Sicherheit und Netze (Vorlesung 2)

Heute haben wir die Schutzziele für IT-Systeme nochmals besprochen und uns mit den grundlegenden Mechanismen von Verschlüsselungsverfahren auseinander gesetzt.

Skript-Anfang	Einführung – Seite 28
Skript-Ende	Grundkonzepte Chiffrierung – Seite 27

Schutzziele

Durchsetzung durch Sicherheitsdienste möglich (Reale Personen zur Überwachung)
Mechanismen: Symmetrische Chiffren, Asymmetrische Chiffren und Hashing
Eine Kombination verschiedener Mechanismen ist notwendig zur Erreichung

Schutzziele nach ITU-T

Authentifikation (authentication)
Geheimhaltung (Data Confidentiality)
Integrität (Data integrity)
Nichtabstreitbarkeit (Non-Repudiation)
Zugriffskontrolle (Access Control)

Allgemeine Schutzziele

Ziel	Englischer Begriff	Beschreibung	Maßnahme
Vertraulichkeit	confidentiality	Daten dürfen lediglich von autorisierten Benutzern gelesen bzw. modifiziert werden, dies gilt sowohl beim Zugriff auf gespeicherte Daten wie auch während der Datenübertragung.	Verschlüsselung
Integrität	integrity	Daten dürfen nicht unbemerkt verändert werden. Alle Änderungen müssen nachvollziehbar sein.	Papier, Schriftvergleich, Redundanz
Verfügbarkeit	availability	Verhinderung von Systemausfällen; der Zugriff auf Daten muss innerhalb eines vereinbarten Zeitrahmens gewährleistet sein.	Redundanz
Authentizität	authenticity	Bezeichnet die Eigenschaften der Echtheit, Überprüfbarkeit und Vertrauenswürdigkeit eines Objekts.	Message Authentication Code
Verbindlichkeit / Nichtabstreitbarkeit	non repudiation	Sie erfordert, dass „kein unzulässiges Abstreiten durchgeführter Handlungen“ möglich ist. Sie ist unter anderem wichtig beim elektronischen Abschluss von Verträgen.	Elektronische Signatur
Zurechenbarkeit	accountability	„Eine durchgeführte Handlung kann einem Kommunikationspartner eindeutig zugeordnet werden.“	Logging

Digitale Signaturen

Ein Fingerprint ist eine Kryptographische Hash-Funktionen
Ein Fingerprint allein reicht nicht zum Beweis der Integrität
Der Urheber benötigt ein „Geheimnis“, das nur er kennt
Dafür gibt es die asymmetrische Verschlüsselung

Steganographie

Die Kunst oder Wissenschaft der verborgenen Speicherung oder Übermittlung von Informationen in einem Trägermedium
Hat Geheimhaltung und Vertraulichkeit zum Ziel
Ein Dritter soll bei Betrachtung des Trägermediums keinen Verdacht schöpfen
„Unsichtbare“ Geheimtinte oder eine versteckte Tätowierung auf der Kopfhaut
Einbetten einer Nachricht in einer anderen Nachricht unterhalb der Wahrnehmungsschwelle

Symmetrische Verschlüsselung

Ein Schlüssel muss zufällig erzeugt werden
Alle Generatoren sind deterministisch
Generatoren erzeugen nur Pseudo-Zufallszahlen
Generator muss deshalb mit einem echten Zufallswert initialisiert werden (z.B. aktuelle Systemzeit)
Der erzeugte Schlüssel muss dann vertraulich zu den Beteiligten übertragen werden
Die Übertragung ist nicht trivial, deswegen wurden asymmetrische Chiffren entwickelt

Asymmetrische Verschlüsselung

Ein öffentlicher und privater Schlüssel
Jeder kann den öffentlichen Schlüssel kennen
Die Schlüssel sind gleichwertig, d.h. man muss sich nur zu Beginn entscheiden welcher Schlüssel welchen Zweck hat
Aufwand ist wesentlich höher (Faktor 1000)
Asymmetrische Verschlüsselung wird zur Authentifizierung von Kommunikationspartnern und der Übertragung der symmetrischen Schlüssel genutzt

Hashing

Fingerprint, Digest und Hash sind das gleiche
Die Hash-Funktion muss injektiv sein
Hashes müssen immer eindeutig sein
Wenn Hashes aus verschiedenen Dokumenten identische Hashes erzeugen, kann man falsche Dokumente als echt signieren
SHA = Secure Hash Algorithm (entwickelt von der NSA)
MD5 = Message Digest 5

Verschlüsselungskonzepte

Eine Blockchiffren ist ein Klartext fester Länge, der auf ein Chiffrat fester Länge abgebildet wird
Ein One-Time-Pad ist ein zufälliger Bitstrom mit fester Länge, der mit einem Klartext gleicher Länge vermischt wird (via XOR)
Eine polyalphabetische Chiffre kann nicht über die Häufigkeitsanalyse geknackt werden
Die Verschlüsselung kann nur vor dem „Lesen“ einer Nachricht schützen, aber nicht vor deren Manipulation
Beim einer Stromchiffre darf der Schlüssel nur einmal verwendet werden, sonst lässt sich der Schlüssel aus zwei Nachrichten wieder ableiten
Eine S-Box sorgt für die Gleichverteilung von Nullen und Einsen

Problem beim Schlüsselaustausch

E_A(P) = A ⊕ P
E_B(E_A(P)) = B ⊕ A ⊕ P
E_B(P)

Nachrichten 1 und 2 werden abgefangen

A ⊕ P + B ⊕ A ⊕ P
= A ⊕ A ⊕ B ⊕ P ⊕ P
= 0 ⊕ B ⊕ P ⊕ P
= 0 ⊕ B ⊕ 0
= B

Durch das XOR kann ein Angreifer den Schlüssel von B ermitteln.

Prüfsummen

Ein Ethernet-Frame ist maximal 1500 Byte (12000 Bit) groß
Es existieren somit 2¹²⁰⁰⁰ verschiedene Nachrichten
Die Prüfsumme kann jedoch nur 2³² Werte annehmen
Es gibt somit 2¹¹⁹⁶⁸ Kollisionen

Padding

Die Herausforderung beim Padding ist es nachher den Anfang und das Ende der eigentlichen Nachricht zu finden
Das Padding von Nachrichten kostet Zeit, die nicht bei jedem Inhalt gegeben ist

Kompression

Inhalte sollten erst komprimiert und dann verschlüsselt werden
In bestimmten Fällen kann die Datei sogar größer werden, wenn zuerst verschlüsselt wird

Wired Equivalent Privacy (WEP)

Unsicherer Standard, der nicht mehr genutzt werden sollte
Verwendet den RC4-Algorithmus, der ebenfalls als unsicher gilt
Zu Beginn konnten nur 40-Bit-Schlüssel genutzt werden (wegen einem Exportverbot für Software)