Gesicherter Schlüsselaustausch >CypherMatrix Key-Exchange< (Ernst Erich Schnoor)

Transkript

1 Gesicherter Schlüsselaustausch >CypherMatrix Key-Exchange< (Ernst Erich Schnoor) Die Verschlüsselung das Schreiben und Lesen von geheimen Informationen wird im CypherMatrix Verfahren im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten Algorithmen in zwei Bereichen durchgeführt. Ein Generator erzeugt die Steuerungsparameter und mit der Bit-Konversion wird im Codierbereich der Chiffretext geschrieben. Eine ausführliche Beschreibung finden Sie unter telecypher.net/krypto-neu.pdf. Das folgende Schema zeigt die Zusammenhänge: Das Verfahren ist als Block-Chiffre gestaltet. Es ist symmetrisch, weil Sender und Empfänger zur Initialisierung des Generators eine identische Startsequenz eingeben und es ist dynamisch, weil der Generator in jeder Runde neue Steuerungsparameter erzeugt. Die Startsequenz (Passphrase, Schlüssel) sollte optimal 42 Zeichen umfassen (mindestens 36 und höchstens 84 Zeichen). Einige Beispiele: Der schwarze Kater fängt immer graue Mäuse [42 Bytes] Die weiße Elster fließt in das schwarze Meer [44 Bytes] Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand [42 Bytes] 7 kangaroos jumping along the Times Square [42 Bytes] Die Startsequenz sollte ungewöhnlich sein und dennoch leicht zu behalten, so dass sie nicht irgendwo aufgeschrieben werden muss und auch nicht geraten werden kann. Wegen ihrer Länge kann sie weder durch Iteration noch durch Wörterbuchangriffe analysiert werden. Ein Angreifer kann auch nicht mit Erfolg versuchen, Teile des Schlüssels getrennt oder nacheinander zu brechen, da die Startsequenz nur in einem Durchgang als Ganzes gefunden werden kann, wenn überhaupt.

2 Gleiche Startsequenzen erzeugen sowohl beim Sender als auch beim Empfänger einen identischen Ablauf des Verfahrens. Es werden stets dieselben Steuerungsparameter generiert. Das Schlüsselaustauschproblem Da Sender und Empfänger jeweils die gleiche Startsequenz (Schlüssel) eingeben, müssen beide auch im Besitz desselben Schlüssels sein. Wird der beabsichtigte Übertragungskanal für eine offene Mitteilung verwendet, könnte jeder Angreifer den Schlüssel abfangen. Auf die Verschlüsselung kann dann natürlich gleich verzichtet werden [#1]. In der Praxis wird zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen: 1. Die Beteiligten Sender und Empfänger übergeben den Schlüssel persönlich (Treffen, Brief, Telefon, u.ä.). 2. Es wird eine dritte vertrauenswürdige Person, Schlüsselserver, dazwischen geschaltet oder 3. die Beteiligten verwenden Public-Key-Kryptographie [#2]. Es gibt aber noch einen weiteren Weg, einen Schlüssel auszutauschen: das CypherMatrix Key-transfer Protokoll. Ein Anwender beabsichtigt mit dem Programm CM Coding mit einem Internet-Partner verschlüsselte Nachrichten auszutauschen. Die erforderliche gemeinsame Startsequenz (Schlüssel) soll auf einem gesicherten Weg übertragen werden. Sie verwenden dafür das Protokoll Key-transfer als integrierten Bestandteil des Programms. Das Protokoll stellt eine Verbindung zwischen Sender als Initiator und dem Empfänger als entfernten Kommunikationspartner her. Beide Beteiligten müssen im Besitz des Programms CM-Coding sein.

3 Das Protokoll arbeitet in drei Stufen: Foreward Acceptance Decoding Vorbereitung beim Sender Arbeitsschritte beim Empfänger Rücksendung und Entschlüsselung der Nachricht. 1 Foreward Die erste Stufe arbeitet ausschließlich im Bereich des Senders. Der Sender(Alice Ahrens) bereitet die Kommunikation mit dem beabsichtigten Empfänger (Bob Becker) vor. Zwischen beiden Beteiligten ist allerdings ein Alias erforderlich, das nur sie beide kennen. Entweder sie haben bereits vorher einen Begriff ausgemacht oder Alice gibt einfach Bobs Adresse ein. Im vorliegenden Fall wird der Begriff Eulenspiegel eingegeben, der zur Erzeugung des Initial Key als Generalschlüssel verwendet wird. Dann gibt Alice ihren Namen ein. Der Name muss länger als 6 Zeichen sein, da die ersten Bytes in die Erzeugung eines Transferschlüssel mit 42 Zeichen integriert werden:

4 Der Transferschlüssel zusammen mit dem Initial Key werden in einem Rückbehalt gespeichert und verschlüsselt (BACKDATA.CTX). Sie werden später beim Entschlüsseln der erhaltenen Nachricht wieder benötigt. Chiffre: TransferKey = 31E8êdORã1@KàI5D@17tmk1311mãA7sæá2p&cdcai1 Initial Key = fì{s1kd4ef1ytjkk1hv58v1@æ10q1nbéfj1íg6fg2i 0þž/aõùAâå è4szø½aoülô 4Ùµ9µô¹8 3ª (xm6ùï9ü a 6 G4&mOjzç û&&í. WWÅF ìÿsi ssƒµëb(ç½³ œ Éɺoˆ hexadezimal: A9 AD 30 FE 9E 2F 61 F5 F9 41 E2 E5 A9 E A D8 BD 41 6F FC 6C F4 B4 34 D9 B5 39 B5 F4 B9 38 D7 9B AA A D 36 D9 EF B D 4F 6A 7A E7 A8 FB CD A8 2E 9D C5 46 A2 EC 9F B5 EB C7 BD B3 A4 9C 9B BA 6F 88 Das Protokoll erzeugt einen Trust Code, der dazu bestimmt ist, die ordnungsgemäße Übertragung der Daten mit dem Empfänger abzustimmen (im Übertragungsvorgang oder außerhalb der Internetverbindung). Eine zweite Datei erhält den Transfer Key, einen Trust Code und den Namen des Senders. Sie werden mit dem Initial Key verschlüsselt und als TRANSTKEY.CTX an Bob gesendet. TransferKey = 31E8êdORã1@KàI5D@17tmk1311mãA7sæá2p&cdcai1 Trust Value = bovychy User Name = Alice Ahrens Chiffre: 0þž/aõùAâå è4szø½aoülô 4Ùµ9µô¹8 3ª (xm6ùï9ü ÇsÓÃ0Ÿ«Ak _«ã Ÿë³ Ù Ÿ]3^.Å 8 bhs]( mª»båº `Ôý«ƒFÙ ˆQ] hexadezimal: A9 AD 30 FE 9E 2F 61 F5 F9 41 E2 E5 A9 E A D8 BD 41 6F FC 6C F4 B4 34 D9 B5 39 B5 F4 B9 38 D7 9B AA A D 36 D9 EF C7 73 D3 C3 30 9F AB 41 6B 89 5F AB E3 7F 9F EB B3 B4 D9 9D 89 9F 5D 33 5E 2E C5 A1 A9 38 B D 28 A4 6D AA BB 62 E5 BA 7F 60 D4 FD AB A D9 B D

5 2 Acceptance Die zweite Stufe vollzieht sich im Bereich des beabsichtigten Empfängers. Bob (als Empfänger), der die Sendung erhalten hat, prüft gegebenenfalls mit dem Trustcode, ob die Sendung wirklich von Alice kommt. Bob entscheidet, ob er das Angebot von Alice annehmen will. Bob gibt den ihm bekannten Begriff: Eulenspiegel ein und generiert den Initial Key. Damit entschlüsselt er die Chiffre der Datei: TRANSKEY.CTX und erhält: TransferKey = 31E8êdORã1@KàI5D@17tmk1311mãA7sæá2p&cdcai1 Trust Value = bovychy User Name = Alice Ahrens Die erhaltenen Daten überzeugen Bob und er nimmt das Angebot von Alice an. Er bereitet eine Nachricht vor, insbesondere eine geeignete Startsequenz für den künftigen Austausch verschlüsselter Nachrichten. Das Protokoll enthält einen keinen Editor mit dem bis zu 10 Zeilen geschrieben und gespeichert werden können. Als Startsequenz schreibt Bob: Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand

6 Es kann aber auch jede weitere Information geschrieben werden. Die Startsequenz wird in der Datei DATASEND.TXT gespeichert und zusätzlich mit folgenden Daten ergänzt: Hashwert JMStW6 Hashwert der Nachricht (Startsequenz) Check Trust 6cko4z Kontrollwert aus Name + Hashwert Name Bob Becker Name Der vollständige Inhalt der Nachricht (DATASEND.TXT) sieht am Ende wie folgt aus: JMStW6\6cko4z\Bob Becker\ Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand Die Datei wird mit dem Transfer Key verschlüsselt, in DATASEND.CTX gespeichert und an Alice Åp&Ÿ' Çt6LÖŸB/]?ìÑõc.$OêCsõq à5ðúèçþfñq E õjj=j]wkù$ sopkž znå¹jü *¼ÅÚÈ Žœ/æ]뚈~ 6ÁOÚÌp=ÉÖ{ ÃòòK=o 5gŠž$N*ˆ{ ƒ rí]o š. ÚÊ oä Æ='{*+Uƒ ¹wªF? LCªH k? pùçœsæ¾öò^xhe ÈGöƒt ;ýåfëjfµòª G9H+E 3åTõ` (Œh\çØý+ ;Ó¹ hexadezimal: BB BB D6 AF 8F F 27 A2 C C D6 9F 42 2F 5D AE 3F EC D1 F5 63 2E 24 4F EA F E0 35 D0 7F FA C8 C7 FE 46 D A6 A7 45 A6 F5 6A 6A 3D 6A 5D 77 6B F9 24 A3 73 4F 70 6B 9E A8 92 7A 4E C5 B9 6A FC A7 2A BC C5 DA C8 A9 8E 9C 2F E6 5D EB 9A 88 7E C1 4F DA CC 70 3D 90 D6 7B 99 C3 F2 F2 4B 3D 6F A 9E 24 4E 2A 88 7B 9B 83 AC 72 CD 5D 6F 9A 2E 91 DA CA 87 6F E4 87 C6 3D 27 7B 2A 2B B9 77 AA F BF 4C 43 AA 48 7C 6B 3F BF 70 F9 E7 9C 53 E6 BE F6 F2 5E A1 C8 47 AD F B FD E5 46 CB 6A 66 B5 F2 AA B E5 54 F5 60 D7 28 8C 68 5C E7 D8 FD 2B D7 3B D3 B9

7 Der Trust Code dient zur Abstimmung zwischen Absender Bob und Empfänger Alice. 3. Decoding Die dritte Stufe arbeitet wieder im Bereich des ursprünglichen Senders, Alice. Die zurückbehaltene Datei BACKDATA.CTX wird zur weiteren Verwendung mit dem Initial Key entschlüsselt: TransferKey = 31E8êdORã1@KàI5D@17tmk1311mãA7sæá2p&cdcai1 Initial Key = fì{s1kd4ef1ytjkk1hv58v1@æ10q1nbéfj1íg6fg2i Die empfangene Nachricht DATASEND.CTX kann nunmehr mit dem Transfer Key entschlüsselt und gelesen werden: Nachricht: Im Elbsandsteingebirge gibt es keinen Sand Hashwert: JMStW6 Check Trust: 6cko4z Name: Bob Becker Der Hashwert der erhaltenen Startsequenz wird mit dem gesendeten Hashwert und dem aus Namen und Check Trust gebildeten Vergleichswert abgestimmt. Im positiven Fall wird die korrekte Übertragung der Daten bestätigt.

8 Die erhaltene Startsequenz (Schlüssel) kann nunmehr für den verschlüsselten Austausch von Nachrichten zwischen Alice und Bob verwendet werden. Nachgedanken Das Protokoll scheint kompliziert zu sein, ist aber gleichwohl sichert. Lediglich in der Verwendung des Alias, ein Begriff der nur den beiden Beteiligten bekannt sein darf, ist besondere Sorgfalt zu beachten. Wird der Begriff einem Angreifer bekannt, kann er unter Umständen den Initial Key berechnen und in die Übertragung einbrechen. Das Programm CM-Coding läuft nur noch unter Windows XP. Es müßte auf C# umgeschrieben werden. Wer das Protokoll testen möchte, kann ein DEMO-Exemplar per beim Autor anfordern München, im Oktober 2013 Hinweise [#1] Schmeh, Klaus, Safer Net, Kryptographie im Internet und Intranet, Heidelberg 1998 S.81 [#2] Schmeh, Klaus. a.a.o., S. 82