Grundlagen der Kryptografie

Transcript

1. Folie 1 von 50 KRYPTOGRAPHIE K R Y P T P O G R A P H I E Grundlagen, Geschichte, Anwendung Referat von Pawel Strzyzewski, Wintersemester 2006, FH Aachen Seminare »Privacy 2.0« und »We-Blog«
2. Folie 2 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ 1. Grundlagen ~ 15 Minuten _ 1a Crashkurs: »Wozu Kryptographie?« _ 1b Wie funktioniert Verschlüsselung? _ 1c Historische Beispiele _ 2. Moderne Anwendung ~ 15 Minuten _ 2a Symmetrisch, asymmetrisch? _ 2b Elektronische Signatur _ 2c Zertifikate _ 2d Hybride Systeme _ 3. Fragen, Diskussionsrunde ~ ? Minuten Übersicht
3. Folie 3 von 50 KRYPTOGRAPHIE 1. Grundlagen
4. Folie 4 von 50 KRYPTOGRAPHIE Crashkurs: »Wozu Kryptographie?«
5. Folie 5 von 50 KRYPTOGRAPHIE
6. Folie 6 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Bedrohungsszenarien _ Unbefugtes Einsehen von Nachrichten _ Unbefugtes Ändern von Nachrichten _ Fälschen von Absenderangaben Crashkurs: »Wozu Kryptographie?«
7. Folie 7 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Was können kryptographische Systeme leisten? _ Geheimhaltung —> Abhörsicherheit vor »unbefugten Dritten« _ Integrität —> Unversehrtheit der Nachricht garantiert _ Authentizität —> Identität von Sender und Empfänger prüfbar Crashkurs: »Wozu Kryptographie?«
8. Folie 8 von 50 KRYPTOGRAPHIE
9. Folie 9 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Dschungel der Fachbegriffe _ Verschlüsselung —> Nachrichten wiederruflich unlesbar machen _ Verschl.-Algorithmus —> Bes. Ablauf, der Nachrichten verschlüsselt _ Kryptographie —> Wissenschaft vom Verschlüsseln _ Kryptoanalyse —> Verschlüsselung brechen _ Steganographie —> Existenz von Nachrichten verbergen Crashkurs: »Wozu Kryptographie?«
10. Folie 10 von 50 KRYPTOGRAPHIE Wie funktioniert Verschlüsselung?
11. Folie 11 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Definition Verschlüsselung nennt man den Vorgang, bei dem ein Klartext mit Hilf eines Verschlüsselungsverfahrens (Algorithmus) in einen Geheimtext umgewandelt wird. Als Parameter des Verschlüsselungsverfahrens werden ein oder mehrere Schlüssel verwendet. […] Den umgekehrten Vorgang, also die Verwandlung des Geheimtextes zurück in den Klartext, nennt man Ent- schlüsselung. Wie funktioniert Verschlüsselung?
12. Folie 12 von 50 KRYPTOGRAPHIE Wie funktioniert Verschlüsselung? Ver- schlüsselungs- verfahren
13. Folie 13 von 50 KRYPTOGRAPHIE Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Ver- schlüsselungs- verfahren
14. Folie 14 von 50 KRYPTOGRAPHIE Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel
15. Folie 15 von 50 KRYPTOGRAPHIE Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Geheimtext Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel
16. Folie 16 von 50 KRYPTOGRAPHIE Hallo, W elt! 07tr043 zfoqörhqä dl- jdsha #sw geds aflh ds‘* Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Geheimtext Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel
17. Folie 17 von 50 KRYPTOGRAPHIE Wie funktioniert Entschlüsselung? Hallo, W elt! 07tr043 zfoqörhqä dl- jdsha #sw geds aflh ds‘* Klartext Geheimtext Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel
18. Folie 18 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Verschlüsselungsoperationen _ Transposition & Substitution Wie funktioniert Verschlüsselung?
19. Folie 19 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Verschlüsselungsoperationen _ Transposition _ Bei einer Transposition werden die Zeichen untereinander vertauscht _ L I E S M I C H —> H C I M S E I L _ L I E S M I C H —> S I E L H I C M Wie funktioniert Verschlüsselung?
20. Folie 20 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Verschlüsselungsoperationen _ Substitution _ Bei einer Substitution werden Zeichen durch andere Zeichen ersetzt _ A B C D E F —> C D E F G H _ A B C D E F —> 1 2 3 4 5 6 Wie funktioniert Verschlüsselung?
21. Folie 21 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Verschlüsselungsoperationen _ Transposition & Substitution _ … bilden die einzigen zwei Möglichkeiten für Verschlüsselungsverfahren _ … können beliebig kombiniert werden Wie funktioniert Verschlüsselung?
22. Folie 22 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Skytale Die älteste bekannte Transpositionsverschlüsse- lung wurde schon vor 2500 Jahren von den Sparta- nern zu militärischen Zwecken angewandt. Als Schlüssel diente ein Stab mit einem bestimmten Durchmesser, der als Skytale bezeichnet wurde. Historische Beispiele
23. Folie 23 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Skytale Historische Beispiele
24. Folie 24 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Cäsar-Chiffre / ROT13 Ein sehr bekanntes Beispiel für Substitutionsverschlüsselung ist der soge- nannte ROT13-Algorithmus, auch Cäsar-Chiffre genannt. Dabei wird von einem lateinischen Alphabet mit 26 Buchstaben ausgegangen, welches um 13 Stellen verschoben (rotiert) wird. Historische Beispiele
25. Folie 25 von 50 KRYPTOGRAPHIE Historische Beispiele
26. Folie 26 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Päfne-Puvsser / EBG13 Rva frue orxnaagrf Orvfcvry süe Fhofgvghgvbafirefpuyüffryhat vfg qre fbtra- naagr EBG13-Nytbevguzhf, nhpu Päfne-Puvsser tranaag. Qnorv jveq iba rvarz yngrvavfpura Nycunorg zvg 26 Ohpufgnora nhftrtnatra, jrypurf hz 13 Fgryyra irefpubora (ebgvreg) jveq. Uvfgbevfpur Orvfcvryr
27. Folie 27 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Enigma Ein weiteres sehr bekanntes Beispiel für Verschlüsselung durch Substitution ist die deutsche Rotor-Verschlüsselungs- maschine Enigma, die sehr häufig im zweiten Weltkrieg von den Deutschen verwendet wurde. Wichtigste Eigenschaft der Enigma ist die polyalphabetische Rotorverschlüs- selung, welche die automatisierte Ver- wendung mehrerer Geheimalphabete ermöglicht. Ferner werden dabei für fast jeden einzelnen Klartext-Buchstaben eigene Schlüssel verwendet. Historische Beispiele
28. Folie 28 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Enigma Das Herzstück der Enigma sind drei Walzen und zwei Umkehrwalzen, die man beliebig anordnen kann. Die Walzen verfügen über ein eigenes 26-Stelliges Geheim- alphabet, wwelches sich über eine Ringeinstellung ver- schieben lässt. Alle Walzen sind untereinander über un- terschiedlich einstellbare Steckverbindungen gekoppelt. Historische Beispiele
29. Folie 29 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Enigma _ Die Enigma bietet vier Parameter zur Einstellung: 1. 120 verschiedene Walzenlagen 2. 676 Einstellungen der Ringe 3. 17.576 Grundstellungen der Walzen 4. 150.738.274.937.250 (~ 150 Bio.) Steckerverbindungen aller Walzen _ Schlüsselraum circa 2·10²³ verschiedenen Möglichkeiten (~ 77 Bit) _ Durch Sicherheits-Schwächen aber nur ca. 2 Mio. benutzbare Schlüssel Historische Beispiele
30. Folie 30 von 50 KRYPTOGRAPHIE 2. Moderne Anwendung
31. Folie 31 von 50 KRYPTOGRAPHIE Symmetrisch, asymmetrisch?
32. Folie 32 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Symmetrische Verfahren Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext Geheimtext Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel
33. Folie 33 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Symmetrische Verfahren Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext Geheimtext Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel
34. Folie 34 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Symmetrische Verfahren Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext Geheimtext Schlüssel
35. Folie 35 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Symmetrische Verfahren _ Schlüssel immer gleich _ Kein gefahrloser Schlüssel- austausch möglich Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext Geheimtext Schlüssel
36. Folie 36 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Asymmetrische Verfahren: _ Geheimschlüssel wird durch Schlüsselpaar ersetzt _ Private Key ist nur für den Besitzer zugänglich _ Public Key ist für jeden Teilnehmer zugänglich Symmetrisch, asymmetrisch? Public Key Private Key
37. Folie 37 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Asymmetrische Verfahren: Public Key Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext Geheimtext Public Key
38. Folie 38 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Asymmetrische Verfahren: Private Key Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext Geheimtext Private Key
39. Folie 39 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Asymmetrische Verfahren _ Gedankliches Konzept _ Public Key verschlüsselt Nachrichten _ Private Key entschlüsselt Nachrichten _ Public Key kann mit dem Public Key verschlüsselte Nachrichten nicht entschlüsseln (»Asymmetrie«) _ »Gefährlicher Schlüsselaustausch« entfällt (Public Key kann durch unsichere Kanäle verbreitet werden) Symmetrisch, asymmetrisch?
40. Folie 40 von 50 KRYPTOGRAPHIE
41. Folie 41 von 50 KRYPTOGRAPHIE Elektronische Signatur
42. Folie 42 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Mit Schlüsselpaaren kann nachgewiesen werden, dass eine Person ein bestimmtes Dokument digital signiert hat _ Durch einen speziellen Signier-Algorithmus kann der Besitzer eines privaten Schlüssels für ein bestimmtes Dokument eine digitale Signatur erstellen lassen _ Die generierte digitale Signatur ist ausschließlich für das eine signierte Dokument gültig. Möchte man ein anderes Dokument signieren, muss der Vorgang wiederholt werden. _ Anschließend kann über den öffentlichen Schlüssel der Person nachgewiesen werden, ob die Signatur authentisch ist oder nicht Elektronische Signatur
43. Folie 43 von 50 KRYPTOGRAPHIE
44. Folie 44 von 50 KRYPTOGRAPHIE
45. Folie 45 von 50 KRYPTOGRAPHIE Zertifikate
46. Folie 46 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Zertifkate dienen zur Sicherstellung der Echtheit von öffentlichen Schlüsseln und weren von sog. Zertifizierungsstellen ausgestellt _ Ein Zertifikat enthält Informationen über den Namen des Inhabers, dessen öffentlichen Schlüssel, eine Seriennummer, eine Gültigkeitsdauer und den Namen der Zertifizierungsstelle _ Um die Echtheit des Zertifikates zu garantieren, wird dem Zertifikat eine digitale Signatur einer vertrauenswürdigen Organisation oder Instanz (z. B. eine Behörde) aufgeprägt. Durch dessen Signatur kann die Integrität und Echtheit des Zertifikates nachgewiesen werden. _ In Deutschland übernimmt die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen die Rolle der höchsten Zertifizierungsinstanz Zertifikate
47. Folie 47 von 50 KRYPTOGRAPHIE Hybride Systeme
48. Folie 48 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Hybride Systeme arbeiten gemischt mit asymmetrischen und symmetrischen Verschlüsselungsverfahren, was einen großen Geschwindigkeitsvoteil bringt _ Ein typisches Anwendungsbeispiel ist der Austausch des »Session-Keys« bei sicherheitskritischen Internet-Anwendungen (z. B. Onlinebanking) _ Hierbei einigen sich beide Gegenstellen zuerst anhand von Zertifikaten und asymmetrischer Kryptographie auf einen Sitzungsschlüssel, welcher dann für eine symmetrische (und ressourcensparende) Verschlüsselung genutzt wird. _ Bei vertrauenswürdigen Zertifikaten eine sichere Methode um den Geheimschlüssel für symmetrische Kryptographie zu übertragen Hybride Systeme
49. Folie 49 von 50 KRYPTOGRAPHIE _ Wie wird ein Session-Key generiert? (stark vereinfacht) 1. Dienstleister (Server) und Kunde (Client) bauen eine Verbindung auf 2. Server sendet seinen Public Key und ein Zertifikat, das die Echtheit des Public Keys bestätigt, an den Client 3. Client überprüft Zertifikat 4. Wenn Zertifikat vertrauenswürdig, generiert Client einen symmetrischen Schlüssel, welcher asymmetrisch mit dem Public Key des Servers verschlüsselt wird 5. Server erhält den Schlüssel und leitet eine symmetrisch verschlüsselte Verbindung zwischen sich und Client ein Hybride Systeme
50. Folie 50 von 50 KRYPTOGRAPHIE 3. Fragen, Diskussion ENDE. Danke für eure Aufmerksamkeit