Anleitung zur AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung mit Python

Python ist eine flexible Programmiersprache, die die Implementierung des leistungsstarken Verschlüsselungsalgorithmus AES (Advanced Encryption Standard) einfach ermöglicht. In diesem Artikel werden die Grundlagen der AES-Verschlüsselung bis hin zu praktischen Codebeispielen ausführlich erklärt. Wenn Sie lernen möchten, wie Sie die Datensicherheit verbessern und vertrauliche Informationen schützen können, werden die erforderlichen Kenntnisse Schritt für Schritt erklärt. Am Ende werden Sie die Fähigkeiten erwerben, ein praktisches Verschlüsselungs- und Entschlüsselungssystem aufzubauen.

Inhaltsverzeichnis

Grundlagen der AES-Verschlüsselung

AES (Advanced Encryption Standard) ist ein Blockverschlüsselungsalgorithmus, der vom National Institute of Standards and Technology (NIST) entwickelt wurde und sowohl hohe Sicherheit als auch Effizienz bietet. Daten werden in feste Blockgrößen (normalerweise 128 Bit) unterteilt und verschlüsselt. AES ist ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren, bei dem derselbe Schlüssel für die Verschlüsselung und Entschlüsselung verwendet wird.

AES-Betriebsmodi

AES bietet mehrere Betriebsmodi, die je nach Bedarf ausgewählt werden können. Zu den wichtigsten Modi gehören:

ECB (Electronic Codebook): Einfache Verschlüsselungsmethode, jedoch ist die Sicherheit niedrig, da Muster sichtbar werden.
CBC (Cipher Block Chaining): Erhöht die Sicherheit, indem das Verschlüsselungsergebnis des vorherigen Blocks zum aktuellen Block hinzugefügt wird.
CFB (Cipher Feedback): Eine Methode, bei der das Verschlüsselungsergebnis kontinuierlich verwendet wird und wie ein Stromchiffrierverfahren eingesetzt werden kann.
GCM (Galois/Counter Mode): Bietet neben der Verschlüsselung auch eine Integritätsprüfung der Daten.

AES-Schlüssellängen

AES unterstützt drei Schlüssellängen:

128 Bit (16 Byte): Am häufigsten verwendet und bietet eine Standard-Sicherheit.
192 Bit (24 Byte): Wird verwendet, wenn höhere Sicherheit erforderlich ist.
256 Bit (32 Byte): Besonders geeignet, wenn eine sehr hohe Sicherheit erforderlich ist.

Diese Schlüssellängen sollten entsprechend den Sicherheitsanforderungen ausgewählt werden. Für allgemeine Anwendungen ist ein 128-Bit-Schlüssel ausreichend, aber bei strengen Sicherheitsanforderungen wird ein 256-Bit-Schlüssel empfohlen.

Eigenschaften von AES

AES ist einer der am weitesten verbreiteten Verschlüsselungsalgorithmen, und das aus folgenden Gründen:

Effizienz: Es funktioniert sowohl in Hardware als auch in Software schnell.
Robustheit: Es hat sich über Jahre hinweg als zuverlässig erwiesen.
Flexibilität: Bietet Betriebsmodi, die für verschiedene Anwendungsfälle geeignet sind.

Durch die Verwendung von AES ist es einfach, einen hohen Datenschutz zu gewährleisten, weshalb es auch in vielen Python-Implementierungen zum Einsatz kommt.

Installation der benötigten Python-Bibliotheken

Um AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung in Python zu implementieren, müssen Bibliotheken verwendet werden, die auf Verschlüsselung spezialisiert sind. Besonders empfohlen wird die leistungsstarke und benutzerfreundliche Bibliothek PyCryptodome. Diese Bibliothek ist eine Erweiterung des Python-Standardmoduls „Crypto“.

Installation von PyCryptodome

Verwenden Sie den folgenden Befehl, um PyCryptodome zu installieren:

pip install pycryptodome

Überprüfung der Installation

Um zu überprüfen, ob die Installation erfolgreich war, starten Sie den Python-Interpreter und geben Sie den folgenden Befehl ein:

from Crypto.Cipher import AES
print("PyCryptodome wurde erfolgreich installiert!")

Wenn keine Fehler angezeigt werden, wurde die Installation erfolgreich abgeschlossen.

Wichtige Funktionen von PyCryptodome

PyCryptodome bietet die folgenden Verschlüsselungsfunktionen:

Symmetrische Verschlüsselung (AES, DES usw.)
Asymmetrische Verschlüsselung (RSA, ECC usw.)
Message Authentication Codes (HMAC usw.)
Hashfunktionen (SHA256, SHA3 usw.)

Für die AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung in diesem Artikel wird das Modul Crypto.Cipher.AES innerhalb dieser Bibliothek verwendet.

Andere Optionen

Außer PyCryptodome gibt es auch folgende Bibliotheken, die für die AES-Verschlüsselung verwendet werden können:

cryptography: Bietet hochrangige Verschlüsselungsfunktionen. Installationsbefehl: pip install cryptography.
m2crypto: Eine Python-Bibliothek, die die OpenSSL-Bibliothek in C umschließt.

Allerdings ist PyCryptodome für Anfänger besonders benutzerfreundlich und daher ideal für das Erlernen und Implementieren von AES-Verschlüsselung. In diesem Artikel wird die Vorgehensweise mit PyCryptodome detailliert erklärt.

Vorbereitung für die Verschlüsselung

Bevor Sie AES-Verschlüsselung durchführen, müssen einige Elemente vorbereitet werden, insbesondere der Verschlüsselungsschlüssel und der Initialisierungsvektor (IV: Initialization Vector). Wenn diese nicht korrekt eingestellt sind, funktionieren Verschlüsselung und Entschlüsselung nicht richtig.

Erzeugen des Verschlüsselungsschlüssels

Der Schlüssel ist für die AES-Verschlüsselung von entscheidender Bedeutung. Die Länge des Schlüssels muss entweder 128 Bit (16 Byte), 192 Bit (24 Byte) oder 256 Bit (32 Byte) betragen. Hier ein Beispiel, wie man einen Schlüssel in Python generiert:

from Crypto.Random import get_random_bytes

# Erzeugen eines 256-Bit (32 Byte) Schlüssels
key = get_random_bytes(32)  
print("Generierter Schlüssel:", key)

Dieser Code erzeugt einen sicheren, zufälligen Schlüssel für die Verschlüsselung.

Erzeugen des Initialisierungsvektors (IV)

Der Initialisierungsvektor (IV) wird verwendet, um jede Verschlüsselungssitzung einzigartig zu machen. Besonders in Betriebsmodi wie CBC ist der IV erforderlich. Die Länge des IV muss mit der Blockgröße von AES übereinstimmen (normalerweise 16 Byte). Hier ein Beispiel, wie man den IV mit PyCryptodome erzeugt:

# Erzeugen eines 16 Byte langen IV
iv = get_random_bytes(16)  
print("Generierter IV:", iv)

Speichern von Schlüssel und IV

Der erzeugte Schlüssel und IV müssen für die Verschlüsselung und Entschlüsselung aufbewahrt werden. Es ist wichtig, sie an einem sicheren Ort zu speichern. Achten Sie beim Speichern auf Folgendes:

Sicherer Speicherort: Der Schlüssel sollte verschlüsselt im Dateisystem oder in einer Datenbank gespeichert oder in einem Hardware-Sicherheitsmodul (HSM) aufbewahrt werden.
Nicht teilen: Geben Sie den Schlüssel nicht an Dritte weiter, da sonst die verschlüsselten Daten leicht entschlüsselt werden können.
Vermeiden Sie die Neugenerierung: Für die gleiche Datenverschlüsselung und -entschlüsselung sind der gleiche Schlüssel und der gleiche IV erforderlich.

Wenn Sie bereit sind

Jetzt sind der Schlüssel und der IV bereit. Verwenden Sie diese Daten, um im nächsten Abschnitt die tatsächliche AES-Verschlüsselung zu implementieren.

AES-Verschlüsselung mit Python implementieren

Um AES-Verschlüsselung in Python zu implementieren, verwenden Sie das Modul Crypto.Cipher.AES. In diesem Abschnitt erklären wir, wie man Daten mit dem vorbereiteten Schlüssel und IV verschlüsselt.

Verschlüsselungsprozess

Hier ist ein konkretes Codebeispiel für AES-Verschlüsselung mit PyCryptodome:

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad
from Crypto.Random import get_random_bytes

# Erzeugen des Schlüssels und IV für die Verschlüsselung
key = get_random_bytes(32)  # 256-Bit Schlüssel
iv = get_random_bytes(16)   # IV für AES Blockgröße

# Die zu verschlüsselnden Daten
data = "Dies ist die zu verschlüsselnde Nachricht"
# Daten in Byte-Form umwandeln
data_bytes = data.encode('utf-8')

# Verschlüsselung vorbereiten
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)  # AES im CBC-Modus verwenden
# Daten mit Padding auf die Blockgröße anpassen
encrypted_data = cipher.encrypt(pad(data_bytes, AES.block_size))

# Ergebnis ausgeben
print("Verschlüsselte Daten:", encrypted_data)
print("Schlüssel:", key)
print("Initialisierungsvektor:", iv)

Detailerklärung des Codes

Erzeugen von Schlüssel und IV

Der Befehl get_random_bytes wird verwendet, um zufällige Schlüssel und IV zu erzeugen.
Der Schlüssel ist auf 256 Bit (32 Byte) gesetzt, kann jedoch je nach Bedarf geändert werden.

Datenvorbereitung

Die zu verschlüsselnden Daten werden als Zeichenkette bereitgestellt und mit encode('utf-8') in Byte-Form umgewandelt.

AES-Einstellungen

Mit AES.new wird AES für die Verschlüsselung konfiguriert, wobei der Betriebsmodus AES.MODE_CBC angegeben wird.

Daten-Padding

AES funktioniert mit festen Blockgrößen (16 Byte), daher wird die Datenlänge mit der pad-Funktion angepasst.

Durchführung der Verschlüsselung

Mit cipher.encrypt werden die Daten verschlüsselt.

Umgang mit den verschlüsselten Ergebnissen

Die verschlüsselten Daten werden als Byte-Sequenz ausgegeben. Wenn Sie diese Daten übertragen oder speichern möchten, können Sie Base64-Codierung verwenden:

import base64

# Base64-Codierung der verschlüsselten Daten
encoded_data = base64.b64encode(encrypted_data).decode('utf-8')
print("Base64-codierte verschlüsselte Daten:", encoded_data)

Mit dieser Methode können Sie die AES-Verschlüsselung sicher implementieren. Im nächsten Abschnitt erfahren Sie, wie Sie diese verschlüsselten Daten entschlüsseln können.

AES-Entschlüsselung mit Python implementieren

Um die verschlüsselten Daten zu entschlüsseln, verwenden Sie denselben Schlüssel und denselben Initialisierungsvektor (IV), die bei der Verschlüsselung verwendet wurden. In diesem Abschnitt zeigen wir, wie Sie AES-Entschlüsselung mit PyCryptodome umsetzen können.

Entschlüsselungsprozess

Hier ist ein Beispielcode, wie man verschlüsselte Daten mit AES entschlüsselt:

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import unpad
import base64

# Eingabe der verschlüsselten Daten (Base64-codiert)
encrypted_data_base64 = "Hier Base64-codierte verschlüsselte Daten eingeben"
encrypted_data = base64.b64decode(encrypted_data_base64)  # Base64-dekodieren

# Schlüssel und IV (die gleichen wie bei der Verschlüsselung)
key = b"Hier den Verschlüsselungsschlüssel eingeben"  # 32-Byte Schlüssel (z.B. b'key12345678901234567890123456789')
iv = b"Hier den IV der Verschlüsselung eingeben"   # 16-Byte IV

# Entschlüsselung durchführen
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
decrypted_data = unpad(cipher.decrypt(encrypted_data), AES.block_size)

# Entschlüsselte Daten in Zeichenfolge umwandeln und ausgeben
print("Entschlüsselte Daten:", decrypted_data.decode('utf-8'))

Detailerklärung des Codes

Verschlüsselte Daten einlesen

Wenn die verschlüsselten Daten Base64-codiert sind, müssen sie zunächst mit base64.b64decode dekodiert werden.
Wenn Sie die Daten direkt im Byte-Format haben, ist dieser Schritt nicht erforderlich.

Schlüssel und IV angeben

Die Entschlüsselung erfordert denselben Schlüssel und IV, die bei der Verschlüsselung verwendet wurden. Wenn sie nicht übereinstimmen, wird die Entschlüsselung fehlschlagen.

Einrichten der Entschlüsselung

Mit AES.new wird AES im CBC-Modus konfiguriert, wobei der Schlüssel und IV angegeben werden.

Durchführung der Entschlüsselung

Mit cipher.decrypt werden die verschlüsselten Daten entschlüsselt.
Die entschlüsselten Daten enthalten Padding, das mit der unpad-Funktion auf die ursprüngliche Datengröße zurückgesetzt wird.

Ausgabe der entschlüsselten Daten

Die entschlüsselten Daten werden als Byte-Format ausgegeben und mit decode('utf-8') in eine Zeichenfolge umgewandelt.

Beispiel für die Entschlüsselung mit Beispieldaten

Hier ein Beispiel, wie Sie die verschlüsselten Daten direkt im Code angeben können:

# Beispieldaten
encrypted_data = b"\x93\x4e\x8b\x12\xab..."  # Verschlüsselte Byte-Sequenz (Beispiel)
key = b"key12345678901234567890123456789"  # 32-Byte Schlüssel
iv = b"iv12345678901234"  # 16-Byte IV

# Entschlüsselung
cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
decrypted_data = unpad(cipher.decrypt(encrypted_data), AES.block_size)
print("Entschlüsselte Daten:", decrypted_data.decode('utf-8'))

Fehler, die auftreten können

Bei der Entschlüsselung können folgende Fehler auftreten:

ValueError: Padding is incorrect.
Dieser Fehler tritt auf, wenn der Schlüssel oder IV nicht mit denen der Verschlüsselung übereinstimmen.
Die Daten könnten verändert worden sein.
TypeError: Object type cannot be passed to the function.
Dieser Fehler tritt auf, wenn das Datenformat (Byte-Sequenz oder Zeichenkette) nicht korrekt ist.

Mit diesen Informationen können Sie grundlegende Fehler bei der AES-Entschlüsselung erkennen und beheben. Im nächsten Abschnitt geht es um die Implementierung von Datei-Verschlüsselung und -Entschlüsselung.

Fehlerbehebung und Troubleshooting

Bei der Implementierung von AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung können bestimmte Fehler auftreten. In diesem Abschnitt werden häufige Fehler und ihre Lösungen behandelt.

Häufige Fehler

1. `ValueError: Padding is incorrect.`

Ursache

Dieser Fehler tritt auf, wenn das Padding bei der Entschlüsselung nicht korrekt entfernt werden kann.
Er tritt hauptsächlich in folgenden Fällen auf:
Der Schlüssel oder IV stimmt nicht mit denen der Verschlüsselung überein.
Die verschlüsselten Daten wurden manipuliert.

Lösung

Stellen Sie sicher, dass der gleiche Schlüssel und IV wie bei der Verschlüsselung verwendet werden.
Überprüfen Sie, ob die verschlüsselten Daten korrekt empfangen wurden (keine Fehler bei der Base64-Codierung oder -Dekodierung).
Falls benutzerdefinierte Padding-Methoden verwendet werden, stellen Sie sicher, dass das Unpadding korrekt implementiert wurde.

2. `ValueError: Incorrect AES key length.`

Ursache

Dieser Fehler tritt auf, wenn die Länge des verwendeten AES-Schlüssels nicht 16, 24 oder 32 Byte beträgt.

Lösung

Überprüfen Sie die Länge des Schlüssels und verwenden Sie einen Schlüssel der richtigen Größe.

  from Crypto.Random import get_random_bytes
  key = get_random_bytes(32)  # 256-Bit Schlüssel erzeugen

3. `TypeError: Object type cannot be passed to the function.`

Ursache

Dieser Fehler tritt auf, wenn die zu verschlüsselnden oder zu entschlüsselnden Daten kein Byte-Format haben.

Lösung

Konvertieren Sie die zu verschlüsselnden oder zu entschlüsselnden Daten in das Byte-Format:

  data_bytes = data.encode('utf-8')  # Zeichenkette in Byte-Format umwandeln

4. Fehler aufgrund einer nicht 16-Byte Vielfachen langen Datenlänge

Ursache

Bei AES-Verschlüsselung muss die Länge der Eingabedaten ein Vielfaches von 16 Byte sein (Blockgröße).

Lösung

Passen Sie die Daten mit der Crypto.Util.Padding.pad-Funktion an:

  from Crypto.Util.Padding import pad
  padded_data = pad(data_bytes, AES.block_size)

Debugging-Tipps

Überprüfen von Schlüssel und IV im Log

Geben Sie die verwendeten Schlüssel und IV sowohl bei der Verschlüsselung als auch bei der Entschlüsselung im Log aus und überprüfen Sie, dass sie übereinstimmen (in einer Produktionsumgebung sollten Sie sie nicht im Log ausgeben).

Überprüfen der Integrität der verschlüsselten Daten

Überprüfen Sie, ob die Daten während der Übertragung nicht beschädigt wurden und keine Fehler bei der Base64-Codierung/-Dekodierung oder bei der Speicherung aufgetreten sind.

Überprüfen der Version der Bibliothek

Stellen Sie sicher, dass die PyCryptodome-Bibliothek auf dem neuesten Stand ist:

  pip show pycryptodome
  pip install --upgrade pycryptodome

Fehlerbehebung-Schritte

Schlüssel, IV und Daten überprüfen

Überprüfen Sie, ob bei der Verschlüsselung und Entschlüsselung die richtigen Daten verwendet wurden.

Datenformat überprüfen

Stellen Sie sicher, dass die verschlüsselten Daten korrekt im Byte-Format verarbeitet werden.

Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsverfahren überprüfen

Überprüfen Sie die Padding-Verarbeitung und die Auswahl des AES-Modus.

Mit diesen Methoden können Sie Fehler bei der AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung effektiv beheben. Der nächste Abschnitt behandelt die Anwendung der Verschlüsselung und Entschlüsselung bei Dateien.

Anwendungsbeispiel: Datei-Verschlüsselung

Mit AES-Verschlüsselung können Sie nicht nur Textdaten, sondern auch ganze Dateien schützen. In diesem Abschnitt erklären wir, wie Sie Dateien verschlüsseln und entschlüsseln.

Verschlüsselungsprozess für Dateien

Hier ist ein Beispielcode, wie man eine Datei mit Python verschlüsseln kann:

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import pad
from Crypto.Random import get_random_bytes

# Pfad zur zu verschlüsselnden Datei
input_file_path = 'input.txt'  # Zu verschlüsselnde Datei
encrypted_file_path = 'encrypted.bin'  # Verschlüsselte Datei

# Erzeugen von Schlüssel und IV
key = get_random_bytes(32)  # 256-Bit Schlüssel
iv = get_random_bytes(16)   # Initialisierungsvektor

# Lesen und Verschlüsseln der Datei
with open(input_file_path, 'rb') as input_file:
    file_data = input_file.read()
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    encrypted_data = cipher.encrypt(pad(file_data, AES.block_size))

# Verschlüsselte Daten speichern
with open(encrypted_file_path, 'wb') as encrypted_file:
    # Schlüssel und IV auch speichern (Sicherheitsaspekt beachten)
    encrypted_file.write(iv + encrypted_data)

print(f"Die Datei '{input_file_path}' wurde verschlüsselt und als '{encrypted_file_path}' gespeichert.")

Entschlüsselungsprozess für Dateien

Nun zeigen wir, wie Sie eine verschlüsselte Datei entschlüsseln können:

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Util.Padding import unpad

# Pfad zur verschlüsselten Datei
encrypted_file_path = 'encrypted.bin'  # Verschlüsselte Datei
decrypted_file_path = 'decrypted.txt'  # Entschlüsselte Datei

# Schlüssel (der gleiche wie bei der Verschlüsselung)
key = b"Hier den Verschlüsselungsschlüssel eingeben"  # 32-Byte Schlüssel

# Verschlüsselte Datei lesen und entschlüsseln
with open(encrypted_file_path, 'rb') as encrypted_file:
    file_data = encrypted_file.read()
    # Initialisierungsvektor (IV) extrahieren
    iv = file_data[:16]
    encrypted_data = file_data[16:]
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_CBC, iv)
    decrypted_data = unpad(cipher.decrypt(encrypted_data), AES.block_size)

# Entschlüsselte Datei speichern
with open(decrypted_file_path, 'wb') as decrypted_file:
    decrypted_file.write(decrypted_data)

print(f"Die Datei '{encrypted_file_path}' wurde entschlüsselt und als '{decrypted_file_path}' gespeichert.")

Wichtige Punkte im Code

Speichern von Schlüssel und IV

Der Beispielcode überspringt die sichere Verwaltung von Schlüssel und IV. Wenn Sie diese in der verschlüsselten Datei speichern, stellen Sie sicher, dass sie nicht an Dritte weitergegeben werden.

Beachten der Blockgröße

Dateidaten sind normalerweise kein Vielfaches der Blockgröße, daher wird die pad-Funktion verwendet, um die Größe anzupassen.

Speichern der Datei in mehreren Teilen

Aus Sicherheitsgründen sollten Schlüssel und IV getrennt gespeichert werden.

Anwendungsbeispiel: Separate Verwaltung von Schlüssel und IV

Codebeispiel für die separate Verwaltung von Schlüssel und IV:

# Schlüssel und IV speichern
with open('key.bin', 'wb') as key_file:
    key_file.write(key)
with open('iv.bin', 'wb') as iv_file:
    iv_file.write(iv)

Lesen des Schlüssels und IV bei der Entschlüsselung:

# Schlüssel und IV laden
with open('key.bin', 'rb') as key_file:
    key = key_file.read()
with open('iv.bin', 'rb') as iv_file:
    iv = iv_file.read()

Sicherheitsbewusste Datei-Verschlüsselung

Datei-Verschlüsselung kann helfen, persönliche und vertrauliche Informationen zu schützen. Achten Sie jedoch darauf, Schlüssel sicher zu verwalten und eine Manipulationsprüfung (z.B. HMAC) hinzuzufügen, um ein noch sichereres System zu schaffen.

Jetzt können Sie Dateien verschlüsseln und entschlüsseln. Der nächste Abschnitt behandelt Sicherheitsaspekte bei der Implementierung.

Sicherheitsaspekte

Um AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung sicher zu betreiben, müssen einige Sicherheitsaspekte berücksichtigt werden. Eine unsachgemäße Implementierung kann dazu führen, dass verschlüsselte Daten leicht entschlüsselt werden. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Sicherheitsüberlegungen und Empfehlungen erläutert.

1. Schlüsselverwaltung

Sichere Schlüsselverwaltung ist die Grundlage jedes Verschlüsselungssystems. Ein Leck oder unsachgemäße Verwaltung des Schlüssels führt zur Ungültigkeit der Verschlüsselung.

Wählen Sie einen sicheren Speicherort
Speichern Sie Schlüssel nicht im Klartext im Dateisystem, sondern verschlüsseln Sie sie und verwalten Sie sie sicher.
Empfehlung: Verwenden Sie ein Hardware-Sicherheitsmodul (HSM) oder einen Cloud-Schlüsselverwaltungsdienst wie AWS KMS oder Azure Key Vault.
Regelmäßiger Schlüsselwechsel
Ändern Sie den Schlüssel regelmäßig, um langfristige Sicherheitsrisiken zu minimieren.

2. Verwaltung des Initialisierungsvektors (IV)

Die richtige Verwaltung des IV verstärkt die Sicherheit von AES.

Stellen Sie sicher, dass der IV einzigartig ist
Verwenden Sie nicht denselben IV für mehrere Verschlüsselungsoperationen.
Empfehlung: Generieren Sie für jede Verschlüsselungsoperation zufällige IVs und speichern Sie diese sicher zusammen mit den verschlüsselten Daten.
IV getrennt vom Schlüssel speichern
Speichern Sie den IV nicht zusammen mit dem Schlüssel, um zu verhindern, dass Angreifer beides leicht erlangen.

3. Auswahl des Betriebsmodus

Es gibt verschiedene Betriebsmodi für AES, aber es ist wichtig, den sichersten auszuwählen.

Empfohlener Modus: GCM
GCM (Galois/Counter Mode) bietet nicht nur Verschlüsselung, sondern auch eine Integritätsprüfung der Daten.
Verwenden Sie im CBC-Modus HMAC oder andere Methoden zur Manipulationsprüfung.

4. Angriffsschutz

Um das Risiko einer Analyse der verschlüsselten Daten zu minimieren, sollten Sie folgende Maßnahmen ergreifen:

Verhinderung von Timing-Angriffen
Stellen Sie sicher, dass Berechnungen immer in einer konstanten Zeit durchgeführt werden.
Verschlüsselte Daten auf feste Länge bringen
Verhindern Sie, dass Angreifer die Länge der Daten analysieren können, indem Sie sie auf eine feste Größe polstern.

5. Integritätsprüfung der Daten

Verschlüsselung schützt nur vor unbefugtem Zugriff auf die Daten, jedoch nicht vor Manipulation.

Hinzufügen von HMAC
Verwenden Sie HMAC (Hash-based Message Authentication Code), um sicherzustellen, dass die Daten nicht manipuliert wurden.
Beispiel für HMAC mit PyCryptodome:
python from Crypto.Hash import HMAC, SHA256 h = HMAC.new(key, digestmod=SHA256) h.update(encrypted_data) mac = h.hexdigest()

6. Passwortbasierte Schlüsselgenerierung

Wenn Benutzerpasswörter zur Schlüsselgenerierung verwendet werden, ist es wichtig, einen sicheren Algorithmus zu verwenden.

Empfohlener Algorithmus: PBKDF2
PBKDF2 kombiniert Salz und wiederholte Verarbeitung, um die Schlüsselgenerierung sicher zu gestalten.
Beispiel in PyCryptodome:
python from Crypto.Protocol.KDF import PBKDF2 salt = get_random_bytes(16) key = PBKDF2("password", salt, dkLen=32, count=100000)

7. Aktualisierung der Bibliotheken

Verschlüsselungsbibliotheken können Schwachstellen aufweisen. Stellen Sie sicher, dass Sie immer die neueste Version verwenden:

pip install --upgrade pycryptodome

8. Sichere Löschung von Verschlüsselungsdaten

Gelöschte Verschlüsselungsdaten oder Schlüsseldateien sollten sicher gelöscht werden, um eine Wiederherstellung zu verhindern. Verwenden Sie Methoden zum Überschreiben der Daten.

Zusammenfassung

Bei der Verwendung von AES-Verschlüsselung ist die Sicherheit stark von der Implementierung abhängig. Insbesondere die Verwaltung von Schlüsseln und IV, der Schutz vor unbefugtem Zugriff und die Integritätsprüfung von Daten sind entscheidend. So können Sie ein sicheres und praktisches Verschlüsselungssystem aufbauen.

Zusammenfassung

In diesem Artikel haben wir die Implementierung von AES-Verschlüsselung und -Entschlüsselung mit Python im Detail erklärt. Wir haben die grundlegenden Konzepte von AES, die benötigten Bibliotheken, die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsschritte für Daten und Dateien sowie wichtige Sicherheitsaspekte behandelt.

Durch ordnungsgemäße Verwaltung von Schlüsseln und IV, das Hinzufügen von Mechanismen zur Sicherstellung der Datenintegrität und die sichere Nutzung können Sie die mächtige AES-Verschlüsselungsfunktion optimal nutzen. Setzen Sie dieses Wissen um, um ein sicheres Verschlüsselungssystem zu entwickeln und Ihre wichtigen Daten zu schützen.