Netzwerke Teil 10: Einführung in die Kryptographie

Transkript

1 Netzwerke Teil 10: Einführung in die Kryptographie

2 Übersicht Verschlüsselungsverfahren Signaturen X.509-Zertifikat Public Key Infrastruktur Steganographie 2

3 Symmetrische Verschlüsselung I Schlüssel = Key = Bitkette, deren Werte statistisch gleich verteilt und lang genug ist, um nicht unter definierten Bedingungen durch Ausprobieren bestimmt werden zu können Ein Schlüssel ist eine lange Bitkette, z.b bit lang, die nicht mehr wie ein Passwort eingegeben werden kann Vorteil: höhere Sicherheit Secret Key = Geheimschlüssel = Schlüssel einer Identität, der bis auf berechtigte Identitäten gegenüber allen anderen geheim gehalten werden muss. Identität = Person, Organisation, Rolle oder Sache mit einem Namen Symmetrische Verschlüsselung = Verschlüsselung mit einem Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln 3

4 Symmetrische Verschlüsselung II Beispiele für symmetrische Verfahren: DES (Data Encryption Standard) mit einem 56 bit langen Schlüssel ( Triple-DES (bis 168 bit) AES ( International Data Encryption Algorithm (IDEA) Bluefish Twofish Symmetrische Verfahren werden u.a. auch benutzt in: HBCI (Home Banking Computer Interface) SSL (Secure Socket Layer) 4

5 Symmetrische Verschlüsselung II Person A Person B Key-> Verschlüsselung Verschlüsselung <- Key? Person C 5

6 Erläuterungen Den Schlüssel müssen beide Personen (A und B) kennen, auf keinen Fall der Abhörer C. Nachteil dieses Verfahrens: Wenn A und B nicht über einen weiteren Kanal kommunizieren können, müssen sie den Schlüssel über das Netz austauschen, was die Gefahr birgt, dass C diesen abhört. was in einen infiniten Regress führt, denn mit welchem Schlüssel sollte der zu schützende Schlüssel verschlüsselt werden? 6

7 Asymmetrische Verschlüsselungen I Bei der asymmetrischen Verschlüsselung wird ein Schlüsselpaar verwendet, das folgende Eigenschaften hat: Es ist zufällig gewählt. Aus dem einen Schlüssel kann nicht der andere rekonstruiert werden. Wenn ein Text mit dem einen Schlüssel verschlüsselt wurde, kann er nur von dem anderen entschlüsselt werden, wobei es egal ist, mit welchem von beiden Schlüsseln begonnen wurde. Einer der beiden Schlüssel wird öffentlich gemacht, der andere bleibt geheim: Public Key = Öffentlicher Schlüssel = Schlüssel einer Identität, der bekannt gegeben werden kann Secret Key = Private Key = Geheimer Teil des Schlüsselpaares, der immer gegenüber allen anderen Identitäten geheim gehalten werden muss 7

8 Asymmetrische Verschlüsselungen II Person A Öffentlich Geheim Key 2-B Key 1-B Beide Schlüssel gehören zusammen der Person B Person B Verschlüsselung Verschlüsselung? Person C 8

9 Verfahren 1. Die Person A holt sich von einem öffentlich zugänglichen Rechner (Server), dem sie vertraut, den öffentlichen Schlüssel der Person B. 2. Mit diesem Schlüssel verschlüsselt A seinen Text, was bedeutet, dass nur Person B mit dem geheimen den Text entschlüsseln kann. 3. Person B entschlüsselt den Text mit seinem geheimen Schlüssel. Person C kann den Text nicht rekonstruieren. Damit ist das erste Problem der Vertraulichkeit gelöst. Symmetrische und asymmetrische Verfahren können kombiniert werden, z. B. bei SSL. 9

10 Authentifizierung und Integrität (Signieren) Authentifizierung und Integrität werden zusammen mit dem folgenden beispielhaften technischen Verfahren realisiert: 1. Person A erstellt einen Hash-Code (Fingerabdruck, Fingerprint) des Textes. 2. Der Fingerabdruck wird mit dem geheimen Schlüssel von Person A verschlüsselt. 3. Person B erstellt auch einen Fingerabdruck mit demselben Verfahren wie A. 4. Person B entschlüsselt den überlieferten Abdruck mit dem öffentlichen Schlüssel von Person A. 5. Nun vergleicht Person B den selbst erstellten Fingerabdruck und den entschlüsselten. Sind sie gleich, weiß Person B, dass der Text wirklich von Person A stammt. 10

11 Signieren Beide Schlüssel gehören zusammen der Person A Person A Key 2-A Öffentlich Key 1-A Geheim Person B Falls ja: Text kommt von A Gleich? Hashcode Verschlüsselung Verschlüsselung Hashcode + Person C + Verändern? 11

12 Fingerprint (Fingerabdruck, Hash) Das Erstellen eines Fingerabdrucks erfolgt mit einem mathematischen Verfahren (Hash), das zu einem Text eine Bitkette generiert, die den Text repräsentiert. Wird der Text auch nur minimal verändert, so entsteht immer ein anderer Fingerabdruck. Es gibt also in der Praxis keine zwei Texte, die zum selben Fingerabdruck führen. Beispiel b02dbaa49aafdb9586ffc74abdd5402d *KNOPPIX_V6.4.3CD DE.iso Hashcode Siehe auch:

13 Digitale Unterschrift (Signatur) Wird nun ein Fingerabdruck mit dem geheimen Schlüssel verschlüsselt, so wird das Resultat digitale Unterschrift oder Signatur genannt. Eine Signatur ist deshalb eindeutig, da nur derjenige, der im Besitz des geheimen Schlüssels ist, in der Lage ist, sie zu erstellen. Eine Unterschrift ist immer individuell an einen bestimm-ten Text so gekoppelt, dass schon die kleinste Änderung ein Nicht- Zusammenpassen anzeigt. Damit das gelingt, müssen die Hash-Verfahren strengen Bedingungen genügen. Nachteil dieser Authentifizierung des Textes: Der Text kann abgehört werden daher werden beide Verfahren kombiniert. 13

14 Kombination Person A Öffentlich Key 2-A Key 1-A Geheim Geheim Key 1-B Key 2-B Öffentlich Person B Falls ja: Text kommt von A Hashcode Gleich? Hashcode Verschlüsselung??? Verschlüsselung Verschlüsselung + + Person C Verschlüsselung 14

15 Man in the middle I Ein Beispiel Ihr Rechner (4) (5) (7) Böser Hacker (6) Ihre Bank (3) (2) (1) DNS Server 15

16 Man in the middle II Ein Beispiel (1) Hacker ändert die IP-Adresse von auf sein System (2) Ihr Rechner fragt nach der IP-Adresse von (3) Und erhält die gefälschte Adresse (4) Aufbau einer Verbindung zum Hacker-System (5) Der Hacker holt sich live die aktuellen Daten von der Bank anhand Ihrer Daten (6) Die Daten kommen zum Hacker (7) Der Hacker sendet die korrekten(!) aktuellen Daten Ihrem Rechner Frage: Können Sie das mit den "üblichen" Methoden (TAN, PIN) verhindern? Antwort: nein. 16

17 Prüfung der Identität des Partners I 1. A generiert Zufallsbitfolge (Challenge) und verschlüsselt sie mit dem öffentlichen Schlüssel von B 2. A sendet Nachricht an B (und auch C) 3. B entschlüsselt mit dem geheimen Schlüssel die Nachricht 4. B sendet die entschlüsselte Nachricht an A 5. A prüft, ob die gleiche Nachricht geliefert wurde. Bei Gleichheit wird die Authentifizierung als erfolgreich angenommen. Vorteil: Es wird weder ein Schlüssel, noch ein Passwort übertragen. Ergebnis: A hat sich davon überzeugt, dass einer der Kommunikations- Partner wirklich B ist, denn nur B besitzt den geheimen Schlüssel. 17

18 Prüfung der Identität des Partners II 1. A erzeugt sich einen symmetrischen Schlüssel. 2. A verschlüsselt diesen Schlüssel mit dem öffentlichen Schlüssel von B und sendet dies B. 3. A sendet Nachricht an B (und auch C). Nur B kann den richtigen symmetrischen Schlüssel benutzen. 4. Nun verschlüsselt A die gesamte Kommunikation mit dem symmetrischen Schlüssel. Wenn die Kommunikation dann problemlos weiter geht, ist alles in Ordnung. Dieser 2. Schritt hätte auch als einziger Erfolg haben können. Ergebnis: A hat sich davon überzeugt, dass der Kommunikationspartner wirklich B ist, denn nur B besitzt den geheimen Schlüssel. 18

19 Zertifikate Ein Schwachpunkt verbleibt noch: Wie kann sichergestellt werden, dass eine Identität den korrekten öffentlichen Schlüssel einer fremden Identität erfährt? Eine Certification Authority (CA) - oder Trustcenter genannt - hat ein Verzeichnis von öffentlichen Schlüsseln samt Identitätsbeschreibungen und beglaubigt die Verbindung zwischen Identität und öffentlichen Schlüssel durch ein Zertifikat. Ein Zertifikat besteht aus Beschreibung einer Identität Öffentlicher Schlüssel der Identität Unterschrift (Signatur) der CA 19

20 Prüfung des Zertifikats Wie kann sich Person A von der Glaubwürdigkeit des Zertifikats überzeugen? Indem A mit dem öffentlichen Schlüssel vom Trustcenter dessen Unterschrift prüft (mit demselben Verfahren, wie jede Unterschrift geprüft wird). Dadurch entsteht eine Kette von Zertifikaten, die sich jeweils bis auf das erste bestätigen. Das erste muss geglaubt werden. 20

21 X.509 Zertifikate Rahmenwerk zur Bereitstellung von Authentifizierungsdiensten im Zusammenhang mit den X.500-Verzeichnis-diensten CCITT/ITU-T-Empfehlung Versionen: 1988, 1993, 1995 Kernstück: Public-Key-Zertifikat, das fest einer Identität zugeordnet und von einer Certification Authority (CA) beglaubigt ist 21

22 Aufbau des X.509-Zertifikats 22

23 Rücknahme von Zertifikaten Rücknahme des Zertifikats vor Verfallsdatum aus folgenden Gründen: Geheimer Schlüssel der Identität ist aufgedeckt Identität wird von CA nicht länger akzeptiert Geheimer Schlüssel der CA ist aufgedeckt Die Trustcenter haben eine Datenbank mit allen Zertifikaten einschließlich der Rückrufe (revocation list). 23

24 Format der Rückrufliste 24

25 Beispiel LSF-Zertifikat I Firefox Ausgabe der Seiteninformation von 25

26 Beispiel LSF-Zertifikat II Einzelne Komponenten des Zertifikats Fingerabdrücke 26

27 Beispiel LSF-Zertifikat III Die Details Zertifizierungspfad 27

28 Beispiel LSF-Zertifikat IV Zertifizierungspfad 28

29 Beispiel LSF-Zertifikat V Liste der vertrauenswürdigen Zertifikate im Browser 29

30 Beispiel LSF-Zertifikat VI Japan, Hongkong, Microsoft 30

31 Public Key Infrastruktur (PKI) Eine Public Key Infrastruktur (PKI) bildet die technische Infrastruktur zum Erreichen folgender Sicherheitsziele: CA zur Herausgabe/Rückruf von Zertifikaten Software/Hardware zur Benutzung der Verschlüsselungsverfahren und der Zertifikate Software/Hardware zur Aufbewahrung von Schlüsseln Public Key Infrastruktur = System von Hardware und Software mit der Aufgabe die oben genannten Ziele für einen festgelegten Bereich (Domäne) entsprechend einem definierten Sicherheitsniveau zu erreichen, sofern sich die Identitäten an definierte Regeln (Policies) halten. 31

32 Steganographie und Wasserzeichen Steganographie ist ein Verfahren, um Informationen in größeren Datenbeständen zu verstecken Typisch: In Bitmap-Bildern, Audio- oder Videodateien Die verteilten Informationen sind nicht wahrnehmbar. Schutzstärke ist gering, denn es handelt sich um ein Verstecken. Verwandt damit sind Wasserzeichen: in einem digitalen Kunstwerk werden Zeichen zur Erkennung der Herkunft versteckt, um Copyright-Verletzungen nachweisen zu können. Siehe

33 Nach dieser Anstrengung etwas Entspannung... 33