The Next Step - Quantum Computing Cyber-Security

How to secure Networks and Data Centers at NATO Security level

 Was ist Kryptographie?

Im Zusammenhang mit der Blockchain-Technologie wird Kryptographie für eine Reihe von Zwecken verwendet:

• Entwicklung des sicheren Datenaustauschs zwischen zwei Transaktionsknoten, z. B. einer Brieftasche, die Kryptowährung an die Brieftasche eines anderen Benutzers sendet

• Um Transaktionen im Netzwerk durch Mining-Knoten zu überprüfen

• Um die Unveränderlichkeit von Datensätzen in der Blockchain sicherzustellen

• Für spezifische Anwendungszwecke, wie z. B. die Gewährleistung der Vertraulichkeit von Daten in Smart Contracts

 Blockchain-Verschlüsselung und -Entschlüsselung

Verschlüsselung, bei der eine Klartextnachricht in eine kryptische Form umgewandelt wird, die von Dritten nicht gelesen oder verstanden werden kann.

Der Absender der Nachricht verschlüsselt sie für eine sichere Übertragung. Entschlüsselung, bei der die verschlüsselte Nachricht wieder in Klartext umgewandelt wird.

Der Empfänger entschlüsselt die Nachricht, wenn sie ihm sicher zugestellt wurde. Der Algorithmus, der zum Verschlüsseln und Entschlüsseln der Daten verwendet wird, wird als Chiffre bezeichnet.

Ein Beispiel für eine primitive Chiffre könnte sein, wenn jeder Buchstabe in einem Nachrichtenaustausch durch eine Ziffer ersetzt wird, die sich auf die Position dieses Buchstabens im Alphabet bezieht, so dass 01 auf A, 02 auf B, 26 auf Z usw. verweist. Zum Beispiel würde sich in dieser einfachen Chiffre „08-09“ auf „Hi“ beziehen.

Die eigentliche Verschlüsselung der Nachricht von „Hi“ bis „08-09“ und die anschließende Entschlüsselung von „08-09“ bis „Hi“ erfolgt mit einem kryptografischen Schlüssel – einem Datenelement, das Nachrichten basierend auf verschlüsselt und entschlüsselt Algorithmus/Verschlüsselung.

Glücklicherweise verwenden die Blockchain und andere moderne computergestützte Systeme weit ausgefeiltere und sicherere Verschlüsselungsalgorithmen als unser einfaches Beispiel. Wir werden diese weiter in dem Artikel behandeln

 Die wichtigsten Arten der kryptografischen Verschlüsselung

 Es gibt drei Hauptarten der kryptografischen Verschlüsselung/Entschlüsselung, die von modernen Systemen verwendet werden:

Symmetrische Verschlüsselung

 Bei dieser Form der Verschlüsselung wird derselbe Schlüssel sowohl zum Verschlüsseln als auch zum Entschlüsseln der Kommunikation zwischen Parteien verwendet. In unserem vereinfachten Beispiel wird derselbe Schlüssel (die Zuordnung von Buchstaben zu Zahlen) benötigt, um „Hi“ in „08-09“ umzuwandeln und dann „08-09“ wieder in „Hi“ zu entschlüsseln. Die symmetrische Verschlüsselung ist die einfachste der drei Formen der modernen Verschlüsselung. Sein Vorteil ist die hohe Ausführungsgeschwindigkeit.

Die symmetrische Verschlüsselung hat jedoch eine ernsthafte Einschränkung: Wenn der Schlüssel böswilligen Außenstehenden bekannt wird, wird die gesamte Kommunikation kompromittiert. Dies macht es unpraktisch für die Verwendung mit einer dezentralen Technologie wie Blockchain.

Asymmetrische Verschlüsselung auch bekannt als Public-Key-Verschlüsselung:

Diese Form der Verschlüsselung verwendet ein Schlüsselpaar, einen öffentlichen Schlüssel und einen privaten Schlüssel, um die Kommunikation zu sichern.

Der öffentliche Schlüssel wird vom Sender zum Verschlüsseln der Nachricht verwendet, während der private Schlüssel vom Empfänger zum Entschlüsseln verwendet wird. Beide Schlüssel gehören dem Empfänger der Kommunikation. Der öffentliche Schlüssel kann von jedem verwendet werden, um eine Nachricht zu verschlüsseln und an die Wallet-Adresse des Empfängers zu senden. Tatsächlich sind öffentliche Schlüssel und Wallet-Adressen eng miteinander verflochtene Konzepte. Bei den meisten öffentlichen Blockchains wie Bitcoin (BTC) ist eine Wallet-Adresse die gehashte Version des öffentlichen Schlüssels des Benutzers. Wenn die Nachricht an die Brieftasche übermittelt wird, verwendet der Empfänger dann seinen privaten Schlüssel, um die Nachricht zu entschlüsseln und zu lesen.

Der private Schlüssel des Empfängers ist nur ihm bekannt, nicht dem Absender oder irgendjemand anderem im Netzwerk.

Die Verwendung von Public-Private-Key-Pairing macht die asymmetrische Verschlüsselung im Vergleich zur symmetrischen, also Single-Key-Verschlüsselung, zu einer sichereren Form des kryptografischen Austauschs.

Hash-Funktionsverschlüsselung

Als hochsicherer Verschlüsselungstyp verwendet Hashing überhaupt keine Schlüssel. Beim Hashing wird ein Algorithmus verwendet, um eine Eingabe beliebiger Länge zu nehmen und eine Ausgabe fester Länge zu erzeugen. Es gibt eine Reihe verschiedener Hash-Funktionen, von denen nur einige (bekannt als „kryptografische Hash-Funktionen“) als sicher genug für kryptografische Zwecke gelten. Beispielsweise verwendet Bitcoin die SHA-256-Funktion, während die Hash-Verschlüsselung von Ethereum auf KECCAK-256 basiert. Kryptografische Hash-Funktionen besitzen eine Reihe von Eigenschaften, die sie ideal für die sichere Verschlüsselung machen:

Sie haben eine extrem geringe Wahrscheinlichkeit, dass Kollisionen auftreten. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass zwei verschiedene Eingaben zu derselben gehashten Ausgabe führen, astronomisch gering ist, was Brute-Force-Angriffe unmöglich macht Die ursprüngliche Nachricht kann nicht aus der Hash-Ausgabe zurückentwickelt werden Sie sind deterministisch, d. h. jede Eingabe erzeugt die gleiche Ausgabe, wenn sie die Hash-Funktion durchläuft Selbst eine winzige Änderung an der Eingabe, wie das Umdrehen eines einzelnen Bits von 0 auf 1, erzeugt einen völlig anderen Ausgabe-Hash .

Von den drei Verschlüsselungsarten wird die symmetrische Verschlüsselung in den gängigen etablierten Blockchain-Netzwerken praktisch nie verwendet. Asymmetrische Verschlüsselung und Hashing werden jedoch beide in großem Umfang in der Blockchain-Technologie eingesetzt.

Verwendung von Kryptografie in Blockchain

 Asymmetrische Verschlüsselung wird in der Blockchain verwendet, um sichere Knoten-zu-Knoten-Transaktionen zu ermöglichen. Wann immer Sie Kryptomünzen oder Token an oder von einer anderen Brieftasche im Netzwerk senden oder empfangen, werden Ihre Transaktionen durch asymmetrische Verschlüsselung geschützt.

Die Hashing-Verschlüsselung hat in der Blockchain eine noch weitreichendere Anwendung. Eine Verwendung von Hashing besteht darin, die öffentlichen Schlüssel der Benutzer in Blockchain-Adressen zu verschlüsseln. Wenn ein öffentlicher Schlüssel für einen neuen Benutzer erstellt wird, wird er durch eine Hash-Funktion geleitet, um die entsprechende Wallet-Adresse im Netzwerk zu generieren.

Dies fügt dem Adresssystem der Blockchain eine zusätzliche Sicherheitsebene hinzu. Hashing wird auch beim Blockchain-Mining in Proof-of-Work (PoW)-Netzwerken verwendet. Mining bezieht sich auf die Überprüfung von Transaktionen im Netzwerk durch teilnehmende „Miner-Knoten“.

Wenn eine Transaktion auf der Blockchain stattfindet, muss ihre Authentizität von einer Reihe von Netzwerkbenutzern, den sogenannten Minern, überprüft werden. Jeder Transaktionsdatenblock enthält eine durch Hashing generierte eindeutige Nummer. 

Miner-Nodes im Netzwerk verwenden beträchtliche Rechenleistung, um ein mathematisches Rätsel zu lösen, um eine andere Zahl zu finden, die als „Nonce“ bezeichnet wird. Einmal zum Hash des zu verifizierenden Blocks hinzugefügt, hilft die Nonce dabei, die Verifizierung abzuschließen.

Hashing-Algorithmen dienen daher als Rückgrat der Datenverifizierung durch Mining auf Blockchains. Sie werden auch verwendet, um Datensätze im Netzwerk in eine unveränderliche Kette einzubinden. Jeder Datenblock im Netzwerk enthält seinen eigenen eindeutigen Hash-Code und den Hash des vorherigen Blocks.

Dies stellt sicher, dass jede versuchte Änderung an einem Datenblock Änderungen an allen vorherigen Blöcken in der Kette erfordern wird, eine Aufgabe, die für alle praktischen Zwecke unmöglich ist. Diese Verkettung durch Hash-Codes ist ein wichtiges Sicherheitsmerkmal in der Blockchain-Technologie.

Neben der standardmäßigen Kernverwendung von asymmetrischer und Hashing-Kryptographie in Blockchain gibt es bestimmte Bereiche innerhalb des Blockchain-Ökosystems, in denen Verschlüsselung nützlich ist. Ein solcher Bereich sind Smart Contracts.

Sind Smart Contracts verschlüsselt?

Aufgrund des öffentlichen Charakters der meisten Blockchains sind intelligente Verträge für jeden Netzwerkteilnehmer leicht einsehbar und es fehlt ihnen daher das Schlüsselmerkmal der Vertraulichkeit, das oft bei Vertragsabschlüssen angestrebt wird.