Was ist Hashing in der Cybersicherheit?

Hashing ist eine mathematische Einwegfunktion, die Daten in eine Zeichenfolge aus unscheinbarem Text umwandelt, die nicht rückgängig gemacht oder entschlüsselt werden kann.

Im Zusammenhang mit der Cybersicherheit ist das Hashing eine Methode, sensible Informationen und Daten – darunter Kennwörter, Nachrichten und Dokumente – zu schützen. Sobald diese Inhalte mittels eines Hash-Algorithmus umgewandelt wurden, ist der resultierende Wert (oder Hash-Code) für Menschen unlesbar und selbst mithilfe modernster Technologie äußerst schwer zu entschlüsseln.

Hashing hat sich zu einem wichtigen Cybersicherheitsinstrument für Organisationen entwickelt, insbesondere angesichts des Anstiegs von Fernarbeit und der Nutzung persönlicher Geräte. Beide Trends erfordern von Organisationen den Einsatz von Single-Sign-On-Technologie (SSO), um die Arbeit im Homeoffice zu ermöglichen und Reibungsverluste bei der Benutzererfahrung zu reduzieren. Obwohl dies ein notwendiger Teil des modernen Geschäfts ist, haben Angreifer die inhärente Verwundbarkeit von gespeicherten Kennwörtern und Benutzeranmeldeinformationen erkannt, was bedeutet, dass Unternehmen zusätzliche Maßnahmen ergreifen müssen, um diese Informationen zu schützen.

Komponenten des Hashing

Hashing besteht aus drei Hauptkomponenten:

1. Eingabeschlüssel
2. Hash-Funktion
3. Hash-Tabelle

Arten von Hashing

Hashing ist nicht singulär. Tatsächlich gibt es eine Vielzahl von Hashing-Algorithmen, die für verschiedene Anwendungsszenarien geeignet sind. Hier untersuchen wir vier gängige Hash-Algorithmen:

1. LANMAN
2. NTLM
3. Scrypt
4. Ethash

Hash-Algorithmen

LANMAN: Der Microsoft LAN Manager-Hashing-Algorithmus, oder LANMAN, ist ein Netzwerkbetriebssystem und ein Authentifizierungsprotokoll, das von Microsoft hauptsächlich zum Speichern von Kennwörtern entwickelt wurde. LANMAN wurde in den 1980er-Jahren eingeführt und gilt heute weitgehend als veraltet, obwohl es vielleicht das bekannteste Beispiel für einen Hash-Algorithmus ist.

NTLM: Windows New Technology LAN Manager (NTLM) ist eine Suite von Sicherheitsprotokollen, die von Microsoft angeboten werden, um die Identität von Benutzern zu authentifizieren und die Integrität und Vertraulichkeit ihrer Aktivitäten zu schützen. Im Kern ist NTLM ein SSO-Tool, das anhand eines Challenge-Response-Protokolls den Benutzer verifiziert, ohne von ihm die Eingabe eines Kennworts zu verlangen. Dieser Prozess wird als NTLM-Authentifizierung bezeichnet.

Scrypt: Scrypt ist eine Schlüsselableitungsfunktion (Key Derivation Function, KDF) und eine kennwortbasierte Schlüsselableitungsfunktion (Password-Based Key Derivation Function, PBKDF), die Daten oder Kennwörter in kryptografische Schlüssel umwandeln kann. Der Hauptzweck von Scrypt besteht darin, einen robusteren Schutz vor kryptografischen Angriffen wie Brute-Force-Angriffen zu bieten.

Ethash: Ethash ist ein vom Ethereum-Netzwerk entwickelter „Proof of Work“-Hashing-Algorithmus. Der Algorithmus wurde speziell entwickelt, um das Ethereum-Kryptowährungsnetzwerk und seine Blockchain zu sichern und Plattformtransaktionen zu validieren.

Anwendungsszenarien für das Hashing in der Cybersicherheit

Hashing spielt eine wichtige Rolle in vielen Cybersicherheitsalgorithmen und -protokollen. Es ist im Grunde eine Methode, sensible Daten oder Texte in einen unentzifferbaren Wert zu kodieren, der unglaublich schwer zu entschlüsseln ist.

Im Folgenden werden drei der häufigsten Anwendungsszenarien für Hashing in der Cybersicherheit erläutert:

1. Kennwortspeicherung
2. Digitale Signaturen
3. Datei- und Dokumentenverwaltung

Kennwortspeicherung

Das Speichern von Kennwörtern im Klartext in einem System, einer Anwendung oder einem Gerät ist äußerst riskant. Eine Kennwortspeicherlösung kann Hashing verwenden, um Anmeldeinformationen zu verschlüsseln und als Hash-Wert zu speichern. Wenn Benutzer in Zukunft versuchen, auf das System zuzugreifen, authentifiziert die Lösung den Benutzer, indem sie das eingegebene Kennwort mit dem Hash-Wert in der Datenbank abgleicht.

Digitale Signatur

Eine digitale Signatur ist eine kryptografische Technik, die verwendet wird, um den Ursprung, die Authentizität und die Integrität einer Nachricht, eines Dokuments oder einer Transaktion zu überprüfen.

So erstellen Sie eine digitale Signatur mithilfe von Hashing:

• Eine Hash-Funktion wird auf die ursprüngliche Nachricht angewendet, um einen sicheren Hash-Wert zu erzeugen.
• Der Hash-Wert wird anschließend mit einem privaten Schlüssel des Absenders verschlüsselt. Durch diesen Vorgang entsteht die digitale Signatur.
• Der Empfänger verwendet einen öffentlichen Schlüssel, um die digitale Signatur zu entschlüsseln.
• Der Empfänger verwendet dann den resultierenden Hash-Wert und wendet dieselbe Hash-Funktion an. Stimmen die Hash-Werte überein, ist damit bewiesen, dass die Nachricht nicht verändert wurde und vom angegebenen Absender stammt.

Datei- und Dokumentenverwaltung

Digitale Signaturen werden zwar häufig zur Sicherung von E-Mails und anderen digitalen Kommunikationsformen verwendet, sie können aber auch zur Authentifizierung und Verifizierung jeder Art von elektronischer Transaktion oder jedes Dokuments eingesetzt werden. Zwei Hauptanwendungsszenarien sind:

1. Dokumentenvergleich: Beim Hashing erzeugt die Hash-Funktion eine Zeichenkette mit festem Wert, die als eindeutiger Bezeichner für jeden Dokument- oder Dateityp dient. Wird das Dokument auch nur in irgendeiner Weise verändert, selbst im kleinsten Detail, ändert sich auch der Hash-Wert. Hashing bietet somit eine schnelle und effektive Möglichkeit, Dateien zu vergleichen und zu bestätigen, dass sie nicht verändert oder kompromittiert wurden.
2. Datenintegritätsprüfung: Um die Integrität der Daten in einer Datei oder einem Dokument zu überprüfen, kann ein Hash-Algorithmus verwendet werden, der eine Prüfsumme erzeugt. Diese Prüfsumme ist ein Hash-Wert, der die Summe des Datensatzes widerspiegelt. Diese Prüfsumme wird den Daten bei der Weitergabe oder Übertragung beigefügt. Nach Erhalt kann der Benutzer eine neue Prüfsumme erstellen und diese mit dem Original vergleichen. Stimmen die beiden Werte überein, gelten die Daten als sicher.

Vorteile von Hashing in der Cybersicherheit

Hashing ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Cybersicherheitspraktiken und -protokolle. Zu den Vorteilen gehören:

• starke Kennwortsicherheit: Hashing ist ein wichtiger Bestandteil der Tools für Identitäts- und Zugriffsverwaltung (Identity and Access Management, IAM). Durch den Einsatz eines Hashing-Tools können Organisationen die Identität ihrer Benutzer sicherstellen und angemessene Zugriffskontrollen gewährleisten. Dies trägt dazu bei, kennwortbasierte Angriffe wie Kennwort-Spraying oder den Diebstahl von Zugangsdaten zu verhindern.
• Datei- und Datenintegrität: Sobald eine Datei, ein Dokument oder ein Datensatz gehasht wurde, führt jede Änderung zu einem neuen, völlig anderen Hash-Wert. Dies hilft Organisationen dabei, nachzuverfolgen und zu erkennen, ob und wann Assets verändert wurden, und die Nutzung aller möglicherweise kompromittierten Assets sofort einzustellen.
• Datensicherheit: Ein Hash-Wert ist für Cyberkriminelle und andere Angreifer praktisch nutzlos, da es extrem schwierig ist, eine Einweg-Hash-Funktion zu entschlüsseln. Das bedeutet, dass eine Datensicherheitsverletzung nicht unbedingt zum Verlust sensibler Daten führen muss, wenn diese ordnungsgemäß gehasht wurden.
• sichere Kommunikation: Hashing ist ein kritischer Bestandteil digitaler Signaturen, die die primäre Methode zur Authentifizierung sowohl des Inhalts einer Nachricht als auch der Identität des Absenders darstellen.
• sichere Downloads: Beim Herunterladen von Software oder großen Dateien können Systeme den Hash-Wert des Downloads überprüfen, um sicherzustellen, dass dieser nicht mit Schadsoftware infiziert ist.
• verbesserte Bedrohungserkennung: Hash-Codes sind eine schnelle und effektive Methode, ein System oder ein Netzwerk auf bekannte Bedrohungen zu überprüfen und diese aufzudecken.

Einschränkungen von Hashing

Hashing ist zwar ein nützliches Tool, hat aber auch seine Grenzen. In diesem Abschnitt untersuchen wir einige Herausforderungen und Nachteile der Verwendung von Hashing in der Cybersicherheit:

• Kollision: Eine Kollision liegt vor, wenn zwei oder mehr Eingaben zum gleichen Hash-Wert führen. Große Unternehmen, die erhebliche Datenmengen speichern, stehen vor dieser Herausforderung und müssen eine Lösung implementieren, um solche Kollisionen zu verhindern. Ein Unternehmen könnte beispielsweise eine Verkettungsstrategie implementieren, bei der ein doppelt vorhandener Wert zu einer verketteten Liste in der Hash-Tabelle hinzugefügt wird.
• Performance: Hashing kann eine Gratwanderung sein. Die Algorithmen sind so konzipiert, dass sie sowohl die Geschwindigkeit als auch die Speichernutzung optimieren. Sie müssen außerdem in der Lage sein, den vom Unternehmen benötigten Dateneingabeumfang zu bewältigen. Dies führt zu erheblicher Komplexität im Hinblick auf die Entwicklung und Weiterentwicklung von Algorithmen. In Bezug auf die Cybersicherheit kann ein langsamer Algorithmus oder ein Algorithmus mit erheblichen Verarbeitungsrückständen zu einem höheren Risiko führen.
• Sicherheitsrisiken: Hashing ist per Definition eine Einweg-Umwandlung von Daten in eine unentzifferbare Textzeichenfolge. Im Allgemeinen ist es unmöglich, den Hash-Wert wieder in Daten umzuwandeln. Einige versierte Angreifer können die Hash-Funktion jedoch entweder herausfinden oder erraten, was es ihnen ermöglichen würde, die Hash-Werte zurückzurechnen oder den Datensatz durch die Erstellung gefälschter Eingaben zu manipulieren.

Hashing im Vergleich zu Verschlüsselung

Obwohl Hashing und Verschlüsselung zu demselben Ergebnis zu führen scheinen, handelt es sich in Wirklichkeit um zwei verschiedene Funktionen.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass Hashing immer als Einweg-Umwandlung von Daten gedacht ist. Der Hash-Wert ist eine eindeutige Textfolge, die nur dekodiert werden kann, wenn der Angreifer in der Lage ist, die Hash-Funktion zu stehlen oder zu erraten und dann die Dateneingabe zurückzuentwickeln.

Datenverschlüsselung ist dagegen ein bidirektionaler Prozess. Obwohl die Verschlüsselung auch kryptografische Algorithmen verwendet, um Klartext in ein verschlüsseltes Format zu konvertieren, hat sie einen entsprechenden Entschlüsselungsschlüssel, mit dem Benutzer die Daten entschlüsseln können.

Ein weiterer wichtiger Unterschied besteht darin, dass Hashing die Möglichkeit bietet, Daten, Nachrichten, Dateien oder andere Ressourcen zu authentifizieren. Benutzer können überprüfen, ob die von einem Benutzer an einen anderen gesendeten Daten nicht abgefangen und verändert wurden, indem sie den ursprünglichen Hash-Wert mit dem vom Empfänger erzeugten vergleichen. Bei verschlüsselten Daten hingegen gibt es keine Möglichkeit, die Daten zu überprüfen oder festzustellen, ob sie verändert wurden. Aus diesem Grund wird für Authentifizierungszwecke das Hashing bevorzugt.