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Kryptologie
FortbildungPL Speyer
14. - 15.03.2011
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Programm Montag, 14.03.201109:45 Begrüßung und Organisatorisches
10:00 – 12:30 Einführung in die Thematik; Historische Verfahren I
--- Mittagessen, Schlüsselausgabe ab 13:00 Uhr im I-Punkt ---
14:00 – 15:30 Historische Verfahren II; Kriterien guter kryptographischer Verfahren
--- Kaffeepause ---
16:00 - 17:30 Aktuelle symmetrische Verfahren (Rijndael (AES))Einwegfunktionen und ihre Anwendung
--- Abendessen ---
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Programm Dienstag, 15.03.2011bis 09:00 Schlüsselabgabe im I-Punkt
09:00 – 10:30 Aktuelle asymmetrische Verfahren (RSA)
--- Kaffeepause ---
11:00 – 12:30 Aktuelle asymmetrische Verfahren (RSA)
--- Mittagspause ---
13:30 – 15:00 Anwendungsmöglichkeiten von public-key-VerfahrenSicherer Email-Verkehr mit GnuPG
--- Kaffeepause ---
15:30 - 17:00 Mechanismen zur Schlüsselvergabe, keysigning-party
ca. 17.00 Ende der Veranstaltung
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Was ist Kryptologie?● griech.: kryptós = geheim● Kryptographie:
Lehre von der Verschlüsselung● Kryptoanalyse:
Analyse und Bewertung der Sicherheit von Kryptoverfahren gegen unbefugte Angriffe
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Sicherheitsprobleme bei Kommunikationsvorgängen
● Welche Sicherheitsprobleme gibt es bei (nicht elektronischer) Kommunikation im Alltag?– direktes Gespräch– Briefpost– Verträge– Telefonat (Internet-Telefonie)
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Sicherheitsprobleme bei Kommunikationsvorgängen
● elektronische Kommunikation– Chat– E-Mail– Online-Banking– E-Vote– Online-Shopping (Bankverbindung, Kreditkarte)
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Sicherheitsziele● Vertraulichkeit:
Die Nachricht kann nicht von dritten Personen gelesen werden.
● Integrität: Die Nachricht, die man erhält, ist von keiner dritten Person manipuliert worden.
● Authentizität: Die Nachricht, die man erhält, stammt wirklich von der Person, die als Absender angegeben ist.
● Verbindlichkeit:Der Urheber kann nachträglich nicht bestreiten, die Nachricht verfasst zu haben.
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Begriffe
Alice
+ =GeheimtextSchlüsselKlartext
Verschlüsselung
KlartextGeheimtext
+Schlüssel
=
Entschlüsselung
Bob
Eve
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Neuer Personalausweis
Urheber: Bundesministerium des Innern (Berlin)
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Neuer Personalausweis● Scheckkartenformat● RFID-Chip mit PIN● biometriefähiges Passbild● optional: digitale Speicherung der Fingerabdrücke
des rechten und linken Zeigefingers– spezielle Lesegeräte stehen nur befugten Behörden zur Verfügung
● elektronischer Identitätsnachweis (eID) zur sicheren Online-Authentisierung am PC
● optional: qualifizierte elektronische Signatur (QES) auf den Chip (60€ - 80€ p.a.)
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Elektronische FunktionenDer neue Personalausweis wird drei getrennte Funktionen bieten. Er ist● ein biometriegestütztes, elektronisches Personaldokument
(hoheitliche Funktion),● Träger eines elektronischen Identitätsnachweises
(elektronische Identität [eID]) sowie● Träger einer optionalen qualifizierten elektronischen Signatur
(QES) für die Nutzung von E-Government und E-Business.Das Protokoll dieser Funktionen wurde vom Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) entwickelt und ist in der Version 2.03 der Technischen Richtlinie BSI TR-03110 beschrieben.
Quelle: wikipedia
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Kritik● Notwendigkeit?● CCC: Trojaner könnten Tastatureingaben bei Basis-Lesegerät
abhören(aber: für Einsatz der digitalen Signatur wäre Komfortleser Voraussetzung)
● eID: Staat übernimmt eine neue Schlüsselfunktion zwischen Konsumenten und Diensteanbietern durch Zertifikatausteilung und – entziehung
● Die politischen Rahmenbedingungen des nPA könnten sich jederzeit ändern
● Befürchtung: De-Anonymisierung des Internets durch nPA
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De-Mail● Projekt der deutschen Bundesregierung in
Zusammenarbeit mit mehreren Dienstanbietern● Ziel: Verringerung der Austauschkosten für
Verwaltungen und Unternehmen● zertifizierte Provider werden hoheitlich tätig● Die sichere Kommunikation basiert im Wesentlichen auf
gegenseitig authentisierten und verschlüsselten Kommunikationskanälen
● Für die Eröffnung eines Benutzerkontos bei De-Mail müssen sich die Nutzer einmalig zuverlässig identifizieren lassen.
● <Vorname>.<Nachname>@<De-Mail-Provider>.de-mail.de
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De-Mail● De-Mail
Der Versand ist gegen den Verlust der Vertraulichkeit und gegen Änderungen am Nachrichteninhalt und den Metadaten geschützt.
● De-Mail-EinschreibenDer Absender erhält zusätzlich qualifiziert signierte Bestätigungen, wann er die Nachricht verschickt hat und wann sie in das Postfach des Empfängers eingestellt wurde.
● Kritik:Datenschutz-Aspekte (Briefgeheimnis, Herausgabe von Zugangsdaten ohne richterliche Anordnung)
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De-Mail● Fester Bestandteil von De-Mail soll eine
verpflichtende Authentifizierung sein. Eine Möglichkeit hierfür ist der Einsatz digitaler Zertifikate.
● S/MIME oder OpenPGP können zusätzlich durch den Nutzer für die Abbildung der Ende-zu-Ende-Sicherheit eingesetzt werden.
● Versand der Nachricht vom Absender an den De-Mail-ProviderWebbrowser: HTTP(S) E-Mail-Client: SMTP via TLS
● Integritätssicherung: Hashwert● Versandbestätigung: Hashwert und Zeitpunkt der Übermittlung
[Quelle: de.wikipedia.org]
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Steganographie● Kunst und Wissenschaft der verborgenen Speicherung
oder Übermittlung von Information● „Vertuschung“ von Information● Sicherheit:
Die Existenz der Botschaft fällt nicht auf● Anwendung z.B. „digitales Wasserzeichen“● Kryptographie:
Nicht die Nachricht als Ganzes, sondern nur ihr Inhalt ist verborgen
● Bsp.: steganographie.html
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Skytale
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SkytaleSchlüssel
Vorteile
Angriff
● Durchmesser des Stabes
● einfach
● brute force
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14G
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Caesar● Verschiebechiffre
KTA : A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
GTA : D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
Klartext : K R Y P T O L O G I E
Geheimtext : N U B S W R O R J L H
AB AB mit Lsg
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CaesarSchlüssel
Vorteil
Angriff
Bemerkungen
● Anzahl der Zeichen, um die rotiert wird
● einfach
● brute force (nur geringe Anzahl von Verschlüsselungsmöglichkeiten)
● monoalphabetisches Verfahren
● mehrfache Durchführung sinnlos
● Vorbereitung für Substitutionsverfahren, Vigenère-Verfahren
● Programmierprojekt (einfach)
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Substitutionsverfahren
Wvi Xzvhzixsruuiv (zfxs zoh vrmuzxsvi Xzvhzi, Evihxsrvyfmth- lwvi Hsrugxsruuiv yvpzmmg) rhg vrmv nlmlzokszyvgrhxsv Ulin wvi Evihxsofvhhvofmt, yvr wvi wzh Zokszyvg fn vrmv yvhgrnngv Zmazso zm Avrxsvm ilgrvig driw. Wrvhv Zmazso yvhgrnng wvm Hxsofvhhvo. Wvi Hxsofvhhvo afi Hfyhgrgfgrlm driw dzvsivmw wvi tzmavm Xsruuirvifmt mrxsg evizvmwvig. Vh rhg wrv vrmuzxshgv Ulin vrmvi Tvsvrnhxsirug. Xzvhzixsruuiv svrhhg hrv mzxs Tzrfh Qforfh Xzvhzi, wvi hrv afi evihxsofvhhvogvm Plnnfmrpzgrlm hvrmvi nrorgzvirhxsvm Pliivhklmwvma evidvmwvgv. Xzvhzi ilgrvigv wzh Zokszyvg fn 3 Yfxshgzyvm. Wzh Eviuzsivm driw yvr Hfvglm drv ulotg yvhxsirvyvm (Wv Ergz Xzvhzifn: Wrefh Qforfh OER): "... dvmm vgdzh Tvsvrnvh af fvyviyirmtvm dzi, hxsirvy vi rm Avrxsvm, wzh svrhhg, vi liwmvgv wrv Yfxshgzyvm hl, wzhh pvrm Dlig tvovhvm dviwvm plmmgv: Fn wrvhv af ovhvm, gzfhxsv nzm wvm ervigvm Yfxshgzyvm, zohl W, tvtvm Z zfh fmw vyvmhl nrg wvm ivhgorxsvm."
● Verallgemeinerung des Caesar-Chiffres● monoalphabetische Verschlüsselung● Welche Vorteile gibt es?● Wie sieht ein mögliches Angriffs-Szenario aus?
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Häufigkeitsanalyse
Buchst. Häufigk. [%] Buchst. Häufigk. [%]a 6,51 n 9,78b 1,89 o 2,51c 3,06 p 0,79d 5,08 q 0,02e 17,40 r 7,00f 1,66 s 7,27g 3,01 t 6,15h 4,76 u 4,35i 7,55 v 0,67j 0,27 w 1,89k 1,21 x 0,03l 3,44 y 0,04
m 2,53 z 1,13
Paar Häufigk. [%] Paar Häufigk. [%]en 3,88 nd 1,99er 3,75 ei 1,88ch 2,75 ie 1,79te 2,26 in 1,67de 2,00 es 1,52
Gruppe Anteil der Buchstaben derGruppe an einem Text [%]
e, n 27,18i, s, r, a, t 34,48
d, h, u, l, c, g, m, o, b, w, f, k, z 36,52p, v, j, y, x, q 1,82
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Substitutionsverfahrensubstitution1.txt
Wvi Xzvhzixsruuiv (zfxs zoh vrmuzxsvi Xzvhzi, Evihxsrvyfmth- lwvi Hsrugxsruuiv yvpzmmg) rhg vrmv nlmlzokszyvgrhxsv Ulin wvi Evihxsofvhhvofmt, yvr wvi wzh Zokszyvg fn vrmv yvhgrnngv Zmazso zm Avrxsvm ilgrvig driw. Wrvhv Zmazso yvhgrnng wvm Hxsofvhhvo. Wvi Hxsofvhhvo afi Hfyhgrgfgrlm driw dzvsivmw wvi tzmavm Xsruuirvifmt mrxsg evizvmwvig. Vh rhg wrv vrmuzxshgv Ulin vrmvi Tvsvrnhxsirug. Xzvhzixsruuiv svrhhg hrv mzxs Tzrfh Qforfh Xzvhzi, wvi hrv afi evihxsofvhhvogvm Plnnfmrpzgrlm hvrmvi nrorgzvirhxsvm Pliivhklmwvma evidvmwvgv. Xzvhzi ilgrvigv wzh Zokszyvg fn 3 Yfxshgzyvm. Wzh Eviuzsivm driw yvr Hfvglm drv ulotg yvhxsirvyvm (Wv Ergz Xzvhzifn: Wrefh Qforfh OER): "... dvmm vgdzh Tvsvrnvh af fvyviyirmtvm dzi, hxsirvy vi rm Avrxsvm, wzh svrhhg, vi liwmvgv wrv Yfxshgzyvm hl, wzhh pvrm Dlig tvovhvm dviwvm plmmgv: Fn wrvhv af ovhvm, gzfhxsv nzm wvm ervigvm Yfxshgzyvm, zohl W, tvtvm Z zfh fmw vyvmhl nrg wvm ivhgorxsvm."
Cryptool:Analyse → symm. Verschl. → manuelle Analyse → Substitution
oder einfacher:Analyse → symm. Verschl. → Ciphertext-Only → Substitution (Verfahren 1)
und danach Manuelle Analyse...
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Substitutions-VerfahrenSchlüssel
Vorteil
Angriff
Bemerkungen
● Geheimtextalphabet
● brute force – Angriff kaum möglich
● Häufigkeitsanalyse
● monoalphabetisches Verfahren
● mehrfache Durchführung sinnlos
● Programmierung des Verfahrens (einfach)
● Programmierung der Analyse (schwierig)
26 !≈4⋅1026
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VigenèreBlaise de Vigenère (1523 – 1596)
● Idee: Caesar für „jeden“ Buchstaben individuell● Vigenère-Quadrat
● Animation in Cryptool
Schlüssel : V I G E N E R E V I G E R E V I G
Klartext : I N F O R M A T I K I S T T O L L
Geheimtext : D V L S E Q R X D S O W G X F P G
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VigenèreBlaise de Vigenère (1523 – 1596)
Aufgabe 3 (Kasiski-Test):
TPNZCVNZLFYJAFGGDEHPJEHYMRQGJEHYCPRNVFYJAFGGJEHYCPRNV
12345678901234567890123456789012345678901234567890123TPNZCVNZLFYJAFGGDEHPJEHYMRQGJEHYCPRNVFYJAFGGJEHYCPRNV
Arbeitsblatt
FYJAFGG: Abstand: 28
PRNV: Abstand: 16
mögliche Schlüssellängen: gT(28,16)={4,2,1}
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VigenèreBlaise de Vigenère (1523 – 1596)
Aufgabe 4 (Kasiski-Test):
WMAYWIRNNIEJARGEOIVJJPRNVIAYWIHSVHNXWM
WMAYWIRNNIEJARGEOIVJJPRNVIAYWIHSVHNXWM
Arbeitsblatt
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VigenèreSchlüssel
Vorteil
Angriff
Bemerkungen
● Schlüsselwort
● bei ausreichend langem Schlüssel sehr sicher
● Kasiski-Test
● polyalphabetisches Verfahren
● Bei zufälligem Schlüsselwort genauso lang wie Klartext, wird es zum one-time-pad und damit „unknackbar“
● Nachteil: Schlüsselwortlänge
● Programmierung (mittel)
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Kryptoanalyse - Angriffszenarien● Brute Force● Häufigkeitsanalyse● Wörterbuch-Attacke● Ciphertext-Only● Known-Plaintext● Chosen-Plaintext● Chosen-Ciphertext● ...
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Kriterien guter kryptographischer Verfahren
● Kerckhoffssches Prinzip: (Auguste Kerckhoffs 1835-1905, niederländischer Militär-Kryptologe)
– Sicherheit beruht auf der Geheimhaltung des Schlüssels nicht auf der Geheimhaltung des Algorithmus
● Gegenteiliges Prinzip: – "Security by Obscurity"
(Sicherheit durch Verschleiern der verwendeten Verfahren)
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FolgerungenEin kryptographisches Verfahren ist gut, wenn es● auf dem Kerckhoffs-Prinzip beruht, insbes. sein Quelltext
veröffentlicht ist● von Kryptologen (bzw. -analytikern) weltweit untersucht werden
konnte und damit ● alle möglichen Angriffszenarien erfolgreich durchlaufen hat
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Symmetrisches Verfahren: Rijndael (AES)
Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) hatte Anfang 1997 zu einem offenen Wettbewerb aufgerufen, dessen Sieger als Advanced Encryption Standard (AES) festgelegt werden sollte. Dabei wurden folgende Kriterien aufgestellt, die von den Algorithmen zu erfüllen sind:
● AES muss ein symmetrischer Algorithmus sein, und zwar eine Blockchiffre [...]
● AES soll gleichermaßen leicht in Hard- und Software zu implementieren sein.
● AES soll in Hardware wie Software eine überdurchschnittliche Performance haben.
● AES soll allen bekannten Methoden der Kryptoanalyse widerstehen können [...]
● Speziell für den Einsatz in Smartcards sollen geringe Ressourcen erforderlich sein (kurze Codelänge, niedriger Speicherbedarf).
● Der Algorithmus muss frei von patentrechtlichen Ansprüchen sein und muss von jedermann unentgeltlich genutzt werden können.
Im August 1998 gingen schließlich 15 Algorithmen beim NIST ein, die öffentlich diskutiert und auf die Erfüllung der genannten Kriterien geprüft wurden. Die engere Wahl war im April 1999 beendet und die fünf besten Kandidaten (MARS, RC6, Rijndael, Serpent, Twofish) kamen in die nächste Runde.
[Quelle: wikipedia.org]
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Symmetrisches Verfahren: Rijndael (AES)
● Blockchiffre: Aufteilung des Klartextes in Blöcke bestimmter Länge,blockweise Verschlüsselung,Ergebnis des vorangegangenen beeinflusst Verschlüsselung des nächsten Blockes
● S-Box (engl. substitution box):Zusammenhang zwischen Klar- und Geheimtext verwischen,eine m-stellige Binärzahl wird durch eine n-stellige Binärzahl ersetzt,sorgfältiger Entwurf nötig
● Schlüsselexpansion / Rundenschlüssel
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Symmetrisches Verfahren: AES
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Prinzip symmetrischer Verfahren
Alice
=
Schlüssel
Klartext
Bob
Schlüssel
Klartext
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Prinzip asymmetrischer Verfahren
Alice
Klartext
Bob
privaterSchlüssel
KlartextöffentlicherSchlüssel
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Prinzip asymmetrischer Verfahren
Alice
Klartext
Bob
privaterSchlüssel Klartext
öffentlicherSchlüssel
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... und was bringt's ?
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Prinzip asymmetrischer Verfahren● Jeder Teilnehmer erhält ein Schlüsselpaar (d,e)
– einen privaten Schlüssel d (bleibt geheim)[private key]
– einen öffentlichen Schlüssel e (wird öffentlich bekannt gegeben)[public key]
● Public-Key-Eigenschaft: – Es ist praktisch unmöglich den privaten aus dem öffentlichen Schlüssel
zu berechnen. (s. Einwegfunktion)● Beide Schlüssel eignen sich zur Verschlüsselung.
Der jeweils andere Schlüssel ist dann zur Entschlüsselung nötig
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Theoretische Hintergründe● Einwegfunktion
– Eine Einwegfunktion ist eine Funktion, die einfach auszuführen, aber schwer – praktisch unmöglich – zu invertieren ist.
– Bsp.1: Telefonbuch: Name → Telefonnummer– Bsp.2: Produktbildung: 132527 • 184477 = 24448183379
Primfaktorzerlegung von 24448183379: ???– Bsp.3: diskrete Exponentialfunktion (modulare Exponentiation)– Es gibt Einwegfunktionen, wenn P ≠ NP
● Zur Veranschaulichung: Derive– NEXT_PRIME(n) liefert Primzahl
z.B. NEXT_PRIME(10^17)·NEXT_PRIME(10^18)– FACTOR(n) liefert Primfaktorzerlegung
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Theoretische Hintergründe● Trapdoor-Einwegfunktion
– mit „Geheimtür“, d.h. mit Hilfe von Geheiminformationen lässt sich die Funktion leicht invertieren
– Bsp.: x → xe mod nmit n=pq (Trapdoor: p,q)
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Idee der „Falltürfunktion“• Voraussetzung für asymmetrische Verfahren sind sog.
„Falltürfunktionen“ (trapdoor-Funktion)• Vorstellung:
Der Weg in die Falle ist leicht…
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Idee der „Falltürfunktion“• Voraussetzung für asymmetrische Verfahren sind sog.
„Falltürfunktionen“ (trapdoor-Funktion)• Vorstellung:
Der Weg in die Falle ist leicht… … der Weg heraus nur mit Zusatzinformationen möglich.(die Umkehrfunktion)
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Theoretische Hintergründe● Kryptographische Hashfunktionen (Einweg-Hashfunktionen)
– kollisionsfreie Einwegfunktion, die Nachrichten beliebiger Länge auf einen (Hash-)Wert einer festen Länge (128 Bit) komprimiert.
– Bsp.1: FingerabdruckAus dem Fingerabdruck lässt sich nicht auf die Person schließen.Zwei verschiedene Personen haben unterschiedliche Fingerabdrücke
– Bsp.2: Rezept → Kuchen– Bsp.3: SHA1 (secure hash algorithm)
Cryptool: Einzelverfahren→ Hashverfahren→ Hash-Demo
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Anwendung von md5POP3-Authentifizierung:
Server: +OK <[email protected]>Client: USER [email protected]: +OKClient: PASS geheimes_passwortServer: +OK
Kann abgefangen
werden!
Authentifizierung mit APOP:
Server: +OK <[email protected]>Client: APOP [email protected] 69cd75fb958e7958da34922f05cc3057Server: +OK
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Anwendung von md5POP3-Authentifizierung:
Server: +OK <[email protected]>Client: USER [email protected]: +OKClient: PASS geheimes_passwortServer: +OK
Authentifizierung mit APOP:
Server: +OK <[email protected]>Client: APOP [email protected] 69cd75fb958e7958da34922f05cc3057Server: +OK
md5-Prüfsumme ausZeitstempel + Passwort
Zeitstempel
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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RSA-Verfahren
Ronald Rivest (in der Mitte), Adi Shamir (links) und Leonard Adleman (rechts)(1977)
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RSA-Verfahren● Schlüsselerzeugung:
– Wähle zwei verschiedene Primzahlen p und q– Berechne n = p·q– Berechne φ(n) = (p-1)·(q-1) (Euler)– Wähle 1<e<φ(n), teilerfremd zu φ(n) (z.B. 216+1=65537)– Berechne 1<d<φ(n) so, dass (e·d) mod φ(n) = 1– privater Schlüssel: (d,n)– öffentlicher Schlüssel: (e,n)
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RSA-Verfahren● Verschlüsselung / Entschlüsselung:
– Eine Nachricht m ist eine Zahl < n . – Der Geheimtext ist die Zahl – Der Empfänger entschlüsselt durch
● Aufgabenblatt:http://hsg-kl.de/faecher/inf/krypto/rsa/index.php
● Schrittweise Erläuterung:http://www.matheprisma.uni-wuppertal.de/Module/RSA/index.htm
c=memodn
m=cdmodn
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Vorteile von public / private key● Anzahl der Schlüssel bei
n Teilnehmern– symmetrisch– asymmetrisch
● Der öffentliche Schlüssel– kann veröffentlicht werden wie eine Telefonnummer in einem
Telefonbuch (keyserver)
(n-1)+...+1 = O(n²)
2 • n = O(n)
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Synergie● Asymmetrische Verfahren
– sind rechen- und damit zeitaufwändig● Symmetrische Verfahren
– sind deutlich schneller
Lösung:
Hybridverfahren wie PGP oder GnuPG
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Digitale Signatur1) Wie kann Alice Bob eine Nachricht schicken, ohne dass Eve den Inhalt lesen kann?
2) Wie kann Alice Bob eine Nachricht schicken, so dass er weiß, dass diese tatsächlich von ihr kommt?
3) Wie kann Alice Bob eine Nachricht schicken, so dass zusätzlich sichergestellt ist, dass nur er sie lesen kann?
4) Wie kann Alice ein Dokument mit geringem Aufwand signieren?
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Digitale Signatur Das deutsche Signaturgesetz definiert den Begriff
„elektronische Signatur“ wie folgt– "Elektronische Signaturen" sind Daten in elektronischer Form, die
anderen elektronischen Daten beigefügt oder logisch mit ihnen verknüpft sind und die zur Authentifizierung dienen.
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Digitale Signatur
Dokument
privater Schlüsselvon Alice
Hashwert
verschlüsselter Hashwert
Alice (Absender)
Dokument
öffentlicher Schlüsselvon Alice
verschlüsselter Hashwert
entschlüsselter Hashwert
Hashwert
Vergleich der Hashwerte
Bob (Empfänger)
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Zur Motivation:From: <[email protected]> To: <[email protected]>Subject: UnterschriftDate: Sat, 17 Nov 2007 17:07:28 +0100
Hallo Daniel,ich habe Ihre email-Adresse von Herrn Mohr.Da Sie das Internet in der Schule unter einem eigenen Konto benutzen, benötigen wir noch eine Unterschrift von Ihnen.Können Sie bitte am Montag in der ersten Pause im Sekretariat vorbeikommen?
Gruß,D. Kallenbach (Schulleiter)
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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OpenPGP● Standard für Verschlüsselungs-Software● im RFC 2440 standardisiert● Das Dokument beschreibt das Datenformat, um Informationen
verschlüsselt zu speichern und digitale Signaturen zu erzeugen. Ferner wird das Format von Schlüsseln (eigentlich Zertifikat) festgelegt.
● GnuPG – GNU Privacy Guard, ein Programm entsprechend dem OpenPGP-Standard
● GnuPP – GNU Privacy Project, ein Projekt zur Verbreitung von OpenPGP im Internet
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Thunderbird PortableAnleitung unter http://portableapps.com/de/support/thunderbird_portable
(1) Installation von Thunderbird Portable (z.B. in F:\_portable\ThunderbirdPortable)
(2) Installation von GPG_for_Thunderbird_Portable_ (z.B. in F:\_portable\ThunderbirdPortable)
(3) Starten und Einrichten von Thunderbird Portable (z.B. F:\_portable\ThunderbirdPortable\ThunderbirdPortable.exe)
(4) enigmail-Addon hinzufügen:Extras > Add-ons > Installieren > (enigmail-1.1.2-tb-win.xpi)
(Neustart)
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E-Mail sicher mit Enigmail
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E-Mail sicher mit Enigmail
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E-Mail sicher mit Enigmail
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E-Mail sicher mit Enigmail(1) OpenPGP > Einstellungen > Passphrase für 0 Minuten zwischenspeichern
(2) Signierte E-Mail mit angehängten öffentlichen Schlüssel an
[email protected](3) Antwort entschlüsseln
(4) Öffentlichen Schlüssel von Adele dem eigenen Schlüsselbund hinzufügen
(5) Adele eine verschlüsselte Nachricht zuschicken, Antwort abwarten
(6) Innerhalb der Teilnehmergruppe Schlüssel veröffentlichen
(7) Signierte und verschlüsselte Nachrichten verschicken/empfangen
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Eine weitere Möglichkeit:Gpg4win
http://www.gpg4win.de/
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Gpg4win
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Gpg4win – GPA
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ganz praktisch...● Arbeiten Sie mit dem Handbuch
„Gpg4win-Kompendium (pdf, deutsch)“
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Kleopatra – ein GUI für GnuPG
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Kleopatra – ein GUI für GnuPG
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Kleopatra – ein GUI für GnuPG
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Kleopatra – ein GUI für GnuPG● Bisherige Schlüssel (und evtl. den eigenen privaten Schlüssel)
vom Stick exportieren und in Kleopatra importieren● Eigenen öffentlichen Schlüssel in Austauschordner ablegen● Dort abgelegte fremde öffentliche Schlüssel importieren
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
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Email – aber sicherThunderbird mit enigmail
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ail –
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Email – aber sicherThunderbird mit enigmail
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Email – aber sicherThunderbird mit enigmail
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Email – aber sicherThunderbird mit enigmail
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Email – aber sicherThunderbird mit enigmail
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Email – aber sicherThunderbird mit enigmail
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party
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Schlüsselvergabe● Anzahl der Schlüssel bei
n Teilnehmern– symmetrisch– asymmetrisch
● Der öffentliche Schlüssel– kann veröffentlicht werden wie eine Telefonnummer in einem
Telefonbuch (keyserver)● Problem: Wer garantiert Korrektheit?
– vgl. Telekom als eintragendes Unternehmen
n+(n-1)+...+1 = O(n²)
2 • n = O(n)
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Zertifizierung von Schlüsseln
PKI (public key infrastructure)
● von (vertrauenswürdiger) Zertifizierungsstelle aus aufgebaute hierarchische „Vertrauensstruktur“
● Problem: root-Zertifikate von Programmen (z.B. Browsern)
web of trust● Netz gegenseitiger
Bestätigung digitaler Schlüssel
● dezentral● nicht juristisch bindend
● keyserver als Speicherort● Zertifizierungstellen (englisch Certificate Authority, kurz CA)
ordnen öffentlichen Schlüssel einer Person/Organisation zu. Die Beglaubigung erfolgt per digitaler Signatur durch die Zertifizierungsstelle.
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web of trust
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web of trust - Formalisierung● Schlüsselverwaltung: keyring● public keyring: eigene und fremde öffentliche Schlüssel● fremde öffentliche Schlüssel → owner trust
(Vertrauen in Besitzer)● Vertrauen in fremde öffentliche Schlüssel entsteht durch „direct
trust“ oder Signatur durch eine dritte Person mit „owner trust“● signatory trust: Vertrauen in Signaturen von öffentichen
Schlüsseln
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owner trustDen Wert für Owner Trust legt jeder Benutzer für alle Schlüssel
einzeln in seinem Public Keyring selbst fest; zur Wahl stehen die Werte– „unknown“ für Benutzer, über die man keine weiteren Informationen hat– „not trusted“ für Benutzer, denen nicht vertraut wird, vor der Signierung
anderer Schlüssel ist eine ordentliche Prüfung der Authentizität durchzuführen
– „marginal“ für Benutzer, denen nicht voll vertraut wird– „complete“ für Benutzer, denen voll vertraut wird– „ultimate“ für Benutzer, deren Private Key sich im Private Keyring
befindet
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owner trust
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Zertifikat beglaubigen
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Aufbau einer Sicherheitsinfrastruktur im Unterricht
● Jeder erzeugt für sich ein Schlüsselpaar und signiert es● Jeder schickt seinen öffentlichen Schlüssel an eine keyserver
oder in ein Austauschverzeichnis● Zusammenstellung aller öffentlichen Schlüssel durch einen
Teilnehmer (ID, Länge, Typ, Erzeugungsdatum, Fingerprint)● keysigning-party: Tabellen-Übersicht wird allen Teilnehmern
zur Verfügung gestellt. Reihum liest jeder seine Daten vor.● Alle öffentlichen Schlüssel werden von allen Teilnehmern mit
dem eigenen privaten signiert. Diese Signatur wird an den keyserver geschickt bzw. auf einem USB-Stick gespeichert, der reihum geht.
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Fuer alle normal-paranoiden PGP Benutzer, egal ob Studierende,Mitarbeiter oder sonstige Interessierte, moechte ich fuer
Dienstag, 18. Feburuar 2003, um 17.oo Uhr im Institut fuer Betriebssysteme und Rechnerverbund, Informatikzentrum, 1.OG, Raum 105
eine PGP Key Signing Party
organisieren [1].
Wem PGP nichts sagt und wer dennoch an vertraulicher und authentischerelektronischer Kommunikation interessiert ist, der kann unter [2] und[3] mehr dazu erfahren. Fuer alle, denen PGP und das "Web of Trust"etwas sagt, die aber mit dem Begriff "Signing Party" noch nichtsanfangen koennen: Ziel ist es, einige PGP Benutzer in einen Raum zubringen, die sich gegenseitig die Zugehoerigkeit von persoenlicherIdentitaet und Public Key nachweisen, so dass sie sich gegenseitigihre Schluessel signieren koennen und so ihre Verknuepfung im Web ofTrust verstaerken und kuenftigen Kommunikationspartnern denzuverlaessigen Zugang zum eigenen Public Key erleichtern.
Der Ablauf ist wie folgt:
1. Jeder Teilnehmer schickt bis spaetestens Dienstag, 18.2., 12.oo Uhr eine EMail an <[email protected]>. Diese EMail muss den zu signierenden Public Key im "ASCII armored" Format enthalten (z.B. mit GnuPG: gpg --export -a my_email_addr > mykey.asc) der mit "-----BEGIN PGP PUBLIC KEY BLOCK-----" beginnt. Bitte kein MIME-encoding benutzen. Alternativ ist es auch ausreichend, nur die Key ID mitzuteilen, falls der Public Key bereits vom Keyserver wwwkeys.pgp.net verfuegbar ist.
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2. Ein Keyring mit den Public Keys aller Teilnehmer wird ab 15.oo Uhr unter
http://www.ibr.cs.tu-bs.de/events/signing-party/keyring-2002-02.pgp
verfuegbar sein. Dieser wird aber von den Teilnehmern nicht unbedingt vor der Key Signing Party benoetigt.
3. Um 17.oo Uhr treffen wir uns dann im Seminarraum des IBR (Raum 105). Jeder Teilnehmer bringt bitte folgende Dinge mit:
- eine Abschrift oder einen verlaesslichen Ausdruck der Key ID und des korrekten eigenen Fingerprint (z.B. mit GnuPG: gpg --fingerprint my_email_addr). Dies ist eine hexadezimal dargestellte Bytefolge (bei DSA-Schluesseln 10 4-stellige Zahlen, bei RSA-Schluesseln 16 2-stellige Zahlen).
- einen gueltigen Personalausweis oder Pass, sofern gewuenscht wird, dass auch Personen, denen man nicht persoenlich bekannt ist, den Public Key signieren.
- einen Stift.
Ausdrucke mit einer Liste der Fingerprints aller Teilnehmer werden bereitgestellt.
Nach ein paar einleitenden Worten werden alle Teilnehmer der Reihe nach aufgerufen, um ihren persoenlichen Fingerprint vorzulesen. Andere Teilnehmer vergleichen den Fingerprint mit dem auf ihrer Liste und koennen sich die Uebereinstimmung notieren. Bei nicht persoenlich bekannten Personen, deren Key trotzdem signiert werden soll, kann noch eine Ausweiskontrolle stattfinden.
Man beachte, dass waehrend der Key Signing Party keine Computer benoetigt werden.
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4. Jeder Teilnehmer nimmt nach der Signing Party in aller Ruhe und Sorgfalt anhand seiner Liste die entsprechenden Signierungen an den Schluesseln des o.g. Keyrings vor. Anschliessend werden die signierten Schluessel an das Netz von Keyservern uebermittelt, so dass sie fortan anderen PGP Benutzern mit den neuen Signaturen zur Verfuegung stehen (z.B. mit GnuPG: gpg --keyserver wwwkeys.pgp.net --send-keys signed_addr_1 signed_addr_2 ...).
[1] http://www.ibr.cs.tu-bs.de/events/signing-party/[2] http://www.openpgp.org/[3] http://www.pgpi.org/
PS: Das Wort "Party" ist nicht falsch zu verstehen: Es wird kein Freibier geben und die Stimmung wird voraussichtlich auch nicht ausgelassener als sonst sein.
PPS: Wer sich fuer das Thema interessiert, aber noch nicht so ganz weiss, was er davon halten soll, ist herzlich eingeladen, auch ohne eigene Teilnahme zu kommen und nur zuzuschauen.
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Privacy is a right like any other. You have to exercise it or risk
losing it.Phil Zimmermann, Erfinder von PGP
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Lehr
plan
- G
rund
fach
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Lehr
plan
- Le
istu
ngsf
ach
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Wegweiser durch die KryptologieVerfahrensarten
Substitutions-Verfahren
Kriterien guter Verfahren
Asymmetrische Verfahren
Anwendungsmöglichkeiten
Praktische Anwendung
Hintergründe
Sicherheitsinfrastruktur
Einweg-Funktion
Symmetrische Verfahren
polyalphabetischmonoalphabetisch
Rijndael (AES)
RSA ElGamal
private / public key digitale Signatur
EMail – aber sicher!GnuPG
Schlüsselvergabe
Steganographie
Hash, Block-Chiffre, S-Box
keysigning party