IT-Sicherheit Kapitel 11 SSL/TLS

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1 IT-Sicherheit Kapitel 11 SSL/TLS Dr. Christian Rathgeb Sommersemester

2 Einführung SSL/TLS im TCP/IP-Stack: SSL/TLS bietet (1) Server-Authentifizierung oder Server und Client- Authentifizierung (2) Vertraulichkeits- und Integritätsschutz auf Transportschicht zwischen Client und Server (3) Absicherung von Anwendungssitzungen (z.b. https) 2

3 Einführung Secret Socket Layer (= SSL) erste Version von Netscape im Jahr 1994 entwickelt aktuelle Version: v3 Transport Layer Security (= TLS) standardisierte SSL-Version standardisiert von der Internet Engineering Task Force (IETF) letzte Version: RFC 5246: The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2 Version abwärtskompatibel mit SSLv3 3

4 Einführung TLS-Architektur: 4

5 Einführung Die vier TLS-Protokolle: 1. Handshake Protocol: Authentifizierung des Servers evtl. auch des Clients; Erzeugung des Master-Schlüssels; Verhandlung der Cipher Suite 2. ChangeCipherSpec Protocol: Aktivierung der ausgehandelten Cipher Suite 3. Alert Protocol: Ausgabe von Fehlermeldungen, Warnungen, etc. 4. Record Protocol: Formatierung der Nachrichten der anderen Protokolle, symmetrische End-to-End Verschlüsselung 5

6 Handshake Protocol Übersicht: 6

7 Handshake: Schlüsselaustausch: Nach dem Handshake Protocol teilen sich Server und Client einen geheimen Schlüssel, der sog. Master-Schlüssel. Von diesem Master-Schlüssel werden alle Sitzungsschlüssel für die Verschlüsselung sowie Integritätsschutz abgeleitet. TLS unterstützt vier Protokolle zur Vereinbarung des Master- Schlüssels: RSA, Anonymous Diffie-Hellman, Ephemeral Diffie-Hellman und Fixed Diffie-Hellman. In Abhängigkeit der gewählten Methode unterscheiden sich die Phasen 2 und 3 des Handshake Protocols. 7

8 RSA: Der Server sendet seinen öffentlichen RSA-Schlüssel an den Client. Der Client erzeugt einen Pre-Master-Schlüssel und sendet diesen RSA verschlüsselt an den Server. Der Server entschlüsselt den Pre-Master-Schlüssel mit dem privaten RSA-Schlüssel. 8

9 Anonymous Diffie-Hellman: Client und Server tauschen unsignierte Diffie-Hellman-Werte aus. Client und Server berechnen den Pre-Master-Schlüssel als Diffie- Hellman-Schlüssel. Man-in-the-Middle-Angriff möglich! 9

10 Ephemeral Diffie-Hellman: Client und Server tauschen Diffie-Hellman-Werte aus, die von Client bzw. Server mit DSA oder RSA signiert wurden. Client und Server berechnen den Pre-Master-Schlüssel als Diffie- Hellman-Schlüssel. 10

11 Fixed Diffie-Hellman: Client und Server tauschen feste Diffie-Hellman-Werte aus, die von der CA signiert wurden. Client und Server berechnen den Pre-Master-Schlüssel als Diffie- Hellman-Schlüssel. 11

12 Handshake Phase 1: Client gibt die unterstützten Cipher Suites und die Kompressionsmethode an. Server wählt die Cipher Suite und die Kompressionsmethode aus. Client sendet eine Session ID mit, falls eine bestehende Sitzung schon existiert. Server öffnet neue Sitzung, falls die vom Client gewählte Session ID nicht existiert. Client und Server tauschen Zufallszahlen aus. 12

13 Handshake Phase 2: 13

14 Schlüsselaustausch in Phase 2: 14

15 Handshake Phase 3: 15

16 Schlüsselaustausch in Phase 3: 16

17 Handshake Phase 4: Die ChangeCipherSpec Nachricht gibt an, dass Client bzw. Server die vereinbarte Cipher Suite aktiviert. Die Finished Nachricht gibt an, dass Client und Server den gleichen Master-Schlüssel vereinbart haben. 17

18 Handshake Protocol auf einen Blick: Grau hinterlegte Nachrichten sind optional. 18

19 CertificateVerify in Phase 3: Client beweist, dass er im Besitz des privaten Schlüssels ist, der zu dem im Zertifikat angegebenen öffentlichen Schlüssel gehört. Client sendet einen Hashwert über Daten, die dem Server auch vorliegen und signiert diesen Hashwert mit dem privaten Schüssel. bei RSA: MD5(handshake_messages) bei DSA: SHA1(handshake_messages) handshake_messages: alle bisher gesendeten Handshake- Nachrichten 19

20 ChangeCipherSpec Protocol Cipher Suites: Eine Cipher Suite besteht aus folgenden Komponenten: Verschlüsselungsalgorithmus + Schlüssel Message Authentication Codes + Schlüssel Das CipherSuiteSpec Protocol aktiviert die zuvor ausgehandelte Cipher Suite 20

21 ChangeCipherSpec Protocol TLSv1.0: 28 Cipher Suites TLSv1.1: 19 Cipher Suites (RC2 nicht mehr unterstützt) TLSv1.2: 37 Cipher Suites (AES 128/256 unterstützt) 21

22 Alert Protocol Fehlermeldungen: 22

23 Record Protocol Das Record Protocol ist die unterste Ebene im SSL/TLS-Protokoll. Aufgaben des Record Protocols: 1. Verschlüsselung und MAC-Berechnung 2. Einteilung der Daten in Fragmente und Komprimierung Bei kleinen Datenpaketen kann es aufgrund Formatierungskonvention zu einer Vergrößerung der Datenmenge kommen Das Standardverfahren ist die NULL-Komprimierung 23

24 Record Protocol 24

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