Auf Empfängerseite erfolgt die Entschlusselung im gleichen Schema, allerdings in umgekehrter Reihenfolge. Das folgende Schema zeigt die Struktur:

Transkript

1 Gesicherter Schlüsselaustausch >Python: Key-Exchange< (Ernst Erich Schnoor) Die Verschlusselung das Schreiben und Lesen von geheimen Informationen wird im CypherMatrix Verfahren in zwei Bereichen durchgefuhrt. Der Generator erzeugt die Steuerungsparameter und im Codierbereich wird mit onetime-chain und Bit-Konversion der Chiffretext geschrieben. Auf Empfängerseite erfolgt die Entschlusselung im gleichen Schema, allerdings in umgekehrter Reihenfolge. Das folgende Schema zeigt die Struktur: Da MICROSOFT WindowsXP nicht mehr unterstutzt, wird das CypherMatrix Verfahren unmehr in Python-Technik umgeschrieben [#1]. Zunächst wird das Verfahren als Python- Modul: Pyexchange.py geschrieben und kann später zu einem ausfuhrbaren Programm erweitert werden.

2 Das Verfahren verwendet einen eigenen Zeichensatz mit 256 Elementen (ergänzende Unicode-Zeichen),wie ƥʀƨƨʃƪ ƫƬƭƮƯưƱƲƳƴƵƶƷƸ#!"#$%&'()*+,-./ :;<=>ǸǹǺǻǼǽǾǿȀȁȂȃȄȅȆȇȈȉȊȋȌ ȍȏȏȑabcdefghijklmnopqrstuvwxyz{ ǉǌǋǌǎǎǐǐǒǒǔǔǖǖǘǘǚǚǜǜǝǟǟǡǡǣǣǥǥǧǧǩǩǫǫǭ ǭǯǯǰǳǲǳǵ½¾ ÀÁÂÃÄÅÆÇÈÉÊËÌÍÎÏÐÑÒÓÔÕÖ ØÙÚÛÜÝÞßàáâãäåæçöu Umfang: 256 Fur Rechenoperationen wird ein eigenes Zahlensystem (Basis 2 bis 128) benutzt: abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZÄÖÜßäöu ΓΔΘ ΛΞΠΣΦΨΩαβγδεζηθικλμνξπρςστυφχψωЀЁЄЉЊЋЌЍЎЏАЖЗИЙКбвгдежзийклцчшщъыьэюяѐёђѓ Mit den vorstehenden Zeichen und Ziffern werden vor allem die Operationen: XOR-Verknupfungen und Bitkonversionen ausgefuhrt. Als Beispiel das Modul: Pyexchange.py Python (v3.6.2:5fd33b5926, Jul , 20:11:06) ====== RESTART: /Users/erichschnoor/Documents/pyexchange.py Das Modul arbeit in zwei Bereichen: vs: dt: Verschlüsselung Datentransfer Bereich: vs Verschlüsselung Passphrase als Startsequenz mit mind.36 und max.92 Zeichen eingeben Startsequenz: Im Steinhuder Meer schwimmen 267 Steinbeisser Länge: 45 Sicherheits-Code: 1 Auswahl: encode =..e.. / decode =..d.. / beenden =..q.. > Mit Eingabe der Startsequenz... einige Beispiele: Im Steinhuder Meer schwimmen 267 Steinbeisser [45 Bytes] Die weiße Elster fließt in das schwarze Meer [42 Bytes] 7 kangaroos jumping along the Times Square [43 Bytes]... wird der Generator initialisiert. Die Arbeitsweise des Generators ist unter Generator.pdf beschrieben (allerdins noch fur windowsxp).

3 Die folgenden Daten entstammen der Verschlusselung der Datei: Erlkönig.txt Wer reitet so spaet durch Nacht und Wind, es ist der Vater mit seinem Kind. Er haelt den Knaben wohl im Arm, er fasst ihn sicher, er haelt ihn warm. Der Generator liefert fur die laufenden Runden das jeweils zugeordnete Runden-Alphabet und Runden-Schlussel als Steuerungsparameter, so zum Beispiel fur die erste Runde: 1. Runde: Alphabet ƕ ǲ ƶ Ɔ Ƥ? æ Ø Ù ǯ Ƃ H Ȋ Ü Ê f Ç Ǥ Â n v Ǹ Ȁ Ý a ƪ ǭ Í # 1 Ǣ Ǒ Ǜ ȃ z Ȑ â Ƈ Û Ƴ w ) = Ǫ ö ǥ Ǻ V J W ǫ É l Z y Ƹ c ä ǜ h ƌ Ä ǝ m Ȍ 2 r > % ƣ Ǧ S I Ǯ Ǭ 9 Ɖ L Ò ' G ã ǒ ǧ b Ƭ Ƶ ȅ q Ɨ j ƞ Ƒ p o U ư ǳ ǿ ǉ N M á Ƣ + Ʒ Ʋ - u Ƅ Ǝ R Å ǹ Ɵ Ʊ ƭ E ơ Ǡ ß Á 1. Runde: Blockschlussel MáƢǖ+ƷƲ-uƄƎRÅǹƟƱ ƭeơǡßáõȏ½ǚaîƒ çȏàóǔëȇïs #ƍǋxƜǴǗǞ.(ƦƐ*ǎ3 1. Runde: Textblock Wer reitet so spaet durch Nacht und Wind, es ist der Vat Im jeder Runde sind Textblock und Blockschlussel immer gleich lang, sodass in der folgenden XOR-Funktion jeweils ein serielles one-time-pad entsteht. Über den gesamten Klartext ergibt sich somit eine one-time-chain, die den verschlusselten Text unbrechbar macht [#2]. Eingabe Datei: Erlkönig.txt Cipher-Datei: Cy-Erlkönig.txt Der verschlusselte Text lautet wie folgt: ÙƪfÛǤƶ5ã ƌhâlǚý#'vǉâʋƒǧwvêǉ#öǲǖɔömưågưǌǿƣ= aoǜȅǖâlsƪ?ǹâȅǳưǥöorwmƭòɵù¾ǳviǳ#ơ=ƴ0àƭöémåɯ Ƴ?ǰãÂ:ÙƗàƜDǢÙ4?ǰå:ȇOƣǉȉ=%åÞ6Ǳǫƃ>ȁ7FØÉǕƳǼȀEäÏ?ǙǞnÜƮǻÑȅƍPÕ@+>ȅOƏƦǉKÒǦæÎƄƣÑǑǉǊÌǉǝȅƏƄƋƍƶǬÖ Der Text in der Datei Cy-Erkönig.txt kann mit dem gleichen Programm wieder entschlusselt werden. Das Präfix Cy- wird vom Verfahren allen verschlusselten Dateien vorangesetzt. Die entschlusselte Klartext-Datei erhält das Präfix: Kt-.

4 Datentransfer Der Datentransfer findet in drei Abschnitten statt, verteilt auf Sender und Empfänger. Im ersten Abschnitt wird vom Sender ein Angebot fur eine verschlusselte Kommunikation an den Empfänger gesendet. Im zweiten Abschnitt entscheidet der Empfänger, ob er das Angebot annehmen und gegebenenfalls eine Passphrase (Startsequenz) an den Sender zuruckschicken will. Im dritten Abschnitt entschlusselt der Sender die zuruckgekommene Nachricht und erhält damit den gemeinsamen Schlussel fur die gegenseitige Kommunikation. Bereich: dt Abschnitt: Sender = s / Empfänger = e / Rücksendung = r / Abschnitt: Sender Der Sender ruft den Abschnitt s auf und gibt folgende Daten ein: Name des Senders: Alice Ahrens Eingabe >PAROLE< [mind. 6 Zeichen]: beckerbodo@cypher.de TrustCode: 10kaz9wa Soll ein Angebot gesendet werden? [y] Zusätzlich zum Namen muss noch eine Parole eingegeben werden, eine Textsequenz mit mindestens 6 bis 64 Zeichen. Die Parole ist der fur alle drei Abschnitte entscheidende Steuerungsparameter. Sie muss auch dem Empfänger bekannt sein. Ein geeigneter Text ist die Adresse des Empfängers, die ohnehin beiden Seiten bekannt sein sollte. Außerdem generiert das Programm einen Zeitstempel, der als Workcode im 3. Abschnitt wieder eingesetzt werden muss. Diesen Code gut und geheim aufbewahren! Mit Bestätigung y errechnet das Programm folgende Daten: Transferkey: 3MƕÊƌ,ÄǜȏǐǌUƈ)ȄâTȅÁƬȇå&vƨm ǟǋǘ:ǖ=b$ǭèǒǳg¾jʊƣǥtȃåƪȋǣǲǵ Initialkey: wǽãpǘǎuƞ*ȉǥ9ǿþʒƨɠ6ç#ʋsǻǯbáǚ'>ưñȁƹéǫjâöƴnzʀɯlàƶɵɣǜƍoƌȑǧǹǡ Workcode: 26Qjd2 Transferschlussel, Initialschlussel und der Workcode werden mit dem Initialschlussel verschlusselt und in der Datei BACKDATA.TXT gespeichert. Sie werden später im 3. Abschnitt zum Entschlusseln der erhaltenen Nachricht wieder benötigt. Zur Abstimmung mit dem Empfänger ermittelt das Programm zusätzlich einen Trustcode. Transferschlussel, Trustcode und der Namen des Senders werden in der Datei TRANSDATA.TXT gespeichert und mit dem Initialkey verschlusselt an den beabsichtigten Empfänger Bodo Becker geschickt: Chiffre: 2È+.ÄÝQȁ,Ǣ0ÚËƖƃǛƇÛ:ȃǾƫƆæǊǰƈ½#ǥBǳÚLǻǏǿ4ËƫǧƖƂÍȁƂÂÒǖƍǫȊǘƉØǸàãyƃ+ǞƝƌÍƩƧc Ǩ#!ƥ&

5 2. Abschnitt: Empfänger Nachdem der Empfänger Bodo Becker die Datei TRANSDATA.TXT erhalten hat, ruft er den 2. Abschnitt des Programms auf. Er muss die Parole eingeben. Die erhaltenen Daten werden entschlusselt und es kommt die Frage, ob er die angebotene Kommunikation annehmen will? Bereich: dt Abschnitt: Sender = s / Empfänger = e / Rücksendung = r / Beenden Abschnitt: e Soll die Nachricht angenommen werden? [y] y Trustcode 10kaz9wa = Trustvalue 10kaz9wa Eingabe >PAROLE< [mind. 6 Zeichen] beckerbodo@cypher.de Besteht keine Übereinstimmung zwischen Trustvaluta und Trustcode löscht das Programm die Datei TRANSDATA.TXT und schaltet ab. Ansonsten: Alice Ahrens bietet einen Schlüsselaustausch an! Soll ein Schlüssel erzeugt und gesendet werden? [y] y Nach Beantwortung der Frage mit y ist zu entscheiden, ob ein Schlussel vorgeschlagen und zuruckgesendet werden soll? Der Empfänger kann dann eine beliebige Startsequenz als Schlussel schreiben (mind. 36 bis zu 92 Zeichen), der verschlusselt an den Sender zuruckgeschickt wird. Bitte Schlüssel und ggf. weitere Informationen schreiben! dann weiter mit <Enter> Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand Nach Beendigung der Eingabe und weiter mit <Enter> ist der 2. Abschnitt abgeschlossen. Die Daten werden in der Datei DATASEND.TXT gespeichert und dann verschlusselt an den Sender Alice Ahrens zuruckgeschickt. Sendcode: 21qM7a Bitte zur Abstimmung merken! DATASEND.TXT an Alice Ahrens zurückschicken Den generierten Sendcode unbedingt aufbewahren. Er kann nach Abschluss des ganzen Verfahrens zur direkten Abstimmung zwischen den Partnern verwendet werden. Folgende Daten werden gesendet: Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand 21qM7a Chiffre: IƳǱUǔsǱÄƳwjǟ-ȁk$ǍǿǺȏØȈeƤÔǱƝkÄËá*IwǌÂǫÙǏeoȀZ½ÚYǩƢ" Yǹƭ-.ȏȁ Anmerkung: Das Zeichen <chr(8998)> wird als Trennungszeichen verwendet.

6 3. Abschnitt: Rücksendung Nach Erhalt der Rucksendung DATASEND.TXT ruft der erste Sender Alice Ahrens den 3. Abschnitt des Programms auf. Bereich: dt Abschnitt: Sender = s / Empfänger = e / Rücksendung = r / Beenden Abschnitt: r Bitte den Workcode eingeben! 26Qjd2 Eingabe >PAROLE< [mind. 6 Zeichen] beckerbodo@cypher.de Aus der Datei BACKDATA.TXT werden der Transferschlussel und der Workcode entschlusselt und stehen zur Verfugung. Stimmen der entschlusselte Code und die eingegebenen Daten nicht uberein, löscht das Programm die erhaltene Datei DATASEND.TXT. Anderenfalls wird die Datei mit dem Transferschlussel entschlusselt und die gesendete Nachricht (Startsequenz) kann gelesen werden. Workcode: 26Qjd2 = Codetest: 26Qjd2 Chiffre-Datei: Datasend.txt Die Nachricht lautet wie folgt: Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand Trustcode: 21qM7a Mit dem Partner abstimmen! Das Programm ist beendet Sicherheit des Verfahrens Die Sicherheit des Verfahrens wird vor allem durch die Funktionen: one-time-chain und Bit-Konversion erreicht. Bit-Konversion Bisher werden Umwandlungen von Bitfolgen nur im Verfahren Coding Base64 vorgenommen. Dabei werden Bytes im Bitsystem zur Basis 8 in eine Folge von 6-bit Sequenzen umgewandelt. Die dezimalen Werte dieser Sequenzen sind Indizes fur ein statisches Chiffre-Alphabet von 64 Zeichen [#3]. Bit-Konversion ist die Umwandlung einer Bitfolge von einem Bitsystem in ein anderes Bitsystem, im vorliegenden Verfahren von 8-bits in 7-bits. Dabei bleiben die Anzahl der Bits und ihre Reihenfolge im Block gleich. Kein Bit wird hinzugefugt und kein Bit wird weggelassen. Nur die Anzahl der Bits in einer Einheit ändert sich, und damit die Struktur der Bitfolge. Die dezimalen Werte der neuen Einheiten sind Indexwerte fur das zugeordnete Runden-Alphabet.

7 Die Bit-Konversion von Basis 8 zur Basis 7 geschieht im Einzelnen wie folgt: Es muss nur das System-Alphabet gewechselt werden (von 256 Zeichen auf 128 Zeichen). Eine Bit-Konversion kann fur alle Bitsysteme von zur Basis 1 bis zur Basis16 (und höher) durchgefuhrt werden. one-time-chain Der eingelesene Klartext-Block wird in gleicher Länge mit einem aus der CypherMatrix entnommenen Block-Schlussel XOR-verknupft. Das Ergebnis der Verknupfung als Bitfolge holt mit den dezimalen Werten der digitalen Zeichen aus dem Runden-Alphabet das zugeordnete Zeichen und verbindet es zur weiteren Arbeitsfolge (Interims- oder Chiffretext). Da der Klartext-Block und der Blockschlussel immer die gleiche Länge haben, entsteht auf diese Weise ein partielles one-time.pad. Der Schlussel wird auch nicht wiederholt. In jeder Runde wird ein anderer Schlussel aus der jeweiligen CypherMatrix entnommen. Das ergibt fur den gesamten Verschlusselungsvorgang eine Kette zusammenhängender onetime-pad Funktionen, gewissermaßen als one-time-chain. Nach derzeitigem Stand wird somit eine absolute Sicherheit erreicht [#2]. Munchen, im September 2017 [# 1] Microsoft hat WindowsXP aufgegeben. Das CypherMatrix Verfahren wird nunmehr in Python-Technik gestaltet. [# 2] en.wikipedia.org/wiki/one-time_pad [# 3]