Sicherheit und Kryptographie im Internet
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- Hetty Beyer
- vor 7 Jahren
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Transkript
1 Sicherheit und Kryptographie im Internet
2 Jörg Schwenk Sicherheit und Kryptographie im Internet Theorie und Praxis 4., überarbeitete und erweiterte Auflage
3 Jörg Schwenk Lehrstuhl für Netz- und Datensicherheit Ruhr-Universität Bochum Bochum, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden 2002, 2005, 2010, 2014 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.
4 Für meine Eltern, ohne die dieses Buch nie geschrieben worden wäre.
5 Vorwort Für die hier vorliegende 4. Auflage wurde das Buch grundlegend überarbeitet. Die Reihenfolge der Kapitel wurde an die in Vorlesungen zu Computernetzen übliche angepasst: Zunächst werden Sicherheitstechnologien der unteren Netzwerkschichten eingeführt, um dann das TCP/IP-Schichtenmodell nach oben hin zu durchlaufen. Dies ist auch deshalb sinnvoll, weil Sicherheitsmechanismen auf der Anwendungsebene of darunter liegende Protokolle nutzen. So beruht z.b. die Sicherheit von Single-Sign- On-Protokolle und die Sicherheit von Webanwendungen ganz wesentlich auf den Eigenschaften des SSL/TLS-Protokolls, das daher vorher erläutert werden muss. Alle Kapitel wurden erweitert und aktualisiert, der Umfang der behandelten Technologien wurde erheblich ausgeweitet. In Kapitel 2 werden EAP-Protokolle und PPT- Pv2 vorgestellt. Kapitel 3.2 wurde um Abschnitte zu WEP, RC4, WPA, IEEE 802.1X und IEEE i erweitert. In Kapitel 5 wurde der Abschnitt zu NAT Traversal hinzugefügt. Das zentrale Thema SSL/TLS wurde um Abschnitte zu neuen Angriffen und zu neuen formalen Analysen ergänzt. In einem neuen Kapitel zur Sicherheit von Webanwendungen werden deren Bausteine (HTTP und HTML 5) erläutert, klassische Webangriffe (XSS, CSRF, SQLi) beschrieben, und als wichtiger Sonderfall Single-Sign- On-Protokolle behandelt. Auch die behandelten, praktisch relevanten Angriffsszenarien wurden erweitert: Die Neuauflage behschreibt erstmals Padding Oracle-Angriffe auf Blockchiffren im CBC- Modus (Abschnitt 1.7.2), Wörterbuchangriffe (Abschnitt 2.5.1), der Angriff auf WEP (Abschnitt 3.3.4), Angriffe auf IPSec (Abschnitt 5.7), neue Angriffe auf SSL/TLS (Abschnitt 7.10) und, wie schon oben erwähnt, klassische Angriffe auf Webanwendungen. Ziel war es auch, die Abhängigkeiten verschiedener Bereiche voneinander klarer darzustellen. Als Beispiel seien hier die EAP-Protokolle genannt: Sie wurden erstmals im Zusammenhang mit PPP genannt (Abschnitt 2.7), werden heute hauptsächlich im WLAN-Bereich eingesetzt (Abschnitt 3.5), und verwenden Mobilfunk- und SSL- Technologien (Abschnitte 4.3, 7.7). Diese Neuauflage wurde unterstützt durch den Wettbewerb Aufstieg durch Bildung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Hier wurden im Rahmen des Projekts Open Competence Center for Cyber Security die Module Netzsicherheit 1 und 2 entwickelt, deren Stoffumfang durch dieses Buch abgedeckt wird. Bedanken möchte ich mich bei den Probelesern der einzelnen Kapitel, die mitgeholfen haben, die Anzahl der Druckfehler zu minimieren: Florian Feldmann, Dennis Felsch, Matthias Horst, Tibor Jager, Christian Mainka, Vladislav Mladenov und Marcus Niemietz. Ein ganz besonderer Dank geht an Christoph Bader und Florian Bergsma, die mich inhaltlich und bei allen Fragen rund um LaTeX unterstützt haben. Bochum im Juni 2014 Jörg Schwenk
6 Inhaltsverzeichnis Vorwort... 1 Kryptographie und das Internet WasistdasInternet BedrohungenimInternet PassiveAngriffe AktiveAngriffe Kryptographie SymmetrischeKryptographie Symmetrische Verschlüsselung Blockchiffren Stromchiffren Hashfunktionen Message Authentication Codes (MAC) und Pseudozufallsfunktionen Public-KeyKryptographie Asymmetrische Verschlüsselung DigitaleSignatur Diffie-Hellman Schlüsselvereinbarung RSA ElGamal DSSundDSA Hybride VerschlüsselungvonNachrichten KryptographischeProtokolle Username/Password OneTimePassword Challenge-and-Response Certificate/Verify AngriffeaufKryptographischeVerfahren Angriffe auf Verschlüsselung Padding Oracle-Angriffe auf den CBC-Modus von Blockchiffren AngriffeaufHashfunktionen AngriffeaufMACunddigitaleSignaturen AngriffeaufProtokolle Zertifikate X PublicKeyInfrastrukturen(PKI) GültigkeitvonZertifikaten Point-To-Point Sicherheit PPP-Sicherheit PPP PPP-Authentisierung vii
7 x Inhaltsverzeichnis 2.4 PPP-Verlängerungen Der PPTP-Angriff von Mudge und Schneier Wörterbuchangriffe ÜbersichtPPTP-Authentifizierungsoptionen AngriffaufOption AngriffaufOption PPTPv EAP-Protokolle LightweightExtensibleAuthenticationProtocol(LEAP) EAP-TLS EAP-TTLS EAP-FAST WeitereEAP-Methoden AAA: Authentication, Authorization and Accounting RADIUS Diameter Drahtlose Netzwerke (WLAN) LocalAreaNetworks(LAN) EthernetundandereLAN-Technologien LAN-spezifischeAngriffe Nicht-kryptographische Sicherungsmechanismen WirelessLAN Nichtkryptographische Sicherheitsfeatures von IEEE WiredEquivalentPrivacy(WEP) Funktionsweise von WEP RC SicherheitsproblemevonWEP DerAngriffvonFluhrer,MantinundShamir Wi-FiProtectedAccess(WPA) IEEE 802.1X IEEE i Mobilfunk GSMundGPRS UMTSundLTE Einbindung ins Internet: EAP EAP-SIM EAP-AKA IP Sicherheit (IPSec) InternetProtocol(IP) Datenstrukturen Routing Erste Ansätze
8 Inhaltsverzeichnis xi Hybride Verschlüsselung SimpleKeyManagementforInternetProtocols(SKIP) IPSec: Überblick SPI und SA Software-Module Senden eines verschlüsseltenip-paketsvonanachb Einsatzmöglichkeiten IPSecDatenformate Transport und Tunnel Mode Authentication Header EncapsulationSecurityPayload(ESP) KryptographischeAlgorithmen IPv IPSec Schlüsselmanagement Station-to-StationProtocol Photuris SKEME OAKLEY ISAKMP IKE NeuereEntwicklungenbeiIPSec IKEv Private IP-Adressen und Network Address Translation (NAT) NATTraversal AngriffeaufIPSec IP Multicast IP Multicast Zentralisierte Schlüsselvereinbarung fürgruppen Pay-TV Schlüsselmanagement DieLogicalKeyHierarchy(LKH) Diffie-Hellman-basierte Schlüsselvereinbarungsverfahren für Gruppen Das Konferenzschlüsselsystem von Ingemarsson, Tang und Wong [ITW82] DasBurmester-Desmedt-Protokoll[BD94] Protokolle zur Aufnahme und zum Ausschluss von Mitgliedern Iterierter Diffie-Hellman WWW-Sicherheit mit SSL DasHypertextTransferProtokoll(HTTP) HTTP-Sicherheitsmechanismen Basic Authentication fürhttp Digest Access Authentication fürhttp HTML-FormularemitPassworteingabe
9 xii Inhaltsverzeichnis 7.3 SecureHTTP ErsteVersuche:SSL2.0undPCT SSL PrivateCommunicationTechnology SSL 3.0: Sicherheitsschicht übertcp SSLRecordLayer SSL Handshake Übersicht AuthentisierungdesClient VerkürzterSSL-Handshake DieNachrichtenimSSL-Handshake Abgleich der Fähigkeiten: ClientHello und ServerHello Schlüsselaustausch: Certificate und ClientKeyExchange Synchronisation:[ChangeCipherSpec]undFinished Optionale Authentisierung des Clients: CertificateRequest, CertificateundVerify SSLAlertProtocol TLS:DerInternet-Sicherheitsstandard NeueAlert-Nachrichten Konsequenter Einsatz von HMAC DiePRF-FunktionvonTLS Erzeugung des Schlüsselmaterials CertificateVerify Finished TLSCiphersuites AngriffeaufSSL AngriffeaufdenHandshake Angriffe auf den Handshake: Der Bleichenbacher-Angriff AngriffeaufdenRecordLayer AngriffeaufZertifikateundihreValidierung AngriffeaufdieGUIdesBrowsers FormaleAnalysenvonTLS Formale Sicherheitsmodelle für Authentische Schlüsselvereinbarung (AKE) Authenticated and Confidential Channel Establishment (ACCE) Logische Analysen PraktischeAspekte Sourcecode Die PKI fürssl ExtendedValidation-Zertifikate ClientZertifikate SSL ohne PKI TLS 1.1 und TLS
10 Inhaltsverzeichnis xiii 8 Datenverschlüsselung: PGP PGP-DieLegende Die Anfänge DieAnklage DasMITundPGPInternational PGP mit Hintertür FreewareaufdemWegzumIETF-Standard PGP-DieImplementierung Dateiverschlüsselung und - signatur Schlüsselverwaltung: GPG Schlüsselbund Vertrauensmodell:WebofTrust OpenPGP:DerStandard StruktureinesOpenPGP-Pakets VerschlüsselungundSignatureinerTestnachricht LiteralDataPacket(Tag11) SignaturePacket(Tag2) CompressedDataPacket(Tag8) SymmetricallyEncryptedDataPacket(Tag9) Public-KeyEncryptedSessionKeyPacket(Tag1) Radix-64-Konvertierung AngriffeaufPGP AdditionalDecryptionKeys Manipulation des privaten Schlüssel S/MIME nach RFC Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) S/MIME Vorbereitungen zum VerschlüsselnoderSignieren Verschlüsselung Signatur Signatur und Verschlüsselung Schlüsselmanagemnent Inhalt eines S/MIME Zertifikats PKCS#7undCMS CryptographicMessageSyntax(CMS) SignedData EnvelopedData PEM POP3 und IMAP POP IMAP DNS Security
11 xiv Inhaltsverzeichnis 10.1 DasDomainNameSystem(DNS) GeschichtedesDNS DomainnamenunddieDNS-Hierarchie ResourceRecords DNS-ServerundDNS-Resolver AuflösungvonDomainnamen DNSQueryundDNSResponse AngriffeaufdasDNS DNSSpoofing DNSCachePoisoning Name Chaining DerKaminski-Angriff DNSSEC NeueRR-Datentypen Sichere NamensauflösungmitDNSSEC ProblememitDNSSEC Sicherheit von Webanwendungen Bausteine von Webanwendungen Architektur von Webanwendungen HypertextMarkupLanguage(HTML) Uniform Ressource Locators (URLs) und Uniform Ressource Identifiers(URI) JavascriptunddasDocumentObjectModel(DOM) DieSameOriginPolicy(SOP) Cascading Stylesheets Web 2.0 und AJAX HTTP Cookies HTTPRedirect HTMLFormulare SicherheitvonWebanwendungen Cross-SiteScripting(XSS) Cross-SiteRequestForgery(CSRF) SQL-Injection(SQLi) DasKerberos-Protokoll Funktionsweise Kerberosv5undMicrosoftsActiveDirectory Single-Sign-On-Verfahren MicrosoftPassport OpenID XML- und Webservice-Sicherheit extensiblemarkuplanguage Was ist XML?
12 Inhaltsverzeichnis xv XML Namespaces DTDundXMLSchema XPath XSLT XMLSignature XMLEncryption SecurityAssertionMarkupLanguage(SAML) Ausblick: Herausforderungen der Internetsicherheit Informierte Entscheidungen anstelle von Buzzwords SSL/TLSsicherkonfigurieren HTML Default-VerschlüsselungdesgesamtenDatenverkehrs Verständnis neuer Technologien NeueEinsatzszenarien Kryptographische Erkenntnisse müssen in die Praxis umgesetzt werden Literaturverzeichnis Index
Inhaltsverzeichnis Vorwort Kryptographie und das Internet Point-To-Point Sicherheit
Inhaltsverzeichnis Vorwort... 1 Kryptographie und das Internet... 1 1.1 WasistdasInternet... 2 1.2 BedrohungenimInternet... 5 1.2.1 PassiveAngriffe... 5 1.2.2 AktiveAngriffe... 6 1.3 Kryptographie... 7
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