Kosten für den Benutzer zu ermöglichen.
Obwohl AES kostenlos ist, erfordert seine sichere Implementierung eine sorgfältige Konfiguration und Schlüsselverwaltung. Fehler bei der Konfiguration oder der Schlüsselspeicherung können Daten angreifbar machen. Während AES selbst kostenlos ist, kann seine effektive Nutzung zusätzliche Ressourcen wie Sicherheitstools oder Fachwissen erfordern.