Grundlagen Kryptografie

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Grundlagen der Kryptografie und moderne Anwendung

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Grundlagen Kryptografie

  1. 1. KRYPTPOGRAPHIE Grundlagen, Geschichte, Anwendung Referat von Pawel Strzyzewski, Wintersemester 2006, FH Aachen Seminare »Privacy 2.0« und »We-Blog« Folie 1 von 50 KRYPTOGR APHIE
  2. 2. Übersicht _ 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 Folie 2 von 50 KRYPTOGR APHIE
  3. 3. 1. Grundlagen Folie 3 von 50 KRYPTOGR APHIE
  4. 4. Crashkurs: »Wozu Kryptographie?« Folie 4 von 50 KRYPTOGR APHIE
  5. 5. Folie 5 von 50 KRYPTOGR APHIE
  6. 6. Crashkurs: »Wozu Kryptographie?« _ Bedrohungsszenarien _ Unbefugtes Einsehen von Nachrichten _ Unbefugtes Ändern von Nachrichten _ Fälschen von Absenderangaben Folie 6 von 50 KRYPTOGR APHIE
  7. 7. Crashkurs: »Wozu Kryptographie?« _ Was können kryptographische Systeme leisten? _ Geheimhaltung —> Abhörsicherheit vor »unbefugten Dritten« _ Integrität —> Unversehrtheit der Nachricht garantiert _ Authentizität —> Identität von Sender und Empfänger prüfbar Folie 7 von 50 KRYPTOGR APHIE
  8. 8. Folie 8 von 50 KRYPTOGR APHIE
  9. 9. Crashkurs: »Wozu 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 Folie 9 von 50 KRYPTOGR APHIE
  10. 10. Wie funktioniert Verschlüsselung? Folie 10 von 50 KRYPTOGR APHIE
  11. 11. Wie funktioniert Verschlüsselung? _ 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. Folie 11 von 50 KRYPTOGR APHIE
  12. 12. Wie funktioniert Verschlüsselung? Ver- schlüsselungs- verfahren Folie 12 von 50 KRYPTOGR APHIE
  13. 13. Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Ver- schlüsselungs- verfahren Folie 13 von 50 KRYPTOGR APHIE
  14. 14. Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Schlüssel Ver- schlüsselungs- verfahren Folie 14 von 50 KRYPTOGR APHIE
  15. 15. Wie funktioniert Verschlüsselung? Klartext Schlüssel Ver- schlüsselungs- verfahren Geheimtext Folie 15 von 50 KRYPTOGR APHIE
  16. 16. Wie funktioniert Verschlüsselung? t! el W Klartext o, ll Ha Schlüssel Ver- schlüsselungs- verfahren -l 3 sd d ä 40 e g q h rt Geheimtext * ‘ w s r ö 70 sd # q o hl a h f z f a sd j Folie 16 von 50 KRYPTOGR APHIE
  17. 17. Wie funktioniert Entschlüsselung? t! el W Klartext o, ll Ha Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel -l 3 sd d ä 40 e g q h rt Geheimtext * ‘ w s r ö 70 sd # q o hl a h f z f a sd j Folie 17 von 50 KRYPTOGR APHIE
  18. 18. Wie funktioniert Verschlüsselung? _ Verschlüsselungsoperationen _ Tr a nspositio n & Su bstitutio n Folie 18 von 50 KRYPTOGR APHIE
  19. 19. Wie funktioniert Verschlüsselung? _ Verschlüsselungsoperationen _ Tr a nspositio n _ Bei einer Transposition werden die Zeichen untereinander vertauscht _ LIES MICH —> HCIM SEIL _ LIES MICH —> SIEL HICM Folie 19 von 50 KRYPTOGR APHIE
  20. 20. Wie funktioniert Verschlüsselung? _ Verschlüsselungsoperationen _ Su bstitutio n _ Bei einer Substitution werden Zeichen durch andere Zeichen ersetzt _ ABC DEF —> CDE FGH _ ABC DEF —> 123 456 Folie 20 von 50 KRYPTOGR APHIE
  21. 21. Wie funktioniert Verschlüsselung? _ Verschlüsselungsoperationen _ Tr a nspositio n & Su bstitutio n _ … bilden die einzigen zwei Möglichkeiten für Verschlüsselungsverfahren _ … können beliebig kombiniert werden Folie 21 von 50 KRYPTOGR APHIE
  22. 22. Historische Beispiele _ 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. Folie 22 von 50 KRYPTOGR APHIE
  23. 23. Historische Beispiele _ Skytale Folie 23 von 50 KRYPTOGR APHIE
  24. 24. Historische Beispiele _ 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. Folie 24 von 50 KRYPTOGR APHIE
  25. 25. Historische Beispiele Folie 25 von 50 KRYPTOGR APHIE
  26. 26. Uvfgbevfpur Orvfcvryr _ 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. Folie 26 von 50 KRYPTOGR APHIE
  27. 27. Historische Beispiele _ 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. Folie 27 von 50 KRYPTOGR APHIE
  28. 28. Historische Beispiele _ 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. Folie 28 von 50 KRYPTOGR APHIE
  29. 29. Historische Beispiele _ 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 Folie 29 von 50 KRYPTOGR APHIE
  30. 30. 2. Moderne Anwendung Folie 30 von 50 KRYPTOGR APHIE
  31. 31. Symmetrisch, asymmetrisch? Folie 31 von 50 KRYPTOGR APHIE
  32. 32. Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext _ Symmetrische Verfahren Schlüssel Ver- schlüsselungs- verfahren Geheimtext Folie 32 von 50 KRYPTOGR APHIE
  33. 33. Symmetrisch, asymmetrisch? Klartext _ Symmetrische Verfahren Ver- schlüsselungs- verfahren Schlüssel Geheimtext Folie 33 von 50 KRYPTOGR APHIE
  34. 34. Symmetrisch, asymmetrisch? _ Symmetrische Verfahren Klartext Geheimtext Schlüssel Folie 34 von 50 KRYPTOGR APHIE
  35. 35. Symmetrisch, asymmetrisch? _ Symmetrische Verfahren _ Schlüssel immer gleich _ Kein gefahrloser Schlüssel- austausch möglich Klartext Geheimtext Schlüssel Folie 35 von 50 KRYPTOGR APHIE
  36. 36. Symmetrisch, asymmetrisch? _ Asymmetrische Verfahren: _ Geheimschlüssel wird durch Schlüsselpaar ersetzt _ Private Key ist nur für den Private Key Besitzer zugänglich _ Public Key ist für jeden Teilnehmer zugänglich Public Key Folie 36 von 50 KRYPTOGR APHIE
  37. 37. Symmetrisch, asymmetrisch? _ Asymmetrische Verfahren: Public Key Klartext Geheimtext Public Key Folie 37 von 50 KRYPTOGR APHIE
  38. 38. Symmetrisch, asymmetrisch? _ Asymmetrische Verfahren: Private Key Klartext Geheimtext Private Key Folie 38 von 50 KRYPTOGR APHIE
  39. 39. Symmetrisch, asymmetrisch? _ 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) Folie 39 von 50 KRYPTOGR APHIE
  40. 40. Folie 40 von 50 KRYPTOGR APHIE
  41. 41. Elektronische Signatur Folie 41 von 50 KRYPTOGR APHIE
  42. 42. Elektronische Signatur _ 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 Folie 42 von 50 KRYPTOGR APHIE
  43. 43. Folie 43 von 50 KRYPTOGR APHIE
  44. 44. Folie 44 von 50 KRYPTOGR APHIE
  45. 45. Zertifikate Folie 45 von 50 KRYPTOGR APHIE
  46. 46. Zertifikate _ 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 Folie 46 von 50 KRYPTOGR APHIE
  47. 47. Hybride Systeme Folie 47 von 50 KRYPTOGR APHIE
  48. 48. Hybride Systeme _ 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 Folie 48 von 50 KRYPTOGR APHIE
  49. 49. Hybride Systeme _ 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 Folie 49 von 50 KRYPTOGR APHIE
  50. 50. ENDE. 3. Fragen, Diskussion Danke für eure Aufmerksamkeit Folie 50 von 50 KRYPTOGR APHIE

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