Wie funktioniert die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung in Signal?

1. Grundprinzip der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
2. Die Signal-Protokollbasis – Double Ratchet Algorithmus
3. Schlüsselaustausch und Initialisierung
4. Die Double Ratchet Methode
5. Verschlüsselung der Nachrichteninhalte
6. Erweiterte Sicherheit durch zusätzliche Mechanismen
7. Fazit

Grundprinzip der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung

Die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung (E2EE) sorgt dafür, dass Nachrichten nur von den Kommunikationspartnern gelesen werden können, die direkt am Gespräch beteiligt sind. Bei Signal bedeutet das, dass Nachrichten auf dem Sendergerät verschlüsselt werden und erst auf dem Empfängergerät wieder entschlüsselt werden. Selbst die Server, über die die Nachrichten weitergeleitet werden, haben keine Möglichkeit, den Inhalt der Nachrichten einzusehen. Dies bietet einen höchstmöglichen Schutz der Privatsphäre.

Die Signal-Protokollbasis – Double Ratchet Algorithmus

Signal nutzt ein speziell entwickeltes kryptografisches Protokoll, das sogenannte "Signal Protocol". Zentraler Bestandteil ist der Double Ratchet Algorithmus, der eine Kombination aus einer asymmetrischen Kryptografie (Public-Key-Verfahren) und symmetrischer Verschlüsselung verwendet. Dieses Verfahren gewährleistet Vertraulichkeit, Vorwärtsgeheimnis und Schutz vor Replay-Angriffen.

Schlüsselaustausch und Initialisierung

Wenn zwei Nutzer erstmals eine Unterhaltung beginnen, tauschen ihre Geräte kryptografische Schlüssel aus, um eine sichere Kommunikationsbasis zu schaffen. Dabei werden sogenannte "Prekeys" genutzt, die auf den Signal-Servern gespeichert sind, um den initialen Schlüsselaustausch asynchron zu ermöglichen. Jeder Nutzer hat einen eigenen langanhaltenden Identitätsschlüssel, einen Signaturschlüssel sowie eine Reihe von Einmal-Prekeys. Mit diesen Prekeys kann der Initiator der Unterhaltung einen gemeinsamen geheimen Sitzungsschlüssel berechnen, ohne das Gegenüber direkt online erreichen zu müssen.

Die Double Ratchet Methode

Sobald der erste geheime Sitzungsschlüssel hergestellt ist, verwendet Signal den Double Ratchet Algorithmus, um für jede Nachricht neue Schlüssel abzuleiten. Dabei ratchet (übersetzt Ratsche) jeder Teilnehmer seinen Schlüssel nach jedem gesendeten oder empfangenen Nachrichtenschritt vorwärts. Dies bewirkt, dass vergangene Nachrichten nicht entschlüsselt werden können, falls ein aktueller Schlüssel kompromittiert wird (Forward Secrecy). Zudem schützt das Verfahren auch die zukünftige Kommunikation, grundsätzlich sichert es also die laufende Kommunikation auch bei Schlüsselverlust.

Verschlüsselung der Nachrichteninhalte

Die einzelnen Nachrichten werden mit einem symmetrischen Schlüssel verschlüsselt, der durch die Ratchet-Algorithmen stets erneuert wird. Zusätzlich werden für jede Nachricht sogenannte Message Authentication Codes (MAC) verwendet, die sicherstellen, dass die Nachricht während der Übertragung nicht manipuliert wurde. Da die Schlüssel im Verlauf der Kommunikation regelmäßig durch das Double Ratchet Verfahren verändert werden, sind Nachrichten nur für einen begrenzten Zeitraum mit einem bestimmten Schlüssel lesbar.

Erweiterte Sicherheit durch zusätzliche Mechanismen

Signal bietet darüber hinaus Funktionen wie die Verifizierung von Geräten mittels QR-Codes oder Sicherheitsnummern, um Man-in-the-Middle-Angriffe zu verhindern. Nur wenn die Identität der Kommunikationspartner bestätigt ist, kann man sicher sein, dass keine dritte Partei in der Unterhaltung mitliest. Außerdem sind alle Metadaten minimal gehalten, sodass selbst der Signal-Server kaum Informationen über die Kommunikation speichern kann.

Fazit

Die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung in Signal setzt auf ein ausgeklügeltes Kryptosystem, das aus der Kombination von asymmetrischer Kryptografie, dem Austausch von Prekeys und dem Double Ratchet Algorithmus besteht. Diese Technik gewährleistet, dass Nachrichten nur für die echten Kommunikationspartner lesbar sind, schützt vor vielfältigen Angriffen und sichert die Privatsphäre der Nutzer nachhaltig.