Kapitel 9: Kryptographie: DES. Java SmartCards, Kap. 9 (1/19)

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1 Kapitel 9: Kryptographie: DES Java SmartCards, Kap. 9 (1/19)

2 Symmetrische Verschlüsselung (Secret key) Verfahren: DES, Triple-DES, AES, IDEA, Blowfish,... 1 Schlüssel K für Ver-/Entschlüsselung C = E K (P), D K (C) = P Meistens: Schlüssellänge = Blocklänge (8, 16, 24, 32,...Bytes) Eigenschaften: Sicherheit liegt nur im Schlüssel Schlüssel nicht erratbar (auch wenn P und C bekannt sind!) Verschlüsselung nicht erratbar Entschlüsselung mit falschem Schlüssel ergibt Unsinn Java SmartCards, Kap. 9 (2/19)

3 Data Encryption Standard (DES) 1976 als Standard akzeptiert, IBM Entwicklung (Anfang 70er), von NSA modifiziert freigegeben gut in Hardware realisierbar 64 Bit Schlüssellänge, 56 Bit echter Schlüssel Blockgröße 8 Byte Eine Runde: Substitution (XOR) + Permutation, 16 Runden Ein Designziel: Jedes Bit der Ausgabe basiert auf jedem Bit der Eingabe und jedem Schlüsselbit 8 magische S-Boxen für Substitution Inzwischen unsicher, aber nie geknackt Java SmartCards, Kap. 9 (3/19)

4 Nie geknackt : Gegeben: Klartext und Chiffre, gesucht: der Schlüssel. Es ist kein Verfahren bekannt, mit dem man den Schlüssel schneller findet, als durch systematisches Testen aller Schlüssel. Schlüssel: F8 C4 08 0D 6E 76 EA 76 Klartext: Chiffre: B0 73 DC 3F B D Java SmartCards, Kap. 9 (4/19)

5 Java SmartCards, Kap. 9 (5/19)

6 DES Eine Runde Java SmartCards, Kap. 9 (6/19)

7 Differential Cryptanalysis The design took advantage of certain cryptanalytic techniques, most prominently the technique of differential cryptanalysis, which were not known in the published literature. After discussions with NSA, it was decided that disclosure of the design considerations would reveal the technique of differential cryptanalysis, a powerful technique that can be used against many ciphers. This in turn would weaken the competitive advantage the United States enjoyed over other countries in the field of cryptography. [Don Coppersmith IBM 1992] (Wieder-)Entdeckt 1990 von Eli Biham und Adi Shamir. DES mit 8 Runden: 2 14 chosen plaintexts, 2 9 Verschlüsselungen. DES mit 16 Runden: 2 47 chosen plaintexts, 2 37 Verschlüsselungen. Java SmartCards, Kap. 9 (7/19)

8 Schlüssel: F8 C4 08 0D 6E 76 EA 76 Klartext: Chiffre: B0 73 DC 3F B D Rechendauer: 4 Milliarden Schlüsseltests pro Sekunde auf 4 Milliarden Rechnern = 2 64 Tests pro Sekunde, 1 Jahr 2 25 Sekunden 56 Bit Länge 2 56 Schlüssel 4 Millisekunden Schlüssel probieren Jahre 256 Bit Schlüssellänge (AES) Jahre Java SmartCards, Kap. 9 (8/19)

9 RSA s DES Challenge III is solved in record time Start: January 18, :00 AM PST Prize: $10,000 IV: da 4b be f1 6b 6e 98 3d Plaintext:See you in Rome (second AES Conference, March 22-23, 1999) Ciphertext: bd 0d de b8 8a 47 9c b1 5c 23 7b bc de ab 53 4d 6f 1c b c ee cd 96 2e 07 c6 e c a bd 41 c2 88 a9 f0 2f 8b e d2 a8 a0 6b bf 93 de 89 f6 e2 52 fd 8a 25 eb d0 7d ee a4 2d c8 8d 1b 71 Coming in at 22 hours 15 minutes, the DES Challenge III was solved by the Electronic Frontier Foundation s Deep Crack in a combined effort with distributed.net. Java SmartCards, Kap. 9 (9/19)

10 distributed.net ca PCs: At the end of the contest, over 250 billion keys (possible codes for decrypting the encrypted message) were being checked each second. Deep Crack Spezialrechner für DES (Öffentlich, $) 1536 ASICs, search units, 40 MHz, 16 Takte pro Schlüssel 2.5 Millionen Tests pro unit/sekunde 92 Milliarden Tests/Sekunde Maximal 9.05 Tage um DES zu knacken! 3DES: Jahre! Java SmartCards, Kap. 9 (10/19)

11 3DES, DESede Problem bei DES: Schlüssellänge fest 3 verschiedene DES Schlüssel K 1, K 2, K 3 C = E K3 (D K2 (E K1 (P))) Doppelt so sicher wie DES (2 2n statt 2 n Versuche) Für DES gilt nicht: Zu K 1, K 2 existiert immer K 3 mit E K2 (E K1 (P)) = E K3 (P) Variante: Nur 2 Schlüssel C = E K1 (D K2 (E K1 (P))) Blocklänge 8 Byte 4A 5E 85 3D BD B Java SmartCards, Kap. 9 (11/19)

12 Padding Standards zum Auffüllen des Textes auf Vielfache der Blocklänge. 1. NoPadding: Text muss Vielfaches der Blocklänge sein. 2. X9.23, ISO : Mit Zufallszahlen oder Nullen auffüllen, letztes Byte enthält Anzahl der Padding-Bytes 3. RFC 1423, PKCS 5: Paddingbyte = # Paddingbytes 4. 0x80 + Null-Bytes Bei 2./3./4. mindestens 1 Padding-Byte Java SmartCards, Kap. 9 (12/19)

13 Modes Was tun, wenn mehr als ein Block verschlüsselt werden soll? ECB: Electronic Codebook Mode Jeder Block Text wird separat verschlüsselt Gleicher Text mit gleichem Schlüssel gibt gleiche Chiffre CBC: Cipher Block Chaining nächsten Block mit vorherigem Verknüpfen: C i = E K (P i C i 1 ), P i = C i 1 D K (C i ) Erster Block C 0 (IV = initialization vector) beliebig, nicht geheim, sollte zufällig sein. Weitere Modes: Cipher Feedback (CFB), Output Feedback (OFB) ALG DES ECB NOPAD, ALG DES CBC NOPAD Java SmartCards, Kap. 9 (13/19)

14 Kryptographie in Java: DESede (1) 1. Initialisierung eines Providers: private final static String cryptprovider = "BC"; java.security.security.addprovider( new org.bouncycastle.jce.provider.bouncycastleprovider()); 2. Generierung eines Schlüssels: javax.crypto.keygenerator keygen = javax.crypto.keygenerator.getinstance("desede", keygen.init(192); cryptprovider); javax.crypto.secretkey key = keygen.generatekey(); 3. Ausdrucken des Schlüssels: swt.util.hexstring.printreadable(key.getencoded()); Kodierung: RAW (Bytearray = Schlüssel) Java SmartCards, Kap. 9 (14/19)

15 Kryptographie in Java: DESede (2) 4 Einlesen des Schlüssels: private final static byte[] desede key = {...}; javax.crypto.secretkeyfactory sessionkf = javax.crypto.secretkeyfactory.getinstance("desede", cryptprovider); javax.crypto.secretkey the key = sessionkf.generatesecret( new javax.crypto.spec.desedekeyspec(desede key)); Java SmartCards, Kap. 9 (15/19)

16 Kryptographie in Java: DESede (3) 1. Verschlüsseln: javax.crypto.cipher cip = javax.crypto.cipher.getinstance("desede/ecb/nopadding", cryptprovider); cip.init(javax.crypto.cipher.encrypt MODE, the key); byte[] to enc = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 }; byte[] enc = cip.dofinal(to enc); 2. Entschlüsseln: cip.init(javax.crypto.cipher.decrypt MODE, the key); byte[] dec = cip.dofinal(enc); Java SmartCards, Kap. 9 (16/19)

17 Kryptographie in JavaCard: DESede (1) 1. Imports: import javacard.security.*; import javacardx.crypto.*; 2. Initialisieren des Schlüssels: DESKey key = (DESKey)KeyBuilder.buildKey( KeyBuilder.TYPE DES, key.setkey(desede key, (short)0); KeyBuilder.LENGTH DES3 3KEY, false); Cipher cip = Cipher.getInstance(Cipher.ALG DES ECB NOPAD,false); Allokiert Speicher nur im Konstruktor! Java SmartCards, Kap. 9 (17/19)

18 Kryptographie in JavaCard: DESede (2) 3. Verschlüsseln: cip.init(key, Cipher.MODE ENCRYPT); cip.dofinal(buffer, ISO7816.OFFSET CDATA, (short)8, buffer, ISO7816.OFFSET CDATA); 4. Entschlüsseln: cip.init(key, Cipher.MODE DECRYPT); cip.dofinal(buffer, ISO7816.OFFSET CDATA, (short)8, buffer, ISO7816.OFFSET CDATA); short dofinal(byte[] inbuff, short inoffset, short inlength, byte[] outbuff, short outoffset) Java SmartCards, Kap. 9 (18/19)

19 Kryptographie in JavaCard: DESede (3) dofinal gibt Länge des verschlüsselten Text zurück No padding: Länge muss Vielfaches der Blockgröße sein Ausgabelänge = Eingabelänge Bei Cipher block chaining kann Initialisierungsvektor IV verwendet werden: Cipher cip = Cipher.getInstance(Cipher.ALG DES CBC NOPAD,false); cip.init(key, Cipher.MODE ENCRYPT); IV = {0,0,0,0,0,0,0,0} oder cip.init(key, mode, array, offset, (short)8) Java SmartCards, Kap. 9 (19/19)