Sicherheit und Netze (Vorlesung 3)

Heute beschäftigen wir uns mit der Verschlüsselung mittels Block- und Stromchiffren.

Skript-Anfang	04DESundAES – Seite 1
Skript-Ende	05BetriebsartenVonChiffrieralgorithmen – Seite 28

Klausur

• Es sind keine Hilfsmittel erlaubt

Allgemeine Gefahren

• Häufigkeitsverteilung bei monoalphabetischen Verschlüsselungen
• Wiederverwendung des Seeds bei Stromchiffren

Ablauf der Verschlüsselungen

• Blockchiffre → Initialisierungsvektor IV und Key K und Klartext KT → Chiffrat CT
• Stromchiffre → Key K (aka Seed) XOR Klartext KT → Chiffrat CT

Blockchiffre

• Typische Implementation als AES
• Ziel ist die Maximale Entropie (Maß für „Zufälligkeit“)

Triple DES

• Verschlüsseln, Entschlüsseln und wieder Verschlüsseln
• Link

Padding

• Auffüllen mit Nullen oder Einsen um die Blöcke zu verschlüsseln
• Das Padding muss reversibel sein
• Wichtig ist zu definieren, wo der Bereich beginnt
• Beim Zero-Padding wird alles mit Nullen aufgefüllt

Anforderungen an den Betriebsmodus

• Monoalphabetisch
• Random Access
• Echtzeitanwendung
• Schlüssel sollen im Voraus berechnet werden
• Ein Bit-Fehler soll den ganzen Block nicht beschädigen

Stromchiffren (stream ciphers)

• Verschlüsseln den Klartext meist bit- oder byteweise
• Der Schlüsselstrom ist (außer beim One-time Pad) pseudo-zufällig und wird durch einen relativ kurzen Schlüssel eindeutig bestimmt
• Die Sicherheit hängt von der Qualität des Pseudozufallszahlen-Generators ab
• Der Schlüsselstrom kann entweder vom Klartext und Chiffrat abhängig oder unabhängig sein
• Der einem bestimmten Klartextzeichen zugeordnete Geheimtext variiert in Abhängigkeit von der Position des Klartextzeichens im Gesamtdatenstrom
• Erwirkt also eine polyalphabetische Chiffre
• Eine bekannte Stromchiffre ist RC4
• Der Schlüsselstrom kann im Voraus berechnet werden, dadurch steigert sich die Effizienz (XOR dann bei Bedarf anwenden)

Verschlüsselung

• Klartext wird mit einem Schlüsselstrom aka keystream, eine als Schlüssel verwendete Bitfolge, verknüpft
• Die Verknüpfung erfolgt meist über XOR

Entschlüsselung

• Das Chiffrat wird mit demselben Schlüsselstrom nochmal verknüpft
• Dieser Schlüsselstrom wurde auch zum Verschlüsseln genutzt

Blockchiffren (block ciphers)

• Werden in der Praxis häufiger genutzt als Stromchiffren
• Verschlüsselung von Bitblöcken erfolgt in fester Länge
• Identischen Klartextblöcken wird im Normalfall das gleiche Chiffrat zugeordnet
• Typische Blocklängen sind 64 Bit
• Bekannte Vertreter sind DES, Triple DES (3DES), IDEA, Blowfish, CAST5 (CAST-128), RC2, RC5 und AES
• Schlüssellängen können fest oder variabel sein
• Typische fest implementierte Werte sind 56 (DES), 112/168 (3DES) und 128 (IDEA) Bit
• AES fordert mindestens 128, 192 oder 256 Bit
• Blockchiffren arbeiten iterativ
• Anzahl der Runden (rounds) sind für die Sicherheit sehr wichtig (variabel und fest möglich)

Cipher-block chaining (CBC)

• Ermöglicht beim Entschlüsseln den Random Access (man braucht nur den Vorgänger)

Wireless LAN (WLAN)

• Verschlüsselung findet im WLAN auf Layer 2 statt

Link to Link-Verschlüsselung

• Findet auf Layer 2 statt
• Die Pakete zwischen Access Point und Client werden verschlüsselt
• Verschlüsselung findet jeweils am Ende einer Kommunikationsleitung statt
• WEP, WPA und WPA2
• Verschlüsselung passiert automatisch (keine menschlichen Fehler)

Host to Host-Verschlüsselung

• Findet auf Layer 3 statt
• IPSec
• Verschlüsselte Verbindung zwischen zwei Systemen, die sich den selben Schlüssel teilen
• Jegliche Kommunikation zwischen den Systemen ist verschlüsselt

End to End-Verschlüsselung

• Findet auf Layer 4 statt
• Nur authorisierte Personen sehen den Plaintext
• Kommunikation werden beim Absender verschlüsselt und beim Empfänger entschlüsselt
• TLS/SSL

Bruteforce

• Man probiert alle möglichen Schlüssel durch
• Er läuft solange, bis die Entropie minimal wird

Hausaufgabe

Wieso kann ein anderer Schlüssel bei der Dechiffierung von einer Chiffre bei Bruteforce-Angriffen heraus kommen?