Signieren und Verschlüsseln mit GnuPG

GnuPG ist ein Werkzeug zur Verschlüsselung mit symmetrischen Verfahren, sowie zur Signierung, Verschlüsselung, Authentifizierung und der Verwaltung von asymmetrischen Schlüsseln. Die Verwaltung der privaten und öffentlichen Schlüssel nutzt eine eigene Datenbank, einen sogenannten keyring (Schlüsselbund). Dieser Schlüsselbund ist normalerweise unter dem Homeverzeichnis im Unterverzeichnis .gnupg zu finden.

Du kannst die vorhandenen Zertifikate, oder öffentliche Schlüssel im Schlüsselbund mit dem Schalter list-keys ausgeben lassen. Optional kannst du einen Suchstring angeben um die Auswahl etwas einzuschränken.

gpg --list-keys [Suchstring]

Schlüsselerzeugung

Ein neues Schlüsselpaar wird (in einem Schritt) mit dem Schalter quick-gen-key erzeugt. Unterschlüssel werden mit dem Schalter quick-add-key an ein bestehendes, eigenes Schlüsselpaar angehängt.

gpg --quick-gen-key <userid> [algo [usage [expire]]]
gpg --quick-add-key <keyid> [algo [usage [expire]]]

Es ist üblich, dass die userid eine Emailadresse enthält. Üblich ist es einen Namen anzugeben, die Emailadresse in spitze Klammern zu setzen und gegebenenfalls noch einen Kommentar in runden Klammern dazwischen. Ein Beispiel ist "Lars Fischer (smartcard) <lars.fischer@hs-spamschutz-bremerhaven.de>", wobei der Kommentar andeuten kann, dass es sich um ein Schlüsselpaar handelt und der private Schlüssel auf einer Kryptokarte gespeichert ist.

Übliche Parameter für den Kryptoalgorithmus sind rsa4096, oder ed25519. “ED” ist ein “elliptic curve digital signature algorithm” und lässt sich nur für Signaturen und nicht für Verschlüsselung nutzen. Die usage ist eine Liste von kommaseparierten Schlüsselworten: sign, encr, cert, oder auth. Mit expire wird das letzte Gültigkeitsdatum des Schlüssels in relativen oder absoluten werten angegeben. 1y für ein Jahr ist ebenso legal wie 2019-10-23.

Es ist angeraten Schlüssel nicht gleichzeitig für Signatur und Verschlüsselung freizugeben. Üblich ist es den Hauptschlüssel für die Signatur und die Zertifizierung zu nutzen und einen Unterschlüssel für die Verschlüsselung anzulegen.

gpg --quick-gen-key "Name (Comment) <email@hs-bremerhaven.de>" ed25519 sign 1y
gpg --quick-add-key <keyid/fingerprint> rsa4096 encr 1y

Schau dir nun das Zertifikat an, welches du gerade erzeugt hast.

Schlüsselexportieren

Meist ist es erstrebenswert, dass der eigenen öffentliche Schlüssel sehr weit verbreitet wird. Dabei kann man selbst ein wenig helfen, indem der eigene Schlüssel an alle Kommunikationspartner verschickt wird. Dazu kann es nötig sein dieses zunächst in eine Datei zu exportieren.

gpg --export --armor <keyid>

Der Schalter export gibt lediglich die öffentlichen Schlüssel aus dem Schlüsselring aus. Mit dem Schalter --export-secret-keys lassen sich auch private Schlüssel exportieren.

Zertifizierung/Signatur von Schlüsseln

Mit der Signatur eines Schlüssels A bestätigt eine Person B, dass Sie überprüft hat, dass die Halterin/den Halter des Schlüssels A unter der angegebenen Identität bekannt ist und im Besitz des angegebenen privaten Schlüssels. Handelt es sich bei der Identität um eine Email-Adresse, dann sollte dementsprechend geprüft worden sein, dass Person A diese Emailadresse kontrolliert, i.e. “Besitzerin ist”.

Ein Schlüssel mit Identität wird über das Kommando --sign-key <keyid> ausgeführt. Der Schalter --default-key spezifiziert mit welchem Schlüssel unterschrieben werden soll. Beide Schlüssel müssen im eigenen Schlüsselring vorhanden sein.

gpg --default-key <my_key_id> --sign-key <keyid>

Wird der Schlüssel von Person A nun wieder exportiert, dann hängt die Signatur von Person B am Schlüssel.

Es gibt zusätzlich die Möglichkeit einen Schlüssel nur lokal zu signieren. Mit --lsign-key wird eine Signatur als “nicht exportierbar” markiert.

Die Signaturen eines, oder aller Schlüssel im Schlüsselring, kann man sich mit dem Kommando --list-signatures ansehen.

gpg --list-signatures <searchstring>

Schlüsselnutzung

Mit den erzeugten Schlüsseln lassen sich

• andere Schlüssel zertifizieren
• Daten mit dem eigenen privaten Schlüssel signieren
• Daten für bestimmte Empfänger verschlüsseln

Signierte Datei erzeugen

Mit dem eigenen Schlüsselpaar, genauer dem privaten Schlüssel, lassen sich jetzt signierte Dateien erzeugen. Das entspricht dann einer digitalen Unterschrift. Wenn ein Dateiname <file> angegeben wird, dann wird eine Datei <file>.asc, oder ohne Parameter armor eine Datei <file>.gpg, erzeugt. Wenn kein Dateiname angegeben wird, dann ließt das folgende Kommando Daten von stdin und gibt die Daten als signierte PGP-Message auf stdout aus. Der Parameter armor ist optional, und sorgt dafür, dass die Ausgabe nur aus darstellbaren Zeichen besteht.

gpg --local-user <keyid/searchstring> --sign [--armor] [<file>]

Die entstandene Datei, oder der Datenstrom lassen sich dann in gpg einlesen und erzeugen die ursprüngliche Datei. (Wiederum funktioniert das ohne Angabe eines Dateinamens über stdin und stdout.

gpg [<file>.asc]

Wesentlich für die Überprüfung der Signatur ist, dass sich der öffentliche Schlüssel der signierenden Stelle im eigenen Schlüsselring befindet. Die Ausgabe einer guten Signatur könnte zum Beispiel so aussehen:

gpg: original file name='test.file'
gpg: Signature made 2024-12-17T12:33:51 CET
gpg:                using RSA key E8C1A8CF73CEFFAD05B53914717B7901E41BA734
gpg: using pgp trust model
gpg: Good signature from "Prof.Dr. Lars Fischer <lars.fischer@hs-bremerhaven.de>" [ultimate]
gpg: binary signature, digest algorithm SHA512, key algorithm rsa3072

Wichtig ist die Identifizierung des Schlüssels über welche die Identität des Signierenden aus der eigenen Schlüsseldatenbank ausgegeben wird.

Getrennte Signatur

Manchmal möchte man keine signierte Nachricht erzeugen, sondern Inhalt und Signatur getrennt anlegen. Zum Beispiel, wenn eine Datei von mehreren Personen signiert werden soll. Der Schalter dafür ist detach-sign und er lässt sich genauso nutzen wie der Schalter sign oben. Der wesentliche Unterschied ist, dass das Ergebnis eine PGP-Signature ist und keine -Message.

Für die Überprüfung der Signatur muss jetzt nicht nur die PGP-Message angegeben werden, sondern die Signatur und die Nachricht separat. Dabei bezeichnet <file> die Nachricht die signiert wurde und <file>.asc die Datei mit der Signatur.

gpg --verify [-v] <file>.asc [<file>]

Hier lässt sich ebenfalls die Nachrichtendatei über stdin in das Programm leiten anstatt den Dateinamen anzugeben.

Daten verschlüsseln

Der Schalter zum Verschlüsseln von Daten ist recht offensichtlich mit encrypt benannt. Mittels des Schalters recipient lässt sich der Schlüssel zur Verschlüsselung wählen. Der Aufruf verschlüsselt alle Daten die auf stdin eingelesen werden können und gibt das Chiffrat auf stdout aus.

Für symmetrische Verschlüsselung mit einer Passphrase:

gpg --encrypt --armor < <klartext.txt> > <ciphertext.asc>

Für die Nutzung eines Schlüssels aus dem Schlüsselring für die Verschlüsselung:

gpg --encrypt --armor --recipient <name> < <klartext.txt> > <ciphertext.asc>

Der Empfängerschlüssel wird im Chiffrat benannt. Soll der Empfänger nicht bekannt werden, dann gibt es die Möglichkeit der versteckten Verschlüsselung (`hidden-recipient). Dann weiß aber hoffentlich der oder die Empfängerin, welcher Schlüssel benutzt wurde.