MMS Übung 1. Caesar Chiffre im Hinblick auf Robustheit Multimedia Sicherheit Übung 1 1

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1 MMS Übung 1 Caesar Chiffre im Hinblick auf Robustheit Multimedia Sicherheit Übung 1 1

2 Caesar Chiffre Wurde nach dem römischen Feldherrn Gaius Julius Caesar benannt Benutzt für die geheime Kommunikation im Militär Ist eine monoalphabetische Substitutions Chiffre Jedes Klartext Zeichen wird durch ein Chiffretext Zeichen ersetzt Z.B. jeden Buchstaben im Alphabet zyklisch nach rechts rotieren Die Rotationslänge ist dabei der Schlüssel Entschlüsseln: Umgekehrte Ersetzung der Zeichen Entspricht mathematisch einer Modulo Addition Buchstabe a wird zu d verschlüsselt Rotationslänge = Schlüssel = Multimedia Sicherheit Übung 1 2

3 Robustheit Def.: Nach Manipulation des Chiffrats ist Entschlüsselung möglich Beispiel: Schlüssel: Verschiebung des Alphabets um 3 Buchstaben Klartext: Sicherheit in Multimedia Systemen Chiffrat: Vlfkhukhlw lq Pxowlphgld Vbvwhphq Absatz hinzufügen: Mitte: aeif Aiehfoi Ende: xqg Dqzhqgxqjhq Chiffrat: Vlfkhukhlw lq aeif Aiehfoi Pxowlphgld Vbvwhphq xqg Dqzhqgxqjhq Klartext: Sicherheit in xbfc Xfbeclf Multimedia Systemen und Anwendungen Beim verbinden von 2 Chiffraten/Hinzufügen von willkürlichen Zeichen wird korrekt entschlüsselt Manipulation von Zeichen: Vlfkhunhlw lq Pxollphgld Vlvwhqhq Chiffrat: Vlfkhunhlw lq Pxollphgld Vlvwhqhq Klartext: Sicherkeit in Muliimedia Sistenen Beim Manipulieren von willkürlichen Zeichen kann der Klartext trotzdem entschlüsselt werden Bei jeglicher Bearbeitung des Chiffrats ist eine Entschlüsselung möglich Bis zu einem gewissen Grad der Bearbeitung ist der Sinn des Klartextes erkennbar Kann man hier mit Multimedia Sicherheit Übung 1 3 Fehlerkorrektur arbeiten?

4 Literatur Bild 1: Bild 2: Caesar3.svg.png Verschl%C3%BCsselung Buch: S. Spitz M. Pramateftakis, J. Swoboda: Kryptographie und IT Sicherheit, 2. überarbeitete Auflage; Vieweg+Teubner Verlag, Multimedia Sicherheit Übung 1 4

5 Robuste Verschlüsselung von Text Blockchiffre: Output Feedback Mode (OFB-Mode) Die Berechnung der Initialisierungsvektoren ist unabhängig vom Plain- und Chiffretext. Bitfehler im Chiffretext wirken sich exakt auf das korrespondierende Bit im Plaintext aus und nicht auf den gesamten Block oder gar darauf folgende. Daraus folgt: Robustheit dieses Chiffrieralgorithmus gegen Fehler im Chiffretext.

6 Symetrische Kodierungsschema (Verschlüsselung) Base Jedes Zeichen in ASCII umwandeln, danach das Ergebnis Binär umwandeln. 1. Binäre Reihenfolgen von jedem Zeichen zusammenhängen. 2. Die Ergebnis Reihenfolge in Abschnitte zu 6 Bits aufteilen. 3. Mit Hilfe des Schlüssels(Tabelle) die 6 Bits Reihenfolge in Buchstaben umwandeln. 4. Die neu entstandenen Buchstaben sind das Ergebnis der Verschlüsselung. Für Verschlüsselung kann ein Schlüssel zum Kodierungsschema hinzugefügt werden. 1. test >116, 101, 115, 116 > ('d'), 6('G'), 21('V'), 51('z'), 29('d'), 0('A'), 0('A'), 0('A') 4. dgvzda== Sicherheit: Statistische? Angriffe vs. Synchronisierung

7 Weitere symmetrische Kodierungsschemas ROT13 Dabei wird der Buchstabe des Alphabets um 13 stellen verschoben, also A wird zu N und gleichzeitig N zu A. Beispiel = Orvfcvry Flip Mit der Flip Funktion werden die Buchstaben durch Zeichen ersetzt, welche ihnen entsprechend ähnlich sehen, allerdings scheinbar um 180 gedreht sind. Die einfachste Methode, solche Texte zu lesen, ist den Bildschirm auf den Kopf zu stellen. Beispiel = lǝıdsıǝq Leetspeak bezeichnet das Ersetzen von Buchstaben durch ähnlich aussehende Ziffern oder Sonderzeichen. Beispiel = 83!5!31 Flip und Leetspeek: Was Quelle: passiert, wenn? Formatwandlungen Sonderzeichen nicht unterstützen

8 Verwendung Bei der Übertragung der E Mail Anhängen (MIME) Bei der Übertragung der graphischen Dateien an den Browser Free Software Tools: Base64: Encoder/Decoder John s Base64 Encoder / Decoder ROT13 Encoder/Decoder 13/ Online TextEncoder Encoder/Decoder Tool

9 PKE Text Verschlüsselung Definition: PKE = Public Key Kryptosystem (Public Key Encryption) Das System funktioniert ohne einen gemeinsamen geheimen Schlüssel für die Parteien Schlüsselgenerierung: Öffentlicher Schlüssel (Public Key), geheimer Schlüssel (Secret Key) 2 Algorithmen: PKE.Encrypt und PKE.Decrypt Öffentlicher und geheimer Schlüssel Öffentlicher Schlüssel: Veröffentlichter Schlüssel, der zum entschlüsseln von Daten (hier : Text) verwendet wird Geheimer Schlüssel: Schlüssel, der zum entschlüsseln von verschlüsselten Daten (Text) mit dem dazugehörigen öffentlichen Schlüssel verwendet wird. Robuste Verschlüsselung Quelle: Verschlüsselungsverfahren von Daten, sodass sie weitere Verarbeitungsschritte überstehen Es gibt nur einen einzigen Schlüssel, der den verschlüsselten Text wieder entschlüsseln kann. Von Kollisionen spricht man, wenn es mind. 2 Schlüssel gibt, die dieselbe Nachricht entschlüsseln können Payman Mohassel, A Closer Look at Anonymity and Robustness in Encryption Schemes, University of Calgary Welcher? Robustheitsbegriff liegt hier zugrunde

10 Schwache Robustheit Einer der wichtigsten Verfahren ist die schwache Robustheit Kommunikation bei Schwacher Robustheit und möglicher Angriff Alice pk 0,pk 1 pk n Bob c i,b i d = Dec(sk bi,c i )... M PKE.Encrypt(PK, M) = C ; PKE.Decrypt(SK, C ) = M oder PKE.Decrypt(SK, C) = Angriff erfolgreich, wenn die Entschlüsselung nicht scheitert. Quelle: 1. pages.cpsc.ucalgary.ca/~pmohasse/ac2010.pptx 2. Payman Mohassel, A Closer Look at Anonymity and Robustness in Encryption Schemes, University of Calgary

11 Beispiel : Schwache Robustheit Mögliche Variante einer konkreten Kommunikation der schwachen Robustheit Alice pk 0,pk 1 c* 1 = Enc(pkb,k*), c* 2 = SE(skc2*,m) m Bob (c* 1, c 2 = c* 2 ), 1 b Angriff nur erfolgreich, wenn Angreifer c* 1 und c* 2 kennt, sonst wird die Kommunikation scheitern. Quelle: 1. pages.cpsc.ucalgary.ca/~pmohasse/ac2010.pptx 2. Payman Mohassel, A Closer Look at Anonymity and Robustness in Encryption Schemes, University of Calgary

12 Robust Text Encryption (Plaintext) Using a symmetric encryption o o o Make use of a Block Chiffre Only modified Block (or some of the next) are damaged Problem: Not robust enough! Manipulations: o Adding / Replacement / Removing of characters Use Error Correction for Blocks o o Classical Error Correction often insufficient Solution: Natural language properties

13 Robust Text Encryption (Plaintext) Provide robust encryption for Rich Text Modifications like Bold, Italic, Underlined on an encrypted text should not be discarded after decryption Solution: Use additional Meta Information Meta Information contains font characteristics (size, style, etc.) Plaintext still gets encrypted, but Meta Information does not! Original text is not influenced by manipulating the text properties/format Wie wird zwischen Text? und Format synchronisiert

14 Robuste Verschlüsselung von Text Text mit Blockchiffre (z.b. AES) verschlüsseln und Cyphertext mit fehlerkorrigierendem Code verknüpfen

15 Szenario: Cloud Storage Alice speichert viele verschlüsselte Textdaten in der Cloud möchte komplexe Datenverarbeitungen in der Cloud ausführen Problem: Berechnungen auf verschlüsselten Daten? Optionen: o Provider vertrauen o Daten herunterladen und Verarbeitungen lokal ausführen

16 Homomorphe Verschlüsselung Homomorphismus: o Abbildung f: A > B o f(a) + f(b) = f(a + b) Inwiefern sind? homomorphe Verschlüsselungen robust Beispiel: RSA o e(m) = c = m e mod n o d(c) = d(m e mod n) = (m e ) d mod n = m o e(a) * e(b) = a e * b e mod n = (a * b) e mod n = e(a * b)

17 Homomorphe Verschlüsselung Alice kann komplexe Verarbeitungen in der Cloud auf verschlüsselten Textdaten durchführen lassen Beispiele: o Datenbanken o elektronische Wahlen o Outsourcing von Unternehmensdaten (Text)

18 Forschungsgebiet: Fully Homomorphic Encryption bisher nur für einzelne Rechenoperationen Homomorphe Verschlüsslungsverfahren, die z.b. für Addition und Multiplikation funktionieren, werden immer noch gesucht viele wissenschaftliche Veröffentlichungen

19 Quellen https://de.wikipedia.org/wiki/kryptographie# Homomorphe_Verschl.C3.BCsselung https://de.wikipedia.org/wiki/cloud Computing#Vorteile_und_Probleme cache/gentrythesis.pdf

20 Scramble! A PrimeLife Project Deliverable Extension for Mozilla Firefox End to Ende encryption based on OpenPGP Messages in the online social network only visible to authorized users who own the encryption key Image source: Filipe Beato (K.U.Leuven) Scramble!. In Stefanie Pötzsch (Editor). Privacy enabled Communities Demonstrator. Technical Report

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