Sicherheit in Netzen Modul 5: TLS Transport Layer Security Teil 2
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- Elly Baumann
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1 Sicherheit in Netzen Modul 5: TLS Transport Layer Security Teil 2 1. TLS-Einordnung (OSI-Referenzmodell, Geschichte) 2. TLS-Datenübertragung 3. TLS Schlüssel und Algorithmen 4. TLS-Handshake 5. TLS-Implementierung (PDUs, TLS-Sockets) 6. Ausgewählte Angriffe gegen TLS
2 Sicherheit in Netzen Modul 6: TLS Transport Layer Security 1. TLS-Einordnung (Geschichte, OSI-Referenzmodell) 2. TLS-Datenübertragung 3. TLS Schlüssel und Algorithmen 4. TLS-Handshake 5. TLS-Implementierung (PDUs, SSL-Sockets) 6. Ausgewählte Angriffe gegen TLS
3 TLS-Handshake: Einführung Ziel des Handshakes ist es, das Pre-Master-Secret zu erzeugen, von dem alle weiteren Schlüssel abgeleitet werden Es werden verschiedene Methoden für die Authentifizierung und den Schlüsselaustausch unterstützt Für die Erzeugung des Pre-Master-Secrets gibt es (neben pre-shared keys) zwei grundsätzliche Verfahren: RSA-Verfahren (Woher kommt das Pre-Master-Secret?) Das Pre-Master-Secret ist eine vom Client erzeugte Zufallszahl, die verschlüsselt zum Server geschickt wird. Das ClientKeyExchange ist das verschlüsselte Pre-Master-Secret Ein ServerKeyExchange ist nicht notwendig und entfällt Diffie-Hellman-Verfahren (Woher kommt das Pre-Master-Secret?) Mit dem Diffie-Hellman-Verfahren das Pre-Master-Secret berechnet Im ClientKeyExchange und ServerKeyExchange werden die unterschriebenen Diffie- Hellman-Werte (öffentliche Schlüssel) ausgetauscht Wenn die Diffie-Hellman-Werte für jede TLS-Verbindung gleich sind, spricht man von (statischem) Diffie-Hellman Wenn die Diffie-Hellman-Werte für jede TLS-Verbindung unterschiedlich sind und damit jedes mal neu berechnet werden, spricht man von Ephemeral Diffie-Hellman ( Perfect Forward Secrecy) M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 3 εφημερος (ephēmeros) für einen Tag
4 Berechnung der Schlüssel Berechnung der Schlüssel Handshake mit RSA encrypted premaster secret -Protokoll Client Server (1) Unterstützte Cipher-Suites, Zufallszahl 2) gewählte Cipher-Suite, Zufallszahl, Zertifikat Erzeugung Premaster secret 3) verschlüsseltes Premaster_Secret Entschlüsselung Premaster secret (4) MAC von Handshake-Nachrichten (5) MAC von Handshake-Nachrichten M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 4
5 Berechnung Schlüsselmaterial Berechnung Schlüsselmaterial Handshake mit Diffie-Hellman-Key-Exchange gewählte CypherSuite mit DH Client (1) Unterstützte Cipher-Suites, Zufallszahl Server (2) gewählte Cipher-Suite, Zufallszahl, Zertifikat, KeyExchange (3) KeyExchange Diffie-Hellman Diffie-Hellman (4) MAC über alle Handshake-Nachrichten (5) MAC über alle Handshake-Nachrichten M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 5
6 Ablauf des TLS1.2-Handshake-Protokolls (im Detail) Client Server ClientHello (ClientVers, Random, SessionID, CipherSuites, ComprMeths, Extensions*) ServerHello (ServerVers., Random, SessionID, CipherSuite, ComprMeths, Extensions*) ServerCertificate* ServerKeyExchange* CertificateRequest* ServerHelloDone ClientCertificate* ClientKeyExchange CertificateVerify* [ChangeCipherSpec] Finished * = optional = verschlüsselt [ ] = Sonderprotokollelement ServerCertificate*: wird für die üblicherweise eingesetzte Serverauthentifizierung gesendet ServerKeyExchange*: Wird nur gesendet, wenn das ServerCertificate nicht genug Info enthält, um Premastersecret zu erzeugen. Dies ist der Fall bei ephemeralem oder anonymem (zertifikatslosem) Diffie-Hellman CertificateRequest*: wird gesendet, falls Server eine Clientzertifizierung fordert CertificateVerify*: Signierter Hash über die bisherigen Nachrichten. Nachweis, dass der Client auch den dazugehörigen privaten Schlüssel besitzt. ChangeCipherSpec: Ein Byte, das anzeigt, dass alle weiteren Nachrichten verschlüsselt übertragen werden ( = verschlüsselt) [ChangeCipherSpec] Finished Application Data Finished : Signierter MAC über alle vorangegangenen Handshakenachrichten. Erste verschlüsselte Nachricht, um Verschlüsselung zu verifizieren. Muss direkt nach ChangeCipherSpec gesendet werden. Datenaustausch erst dann, wenn Finished des Kommunikationspartners überprüft. M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 6
7 Server Key Exchange Message (RFC 5246, Kap ) Server Key Exchange Message wird nur gesendet, wenn öffentlicher Schlüssel im Zertifikat nicht ausreicht. Das ist der Fall für: DHE_DSS: Ephemeral DH. Die DH-Werte werden mit einem DSS-Schlüssel signiert. Überprüfung des signierten DH-Wertes mittel Zertifikat. (DSS = Digital Signature Standard) DHE_RSA: DH_anon: Ephemeral DH. Die DH-Werte werden mit einem RSA-Schlüssel signiert. Überprüfung des signierten DH-Wertes mittel Zertifikat. Diffie-Hellman-Wert, ohne Einsatz von Zertifikaten. Gefahr von Man-in-the-Middle-Angriffen Server Key Exchange Message darf nicht gesendet werden, wenn DH-Wert aus dem öffentlicher Schlüssel im Zertifikat gewonnen werden kann. Das ist der Fall für: RSA: Client erzeugt Pre-Master-Secret. Öffentlicher Schlüssel aus Zertifikat wird zur Verschlüsselung des Pre-Master_Secrets verwendet. DH_DSS: Statischer DH. Zur Signatur wird DSS verwendet. DH_RSA: Statischer DH. Zur Signatur wird RSA verwendet. M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 7
8 Authentifizierung bei RSA-basiertem Verfahren Serverauthentifizierung Der Client prüft das Serverzertifikat. Das reicht, denn der Client weiß, dass nur der Server das verschlüsselte Pre- Master-Secret entschlüsseln kann. Clientauthentifizierung Im Fall von CertificateRequest durch Server, muss der Client sein Zertifikat zusammen einem signierten Hashwert über das Master-Secret und alle Handshake Nachrichten senden. Clientauthentifizierung findet im Standardfall nicht statt (Warum?) Finished-Nachricht von Client und Server In der RSA-Finished-Nachricht sind gehashed und verschlüsselt enthalten: Master-Secret Alle Handshake Nachrichten M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 8
9 Authentifizierung bei DH-basiertem Verfahren Serverauthentifizierung Fall 1: statisches Diffie-Hellman-Verfahren: Der Server sendet dem Client sein Zertifikat, das den DH-Wert als öffentlichen Schlüssel enthält Der Client überprüft das Server-Zertifkat Fall 2: ephimerales Diffie-Hellman-Verfahren Der Server sendet dem Client einen ephemeralen DH-Wert der mit dem vereinbarten Signaturalgorithmus signiert ist. Um Replay-Attacken zu verhindern, wird der DH-Wert mit den Zufallswerte aus der Hello-Nachricht gesalzen. Der Client überprüft die Signatur der DH-Werts Clientauthentifizierung Fall 1: statisches Diffie-Hellman-Verfahren: analog Serverauthentifizierung Fall 2: ephimerales Diffie-Hellman-Verfahren: analog Serverauthentifizierung Beim statischen Diffie-Hellman-Verfahren wird stets das gleiche Pre-Master- Secret erzeugt. Das Master-Secret wird jedoch stets verschieden sein, denn die Zufallswerte aus den Hello-Nachrichten gehen in das Master-Secret ein. M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 9
10 Wiederaufnahme einer TLS-Session (TLS Session Resumption) Client Server ClientHello (ClientVers, Random, SessionID, CipherSuites, ComprMeths, Extensions*) ServerHello (ServerVers., Random, SessionID, CipherSuite, ComprMeths, Extensions*) [ChangeCipherSpec] Finished Clientseitige Wiederaufnahme der Verbindung durch Bezugnahme auf bestehende Sitzungs-ID Server-Annahme durch ServerHello mit Sitzungs-ID CipherSuites und Kompressionsalgorithmen müssen mit den bereits ausgehandelten Algorithmen kompatibel sein. Verwendet bereits bestehendes Master_Secret [ChangeCipherSpec] Finished Application Data M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 10
11 Das neue Protokoll TLS 1.3 (draft-ietf-tls-tls13-10 / Oct 19, 2015) Motivation/Ziele: Unnötige Optionen werden entfernt. (Kompression, veraltete Verschlüsslungsverfahren, ) RSA Zertifikate sind noch erlaubt, aber nicht mehr das RSA- Schlüsselaustauschverfahren. DES Verschlüsselungsverfahren wird nicht mehr erlaubt. Durch Optimierung der erlaubten Ciphersuites wird höhere Sicherheit erreicht. Perfect Forward Secrecy wird forciert. Beobachtung: Viele Sicherheitslücken entstehen durch fehlerhaft Implementierungen. Daher Vereinfachung von TLS, führt zur einfacheren Implementierbarkeit von TLS. Unterstützung im Einsatz durch "Common Guidelines" und "Best Practices for using TLS". '1 round trip time' Handshake für optimale Schnelligkeit (reduzierte Paketanzahl) Migration wird durch backwards compatibility mode sichergestellt. M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 11
12 Implementierungen: Von TLS benutzte TCP-Ports Identifier Ports Zweck https 443/tcp TLS-HTTP-Protokoll (RFC2818, 05/00) smtps 465/tcp SMTP über TLS (inoffiziell) nntps 563/tcp TLS-Network News Transfer Protocol smtps 587/tcp SMTP mit Service Extension for TLS (RFC6409, 11/11) ldaps 636/tcp TLS-Lightweight Directory Access Protocol ftps 989/tcp 990/tcp 992/tcp FTP über TLS (RFC4217, 10/05) Telnet über TLS imaps 993/tcp TLS-IMAP4 pop3s 995/tcp TLS-POP3 M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 12
13 Sicherheit in Netzen Modul 6: TLS Transport Layer Security 1. TLS-Einordnung (Geschichte, OSI-Referenzmodell) 2. TLS-Datenübertragung 3. TLS Schlüssel und Algorithmen 4. TLS-Handshake 5. TLS-Implementierung (PDUs, SSL-Sockets) 6. Ausgewählte Angriffe gegen TLS
14 Downgrade-Angriffe auf TLS Vorgehensweise Angreifer schaltet sich als Man-in-the-Middle in die Kommunikation ein. Angreifer löscht starke Cipher-Suites Folge davon: Client und Server einigen sich auf ein schwaches Verfahren Lösung Signierter Hashwert über alle ausgetauschten Nachrichten in der Finished- Nachricht Hierdurch kann können Sender und Empfänger überprüfen, ob TLS- Schlüsselaustausch unverändert beim gegenüber angekommen ist. M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 14
15 Poodle-Schwachstelle Veröffentlich: 14. Oktober 2014 Voraussetzung alte Protokollversion SSL 3.0 auf Server und Client werden noch unterstützt Test des Browsers durch Firefox: 11/2014 (vul.), 11/2015 (o.k.) IE: 11/2014 (vul.), 11/2015 (o.k.) Chrome: 11/2014 (o.k.), 11/2015 (o.k.) Voraussetzung für den Angriffs ist: JavaScript-Code in den Browser des Opfers einschleusen und den verschlüsselten Netzwerkverkehr überwachen und manipulieren können (Man-in-the-Middle) Dann Downgrade auf SSL 3.0 forcieren RC4 Verschlüsselung + CBC haben erwiesene Schwachstellen Genaue Beschreibung des Angriffs: M. Leischner Sicherheit in Netzen Folie 15
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