Grundlagen, Geschichte, Anwendung

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1 K R Y P T P O G R A P H I E Grundlagen, Geschichte, Anwendung Referat von Pawel Strzyzewski, Wintersemester 2006, FH Aachen Seminare»Privacy 2.0«und»We-Blog«Folie 1 von 50

2 Übersicht 1. Grundlagen ~ 15 Minuten 1a Crashkurs:»Wozu Kryptographie?«1b Wie funktioniert Verschlüsselung? 1c Historische Beispiele 2. Moderne Anwendung ~ 15 Minuten 2a Symmetrisch, asymmetrisch? 2b Elektronische Signatur 2c Zertifikate 2d Hybride Systeme 3. Fragen, Diskussionsrunde ~? Minuten Folie 2 von 50

3 1. Grundlagen Folie 3 von 50

4 Crashkurs:»Wozu Kryptographie?«Folie 4 von 50

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6 Crashkurs:»Wozu Kryptographie?«Bedrohungsszenarien Unbefugtes Einsehen von Nachrichten Unbefugtes Ändern von Nachrichten Fälschen von Absenderangaben Folie 6 von 50

7 Crashkurs:»Wozu Kryptographie?«Was können kryptographische Systeme leisten? Geheimhaltung > Abhörsicherheit vor»unbefugten Dritten«Integrität > Unversehrtheit der Nachricht garantiert Authentizität > Identität von Sender und Empfänger prüfbar Folie 7 von 50

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9 Crashkurs:»Wozu Kryptographie?«Dschungel der Fachbegriffe Verschlüsselung > Nachrichten wiederruflich unlesbar machen Verschl.-Algorithmus > Bes. Ablauf, der Nachrichten verschlüsselt Kryptographie > Wissenschaft vom Verschlüsseln Kryptoanalyse > Verschlüsselung brechen Steganographie > Existenz von Nachrichten verbergen Folie 9 von 50

10 Wie funktioniert Verschlüsselung? Folie 10 von 50

11 Wie funktioniert Verschlüsselung? Definition Verschlüsselung nennt man den Vorgang, bei dem ein Klartext mit Hilf eines Verschlüsselungsverfahrens (Algorithmus) in einen Geheimtext umgewandelt wird. Als Parameter des Verschlüsselungsverfahrens werden ein oder mehrere Schlüssel verwendet. [ ] Den umgekehrten Vorgang, also die Verwandlung des Geheimtextes zurück in den Klartext, nennt man Entschlüsselung. Folie 11 von 50

12 Wie funktioniert Verschlüsselung? Verschlüsselungsverfahren Folie 12 von 50

13 Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Verschlüsselungsverfahren Folie 13 von 50

14 Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Schlüssel Verschlüsselungsverfahren Folie 14 von 50

15 Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Schlüssel Verschlüsselungsverfahren Geheimtext Folie 15 von 50

16 Wie funktioniert Verschlüsselung? Hallo, Welt! Klartext Schlüssel Verschlüsselungsverfahren Geheimtext zfoqörhqä dl- 07tr043 aflh ds * geds #sw jdsha Folie 16 von 50

17 Wie funktioniert Entschlüsselung? Hallo, Welt! Klartext Verschlüsselungsverfahren Schlüssel Geheimtext zfoqörhqä dl- 07tr043 aflh ds * geds #sw jdsha Folie 17 von 50

18 Wie funktioniert Verschlüsselung? Verschlüsselungsoperationen Tr a nspositio n & Su bstitutio n Folie 18 von 50

19 Wie funktioniert Verschlüsselung? Verschlüsselungsoperationen Tr ansposition Bei einer Transposition werden die Zeichen untereinander vertauscht L I E S M I C H > H C I M S E I L L I E S M I C H > S I E L H I C M Folie 19 von 50

20 Wie funktioniert Verschlüsselung? Verschlüsselungsoperationen Su bstitutio n Bei einer Substitution werden Zeichen durch andere Zeichen ersetzt A B C D E F > C D E F G H A B C D E F > Folie 20 von 50

21 Wie funktioniert Verschlüsselung? Verschlüsselungsoperationen Tr a nspositio n & Su bstitutio n bilden die einzigen zwei Möglichkeiten für Verschlüsselungsverfahren können beliebig kombiniert werden Folie 21 von 50

22 Historische Beispiele Skytale Die älteste bekannte Transpositionsverschlüsselung wurde schon vor 2500 Jahren von den Spartanern zu militärischen Zwecken angewandt. Als Schlüssel diente ein Stab mit einem bestimmten Durchmesser, der als Skytale bezeichnet wurde. Folie 22 von 50

23 Historische Beispiele Skytale Folie 23 von 50

24 Historische Beispiele Cäsar-Chiffre / ROT13 Ein sehr bekanntes Beispiel für Substitutionsverschlüsselung ist der sogenannte ROT13-Algorithmus, auch Cäsar-Chiffre genannt. Dabei wird von einem lateinischen Alphabet mit 26 Buchstaben ausgegangen, welches um 13 Stellen verschoben (rotiert) wird. Folie 24 von 50

25 Historische Beispiele Folie 25 von 50

26 Uvfgbevfpur Orvfcvryr Päfne-Puvsser / EBG13 Rva frue orxnaagrf Orvfcvry süe Fhofgvghgvbafirefpuyüffryhat vfg qre fbtranaagr EBG13-Nytbevguzhf, nhpu Päfne-Puvsser tranaag. Qnorv jveq iba rvarz yngrvavfpura Nycunorg zvg 26 Ohpufgnora nhftrtnatra, jrypurf hz 13 Fgryyra irefpubora (ebgvreg) jveq. Folie 26 von 50

27 Historische Beispiele Enigma Ein weiteres sehr bekanntes Beispiel für Verschlüsselung durch Substitution ist die deutsche Rotor-Verschlüsselungsmaschine Enigma, die sehr häufig im zweiten Weltkrieg von den Deutschen verwendet wurde. Wichtigste Eigenschaft der Enigma ist die polyalphabetische Rotorverschlüsselung, welche die automatisierte Verwendung mehrerer Geheimalphabete ermöglicht. Ferner werden dabei für fast jeden einzelnen Klartext-Buchstaben eigene Schlüssel verwendet. Folie 27 von 50

28 Historische Beispiele Enigma Das Herzstück der Enigma sind drei Walzen und zwei Umkehrwalzen, die man beliebig anordnen kann. Die Walzen verfügen über ein eigenes 26-Stelliges Geheimalphabet, wwelches sich über eine Ringeinstellung verschieben lässt. Alle Walzen sind untereinander über unterschiedlich einstellbare Steckverbindungen gekoppelt. Folie 28 von 50

29 Historische Beispiele Enigma Die Enigma bietet vier Parameter zur Einstellung: verschiedene Walzenlagen Einstellungen der Ringe Grundstellungen der Walzen (~ 150 Bio.) Steckerverbindungen aller Walzen Schlüsselraum circa 2 10²³ verschiedenen Möglichkeiten (~ 77 Bit) Durch Sicherheits-Schwächen aber nur ca. 2 Mio. benutzbare Schlüssel Folie 29 von 50

30 2. Moderne Anwendung Folie 30 von 50

31 Symmetrisch, asymmetrisch? Folie 31 von 50

32 Symmetrisch, asymmetrisch? Symmetrische Verfahren Klartext Schlüssel Verschlüsselungsverfahren Geheimtext Folie 32 von 50

33 Symmetrisch, asymmetrisch? Symmetrische Verfahren Klartext Schlüssel Verschlüsselungsverfahren Geheimtext Folie 33 von 50

34 Symmetrisch, asymmetrisch? Symmetrische Verfahren Klartext Schlüssel Geheimtext Folie 34 von 50

35 Symmetrisch, asymmetrisch? Symmetrische Verfahren Schlüssel immer gleich Kein gefahrloser Schlüsselaustausch möglich Klartext Schlüssel Geheimtext Folie 35 von 50

36 Symmetrisch, asymmetrisch? Asymmetrische Verfahren: Geheimschlüssel wird durch Schlüsselpaar ersetzt Private Key ist nur für den Besitzer zugänglich Private Key Public Key ist für jeden Teilnehmer zugänglich Public Key Folie 36 von 50

37 Symmetrisch, asymmetrisch? Asymmetrische Verfahren: Public Key Klartext Public Key Geheimtext Folie 37 von 50

38 Symmetrisch, asymmetrisch? Asymmetrische Verfahren: Private Key Klartext Private Key Geheimtext Folie 38 von 50

39 Symmetrisch, asymmetrisch? Asymmetrische Verfahren Gedankliches Konzept Public Key verschlüsselt Nachrichten Private Key entschlüsselt Nachrichten Public Key kann mit dem Public Key verschlüsselte Nachrichten nicht entschlüsseln (»Asymmetrie«)»Gefährlicher Schlüsselaustausch«entfällt (Public Key kann durch unsichere Kanäle verbreitet werden) Folie 39 von 50

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41 Elektronische Signatur Folie 41 von 50

42 Elektronische Signatur Mit Schlüsselpaaren kann nachgewiesen werden, dass eine Person ein bestimmtes Dokument digital signiert hat Durch einen speziellen Signier-Algorithmus kann der Besitzer eines privaten Schlüssels für ein bestimmtes Dokument eine digitale Signatur erstellen lassen Die generierte digitale Signatur ist ausschließlich für das eine signierte Dokument gültig. Möchte man ein anderes Dokument signieren, muss der Vorgang wiederholt werden. Anschließend kann über den öffentlichen Schlüssel der Person nachgewiesen werden, ob die Signatur authentisch ist oder nicht Folie 42 von 50

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45 Zertifikate Folie 45 von 50

46 Zertifikate Zertifkate dienen zur Sicherstellung der Echtheit von öffentlichen Schlüsseln und weren von sog. Zertifizierungsstellen ausgestellt Ein Zertifikat enthält Informationen über den Namen des Inhabers, dessen öffentlichen Schlüssel, eine Seriennummer, eine Gültigkeitsdauer und den Namen der Zertifizierungsstelle Um die Echtheit des Zertifikates zu garantieren, wird dem Zertifikat eine digitale Signatur einer vertrauenswürdigen Organisation oder Instanz (z. B. eine Behörde) aufgeprägt. Durch dessen Signatur kann die Integrität und Echtheit des Zertifikates nachgewiesen werden. In Deutschland übernimmt die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen die Rolle der höchsten Zertifizierungsinstanz Folie 46 von 50

47 Hybride Systeme Folie 47 von 50

48 Hybride Systeme Hybride Systeme arbeiten gemischt mit asymmetrischen und symmetrischen Verschlüsselungsverfahren, was einen großen Geschwindigkeitsvoteil bringt Ein typisches Anwendungsbeispiel ist der Austausch des»session-keys«bei sicherheitskritischen Internet-Anwendungen (z. B. Onlinebanking) Hierbei einigen sich beide Gegenstellen zuerst anhand von Zertifikaten und asymmetrischer Kryptographie auf einen Sitzungsschlüssel, welcher dann für eine symmetrische (und ressourcensparende) Verschlüsselung genutzt wird. Bei vertrauenswürdigen Zertifikaten eine sichere Methode um den Geheimschlüssel für symmetrische Kryptographie zu übertragen Folie 48 von 50

49 Hybride Systeme Wie wird ein Session-Key generiert? (stark vereinfacht) 1. Dienstleister (Server) und Kunde (Client) bauen eine Verbindung auf 2. Server sendet seinen Public Key und ein Zertifikat, das die Echtheit des Public Keys bestätigt, an den Client 3. Client überprüft Zertifikat 4. Wenn Zertifikat vertrauenswürdig, generiert Client einen symmetrischen Schlüssel, welcher asymmetrisch mit dem Public Key des Servers verschlüsselt wird 5. Server erhält den Schlüssel und leitet eine symmetrisch verschlüsselte Verbindung zwischen sich und Client ein Folie 49 von 50

50 ENDE. 3. Fragen, Diskussion Danke für eure Aufmerksamkeit Folie 50 von 50