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1 Vorlesung Sicherheit Dennis Hofheinz IKS, KIT / 36

2 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 2 / 36

3 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 3 / 36

4 Motivation Bislang idealisierte Bausteine/Algorithmen betrachtet Insbesondere: ideale Implementierung unterstellt Frage: was kann bei Implementierung schiefgehen? Ziel nachfolgend: häufige Fehlerquellen erklären 4 / 36

5 Erinnerung Ziel: häufige Software-Fehlerquellen erklären Die fünf häufigsten Typen von Sicherheitsproblemen: (Buffer) Overflows (schon erklärt) Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: schlechte Zufallsgeneratoren, schlechte APIs 5 / 36

6 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 6 / 36

7 Denial of Service Ziel: Verfügbarkeit eines Systems angreifen Schädigt insbesondere Systeme, bei denen Verfügbarkeit finanziell kritisch ist (Online-Banking, Online-Shopping) Naheliegend: System durch viele Anfragen überlasten Beispiel: Botnetz (d.h. Menge von Viren infizierter und gekaperter Rechner) greift ständig auf Online-Dienst zu Lässt sich prinzipiell nur schwer verhindern (vor allem bei Botnetz-Angriffen) Aber auch geschicktere Angriffe möglich 7 / 36

8 Hash Table Collisions Szenario: geschickte Anfragen an Webserver/-dienst stellen, die möglichst viel Zeit zur Verarbeitung brauchen HTTP-GET-/-POST-Anfragen von Anwender setzen Variablen Beispiel: GET-Anfrage von Benutzer setzt Variable q auf mad magazine Programm (z.b. in PHP, Python) verarbeitet Anfrage und liest Variablen in Dictionary-Datenstruktur ein Frage: was könnte dabei schiefgehen? Zunächst genauer verstehen, was da passiert 8 / 36

9 Dictionaries Datenstruktur Dictionary: assoziatives Array anfrage[ q ] = mad magazine anfrage[ client ] = ubuntu... =... Wird intern in Array fixer Länge gespeichert: anfrage[h( q )] = ( q, mad magazine ) anfrage[h( client )] = ( client, ubuntu ) für (nicht-kryptographische) Hashfunktion h : {0, 1} Z n 9 / 36

10 Dictionaries Dictionaries intern in normales Array konvertiert: anfrage[h( q )] = ( q, mad magazine ) anfrage[h( client )] = ( client, ubuntu ) für (nicht-kryptographische) Hashfunktion h Frage: was passiert bei h-kollisionen? Antwort: ersetze Key-Value-Paar durch Liste von Key-Value-Paaren 10 / 36

11 Dictionaries Kosten von n Zugriffen auf Dictionary O(n), wenn keine h-kollisionen auftreten Kosten von n Zugriffen auf Dictionary O(n 2 ), wenn nur h-kollisionen auftreten Bei normalen Eingaben treten wenige h-kollisionen auf üblicherweise Dictionaries sehr effizient Aber: bei ungünstigen Dictionary-Keys (Variablennamen) mit vielen h-kollisionen Dictionaries sehr ineffizient 11 / 36

12 Dictionaries und Denial of Service Angriff: wähle ungünstige Variablennamen in HTTP-Anfrage lange Verarbeitungsdauer, weil Variablen-Wert-Paare in Dictionary eingelesen werden Beachte: h nicht kollisionsresistent Beispiel: (Quelle: 27C3-Vortrag Effective Denial of Service attacks against web application platforms ) PHP: Anfragen mit kb/s lasten i7-kern voll aus ASP.NET: Anfragen mit 30kb/s lasten Core2-Kern voll aus Java (Tomcat), Python ähnlich, Ruby katastrophal Was tun? h randomisieren (kryptographische Hashfunktion zu langsam) Anzahl Variablen bei Anfragen einschränken 12 / 36

13 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 13 / 36

14 Code Execution Ziel: lasse eigenen Code beim Opfer ausführen Beispiel: Buffer Overflow auf Stack (siehe oben) Warum ist das schlimm? (Lese-/Schreib-)Zugriff auf anderes System erlangen Anderes System kontrollieren ( Botnetze) Andere impersonieren Überlappungen mit anderen Softwarefehlern Deshalb hier nicht weiter behandelt 14 / 36

15 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 15 / 36

16 Motivation Ziel: (JavaScript-)Code auf Rechner des Opfers ausführen Szenario: Opfer surft auf Websites, denen es vertraut Etwa: Opfer surft in Diskussionsform seriöser Website Angriff: Angreifer postet Nachricht, die ausführbaren JS-Code enthält, als Forumsbeitrag Opfer ruft Beitrag ab, liest JS-Code, Browser des Opfers führt JS-Code aus 16 / 36

17 Motivation Missstand: Forenseite lässt Angreifer ausführbaren/ausgeführten JS-Code als Kommentar posten Warum ist das schlimm? JS-Code läuft in vertrauenswürdigem Kontext... hat Zugriff auf Cookies/Funktionen von grundsätzlich vertrauenswürdiger Foren-Website Beispiel veranschaulicht Probleme 17 / 36

18 Beispiel Szenario: Facebook-Nutzer besucht Pinnwand des Angreifers Angreifer hat auf seiner Pinnwand JS-Code platziert, der Facebook-Session-Cookie von Opfer an Angreifer sendet Effekt: Angreifer sieht mit Facebook-Session-Cookie für Facebook wie Opfer aus und kann Konto von Opfer kontrollieren Problem wurde 2010 behoben Andere Möglichkeit: Facebook-Wurm, der 1 sich das Opfer mit dem Angreifer befreunden lässt 2 und sich anschließend selbst an Freunde des Opfers sendet (Kommentarfunktion) 18 / 36

19 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 19 / 36

20 SQL Was ist SQL? (Structured Query Language) Sprache, um Abfragen von Datenbanken zu formulieren Beispiel: SELECT * FROM cd WHERE interpret = "Fall Out Boy"; wählt alle CDs von Fall Out Boy aus Nicht nur Queries möglich, sondern auch Anweisungen: DROP TABLE cd; löscht Datenbank aller CDs (aufpassen hiermit!) 20 / 36

21 Beispiel Beispiel: Nutzer wird nach Interpret gefragt Frage an Nutzer: Nach welchem Album suchen? Was intern damit passieren könnte (Nutzereingabe über Webinterface, PHP auf Webserver redet mit SQL-Server): $alb = $ GET[ album ]; sql query($db, SELECT * FROM cd WHERE album = $alb ; ); Erste Zeile setzt $alb auf HTTP-Parameter album Zweite Zeile kommuniziert mit SQL-Server, soll nach allen Alben mit Namen $alb suchen 21 / 36

22 Beispiel Beispiel: PHP-Skript, um nach von Benutzer gewähltem Album zu suchen: $alb = $ GET[ album ]; sql query($db, SELECT * FROM cd WHERE album = $alb ; ); Erwartete Eingabe (Beispiel): Folie à Deux Tatsächliche Eingabe: ; DROP TABLE cd; # Konsequenz: PHP-Code setzt zwei SQL-Anfragen ab 1 SELECT * FROM cd WHERE album = 2 DROP TABLE cd Zweite Anfrage löscht Datenbank aller CDs 22 / 36

23 SQL Injection Problem (wie so oft): Nutzereingaben werden intern weiterverarbeitet, ohne geeignet zu escapen Kann dazu führen, dass auf Server beliebiger SQL-Code ausgeführt wird Mögliche Effekte: Löschen von Datenbanken Datenzugriff auf andere Datenbank (z.b. DB aller Passwörter) Gegenmaßnahme: jede Nutzereingabe escapen/kontrollieren 23 / 36

24 SQL Injection (xkcd.com) 24 / 36

25 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 25 / 36

26 Schlechter Zufall Kryptographie braucht guten (d.h. unabhängig gleichverteilten) Zufall Besonders kritisch bei Schlüsselgenerierung (z.b. für PKE) Schlüssel einmal generiert, sehr oft benutzt Schlechter Zufall bei Verschlüsselung Chiffrat unsicher Schlechter Zufall bei Schlüsselgenerierung alle Chiffrate unsicher Viele mögliche Gründe für schlechten Zufall: fehlende Entropie, physikalischer Angriff, Implementierungsfehler 26 / 36

27 Was kann passieren? Erinnerung ElGamal-/DSA-Signaturen: pk = (G, g, g x ) sk = (G, g, x) Sig(sk, M) = (a, b) mit a := g e für zufälliges e und b als Lösung von a x + e b = M mod G Zweimal derselbe Zufall (d.h. dasselbe e) für Signaturen (a, b) und (a, b ) verschiedener Nachrichten M, M verwendet: a x + e b = M mod G a x + e b = M mod G Lineare Algebra liefert zunächst e und dann x (also sk!) Real: Sony hat für PS3 so Code signiert ( Linux auf PS3) 27 / 36

28 Was kann passieren? Schlechter Zufall bei Schlüsselgenerierung verheerend Im Extremfall nur, sagen wir, 2 16 mögliche Schlüsselpaare (Brute-Force-Suche über alle Schlüssel möglich) Leider realistisch: Debian-OpenSSL-Problem September 2006: Debian-Maintainer patcht OpenSSL-Paket, damit Valgrind-Analyse-Tool keine Zugriffe auf undefinierten Speicher meldet Problem: OpenSSL greift gezielt auf undefinierten Speicher zu, um Zufall für Schlüsselgenerierung zu erzeugen Effekt: Debian-OpenSSL-Schlüsselgenerierung nutzt (für anfällige Versionen) nur Prozess-ID (16 Bit) als Zufall Im Mai 2008 bemerkt und korrigiert 28 / 36

29 Schlechter Zufall (Beispiel) 29 / 36

30 Schlechte APIs API (Application Programming Interface): Programmierschnittstelle Viele APIs kompliziert, unübersichtlich, ändern sich Ähnlich (strenggenommen keine API): Kommandozeilenoptionen von komplexen Programmen Typisches Vorgehen bei Versuch, unbekannte API zu nutzen 1 Rumprobieren 2 Versuchen, Dokumentation zu lesen 3 Vorwärtsblättern zu den Beispielen 4 Versuch, Beispiel auf eigene Bedürfnisse anzupassen 5 Sofort aufhören, sobald erwünschter Effekt eintritt Sehr problematisch bei kryptographischen APIs 30 / 36

31 Schlechte APIs Erinnerung RSA: pk = (N, e) sk = (N, d) C = M e mod N (oder, besser:) C = pad(m) e mod N Beispiel: https://github.com/saltstack/salt/commit/ 5dd304276ba5745ec21fc1e6686a0b28da29e6fc 31 / 36

32 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 32 / 36

33 Zusammenfassung Häufig sicherheitsrelevante Probleme bei Implementierung Wiederkehrendes Problem: Eingabe (z.b. über Webinterface) wird nicht geeignet geparst/überprüft/escaped Ermöglicht Angreifer oft sogar, Code einzuschleusen Kryptographiespezifisch: schlechter Zufall, schlechte APIs Vermeidung der Probleme: Eingaben immer konservativ parsen, Standardmethoden/-APIs/-pakete benutzen 33 / 36

34 Überblick 1 Kurzüberblick häufige Sicherheitslücken Erinnerung Denial of Service Code Execution Cross-Site Scripting SQL Injection Bonus: kryptographische Implementierungsprobleme Zusammenfassung 2 Allgemeine Bemerkungen 34 / 36

35 Allgemeine Hinweise Verschlüsselung benutzen (GPG, Truecrypt) Standardverfahren benutzen (RSA-/ECC-Varianten, AES, Keccak, TLS) Bei TLS in aktueller Version, mit aktuellen Patches Nicht: schnell selbst in obskurem Artikel vorgeschlagenes chaosbasiertes Verschlüsselungsverfahren implementieren 35 / 36

36 Bei Interesse... Veranstaltungen im kommenden Semester (WS13/14): Komplexitätstheorie, mit Anwendungen in der Kryptographie Asymmetrische Verschlüsselungsverfahren Digitale Signaturen Seitenkanalangriffe in der Kryptographie Praktikum Kryptographie Voraussichtlich im übernächsten Semester (SS14): Symmetrische Verschlüsselungsverfahren Beweisbare Sicherheit in der Kryptographie Ausgewählte Kapitel der Kryptographie Kryptographische Wahlverfahren 36 / 36

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