Hoe versleuteling werkt: Een gids voor bescherming van digitale privacy

Versleuteling is het proces van omzetting van leesbare informatie, bekend als platte tekst, in een onleesbare vorm genaamd versleutelde tekst, met behulp van een wiskundig algoritme en een geheime waarde genaamd sleutel. Alleen iemand die de bijbehorende sleutel bezit, kan het proces omkeren en de originele gegevens herstellen. Dit enige mechanisme ligt ten grondslag aan het meeste van wat mensen tegenwoordig "digitale privacy" noemen, van veilige berichten tot online bankieren.

Twee basistypen: symmetrisch en asymmetrisch

Cryptografische systemen vallen over het algemeen in twee categorieën. Symmetrische versleuteling gebruikt een enkele geheime sleutel om gegevens zowel in- als uit te schakelen: zowel de afzender als de ontvanger moeten al dezelfde sleutel hebben, volgens privacybedrijf Proton. Dit maakt symmetrische versleuteling snel, maar het creëert een praktisch probleem - de sleutel zelf moet op de een of andere manier worden gedeeld zonder te worden onderschept.

Asymmetrische versleuteling lost dit probleem op door twee wiskundig gekoppelde sleutels te gebruiken: een openbare sleutel die openlijk kan worden gedeeld, en een persoonlijke sleutel die geheim wordt gehouden. Gegevens die met één sleutel zijn versleuteld, kunnen alleen met de ander worden ontsleuteld, dus er is geen noodzaak om van tevoren een geheim uit te wisselen. De afweging is snelheid: Proton merkt op dat asymmetrische versleuteling ongeveer 1.000 keer langzamer is dan symmetrische versleuteling omdat de onderliggende wiskunde veel complexer is.

Vanwege deze afweging gebruiken de meeste praktische systemen een hybride aanpak: asymmetrische versleuteling wordt kort gebruikt om eenmalig symmetrische sleutel over een openbaar netwerk uit te wisselen, en vervolgens verwerkt het snelle symmetrische algoritme de eigenlijke bulkgegevens. Deze combinatie drijft HTTPS-websiteverbindingen, virtuele particuliere netwerken (VPN's) en versleutelde e-mail aan, legt Proton uit.

AES: de standaard achter meeste dagelijkse versleuteling

Het meest gebruikte symmetrische algoritme is de Advanced Encryption Standard (AES), gepubliceerd door het US National Institute of Standards and Technology (NIST) op 26 november 2001, als Federal Information Processing Standard (FIPS) 197. AES ondersteunt sleutellengte van 128, 192 of 256 bits en verwerkt gegevens in 128-bits blokken. NIST beschrijft het als een FIPS-goedgekeurd algoritme dat kan worden gebruikt om elektronische gegevens te beschermen en wordt wereldwijd gebruikt in regering- en handelssystemen.

Wat maakt versleuteling "end-to-end"

Niet alle versleuteling biedt hetzelfde beschermingsniveau. Standaardversleuteling "in transit", zoals het TLS-protocol gebruikt in HTTPS, beschermt gegevens alleen terwijl deze tussen een apparaat en een server bewegen - maar de gegevens kunnen nog steeds leesbaar zijn zodra deze die server bereiken. End-to-end versleuteling (E2EE) gaat verder: volgens IBM blijven gegevens versleuteld in transit en worden ze alleen ontsleuteld op het apparaat van de ontvanger, wat betekent dat zelfs de serviceprovider die het bericht overbrengt, de inhoud niet kan lezen.

IBM beschrijft E2EE als werkend in vier fasen: een algoritme zet het bericht om in versleutelde tekst; de versleutelde tekst reist door het netwerk en ziet er uit als willekeurige karakters voor elke onderschepper; het apparaat van de ontvanger gebruikt een persoonlijke of gedeelde sleutel om het originele bericht te herstellen; en de gegevens worden vervolgens op integriteit gecontroleerd om te bevestigen dat deze niet tijdens doorvoer zijn gewijzigd. IBM somt messaging-platforms zoals WhatsApp, Signal en Apple's iMessage, evenals wachtwoordbeheerders zoals 1Password en Bitwarden op als voorbeelden van diensten die end-to-end versleuteling toepassen.

Waarom kwantumcomputers versleutelingsnormen veranderen

Regelgevers bereiden zich al voor op een toekomstige bedreiging: voldoende krachtige kwantumcomputers zouden in theorie de wiskundige problemen kunnen oplossen waar hedendaagse asymmetrische versleuteling op berust. Op 13 augustus 2024 keurde NIST drie nieuwe Federal Information Processing Standards goed die speciaal zijn ontworpen om bestand te zijn tegen aanvallen van zowel klassieke als kwantumcomputers, volgens het Computer Security Resource Center (CSRC) van NIST.

De drie normen zijn FIPS 203, de Module-Lattice-Based Key-Encapsulation Mechanism Standard (afgeleid van de CRYSTALS-Kyber-indiening); FIPS 204, de Module-Lattice-Based Digital Signature Standard (afgeleid van CRYSTALS-Dilithium); en FIPS 205, de Stateless Hash-Based Digital Signature Standard (afgeleid van SPHINCS+). NIST's CSRC stelt dat de normen "zijn ontworpen om toekomstige aanvallen door kwantumcomputers te weerstaan, die de veiligheid van huidige normen bedreigen", omvattend zowel sleuteluitwisseling als de digitale handtekeningen die worden gebruikt om te verifiëren dat gegevens niet zijn gewijzigd.

Wat dit betekent voor dagelijkse privacy

Voor de meeste mensen is de praktische conclusie dat versleuteling al veel van het dagelijks digitaal leven standaard beschermt - HTTPS beveiligt webbrowsen, AES beveiligt bestanden en Wi-Fi-verkeer, en E2EE beschermt veel populaire berichtgeving-apps. De voortdurende verschuiving naar post-kwantumnormen is vooral een verandering van achtergrondinfrastructuur, beheerd door standaardorganisaties, apparaatfabrikanten en serviceproviders, in plaats van iets wat individuele gebruikers zelf moeten configureren.