KYPTOGRAPHIE und Verschlüsselungsverfahren

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1 KYPTOGRAPHIE und Verschlüsselungsverfahren 1

2 Kryptographie Abgeleitet von zwei griechischen Wörtern: kryptós - verborgen Gráphein - schreiben Was verstehen Sie unter Kryptographie bzw. was verbinden Sie damit? 2

3 Kryptographie Vereinfacht: Das Verschlüsseln von Daten/Botschaften jeglicher Art. 3

4 Ziele der Kryptographie(1) 1. Vertraulichkeit: Sicherstellung, dass nur derjenige die Nachricht empfängt und lesen kann, für den sie auch bestimmt war. 2. Integrität: Der Empfänger soll feststellen können, ob die Daten/Nachricht nach ihrer Erzeugung verändert wurden. 4

5 Ziele der Kryptographie(2) 3. Authentizität: Absender oder Urheber von Daten / Nachrichten sollen identifizierbar sein. 4. Verbindlichkeit: Nachweis der Urheberschaft Daten/Nachricht. Beachte: Es werden nicht alle Ziele durch ein Verfahren allein abgedeckt 5

6 Historische Verschlüsselung Römer Einfache Verschlüsselungstechnik(Buchstabentausch) Freimaurer eigenes Alphabet, jeder Buchstabe wird einem Zeichen zugeordnet (monoalphabetische Verschlüsselung) deutsche Truppen verwendeten während des zweiten Weltkrieges eine Verschlüsselungsmaschine, die Enigma. 6

7 Moderne Verschlüsselungssysteme Arbeiten schlüsselbasiert Basis bildet elektronischer Schlüssel (variabel und individuell) Schlüsselnutzung bei: Verschlüsselung + Entschlüsselung 7

8 Kryptographische Verfahren 1. symmetrische Verschlüsselungsverfahren 2. asymmetrische Verschlüsselungsverfahren 3. Hybride Verschlüsselungsverfahren 4. PKI und Digitale Signatur 8

9 Symmetrische Verschlüsselung Auch Private Key- oder Secret Key Encryption genannt. Ver- und Entschlüsselung nutzen den gleichen Schlüssel. 9

10 Vorteile: Symmetrische Verschlüsselung Einfaches Schlüsselmanagement da nur ein Schlüssel für Ent- und Verschlüsselung Hohe Geschwindigkeit für Ent- und Verschlüsselung 10

11 Funktion Symmetrische Verschlüsselung 1 Schlüssel für Entschlüsselung + Verschlüsselung 11

12 Nachteile Symmetrische Verschlüsselung Nur ein Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung Schlüssel muss über einen sicheren Weg übermittelt werden Anzahl der Schlüssel bezogen auf die Anzahl der Teilnehmer wächst enorm 12

13 Encryption Standards Symmetrische Verschlüsselung DES (Data Encryption Standard) Triple-DES AES (Advanced Encryption Standard) IDEA (International Data Encryption Algorithm) Blowfish Twofish CAST-128, CAST-256 RC2, RC4, RC5, RC6 Fox 13

14 Asymmetrische Verschlüsselung Auch Public-Key-Verfahren genannt Identität des Absenders ist eindeutig Berechnet nach mathematischem Verfahren Bestehend aus einem sich ergänzenden Schlüsselpaar (Public Key + Private Key) 14

15 Das Schlüsselpaar Asymmetrische Verschlüsselung Private Key Public Key geheimer Schlüssel (Entschlüsselung der Daten / Erzeugung Signatur) nicht geheim (Daten verschlüsseln/ Überprüfung Signaturen auf ihre Authentizität) 15

16 Funktion Asymmetrische Verschlüsselung 16

17 Beispiel Asymmetrische Verschlüsselung 2) Er drückt den Absenden -Button. Bevor die Nachricht verschickt wird, erfragt das Programm den öffentlichen Schlüssel des Shops. 5) Nur mit diesem Schlüssel ist es möglich die Daten wieder lesbar zu machen. 3) Anhand des Public Key werden die Daten für dritte unlesbar gemacht. 1) Ein Internetnutzer gibt vertrauliche Daten in ein Webformular bei einem Internetshop, der SSL Zertifiziert ist, ein. 4) Das kann nur der Shop der den private Key hat. 17

18 Verfahren Asymmetrische Verschlüsselung 1977: RSA Erfunden von Ronald L. Rivest, Adi Shamir und Leonard Adleman 1978: McEliece - basierend auf Decodier-Problem für Goppa-Codes 1979: Rabin beruht auf dem auf dem Faktorisierungsproblem und ist mit RSA verwandt 1984: Chor-Rivest 1985: Elgamal - basierend auf diskretem Logarithmus 18

19 RSA-Verfahren Asymmetrische Verschlüsselung 1978 vorgestellt (R.L.Rivest, A.Shamir, L.Adleman ) Verschlüsselung + digitale Signatur Sicherheit weder bewiesen noch widerlegt durch Kryptoanalyse Sicherheit beruht auf Schwierigkeit der Faktorisierung von großen Zahlen Öff. und priv. Schlüssel hängen von einem Paar großer Primzahlen ab ( Stellen) 19

20 Vorteile Asymmetrische Verschlüsselung Relativ Hohe Sicherheit Benötigt weniger Schlüssel wie symmetrisches Verschlüsselungsverfahren Weniger Aufwand bei Geheimhaltung des Schlüssels Kein Verteilungsproblem - Public Key für jeden ohne Probleme zu erreichen Möglichkeit der Authentifikation durch elektronische Unterschriften (digitale Signaturen) 20

21 Nachteile Asymmetrische Verschlüsselung Sehr rechenaufwändig Langsam ca x langsamer als symmetrisch Probleme bei mehreren Empfänger - jedes Mal muss extra verschlüsselt werden Sicherheitsrisiko durch für jeden zugänglichen Public Key (Man in the Middle) Lösung:???? Durch Einsatz einer Public Key Infrastructure (PKI) lassen sich diese Probleme verhindern! 21

22 Hybride Verschlüsselung 22

23 Hybride Verschlüsselung 23

24 Public Key Infrastructure (PKI) Ist die Zertifizierungsstelle jeder Benutzer kennt den Public Key der Zertifizierungsstelle nur die Zertifizierungsstelle hat den passenden Schlüssel als Gegenstück die Zertifizierungsstelle erstellt einen Text und verschlüsselt diesen mit ihrem geheimen Schlüssel weil der Schlüssel der Zertifizierungsstelle jedem bekannt ist, kann den Text jeder lesen 24

25 Public Key Infrastructure (PKI) Mithilfe der PKI kann man Nachrichten sicher verschlüsseln Die digitale Signatur verhindert, dass Nachrichten unbemerkt verändert werden Der Text und die Zahlen können verschlüsselt und mit der Nachricht gleich mitgeschickt werden >> Empfänger merkt, ob etwas manipuliert wurde 25

26 Public Key Infrastructure (PKI) Eine PKI bildet die Sicherheitsgrundlage für die vertrauenswürdige Nutzung von Anwendungen wie (PGP, S/Mime, ) Dokumentverschlüsselung (PDFs) Transaktionen im Finanzbereich SSL-Kommunikation VPN-Kommunikation Identifikations- und Authentisierungsprozesse (elektronischer Personalausweis) Zahlungssysteme 26

27 Public Key Infrastructure (PKI) 27

28 Bestandteile einer PKI Digitale Zertifikate: Digital signierte elektronische Daten, die sich zum Nachweis der Echtheit von Objekten verwenden lassen. Zertifizierungsstelle: (Certificate Authority, CA): Organisation, die das CA-Zertifikat bereitstellt und die Signatur von Zertifikatsanträgen übernimmt. Registrierungsstelle: (Registration Authority, RA): Organisation, bei der Personen, Maschinen oder auch untergeordnete Zertifizierungsstellen Zertifikate beantragen können. Richtigkeit der Daten wird im gewünschten Zertifikat geprüft und genehmigt den Zertifikatsantrag, der dann durch die Zertifizierungsstelle signiert wird. 28

29 Bestandteile einer PKI Zertifikatsperrliste (Certificate Revocation List, CRL) Liste mit Zertifikaten, die vor Ablauf der Gültigkeit zurückgezogen wurden. (Ungültigkeit der Zertifikatsdaten (z. B. ) oder Verlassen der Organisation) Hat definierte Laufzeit, nach Ablauf wird sie erneut aktualisiert und erzeugt. 29

30 Bestandteile einer PKI PKI muss immer Zertifikatsstatusprüfung anbieten Offline-Statusprüfung Neben der CRL (Zertifikatsperrliste) kann auch eine Positivliste /White-List verwendet werden - alle zum aktuellen Zeitpunkt gültigen Zertifikate werden eingetragen Online-Statusprüfungen Hier können OCSP oder SCVP zum Einsatz kommen (Validierungsdienste). Einsatz dort wo die zeitgenaue Prüfung des Zertifikates wichtig ist z. B. bei finanziellen Transfers etc. 30

31 Bestandteile einer PKI Verzeichnisdienst (Directory Service): ein durchsuchbares Verzeichnis, das ausgestellte Zertifikate enthält, meist ein AD/LDAP-Server, seltener ein X.500-Server. Validierungsdienst (Validation Authority, VA): Ein Dienst, der die Überprüfung von Zertifikaten in Echtzeit ermöglicht wie OCSP oder SCVP. 31

32 Bestandteile einer PKI Dokumentationen: Dokumente, in denen die Arbeitsprinzipien der PKI beschrieben sind. CP (Certificate Policy): In diesem Dokument beschreibt die PKI ihr Anforderungsprofil an ihre eigene Arbeitsweise. Es dient Dritten zur Analyse der Vertrauenswürdigkeit und damit zur Aufnahme in den Browser. CPS (Certification Practice Statement): Hier wird die konkrete Umsetzung der Anforderungen in die PKI beschrieben. Dieses Dokument beschreibt die Umsetzung der CP. PDS (Policy Disclosure Statement): Dieses Dokument ist ein Auszug aus dem CPS, falls das CPS nicht veröffentlicht werden soll. 32

33 Public-Key-Infrastruktur Vertrauenswürdige Zertifizierungsinstanzen CA-Hierarchie (Certification Authority) Verzeichnisdienste, Zeitstempel Root Certification Authority Certification Authority Certification Authority Certification Authority Benutzer Benutzer Benutzer Benutzer Benutzer Benutzer

34 TrustCenter Administrative Komponenten Kryptographische Komponenten API Verzeichnisdienste nach X.509 Zeitstempelmanagement Schlüsselmanagement Schlüsselspeicherung Private-Key: Zeitstempeldienst der CA Schlüsselerzeugung CA Trust

35 Ein X.509 Zertifikat ist ein elektronisches Dokument mit folgender Information: Versionsnummer Seriennummer Algorithmus ID Identität der ausgebenden Stelle (ZDA) Geltungsdauer Name des Schlüsselbesitzers Öffentlicher Schlüssel des Schlüsselbesitzers Eindeutige Identifikation des ZDA Eindeutige Identifikation des Schlüsselbesitzers Erweiterungsfeld Unterschrift des ZDA für das gesamte Zertifikat

36 Zertifikate

37 Wie erhält man ein digitales Zertifikat? Persönliches Erscheinen 1 2 Unterrichtung Dateneingabe 3 4 ausgefüllter Antrag Registrierungsstelle 6 händische Unterschrift 5 SmartCard mit Signaturschlüssel, PIN-Brief

38 Aufwand für Anwender Antragstellung, Chipkarte, Lesegerät, Software Aufwand für Zertifizierungsstelle technische und organisatorische Vorkehrungen laufende Prüfung durch Behörde verzweigtes Registrierungsstellen-Netz notwendig, das ebenfalls Voraussetzungen erfüllt nationale Regelungen; Kompatibilität mit internationalen Strukturen/Standards durch internationale Wurzelinstanz Überkreuz-Zertifizierung Clearing House unsichere Rechtsfolgen Beweiswert der Signatur beurteilt durch Richter

39 Signaturen 39

40 Signaturen Ablauf einer elektronischen Signierung mit einer digitalen Signatur: 1.Der Absender/Unterzeichner (im Beispiel: Alice) wählt die zu signierende Nutzdatei aus. 2.Die Signatur-Software des Absenders/Unterzeichners bildet über die Nutzdatei einen Hash-Wert (Prüfsumme). 3.Die vom Absender/Unterzeichner genutzte Signaturerstellungseinheit bildet aus dem Hash-Wert mit Hilfe eines geheimen Signaturschlüssels die elektronische Signatur. Der Absender/Unterzeichner verschickt die Nutzdatei und die Signatur. Alternativen sind: getrennte Dateien Containerdatei, die Nutzdatei und Signatur enthält Signatur in Nutzdatei enthalten, so z. B. bei PDF oder XML 5.Der Empfänger (im Beispiel: Bob) erhält die Nutzdatei und die Signaturdatei 6.Der Empfänger verifiziert mit einer Prüf-Software die Signatur mit Hilfe des (mit der Signatur meistens bereits mitgelieferten zum geheimen Signaturschlüssel korrespondierenden) öffentlichen Prüfschlüssels und der Nutzdatei. Viele Hersteller bieten hierfür kostenlose Prüf-Editionen ihrer Signatur-Software an, teils auch Online-Prüfung via Internet. 7.Ist die Prüfung erfolgreich, dann wurde die Datei nicht verändert, die Integrität der Daten ist sichergestellt. 8.Ist dem Absender/Unterzeichner mit einem Zertifikat der öffentliche Prüfschlüssel und damit indirekt auch dessen korrespondierender geheimer Schlüssel zugewiesen worden, kann der Absender/Unterzeichner anhand seines öffentlichen Schlüssels über ein im Internet verfügbares Zertifikatsverzeichnis identifiziert werden. In diesem Fall sollte auch die Gültigkeit des Zertifikates zum Zeitpunkt der Signaturerstellung geprüft werden. 9.Ist von der Signatur-Software des Absenders/Unterzeichners während des Signierens eine über ein Unterschriftentablett erfasste eigenhändige Unterschrift dem Hash-Wert zugeordnet worden, kann die Unterschrift im Bedarfsfall zur Identifizierung des Absenders/Unterzeichners herangezogen werden. 40

41 41

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