Einleitung

• Warum Verschlüsselung?
• Symmetrische Verschlüsselung (Grundbaustein von kryptografischen Systemen)
• Asymmetrische Verfahren
• Warum digitale Unterschriften?
• Digitale Unterschriften: Prinzip
• Kombination von Verschlüsselung und digitalen Unterschriften
• Schlüsselaustausch, Zertifizierungsstellen und Sicherheitsinfrastrukturen
• Implementation von Verschlüsselung und Unterschriften im Computer
• Ausblick: Anwendungen von Kryptografie

Anhang:

• Symmetrische Verschlüsselung - Beispiele
• Kombination symm. und asymm. Verfahren
• Detailliertere Funktionsweise von digitalen Unterschriften

Warum Verschlüsselung?

Früher:

• Kommunikation mit persönlichem Kontakt, oft unter 4 Augen
• Viel Aufwand zum Abhören (Wanzen, individuelle Beschattung)

Heute:

• Abhängigkeit von nicht vertrauenswürdigen dritten Personen zur Nachrichtenübermittlung (Boten, Post, Telefon, Funk, Internet, ...) --> Keine Möglichkeit mehr, unter 4 Augen zu sprechen
• Immer weniger Aufwand für wenige Mächtige um immer mehr abzuhören, zu speichern und auszuwerten (Knopfdruck)

Neugierige mit enormer Datensammelwut:

• US-Regierung: wünscht Clipper-Chip, Schlüssel beim Staat hinterlegt
• FBI: wünscht Telefone mit eingebauter Abhörmöglichkeit
• Frankreich, China, ...: Kryptografieverbote
• Weltweit "Marketing"-Unternehmen: Gläsernen Kunden zum zuspammen
• USA: haben Echelon installiert
• DDR: haben Telefon-Richtfunkstrecken abgehört

Notwendigkeit, Daten vor Dritten zu verbergen:

• um illegale schmutzige Aktivitäten zu vertuschen (braucht wohl keiner von uns):
  • Terrorismus, Kinderpornografie, Waffenhandel, ...
• um das zu tun, was man für richtig hält aber u.U. verboten ist (betrifft alle sozial und politisch Aktiven und Andersdenkenden):
  • Fremdgehen, mehrere Beziehungen gleichzeitig
  • Atommüll-Transporte blockieren
  • politisch Verfolgten, Asylbewerbern helfen
  • mit Verwandten zu diskutieren, wie man das Erbe von Verstorbenen an der Erbschaftsteuer vorbei wegschafft
  • PGP programmieren und verteilen, ...
• um das zu tun, was man für richtig hält und nicht verboten ist (betrifft die Mehrheit der Bevölkerung)

Daten, die vor unbefugten Dritten geheimgehalten werden müssen:

• Preisangebote im Geschäftsleben
• Wissen, Patente
• Medizinische Daten, Krankheiten
• Identität von Informanten von Insiderinformationen über Mißstände
• Politische Einstellungen
• Lebenseinstellungen, Sozialverhalten
• Essensgewohnheiten

Gefahren:

• Entgangene Aufträge
• Diebstahl von teurem Know-How

Weitere Gefahren: Wenn umfangreiche Daten von vielen Personen den Mächtigen zur Verfügung stehen, dann entstehen ihnen ganz neue unerwünschte Entscheidungsmöglichkeiten!

• Keine Einstellung oder gar Entlassung durch Arbeitgeber (z.B. weil zu konservativ/progressiv, wegen Boykott von einer bestimmten Fastfoodkette)
• Verweigerung von Krediten durch Banken (z.B. wegen angeblich zu teurer Hobbys, "unlauterem" Lebenswandel)
• Verweigerung von Krankenversicherung (z.B. wegen tatsächlicher oder angenommener Krankheit)
• Verweigerung von Visa, Arbeits- und Aufenthaltsgenehmigungen (z.B. weil politisch aktiv)

Gefahren durch falsche Schlußfolgerungen:

• Jemand isst "Körnerfutter" und kauft im Bioladen. Folge: Er wird für krank/gebrechlich gehalten.
• Jemand gibt in der Werkskantine eine Runde Bier an Kollegen aus. Folge: Personalchef liest Kaufdaten und hält ihn für einen Alkoholiker.
• Jemand kündigt sein Telefon. Telefongesellschaft kriegt Verwaltung nicht hin und schickt weiter (unberechtigt) Rechnungen. Kunde zahlt aber nicht. Folge: Eintrag bei Schufa als Betrüger oder als zahlungsunfähig.
• Jemand hat keine Freundin und wird für schwul gehalten.

Ergebnis: Orwell'scher Staat. Alles ist erlaubt, aber man muß mit den Konsequenzen rechnen. (Wie z.B. Ausreiseantrag in der DDR)

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Symmetrische Verschlüsselung

Problem: keine Vertraulichkeit (Daten werden abgehört und mißbraucht.)

Forderung: Vertraulichkeit über abhörbarem Kanal

Lösung: Verschlüsselung

Symmetrische Verschlüsselung - Beispiele

Bei guten modernen Verfahren: Angriffsmöglichkeit nur durch Ausprobieren aller Schlüssel.

Daher Schlüssellänge: mindestens 128 bit (mindestens 10⁴³ (~ 2¹²⁸) mögliche Schlüssel)

Eigenschaften:

• schnell
• gut untersucht
• bieten Vertraulichkeit
• Schlüssel geheim, Verfahren öffentlich bekannt
• gleicher Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung
• abhörsicherer Kanal mindestens einmal nötig
• jeder muß jeden treffen
• viele geheime Schlüssel pro Person
• spontane vertrauliche Kommunikation unmöglich

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Asymmetrische Verschlüsselung mit RSA

Probleme bei symmetrischer Verschlüsselung:

• abhörsicherer Kanal mindestens einmal nötig
• viele geheime Schlüssel pro Person

Forderung: Schlüsselaustausch über abhörbarem Kanal

Lösung: Asymmetrische Verschlüsselung (public key cryptography), z.B. mit RSA

Schlüssellänge: mind. 1024 bit nötig

Eigenschaften asymmetrische Verschlüsselung:

• gut untersucht
• 1000x langsamer (Lösung durch Kombination symm. und asymm. Verfahren)
• bieten Vertraulichkeit
• Schlüsselpaare (öffentlich zur Verschlüsselung, geheim zur Entschlüsselung)
• einfacheres Schlüsselmanagement, weil nur ein geheimer aber viele öffentliche Schlüssel
• kein abhörsicherer Kanal nötig, da Einwegfunktion
• manipulationssicherer Kanal für Schlüsselaustausch einmal nötig (z.B. Telefon), persönliche Bekanntschaft vorausgesetzt
• jeder muß jeden zwecks Schlüsselaustausch einmal sprechen
• spontane vertrauliche Kommunikation möglich aber umständlich

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Warum digitale Unterschriften?

Mögliche Aktionen:

• echte Aufträge, gefälschte Adressdaten
• falsche Nachrichten (Klassiker: "Bestellung einer Waschmaschine", Denunziation in Newsgruppen)
• Bestellungen aufgeben und nach Lieferung widerrufen
• unauthorisierte Nutzung von Computern
• Nachrichten stoppen
• Nachrichten verändern (auch verschlüsselte!)
• Nachrichten wiederholen, "replay-attack"
• man-in-the-middle-attack

Gefahren:

• finanzieller Schaden
• Datenverlust, kriminelle Aktionen von eigenem Rechner
• Verlust der Vertraulichkeit

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Digitale Unterschriften: Prinzip

Probleme:

• zufällige oder absichtliche Änderungen
• falscher oder nichtidentifizierbarer Absender
• Leugnen von Aktionen

Forderungen:

• Integrität (Schutz vor Änderungen)
• Authentizität (Bindung Unterzeichner - Dokument)
• Unwiderrufbarkeit (Beweisbarkeit gegenüber Dritten)

Lösung: Digitale Unterschriften

Detailliertere Funktionsweise von digitalen Unterschriften

Eigenschaften von digitalen Unterschriften:

• gut untersucht.
• bieten Integrität, Authentizität.
• bieten noch keine Unwiderrufbarkeit (Aussage gegen Aussage).
• Schlüsselpaare (geheim zum Signieren, öffentlich zum Prüfen).
• einfaches Schlüsselmanagement, weil nur ein geheimer aber viele öffentliche Schlüssel.
• manipulationssicherer Kanal für Schlüsselaustausch einmal nötig (z.B. Telefon), persönliche Bekanntschaft vorausgesetzt.
• jeder muß jeden zwecks Schlüsselaustausch einmal sprechen.
• spontane authentische Kommunikation nur bei persönlicher Bekanntschaft möglich, wenn auch umständlich.

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Kombination von Verschlüsselung und digitalen Unterschriften

Merke:

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Schlüsselaustausch, Zertifizierungsstellen und Sicherheitsinfrastrukturen

Probleme:

• manipulationssicherer Kanal für Schlüsselaustausch einmal nötig.
• jeder muß jeden sprechen (z.B. per Telefon), persönliche Bekanntheit vorausgesetzt.
• spontane authentische und vertrauliche Kommunikation umständlich, persönliche Bekanntschaft oft vorausgesetzt.

Lösung:

• digitale Unterschriften auf Schlüssel, "Zertifikate"
• Unterzeichner bzw. Zertifizierungsstellen (CA, certification authority)

Prinzip:

• Unterzeichner versichert per digitaler Signatur, daß er mit Inhaber einen authentischen Schlüsselaustausch durchgeführt hat und der Schlüssel dem Inhaber wirklich gehört.
• Prüfer besorgt sich den öffentlichen Schlüssel des Unterzeichners und vertraut, daß Unterzeichner ehrlich ist.

Eigenschaften:

• manipulationssicherer Kanal für Schlüsselaustausch mit Unterzeichner einmal nötig.
• Authentizität und Integrität färben auf Teilnehmer untereinander ab.
• bieten Unwiderrufbarkeit (mit Unterzeichner als Zeugen für Besitz eines Schlüssels).
• Teilnehmer muß seinen Schlüssel nur wenigen Unterzeichnern geben.
• Teilnehmer muß den Schlüssel von nur wenigen Unterzeichnern empfangen.
• Wenig Aufwand für Teilnehmer.
• Zertifizierungsstelle bzw. wenige Unterzeichner machen die Arbeit.
• spontane authentische und vertrauliche Kommunikation leicht.

Beispiele für Vertrauensbeziehungen:

• Alice bekommt den Schlüssel von Trent aus erster Hand.
• Trent bekommt die Schlüssel von Bob, Frank und Malory aus erster Hand, unterschreibt sie mit seinem eigenen Schlüssel und verbreitet sie ...
• Alice prüft Eves Schlüssel mit Franks Schlüssel, den sie mit Trents Schlüssel prüft, den sie aus erster Hand hat.
• Carols Schlüssel kann nicht vertraut werden, da der Unterzeichner Malory unzuverlässig ist.
• Eves Schlüssel wird vertraut, obwohl sie unzuverlässig ist, weil es auf Franks Vetrauenswürdigkeit ankommt.
• Daves Schlüssel kann nicht vertraut werden, weil zu dessen Verifizierung zu viele Schritte nötig sind.
• Ein Schlüssel kann von mehreren Leuten unterschrieben werden.
• Sind die Unterzeichner nur teilweise vertrauenswürdig, dann kann Alice eine Mindestzahl von Unterschriften erwarten.

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Implementation von Verschlüsselung und Unterschriften im Computer

• Treiber für lokale Festplatte
• Einbindung von lokalen und entfernten verschlüsselten Resourcen
• Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
• Absicherung des lokalen Netzwerkes
• globale Rechner-zu-Rechner-Absicherung (IPSec, TLS)
• Anwendungssoftware (E-Mail, WWW, Telnet usw.)
• Virtual Private Network (VPN)

Empfehlenswerte Implementation hängt von Art der Angriffe, gewünschter Schutz, Standorten, Nutzungsberechtigten und Art der Nutzung ab.

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Ausblick: Anwendungen von Kryptografie

Bisher:

• in den letzten 2000 Jahren: Verschlüsselung
• in den letzten 30 Jahren: auch digitale Signaturen
• erst in den letzten 10 Jahren im Computer zur Anwendungsreife gelangt

Weitere Möglichkeiten:

• alles in den letzten Jahrzehnten entwickelt
• noch fast nichts davon zur Anwendung gelangt
• Verwaltung von Generalschlüsseln und Ersatzschlüsseln
• Geheimnisse zerteilen und zusammenfügen
• Zeitstempel
• simultaner Austausch von Geheimnissen
• simultanes Unterzeichnen von Dokumenten
• digital Münzen werfen
• digital Pokern (Karten mischen und welche ziehen)
• digitale Wahlen
• digitales Geld
• anonyme Verbreitung von Daten
• Rechnen mit verschlüsselten Daten

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Symmetrische Verschlüsselung - Beispiele

Einfaches (unsicheres) Beispiel:

  Verfahren: Alphabet verschieben
  Schlüssel: 4 nach rechts

  Klartext:   ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
  Geheimtext: EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD

  Aus:  ICH LIEBE DICH
  wird: MGL PMIFI HMGL

Beispiele:

• DES (Data Encryption Standard, 56 bit, geknackt)
• Triple DES (112 bit)
• IDEA (128 bit)
• RC4 (40 - 1000 bit)
• u.v.m.

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Kombination symm. und asymm. Verfahren (Hybridverfahren)

vereinigen Vorteile beider Verschlüsselungsverfahren

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Detailliertere Funktionsweise von digitalen Unterschriften

Wegen Sicherheit und Geschwindigkeit Verwendung von Hashfunktionen ( eine Art "Prüfsumme")

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