Angewandte Kryptographie

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1 Bruce Schneier Angewandte Kryptographie Protokolle, Algorithmen und Sourcecode in C ADDISON-WESLEY An imprint of Pearson Education München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam

2 Vorwort von Whitfield Diffie Vorwort xiii xvii Über den Autor Grundlagen 1.1 Terminologie 1.2 Steganographie 1.3 Chiffrierung durch Substitution und Transposition 1.4 Einfaches XOR 1.5 One-Time-Pads 1.6 Computer-Algorithmen 1.7 Größenordnungen xxii Teil I Kryptographische Protokolle 23 2 Protokollelemente Einführung in Protokolle Kommunikation mit symmetrischer Kryptographie Einwegfunktionen Einweg-Hashfunktionen Kommunikation mit Public-Key-Kryptographie Digitale Signaturen Digitale Signaturen mit Verschlüsselung Generieren von Zufalls- und Pseudozufallsfolgen 52 3 Grundlegende Protokolle Schlüsselaustausch Authentifizierung Authentifizierung und Schlüsselaustausch Formale Analyse von Protokollen für Authentifizierung und Schlüsselaustausch Public-Key-Kryptographie mit mehreren Schlüsseln Secret Splitting Secret Sharing Datenbankschutz durch Verschlüsselung 88 4 Weiterführende Protokolle Zeitstempel 91

3 VI Inhaltsverzeichnis 4.2 Verdeckter Kanal Verbindliche digitale Signaturen Signaturen mit designierter Bestätigung Signaturen für Stellvertreter Signaturen für Gruppen Fail-stop-Signaturen Berechnungen mit verschlüsselten Daten Bit Commitment Faires Münzenwerfen Mentales Pokern Einweg-Akkumulatoren Alles-oder-Nichts-Geheimnisenthüllung Schlüsselhinterlegung Anspruchsvolle Protokolle Zero-Knowledge-Beweise Zero-Knowledge-Identitätsbeweise Blinde Signaturen Auf Identität basierende Public-Key-Kryptographie Oblivious Transfer Nicht eindeutige Signaturen Geichzeitige Vertragsunterzeichnung Bestätigung elektronischer Post Gleichzeitiger Geheimnisaustausch Ausgefallene Protokolle Sichere Wahlen Sichere Berechnungen mit mehreren Parteien Anonyme Nachrichtenverbreitung Digitales Geld 165 Teil II Kryptographische Techniken Schlüssellänge Symmetrische Schlüssellänge Länge öffentlicher Schlüssel Längenvergleich von öffentlichen und symmetrischen Schlüsseln Geburtstagsangriffe gegen Einweg-Hashfunktionen Wie lang sollte ein Schlüssel sein? Wichtiger Hinweis Schlüsselverwaltung Schlüsselerzeugung 200

4 Vll 8.2 Nichtlineare Schlüsselräume Übermittlung von Schlüsseln Verifizierung von Schlüsseln Verwendung von Schlüsseln Aktualisierung von Schlüsseln Speicherung von Schlüsseln Sicherungskopien von Schlüsseln Kompromittierte Schlüssel Geltungsdauer von Schlüsseln Vernichtung von Schlüsseln Schlüsselverwaltung bei Public-Key-Kryptographie Algorithmenarten und Betriebsmodi Electronic-Codebook-Modus Block Replay Cipher Block Chaining Stromchiffrierungen Selbstsynchronisierende Stromchiffrierungen Cipher-Feedback-Modus Synchrone Stromchiffrierungen Output-Feedback-Modus Counter-Modus Weitere Modi für Blockchiffrierungen Wahl eines Chiffriermodus Verschränkung Block- und Stromchiffrierungen Einsatz der Algorithmen Auswahl eines Algorithmus Public-Key- und symmetrische Kryptographie Verschlüsselung von Kommunikationskanälen Verschlüsselung gespeicherter Daten Hardware- und Software-Verschlüsselung Kompression, Kodierung und Verschlüsselung Erkennen von Verschlüsselung Verbergen von Chiffretext in Chiffretext Zerstören von Informationen 269 Teil III Kryptographische Algorithmen Mathematische Grundlagen Informationstheorie Komplexitätstheorie Zahlentheorie 283

5 vm Inhaltsverzeichnis 11.4 Primfaktorzerlegung Erzeugung von Primzahlen Diskrete Logarithmen in endlichen Körpern Data Encryption Standard (DES) Hintergrund Beschreibung von DES Sicherheit von DES Differentielle und lineare Kryptanalyse Die tatsächlichen Entwurfskriterien Varianten von DES Wie sicher ist DES heutzutage? Weitere Blockchiffrierungen Lucifer Madryga NewDES FEAL REDOC LOKI Khufu und Khafre RC IDEA MMB CA Skipjack Noch mehr Blockchiffrierungen GOST CAST Blowfish SAFER Way Crab SXAL8/MBAL RC Weitere Blockalgorithmen Theorie des Entwurfs von Blockchiffrierungen Verwendung von Einweg-Hashfunktionen Wahl eines Blockalgorithmus Kombination von Blockchiffrierungen Doppelte Verschlüsselung Dreifach Verschlüsselung Verdopplung der Blocklänge 418

6 ix 15.4 Weitere Verfahren für Mehrfachverschlüsselung Schlüssel Verkürzung in CDMF Whitening Kaskadierung mehrerer Blockalgorithmen Kombination mehrerer Blockalgorithmen Pseudozufallsfolgengeneratoren und Stromchiffrierungen Lineare Kongruenzgeneratoren Lineare Schieberegister mit Rückkopplung Entwurf und Analyse von Stromchiffrierungen Stromchiffrierungen mit LFSRs A Hughes XPD/KPD Nanoteq Rambutan Additive Generatoren Gifford Algorithmus M PKZIP Weitere Stromchiffrierungen und echte Zufallsfolgengeneratoren RC SEAL WAKE Schieberegister mit Rückkopplung durch Übertrag Stromchiffrierungen mit FCSRs Schieberegister mit nichtlinearer Rückkopplung Weitere Stromchiffrierungen Systemtheoretischer Ansatz zum Entwurf von Stromchiffrierungen Komplexitäts theoretischer Ansatz zum Entwurf von Stromchiffrierungen Weitere Ansätze zum Entwurf von Stromchiffrierungen Kaskadierung von Stromchiffrierungen Wahl einer Stromchiffrierung Erzeugung mehrerer Ströme mit einem einzigen Pseudozufallszahlengenerator Echte Zufallsfolgengeneratoren Einweg-Hashfunktionen Hintergrund Snefru N-Hash MD4 498

7 18.5 MD MD Secure Hash Algorithm (SHA) RIPE-MD HAVAL Weitere Einweg-Hashfunktionen Einweg-Hashfunktionen mit symmetrischen Blockalgorithmen Einsatz von Public-Key-Algorithmen Wahl einer Einweg-Hashfunktion Message Authentication Codes Public-Key-Algorithmen Hintergrund Rucksackalgorithmen RSA Pohlig-Hellman Rabin ElGamal McEliece Kryptosysteme auf Basis elliptischer Kurven LUC Public-Key-Kryptosysteme mit endlichen Automaten Public-Key-Algorithmen für digitale Signaturen Digital Signature Algorithm (DSA) Varianten von DSA Algorithmus für digitale Signaturen mit GOST Signaturverfahren mit diskreten Logarithmen Ong-Schnorr-Shamir ESIGN Zelluläre Automaten Weitere Public-Key-Algorithmen Identifizierungsverfahren Feige-Fiat-Shamir Guillou-Quisquater Schnorr Umwandlung von Identifizierungsverfahren in Signaturverfahren Algorithmen für den Schlüsselaustausch Diffie-Hellman Station-to-Station-Protokoll Three-Pass-Protokoll von Shamir COMSET Encrypted Key Exchange 592

8 XI 22.6 Fortified Key Negotiation Schlüsselverteilung auf Konferenzen und geheimer Rundruf Spezielle Algorithmen für Protokolle Public-Key-Kryptographie mit mehreren Schlüsseln Secret-Sharing-Algorithmen Verdeckter Kanal Verbindliche digitale Signaturen Signaturen mit designierter Bestätigung Rechnen mit chiffrierten Daten Faires Münzenwerfen Einweg-Akkumulatoren Alles-oder-Nichts-Geheimnisenthüllung Faire und ausfallsichere Kryptosysteme Zero-Knowledge-Beweise des Wissensstands ^ Blinde Signaturen Oblivious Transfer Sichere Berechnungen mit mehreren Parteien Probabilistische Verschlüsselung Quantenkryptographie 632 Teil IV Kryptographie in der Praxis Implementierungsbeispiele IBM-Protokoll zur Verwaltung geheimer Schlüssel MITRENET ISDN STU-III Kerberos KryptoKnight SESAME Common Cryptographic Architecture von IBM ISO Authentication Framework Privacy-Enhanced Mail (PEM) Message Security Protocol (MSP) Pretty Good Privacy (PGP) Smart-Cards Public-Key Cryptography Standards (PKCS) Universal Electronic Payment System (UEPS) Clipper Capstone AT&T Model 3600 Telephone Security Device (TSD) 675

9 xii Inhaltsverzeichnis 25 Politik National Security Agency (NSA) National Computer Security Center (NCSC) National Institute of Standards and Technology (NIST) RSA Data Security, Inc. Public Key Partners International Association for Cryptologic Research (IACR) RACE Integrity Primitives Evaluation (RIPE) Conditional Access for Europe (CAFE) ISO/IEC 9979 Berufsverbände, Bürgerrechtsgruppen und Industrievereinigungen sci.crypt Cypherpunks Patente Ausfuhrbestimmungen der USA Einfuhr und Ausfuhr von Kryptographie in anderen Staaten Rechtliche Fragen i Nachwort von Matt Blaze 701 Teil V Sourcecode 705 Literaturverzeichnis 757 Stichwortverzeichnis 825

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