Was ist one time pad?

One-Time-Pad (OTP)

Das One-Time-Pad (auch Einmalverschlüsselung genannt) ist eine Verschlüsselungstechnik, die theoretisch perfekte Sicherheit bietet, aber in der Praxis aufgrund ihrer Anforderungen schwierig anzuwenden ist.

Funktionsweise

Das OTP funktioniert, indem es jeden Klartextbuchstaben (oder jedes Bit) mit einem zufälligen Schlüssel gleicher Länge kombiniert. Die Kombination erfolgt typischerweise durch Addition modulo 2 (XOR für Binärdaten). Der Schlüssel muss:

• Wirklich zufällig sein: Keine Muster oder Vorhersagbarkeit.
• Mindestens so lang sein wie die Nachricht: Ein kürzerer Schlüssel macht die Verschlüsselung angreifbar.
• Nur einmal verwendet werden: Die Wiederverwendung des Schlüssels kompromittiert die Sicherheit vollständig.
• Sicher zwischen Sender und Empfänger ausgetauscht werden: Das ist oft die größte Herausforderung.

Perfekte Sicherheit

Die perfekte Sicherheit des OTP basiert auf dem Informationstheoretischen Konzept, dass der Geheimtext keine Information über den Klartext preisgibt. Ein Angreifer kann den Geheimtext entschlüsseln, aber jede mögliche Klartextnachricht gleicher Länge ist gleich wahrscheinlich, wenn der Schlüssel wirklich zufällig und nur einmal verwendet wurde.

Einschränkungen und Herausforderungen

Trotz der perfekten Sicherheit ist das OTP in der Praxis selten verwendbar:

• Schlüsselaustausch: Die sichere Verteilung eines Schlüssels, der so lang ist wie die Nachricht, ist oft schwieriger als die sichere Übertragung der Nachricht selbst. Dies ist das sogenannte Schlüsselverteilungsproblem.
• Schlüsselverwaltung: Die Generierung, Speicherung und Vernichtung von Schlüsseln in der erforderlichen Menge ist aufwendig.
• Keine Authentifizierung: Das OTP bietet keine Möglichkeit, die Authentizität der Nachricht zu überprüfen. Ein Angreifer könnte den Geheimtext ändern, ohne dass der Empfänger dies bemerkt.
• Praktikabilität: Für große Datenmengen wird es unpraktikabel, da ein ebenso großer Schlüssel benötigt wird.

Verwendung

Historisch wurde das OTP für kritische Kommunikationen im militärischen und diplomatischen Bereich eingesetzt. In der modernen Kryptographie werden stattdessen meistens andere Verfahren verwendet, die nicht die perfekte Sicherheit des OTP bieten, aber wesentlich praktischer sind, z.B. asymmetrische Kryptographie in Kombination mit symmetrischen Verschlüsselungsalgorithmen.