Kryptografie Grundlagen

Kryptologie

• “Lehre/Wissenschaft der Geheimnisse”

• Kunst/Wissenschaft der algorithmischen Methoden zur Informationssicheruung

Kryptografie

• “Geheimes Schreiben”

• Kunst/Wissenschaft, Methoden zur Verheimlichung von Nachrichten zu entwickeln, Entwurf neuer Systeme

Kryptoanalyse

• “Untersuchung von Geheiminssen”

• Kunst/Wissenschaft aktuelle kryptografische Verfahren zu brechen

• Sicherheit aktuelle kryptografischer Verfaheren zu beweisen

Historisches Ziel

• Vertraulichkeit/ Geheimhaltung

Moderne Ziele

• Vertraulichkeit/ Geheimhaltung

• Sichern Integrität und Authentizität

• Sichern von Verbindlichkeit/ Nichtabstreitbarkeit unter Einbezug von Infrastrukturen

• Vertraulichkeit:

  • Verschlüsselung

• Integrität:

  • Hashfunktionen

• Authentizität:

  • Schlüssel, MAC, digitale Signaturen

• Nichtabstreitbarkeit:

  • Zertifikate, Token, Protokolle, MACs, digitale Signatur kombiniert mit Notardiensten, Infrastrukturen

• Ohne Kentniss des Schlüssels soll es praktisch unmöglich sein die Nachricht zu entschlüsseln

  
  

Verfahren muss auch dann sicher sein, wenn Funktionsweise bekannt ist

• Gegenteil: Security by Obscurity

• Sicherheit der Informationsübertragung hängt nur von der Geheimhaltung der entsprechenden Schlüssel ab - ohne Schlüssel nicht zu entschlüsseln

Konfusion:

• es sollen Zusammenhänge zwischen Klartext und Chiffrat verschleiert werden

  (einzelne Wörter)

• kann mittels Substitution erreicht werden

  • Ersetzen von Buchstaben/Wörtern durch andere

• verstreut Redundanz des Klartextes über den Schlüsseltext

• kann mittels Permutationen (Transposition) erreicht werden

  • was bleibt gleich, aber nicht wo, Permutation der Stellen von Buchstaben

• Monoalphabetisch: Jedem Zeichen/Zeichenfolge über Alphabet A ist bijektiv ein Zeichen/Zeichenfolge über Alphabet B zugeordnet

• Polyalphabetisch: Jedem Zeichen/Zeichenfolge über Alphabet A ist bijektiv ein Zeichen/Zeichenfolge über Alphabeten B0, B1, . . . , Bk-1; k > 1, zugeordnet

• Monographisch: Es werden Einzelzeichen ersetzt

• Polygraphisch: Es werden Zeichenfolgen ersetzt

Verschiebechiffre

• Monoalphabetisch

• genau 26 solche Chiffrierungen

• Jeder Buchstabe durch den ersetzten, der im Alphabet n = k Stellen nach ihm steht (modulo 26)

Caesar-Chiffre Angriffe:

• Ausprobieren

• Häufigkeitsanalyse

• partielle Lösung

Vigenère-Chiffre Angriffe:

• Polyalphabetische Substitutions-Chiffrierungen:

• Mehrere Chiffrierungen durch einfache Substitution (abhängig von Position/Schlüssel andere Substitution)

• Schlüssel zyklisch wiederholt

Angriffe:

• Suche im Ciphertext Paare von (möglichst langen) gleichen Zeichenketten und bestimme die jeweiligen Abstände ihrer ersten Zeichen

  
  

• Prinzip von Kerckhoff (symm. Verschlüsselungssysteme):

  • Gegner kennt gesamtes System

  • aber keine Information über Schlüssel

• Perfekten Sicherheit

  • Cipher perfekt sicher, wenn:

    • Klartext und Chiffrat statistisch unabhängig sind

• Known Ciphertext Attack (Geheimtextanalyse)

  • Zugriff auf verschlüsselte Texte

• Known-Plaintext-Attacke (Klartextraten)

  • Angrteifer Zugriff auf Plain Text und verschlüsselte Version

• Chosen-Ciphertext-Attacke

  • Angreifer sucht Schlüssel und kann Klartext zu gewählten Geheimtext erhalten → Wörterbuchattacke, Systematisches Klartextraten nach der Fischzugmethode

• Chosen-Plaintext-Attacke (Probeverschlüsselung)

  • Angreifer kann für beliebige Plaintext die Verschlüsselung erhalten

(Angreifer ermittelt zusätzliche Informationen über Vorgang währende der Verschlüsselung)

• Timing Attack - Dauer der Verschlüsselung

• Simple/Differential Power Analysis - Zeitlicher Verlauf des

  Stromverbrauchs

• Differential Fault Analysis - Berechnungsfehler aufgrund (Absichtlich verursachter) extremer Umgebungsbedingungen

• Branch Prediction Analysis – Code-Verzweigungsanalyse

• TEMPEST-Attack - Elektromagnetische Abstrahlung des Gerätes

Nicht-Rechnergestützte Angriffe:

• Schwachstellen im System selbst – z.B. Daten werden zusätzlich unverschlüsselt abgelegt

• Einbruch/Diebstahl

• Folter

• Bestechung

• “Dumpster diving”

• Social Engineering