Hexadezimaldarstellung kryptografischer Ausgaben

Hexadezimal (Hex) ist ein Zahlensystem zur Basis 16, das die Ziffern 0–9 und die Buchstaben A–F (oder a–f) verwendet. Jede Hexadezimalziffer stellt genau 4 Bit dar (ein Nibble), denn 16 = 2^4.

Hex ist die universelle Sprache für Binärdaten in der Informatik. Speicheradressen, Bytewerte, Farbcodes und kryptografische Ausgaben werden häufig hexadezimal angegeben.

Da jede Hexadezimalziffer genau 4 Bit darstellt, entspricht jedes Byte (8 Bit) genau 2 Hexadezimalziffern. Dadurch ist die Umwandlung zwischen Binärdarstellung und Hex trivial: Teilen Sie die Binärzahl in 4-Bit-Gruppen auf und wandeln Sie jede Gruppe um.

Beispielsweise wird das Byte 11001010 in 1100 (C) und 1010 (A) aufgeteilt, woraus der Hexadezimalwert CA entsteht. Es ist keine Rechnung erforderlich, sondern lediglich die Umwandlung anhand einer Nachschlagetabelle.

Um Binärzahlen in Hex umzuwandeln, gruppieren Sie die Bits von rechts nach links in Vierergruppen und wandeln anschließend jede Gruppe um: 0000=0, 0001=1, ..., 1001=9, 1010=A, 1011=B, 1100=C, 1101=D, 1110=E, 1111=F.

Beispiel: 11111111 wird zu 1111|1111 = FF = 255 dezimal. 00000000 wird zu 00 = 0 dezimal. 01001000 = 0100|1000 = 48 = der ASCII-Code für 'H'.

Ein vollständiger 32-Byte-Schlüssel (256 Bit) würde in Binärdarstellung 256 Einsen und Nullen erfordern. In Hex sind es lediglich 64 Zeichen. Als Dezimalzahl wäre es eine Zahl mit bis zu 78 Stellen.

Hex bietet den richtigen Kompromiss: Die Darstellung ist kompakt genug, um von Menschen gelesen und geschrieben zu werden, und repräsentiert gleichzeitig die zugrunde liegende Binärstruktur direkt, ohne zusätzlichen Umwandlungsaufwand.

SHA-256 erzeugt einen 256-Bit-Hash (32 Byte). In Hexadezimaldarstellung besteht dieser immer genau aus 64 hexadezimalen Zeichen. Der SHA-256-Hash von "hello" lautet beispielsweise 2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824.

Berechnung: 64 Hexadezimalzeichen × 4 Bit = 256 Bit. Die feste Länge ist eine grundlegende Eigenschaft von Hashfunktionen – unabhängig von der Größe der Eingabe.

Kryptografische Schlüssel werden typischerweise als Hexadezimalzeichenketten gespeichert und angezeigt. Ein AES-128-Schlüssel besteht aus 16 Byte = 32 Hexadezimalzeichen. Ein AES-256-Schlüssel besteht aus 32 Byte = 64 Hexadezimalzeichen.

Beim Konfigurieren von TLS oder Verschlüsseln von Dateien müssen Sie Schlüssel häufig als Hexadezimalzeichenketten angeben. Tools wie OpenSSL, die Python-Bibliothek cryptography und die meisten Crypto-Frameworks erwarten und erzeugen hexadezimal codierte Schlüssel.

Initialisierungsvektoren (IVs) und Nonces werden ebenfalls hexadezimal dargestellt. Ein standardmäßiger AES-CBC-IV besteht aus 16 Byte = 32 Hexadezimalzeichen. AES-GCM verwendet typischerweise eine 12 Byte große Nonce = 24 Hexadezimalzeichen.

Die Hexadezimalnotation erleichtert die visuelle Prüfung und den Vergleich von IVs, die Überprüfung, ob zwei Nachrichten unterschiedliche Nonces verwendet haben, sowie das manuelle Debuggen kryptografischer Protokolle während der Entwicklung.

OpenSSL gibt Hashes und Schlüssel in einem bestimmten Format aus: kleingeschriebenes Hexadezimalformat mit Doppelpunkten zwischen den einzelnen Byte-Paaren. Ein MD5-Hash wird beispielsweise als "b9:4d:27:b9:93:4d:3e:08:a5:2e:52:d7:da:7d:ab:fa:c4:84:ef:e8" angezeigt.

Das durch Doppelpunkte getrennte Format macht jedes Byte visuell unterscheidbar und erleichtert den Vergleich. Andere Tools geben Hexadezimalwerte möglicherweise ohne Doppelpunkte oder mit Großbuchstaben aus, aber die zugrunde liegenden Bytes sind identisch.

X.509-Zertifikate werden im DER-Format (binär) oder im PEM-Format (Base64-codiertes DER) gespeichert. Auch Hexadezimaldarstellung wäre möglich, aber Base64 ist 33 % kompakter als Hexadezimaldarstellung (jedes Base64-Zeichen codiert 6 Bit, ein Hexadezimalzeichen dagegen 4 Bit).

Für große Objekte wie Zertifikate und verschlüsselte Dateien wird Base64 bevorzugt. Für kurze Werte wie Hashes, Schlüssel, IVs und MACs wird Hexadezimaldarstellung bevorzugt, weil sie Byte-Grenzen direkt sichtbar macht.

Ein Hex-Dump zeigt eine Datei oder einen Speicherbereich nebeneinander sowohl als Hexadezimal-Bytes als auch als ASCII-Zeichen. Die linke Spalte zeigt Hexadezimalwerte, die rechte darstellbare ASCII-Zeichen (nicht darstellbare Bytes werden durch Punkte ersetzt).

Das Lesen von Hex-Dumps ist eine wesentliche Fähigkeit beim Debuggen kryptografischer Anwendungen. Ob ein IV am richtigen Offset beginnt, ein Schlüssel die richtige Länge hat oder ein Präfix des Ciphertexts den Erwartungen entspricht – all das lässt sich nur durch das Lesen von Hex-Dumps überprüfen.

HTTP-Sicherheits-Header und kryptografische Tokens verwenden häufig hexadezimale Codierung. CSRF-Tokens, Sitzungskennungen und API-Schlüssel werden oft als Hexadezimalzeichenketten mit 32 bis 64 Zeichen dargestellt.

Ein als Hexadezimalwert codiertes zufälliges 128-Bit-CSRF-Token (16 Byte) besteht aus 32 Zeichen. Die Korrektheit lässt sich leicht überprüfen: Zählen Sie die Zeichen, prüfen Sie, dass nur 0–9 und a–f vorkommen, und stellen Sie sicher, dass keine Auffüllzeichen enthalten sind, da diese auf Base64 statt auf Hexadezimaldarstellung hindeuten würden.

Das Hexadezimalsystem codiert 4 Bit pro Zeichen, sodass 1 Byte = 2 Hexadezimalziffern entspricht. SHA-256 erzeugt 64 Hexadezimalzeichen (256 Bit), AES-128-Schlüssel bestehen aus 32 Hexadezimalzeichen und AES-256-Schlüssel aus 64 Hexadezimalzeichen.

Hexadezimaldarstellung ist das Standardformat für kryptografische Hashes, Schlüssel, IVs und Nonces, weil sie die Byte-Struktur direkt widerspiegelt. OpenSSL und die meisten Crypto-Tools geben hexadezimal codierte Werte aus und akzeptieren sie.