AES-256-GCM-Verschlüsselung erklärt

Was ist AES?

AES (Advanced Encryption Standard) ist ein symmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus, der 2001 vom National Institute of Standards and Technology (NIST) als Standard adoptiert wurde.

Es gibt drei AES-Varianten: AES-128, AES-192 und AES-256, wobei die Zahl die Schlüssellänge in Bits angibt. Alle verwenden dasselbe Grundalgorithmus, unterscheiden sich nur in der Anzahl der Runden.

Warum GCM-Modus?

AES kann in verschiedenen Betriebsmodi verwendet werden. GCM (Galois/Counter Mode) bietet sowohl Vertraulichkeit als auch Authentifizierung.

Authentifizierung bedeutet, dass Sie sicher wissen, dass die Daten von jemandem stammen, der den Schlüssel besitzt, und dass sie nicht manipuliert wurden.

Schlüsselableitung mit PBKDF2

Für Passwort-basierte Verschlüsselung verwenden wir PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2). Dies macht es rechenintensiv, Passwörter durch Brute-Force zu erraten.

Wir verwenden 100.000 Iterationen mit einem eindeutigen Salt für jedes Verschlüsselungsereignis.

Praktisches Beispiel

Verschlüsselung mit AES-256-GCM umfasst diese Schritte:

• Salt generieren (16 Bytes, zufällig)
• IV/Nonce generieren (12 Bytes, zufällig)
• Passwort mit PBKDF2 in Schlüssel umwandeln
• Mit AES-256-GCM verschlüsseln
• Ausgabe: Salt + IV + Ciphertext + AuthTag

AES-256-GCM-Daten entschlüsseln (Schritt für Schritt)

Die häufigste Frage zu AES-256-GCM ist nicht das Verschlüsseln, sondern das Entschlüsseln: Wie bekomme ich meine Datei wieder lesbar? Solange Sie Passwort, Salt und Nonce haben, können Sie die Datei mit demselben Schlüsselableitungsverfahren einfach zurückrechnen:

Prüfen Sie nach einer Übertragung zuerst die Integrität der Datei mit einem SHA-256-Hash, bevor Sie sie entschlüsseln. So erkennen Sie eine beschädigte Datei, bevor der Entschlüsselungsschritt fehlschlägt.

Ohne das richtige Passwort gibt es keinen Weg zurück - das ist das Wesen starker Verschlüsselung. Bewahren Sie das Passwort getrennt von der Datei auf, etwa in einem Passwort-Manager.

1. Öffnen Sie das AES-256-GCM-Tool und wechseln Sie in den Modus Entschlüsseln.
2. Laden Sie Ihre verschlüsselte Datei oder fügen Sie den Chiffrattext ein.
3. Geben Sie dasselbe Passwort ein, das beim Verschlüsseln verwendet wurde.
4. Klicken Sie auf Entschlüsseln. Das Tool leitet den Schlüssel mit PBKDF2 (100.000 Iterationen) ab und prüft das GCM-Authentifizierungstag.
5. Stimmt das Tag nicht, wurde die Datei verändert oder das Passwort ist falsch - die Ausgabe bleibt blockiert.
6. Speichern Sie die entschlüsselte Datei lokal. Sie verlässt Ihren Browser nie.

AES-256-GCM Implementierungsbeispiele

Hier ist, wie Sie AES-256-GCM-Verschlüsselung in verschiedenen Programmiersprachen implementieren:

const crypto = require('crypto');
// Zufälligen 256-Bit-Schlüssel generieren
const key = crypto.randomBytes(32);
const iv = crypto.randomBytes(16);
// Verschlüsseln
const cipher = crypto.createCipheriv('aes-256-gcm', key, iv);
let encrypted = cipher.update('Geheime Nachricht', 'utf8', 'hex');
encrypted += cipher.final('hex');
const authTag = cipher.getAuthTag();
console.log('Verschlüsselt:', encrypted);
console.log('Auth Tag:', authTag.toString('hex'));

from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESGCM
import os
# Zufälligen 256-Bit-Schlüssel generieren
key = AESGCM.generate_key(bit_length=256)
aesgcm = AESGCM(key)
# Nonce (IV) generieren
nonce = os.urandom(12)
# Verschlüsseln
plaintext = b'Geheime Nachricht'
ciphertext = aesgcm.encrypt(nonce, plaintext, None)
print(f'Schlüssel: {key.hex()}')
print(f'Nonce: {nonce.hex()}')
print(f'Ciphertext: {ciphertext.hex()}')

async function encryptData(plaintext, password) {
  // Schlüssel aus Passwort mit PBKDF2 ableiten
  const encoder = new TextEncoder();
  const passwordKey = await crypto.subtle.importKey(
    'raw', encoder.encode(password), 'PBKDF2', false, ['deriveKey']
  );
  
  const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
  const key = await crypto.subtle.deriveKey(
    { name: 'PBKDF2', salt, iterations: 100000, hash: 'SHA-256' },
    passwordKey, { name: 'AES-GCM', length: 256 }, false, ['encrypt']
  );
  
  // Verschlüsseln
  const iv = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(12));
  const encrypted = await crypto.subtle.encrypt(
    { name: 'AES-GCM', iv }, key, encoder.encode(plaintext)
  );
  
  return { encrypted, iv, salt };
}

Sicherheitsüberlegungen

Für maximale Sicherheit beachten Sie:

• Verwenden Sie lange, zufällige Passwörter
• Teilen Sie Passwörter niemals über unsichere Kanäle
• Beachten Sie, dass verlorene Passwörter nicht wiederhergestellt werden können
• Verschlüsselte Daten können nur mit dem richtigen Passwort entschlüsselt werden

Referenzen

• NIST SP 800-38D – Galois/Counter Mode (GCM): https://csrc.nist.gov/pubs/sp/800/38/d/final
• RFC 5116 – An Interface and Algorithms for Authenticated Encryption: https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5116

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