3 Zugangskontrolle. Zur Erinnerung: wichtiges Schutzziel ist Authentizität (1.1-6), z.b.

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1 3 Zugangskontrolle Zur Erinnerung: wichtiges Schutzziel ist Authentizität (1.1-6), z.b. Akteur, z.b. Mensch, Prozess, Maschine,... ist tatsächlich der, als der er sich gegenüber einem anderen Akteur ausgibt. Für den Nachweis der Authentizität gibt es verschiedene Methoden (vor allem kryptographisch gestützte). SS-3 1

2 Zugangskontrolle, Authentisierung (authentication): = Kontrolle der Authentizität eines Benutzers - häufig eines menschlichen Benutzers eines Rechensystems durch das Rechensystem beim Anmelden (login) Typische Alternativen für die Zugangskontrolle: Passwort, d.h. durch Wissen Chipkarte, d.h. durch Besitz Biometrie, d.h. durch Eigenschaften (Körpermerkmale) oft auch durch Kombinationen davon SS-3 2

3 3.1 Passwörter login: lohr password: ******** Benutzerkennung (user name, login name) Passwort, nicht am Bildschirm angezeigt Welcome to sunshine... Begrüßungsnachricht (authentisch??) sunshine: erste Eingabeaufforderung Zurückweisung mit login failed o.ä. wenn Benutzerkennung und/oder Passwort falsch (!) Bedeutung der Benutzerkennung: zugangsberechtigter Benutzer, für den bestimmte Benutzungsrechte vereinbart sind Kenntnis des geheimen Passworts gilt als Nachweis der Authentizität SS-3 3

4 3.1.1 Speicherung von Passwörtern in zugriffsgeschützter Datei? in Spezialbereich auf Systemplatte? Schwachstelle Sicherungskopien! verschlüsselt in schreibgeschützter Passwortdatei, z.b. mit Einträgen ( name, f(password) ) wobei f eine Einbahnfunktion (one-way function) ist: nicht notwendig geheim, aber mit unbekannter Umkehrfunktion f -1 Damit Authentisierung: 1. Suche zu eingegebenem Benutzernamen n zugehörigen Eintrag (n,x) 2. Verschlüssele eingegebenes Passwort p zu f(p) und vergleiche mit x SS-3 4

5 Achtung: während das Passwort eingetippt wird, wird es zwar nicht am Bildschirm sichtbar, aber: - es wird unverschlüsselt über eine Leitung von der Tastatur zum Arbeitsspeicher übertragen und - es erscheint zunächst unverschlüsselt im Arbeitsspeicher! Leitung sichern! Speicherschutz! SS-3 5

6 Passwörter herausfinden, wenn Passwortdatei lesbar: wenn f bekannt, potentielle Passwörter p (z.b. aus Wörterbuch) durchprobieren: prüfen, ob Eintrag (n,x) mit x=f(p) vorkommt - "Wörterbuch-Angriff" oder unwahrscheinlich, aber nicht ausgeschlossen: Benutzer n mit Eintrag (n,x) stellt fest, dass Benutzer m den Eintrag (m,x) also das gleiche Passwort hat Daher: Gutes Passwort: möglichst lange Zeichenkette (Länge 8) kryptische Zeichenkette mit Sonderzeichen, Ziffern etc. dennoch ausschließlich im Gehirn des Benutzers gespeichert! SS-3 6

7 Weitere Erschwerung von Wörterbuch-Angriffen: Passwort wird bei der Verschlüsselung mit aktuellem Zeitstempel versehen, der im Eintrag der Passwortdatei im Klartext vermerkt wird: ( name, time, f(password, time) ) Effekt: Das Durchprobieren wird erheblich aufwendiger (warum?) Passwort-Gleichheit schlägt sich nicht im Kryptotext nieder SS-3 7

8 Beispiel 1: Passwörter in Unix: Die Passwortdatei heißt /etc/passwd und ist schreibgeschützt, aber öffentlich lesbar. Passwortlänge maximal 8 Zeichen. f wird durch die Funktion crypt(3) realisiert (nicht crypt(1)!), in die das Passwort und das sogenannte salt eingehen: salt = 12 Bits, die aus Zeit und Prozessnummer berechnet werden (durch Programm passwd) Das salt findet man in der Passwortdatei als 2 Zeichen direkt vor den 11 Zeichen des Kryptotextes. Typischer Eintrag in der Passwortdatei (1 Zeile): lohr:x4scwh/da%pt2:123:97:peter Löhr:/usr/lohr:/bin/csh salt f (password, salt) SS-3 8

9 Beispiel 2: Passwörter in Linux: Ähnlich Unix, aber Passwörter sind aus /etc/passwd nach /etc/shadow ausgelagert, und diese Schatten-Datei kann nur vom Systemverwalter gelesen werden. Eintrag in /etc/passwd : lohr:x:123:97:peter Löhr:/usr/lohr:/bin/csh Eintrag in /etc/shadow : lohr:x4scwh/da%pt2:11799:0:99999:7::: SS-3 9

10 Beispiel 3: Passwörter in Windows: Windows 95/98: Windows NT etc.: bis 14 Zeichen bis 127 Zeichen Speicherung verschlüsselt und zugriffsgeschützt im Register (registry) = zentrale Systemdatenbasis von Windows SS-3 10

11 3.1.2 Umgang mit Passwörtern schwer herauszufinden leicht zu merken maximale Länge! alle Zeichen der Tastatur kommen in Frage! aus gleichverteilten Zeichen zufällig auswählen! Beliebt, oft empfohlen, aber nicht sehr sicher: Anfangsbuchstaben der Wörter eines Satzes (Redundanz der Sprache, Kryptographie) SS-3 11

12 Erzwingen guter Passwörter durch Passwort-Filter! Änder mal wieder Dein Passwort! Begrenzte Gültigkeit erzwingt dies! Unix: host: passwd old password: ******* new password: ****** bad password: too simple (Passwort-Filter!) new password: ******** re-enter new password: ******** password changed host: Windows: Tastenkombination Strg + Alt + Entf öffnet Fenster mit Funktionalität wie oben SS-3 12

13 Ferner: Begrenzte Anzahl von Wiederholungsversuchen beim Einloggen Einmal-Passwörter (automatisch gehandhabt, z.b. beim Einloggen übers Netz) Anmelde-Dialoge SS-3 13

14 3.1.3 Benutzerverwaltung in Unix: Systemverwalter root darf Passwortdatei beliebig manipulieren, z.b. Passworteintrag ändern mit # passwd lohr new password: ******** retype new password: ******** # Fehlendes Passwort bedeutet Anmelden geht ohne Passwort Ausführliches zum Thema Zugangskontrolle in Unix: siehe Garfinkel/Spafford Kap.8, Defending your Accounts SS-3 14

15 in Windows: Systemverwalter benutzt Arbeitsplatz\Systemsteuerung\Benutzer und Kennwörter SS-3 15

16 3.2 Sicherungskarten mit Code auf Magnetstreifen: veraltet, unsicher mit Speicherchip und integrierter Schaltung, enthält z.b. PIN als Benutzungsschutz und Zähler für Fehlversuche. Kommunikation über Kontakte oder elektromagnetisch Beispiele: Telefonkarte, Mensakarte mit Mikroprozessor, mit dem kryptographische Protokolle abgewickelt werden können (smartcard). Kommunikation über Kontakte oder kontaktlos über Funk. Beispiele: JavaCard, ec-karte, SIM-Karte ( Kryptographische Methoden kommen zum Einsatz) SS-3 16

17 Architektur einer SmartCard: ROM RAM EEPROM CPU I/O- System ROM: nicht änderbar mit einer Größe von 10 bis 32 KByte enthält das Betriebssystem, PIN-Prüfung, Kryptoverfahren (Verschlüsseln,Signieren,...) RAM: Arbeitsspeicher mit Größe von 256 Byte EEPROM: nicht flüchtiger Speicher der Größe von 8 bis 16 KByte zur langfristigen Speicherung von Daten wie Schlüssel, PIN, Kontonummer etc. Umprogrammierung mittels elektrischer Signale SS-3 17

18 Chipkartenbasierte Authentisierung erfolgt in drei Schritten: Benutzer authentifiziert sich gegenüber der Karte mit einer PIN Authentisierung der Karte beim System Authentisierung des Systems bei der Karte SS-3 18

19 Chipkartenbasierte Authentisierung erfolgt in drei Schritten: Benutzer authentifiziert sich gegenüber der Karte mit einer PIN: Mikroprozessor der Karte vergleicht im RAM die eingegebene PIN mit der PIN im EEPROM der Karte. Ist die PIN verschlüsselt, lädt der Mikroprozessor der Schlüssel aus dem EEPROM und verschlüsselt die eingegebene PIN mit dem im ROM festgelegten Verschlüsselungsverfahren. Authentisierung der Karte beim System Authentisierung des Systems bei der Karte (mit kryptographischen Verfahren, 8) SS-3 19

20 Der Chip führt einen Zähler für Fehlversuche und sperrt die Karte, falls das Maximum überschritten ist. Entsperren möglicherweise erlaubt durch Eingabe eines PIN Unblocking Key (PUK). Auch für die PUK gibt es einen Zähler. Wird hier die maximale Anzahl an Fehlversuchen überschritten, so wird die Karte endgültig gesperrt. Alternativ zur PIN können auch biometrische Informationen benutzt werden ( 3.3). SS-3 20

21 ! Sicherung von Sicherungskarten: Schutz gegen unerlaubtes Lesen Schutz gegen unerlaubtes Schreiben Schutz gegen unerlaubtes bzw. ungewolltes Löschen SS-3 21

22 Schutz gegen unerlaubtes Lesen (regulärer Zugang nur über PIN - mit Schutz gegen Probieren) Irregulärer Zugang durch Eingriff in die Hardware (reengineering): ROM-Speicher kann mit einem Lichtmikroskop Bit für Bit ausgelesen werden. Diese Bits können dann zu Bytes und danach zum kompletten ROM-Code zusammengesetzt werden. Daher befindet sich der ROM-Speicher in den unteren, schwer zugänglichen, Siliziumschichten, wodurch eine optische Analyse verhindert wird. SS-3 22

23 Aber: Chip mit der Vorderseite auf einen Träger kleben und von der Rückseite abschleifen erlaubt wieder das Auslesen. Oder: Selektives Ätzen versucht die Halbleiter so zu ätzen, dass ROM-Inhalte wieder sichtbar werden. Daher benutzt man nur ionenimplantiertes ROM, dessen Inhalte weder im visuellen noch im IR- oder UV-Spektrum sichtbar sind. (+ weitere Schutzmaßnahmen) SS-3 23

24 Schutz gegen unerlaubtes Schreiben Setzen von Schreibschutzbits: Bestimmten Speicherbereichen werden Schreibschutzbits zugeordnet. Solange die Bits nicht gesetzt sind, können Daten gelesen und geschrieben werden. Sind die Bits gesetzt (irreversibel in speziellem Speicherbereich!) ist nur noch Lesen möglich. Kryptographishe Absicherung: verhindert zwar nicht das Überschreiben, sichert aber die Erkennung. SS-3 24

25 Schutz gegen unerlaubtes bzw. ungewolltes Löschen (Ziel des Angreifers: Sicherheitsmechanismen unwirksam machen, z.b. Fehlversuchszähler für die PIN, Obergrenzen für Geldtransaktionen) Schutz muss schon beim Design des Chips bzw. des Chipkartenbetriebssystems integriert werden, z.b. Betriebssystem hat Sicherheitsmechanismen eingebaut, die unerlaubtes Löschen verhindern. Löschen des EPROMs durch UV-Licht muss durch konstruktive Maßnahmen verhindert werden. (Schutz vor versehentlichem Löschen: Lesegeräte mit eingeschränkter Funktionalität) SS-3 25

26 3.3 Biometrie = Überprüfung von Körpermerkmalen wie z.b. Handgeometrie Fingerabdruck Retina, Iris Gesicht DNA (! "genetischer Fingerabdruck")... u.v.a. Aufwendig, fehlerbehaftet, umstritten... Typische Anwendungen bisher: Militär, Atomkraftwerke,... Ab morgen: im Pass, im Ausweis,...!! BMI SS-3 26

27 Biometrisches System betreibt Mustererkennung/vergleich: Merkmale einer Person werden mit gespeicherten Merkmalen verglichen Zweck ist entweder Verifikation: ist es tatsächlich Meier? (Vergleich mit Meiers gespeichertem Muster - typisch für Zugangskontrolle) oder Identifikation: wer ist es? (Vergleich mit vielen gespeicherten Mustern - typisch für Verbrechensbekämpfung) SS-3 27

28 Eigenschaften bzw. Merkmale können zur biometrischen Identifikation benutzt werden, wenn sie folgende Anforderungen erfüllen: Verbreitung: Jede Person hat diese Eigenschaft Unverwechselbarkeit: Zwei Personen sind unterschiedlich bzgl. der Eigenschaft Beständigkeit: Eigenschaft verändert sich nicht mit der Zeit Messbarkeit: Eigenschaft kann quantitativ gemessen werden. SS-3 28

29 Bei der Zugangskontrolle 2 Klassen von Fehlern : - unberechtigter Benutzer (Angreifer) wird akzeptiert (false positive) - sicherheitskritisch! - berechtigter Benutzer wird abgelehnt (false negative) - lästig. Mittlere Einstellung der Empfindlichkeit x des Systems minimiert das Maximum der beiden Fehlerraten: m = min x max(r1(x), r2(x)) Diese Gleichfehlerrate m ist ein Maß für die Güte des Systems. Typischer Laborwert (!) für Iris-Erkennung ist heute m = 1/10 6. Praktischer Einsatz noch problematisch, aber z.b. Kombinationen. SS-3 29

30 Bewertung von biometrischen Verfahren bei D. Maltoni, D. Maio, A.K. Jain, S. Prabhakar: Handbook of Fingerprint Recognition, Springer 2003 (Low/Medium/High) SS-3 30

31 Praktischer Einsatz a) Fingerabdruck-Verifikationssystem für die Zugangskontrolle am Rechner b) Terminal basierend auf Fingerabdrücken zur Verifikation von Kunden, bevor Kreditkarten belastet werden. c) Türschloss basierend auf Fingerabdrücken. d) Handgeometrie-Verifikation auf US-Flughäfen. SS-3 31

32 Z.B. US-VISIT-Programm Betrieben vom Department of Homeland Security an 115 Flughäfen und 14 Seehäfen Momentan bereits Erfassung der Zeigefinger und des Gesichts bei der Einreise Abgleich der Einreise-Daten bei Ausreise Abgleich der biometrischen Daten mit bekannten Terroristen und Verdächtigen SS-3 32

33 Sicherheitsvorteile durch Biometrie bei der Zugangskontrolle: Einfache und intuitive Benutzung (z.b. keine langen, sich ändernden Passwörter mehr). Fälschung ist schwieriger als beispielsweise bei Passwörtern oder Chipkarten. Merkmal kann nicht vergessen, verloren oder weitergegeben werden. Benutzer muss bei der Zugangskontrolle am System anwesend sein. SS-3 33

34 Probleme: Gefälschte/unbrauchbare biometrische Merkmale können schwer zurückgenommen werden. Beliebig viele neue Kreditkarten, aber nur zehn Finger! Ein gleiches biometrisches Merkmal wird in vielen unterschiedlichen Anwendungen benutzt. Diverse Angriffe sind möglich: Angriffe auf die Datenbanken, Replay-Angriffe; Fettspuren bei Fingerabdruck; bei Gesichtserkennung mit Webcam Bild eines Berechtigten zeigen. SS-3 34

35 Eingriffe ins Privatleben durch Biometrie: Preisgeben zusätzlicher medizinischer Informationen kann zur Diskriminierung missbraucht werden. Identifizierung von Personen, die legal eine andere Identität angenommen haben. Geheime und unbemerkte Erfassung von zuvor registrierten Personen (z.b. Gesicht) in Situationen, in denen sie anonym sein möchten. SS-3 35