Was ist AES?

Der Advanced Encryption Standard (AES) ist eine symmetrische Blockverschlüsselung, die Daten in festen 128-Bit-Blöcken unter Verwendung desselben geheimen Schlüssels auf beiden Seiten verschlüsselt und entschlüsselt. Er wurde 2001 vom NIST eingeführt, ersetzte DES als Verschlüsselungsstandard der US-Bundesbehörden und ist heute weltweit die Standardverschlüsselung für IPsec-, TLS- und DTLS-Tunnel.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• AES ist eine symmetrische Blockverschlüsselung, bei der für die Ver- und Entschlüsselung derselbe Schlüssel verwendet wird.
• Die Schlüssellängen betragen 128, 192 oder 256 Bit; AES-256 bietet die größte Sicherheitsreserve.
• Der CBC-Modus erfordert einen separaten Hash; GCM kombiniert Verschlüsselung und Integritätsprüfung.
• Für AES ist kein praktischer Angriff bekannt; die Sicherheit hängt von der Schlüssellänge und dem Modus ab.
• VersaDie IKE-, IPsec-, TLS- und DTLS-Transformationen bieten alle AES-basierte Verschlüsselungsalgorithmen.

Auf dieser Seite: Warum das wichtig ist · So funktioniert es · Arten · AES & Versa · Häufig gestellte Fragen

Warum ist AES wichtig?

AES ist die Verschlüsselungsmethode, auf der das moderne Internet basiert. Sie schützt VPN-Tunnel, Festplattenverschlüsselung, drahtlose Netzwerke und nahezu jede TLS-Verbindung, die keine Nischenverschlüsselung verwendet – denn nach zwei Jahrzehnten öffentlicher Kryptoanalyse ist sie nach wie vor ungebrochen und arbeitet schnell genug, um den Datenverkehr mit Leitungsgeschwindigkeit zu verschlüsseln, da die Hardwarebeschleunigung in nahezu jedem modernen Prozessor integriert ist.

Diese Kombination – bewährte Sicherheit bei nahezu null Overhead – ist der Grund, warum AES die zuvor verwendeten proprietären Verschlüsselungsverfahren und solche mit kurzen Schlüsseln verdrängt hat. Es ist in Regierungsstandards und praktisch allen seit Mitte der 2000er Jahre verfassten VPN-, WLAN- und TLS-Spezifikationen vorgeschrieben oder als Standard festgelegt. Auf die Frage, womit Daten im Ruhezustand oder während der Übertragung verschlüsselt werden, lautet die Antwort in der Regel: AES.

Was ist AES?

AES ist eine symmetrische Blockverschlüsselung: Zum Ver- und Entschlüsseln wird derselbe geheime Schlüssel verwendet, und die Daten werden in festen 128-Bit-Blöcken statt als kontinuierlicher Datenstrom verarbeitet. Intern wendet sie eine feste Anzahl von Transformationsrunden an – Substitutions-, Permutations-, Misch- und Schlüsseladditionsschritte –, die auf dem Rijndael-Entwurf basieren, den das NIST im Rahmen eines öffentlichen Wettbewerbs ausgewählt und 2001 als FIPS 197 standardisiert hat.

Der Schlüssel kann 128, 192 oder 256 Bit lang sein; längere Schlüssel führen zu mehr Runden und einem größeren Suchraum, was jedoch nur mit geringem Rechenaufwand verbunden ist. Da AES nur Blöcke fester Größe verschlüsselt, legt ein Betriebsmodus fest, wie mit längeren Nachrichten umgegangen wird und ob die Daten zusätzlich authentifiziert werden – dies ist der Unterschied zwischen „AES“ als Algorithmus und der Transformation, die ein Protokoll wie IPsec oder TLS tatsächlich konfiguriert, beispielsweise AES-256-GCM.

AES-Varianten

Die Schlüsselgröße bestimmt die Sicherheit: AES-128 ist bei den meisten Implementierungen die Standardeinstellung; AES-192 wird in der Praxis kaum genutzt; AES-256 bietet zusätzliche Sicherheit für Umgebungen mit hohen Sicherheitsanforderungen, was jedoch mit geringen Leistungseinbußen verbunden ist.

Die Betriebsart legt fest, wie AES mit mehrblockigen Nachrichten umgeht. Bei CBC (Cipher Block Chaining) wird jeder Block an den Chiffretext des vorherigen Blocks angehängt, und es ist ein separater Hash – in der Regel SHA – zur Integritätsprüfung erforderlich; dies ist die klassische Kombination bei IPsec und TLS. GCM (Galois/Counter Mode) ist ein authentifizierter Modus: Er verschlüsselt und berechnet ein Integritäts-Tag in einem Durchgang, läuft auf AES-beschleunigter Hardware schneller und hat CBC als modernen Standard für IPsec und TLS abgelöst. CTR (Counter Mode) verwandelt AES in eine Stromchiffre und kommt in einigen IPsec-ESP-Transformationen zum Einsatz, ebenfalls in Kombination mit einem separaten Hash. Der veraltete ECB- Modus (Electronic Codebook), der Blöcke unabhängig voneinander verschlüsselt, ist über einen einzelnen Block hinaus unsicher und sollte in neuen Konfigurationen nicht mehr verwendet werden.

AES & Versa

VersaDie Konfiguration des Secure Access Service legt AES überall dort direkt offen, wo Tunnelverschlüsselung eingerichtet ist. Die IKE-Transformation für ein „Secure Access Server“- oder „ SASE “-Client-Profil kombiniert eine AES-Verschlüsselung mit 128 oder 256 Bit mit einem Hash – MD5, SHA-1, SHA-256, SHA-384 oder SHA-512 – für den Schlüsselaustauschkanal, was effektiv einem AES-CBC mit separatem MAC entspricht. Die IPsec (ESP)-Transformation bietet dieselben AES-CBC-Kombinationen sowie die Modi AES-GCM und AES-CTR für den Datenebene-Tunnel, der den Datenverkehr überträgt.

AES bildet zudem die Grundlage für die TLS- und DTLS-Verschlüsselungssuiten, die für sichere Zugangsportale und „ SASE “-Client-Sitzungen angeboten werden – zum Beispiel, TLS-ECDHE-RSA-WITH-AES-256-GCM-SHA384 Kombiniert AES-256-GCM mit ECDHE-Schlüsselaustausch und SHA-384. Diese Optionen gelten einheitlich für „ Secure SD-WAN “, „General Secure Access“ und Bereitstellungen mit NGFW als Frontend; bevorzugen Sie AES-GCM gegenüber AES-CBC, sofern der Gegenpart dies unterstützt, da GCM den separaten Hash-Schritt überflüssig macht und auf moderner Hardware eine bessere Leistung bietet.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen AES-128 und AES-256?

AES-128 verwendet einen 128-Bit-Schlüssel und 10 Runden; AES-256 verwendet einen 256-Bit-Schlüssel und 14 Runden. Beide sind in der Praxis nach wie vor unknackbar – AES-128 ist schnell und für die meisten Anwendungsfälle ausreichend, während AES-256 eine größere Sicherheitsreserve für Anwendungsfälle mit hohen Sicherheitsanforderungen bietet.

Was ist der Unterschied zwischen AES-CBC und AES-GCM?

AES-CBC verschlüsselt Daten, benötigt jedoch einen separaten Hash-Wert, wie beispielsweise SHA, zur Überprüfung der Integrität – dabei werden die Daten zweimal durchlaufen. AES-GCM kombiniert Verschlüsselung und Integritätsprüfung in einem einzigen Durchlauf, wodurch es auf moderner Hardware schneller ist und sich als bevorzugter Modus für neue IPsec- und TLS-Implementierungen etabliert hat.

Wurde AES jemals geknackt?

Es gibt keinen praktischen Angriff, der das vollständige AES bei irgendeiner Schlüssellänge knacken könnte. Zwar gibt es theoretische Angriffe auf Varianten mit reduzierter Rundenzahl oder fehlerhafte Implementierungen, doch der Algorithmus ist auch nach zwei Jahrzehnten öffentlicher Kryptoanalyse nach wie vor sicher – weshalb er weiterhin der Standard in Regierung und Industrie ist.

Was ist AES-NI?

AES-NI ist ein Satz von CPU-Befehlen, der in fast allen modernen Prozessoren vorhanden ist und die AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung direkt in der Hardware durchführt. Dadurch ist AES wesentlich schneller als eine Software-Implementierung, weshalb AES-GCM den Datenverkehr mit Leitungsgeschwindigkeit verschlüsseln kann, ohne dass dabei nennenswerte Leistungseinbußen entstehen.

Ist AES eine symmetrische oder eine asymmetrische Verschlüsselung?

AES ist symmetrisch: Zum Ver- und Entschlüsseln wird derselbe geheime Schlüssel verwendet. Das macht das Verfahren schnell, allerdings müssen beide Seiten den Schlüssel bereits gemeinsam nutzen. Protokolle wie IKE nutzen asymmetrische Verfahren – Diffie-Hellman und Zertifikate –, um zunächst diesen gemeinsamen Schlüssel zu ermitteln, und wechseln dann für die eigentlichen Daten zu AES.

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