Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Leseprobe

ID 4500

Stark, Shubhangi: Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze / Shubhangi Stark -

Hamburg: Diplomica GmbH, 2001

Zugl.: Heidelberg, Universität, Diplom, 2001

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Shubhangi Stark

Medizinische Informatik

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Inhaltsübersicht

Einleitung ... 9

Problemstellung... 11

Schichten-Modelle und Sicherheit... 15

3.1 Schichten-Modelle nach OSI und TCP/IP... 15

3.1.1 OSI-Referenzmodell ... 15

3.1.2 Modell des Internets ... 16

3.1.3 Kurzbeschreibung ausgewählter Protokolle ... 18

3.1.3.1 Applikationsschicht (OSI-Schichten 5-7)... 18

3.1.3.2 Transportschicht (OSI-Schicht 4)... 21

3.1.3.3 Netzwerkschicht (OSI-Schicht 3) ... 22

3.1.3.4 Netzzugangsschicht (OSI-Schichten 1-2) ... 23

3.2 Besonderheiten beim Einsatz kryptographischer Verfahren in den

verschiedenen OSI-Schichten... 24

Grundkonzepte der IT-Sicherheit... 29

4.1 Sicherheitsdienste... 29

4.2 Angriffe ... 31

4.2.1 Aktive Angriffe ... 31

4.2.1.1 Datenmanipulation ... 31

4.2.1.2 Replay-Angriffe ... 31

4.2.1.3 Denial-of-Service-Angriffe ... 32

4.2.1.4 Man-in-the-Middle-Angriffe ... 32

4.2.2 Passive Angriffe... 33

4.2.2.1 Das passive Mitlesen von Daten ... 33

4.2.2.2 Verkehrsflußanalyse... 33

4.2.3 Weitere Angriffe... 33

4.2.3.1 Zufällige Informationsaufdeckung bzw. - veränderung... 33

4.2.3.2 Angriffe von Insidern ... 33

4.3 Grundlagen der Kryptographie ... 35

4.3.1 Warum Kryptographie?... 35

4.3.2 Kryptographische Verfahren ... 37

4.3.2.1 Symmetrische Kryptoverfahren (Secret-Key-Verfahren)... 37

4.3.2.1.1 Ver- und Entschlüsselung... 38

4.3.2.1.2 Message Authentication Code (MAC) ... 40

4.3.2.2 Asymmetrische Kryptoverfahren (Public-Key-Verfahren)... 43

4.3.2.2.1 Ver- und Entschlüsselung... 43

Shubhangi Stark

Seite 2 von 217

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Medizinische Informatik

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

4.3.2.2.2 Digitale Signatur ... 45

4.3.2.2.3 Schlüsselaustauschverfahren ... 47

4.3.3 Hybride Verschlüsselungsverfahren ... 51

4.3.4 Weitere Verfahren ... 54

4.3.4.1 Verfahren zur Erzeugung von Zufallszahlen ... 54

4.3.4.2 Schlüsselgenerierung... 55

4.3.4.3 Hash-Verfahren... 55

4.3.5 Ausblick ... 57

4.4 Grundlagen der sicheren E-Mail-Kommunikation ... 58

4.4.1 Warum E-Mail-Sicherheit? ... 58

4.4.2 Sicherheitsdienste ... 58

4.4.3 Modell der E-Mail Sicherheit ... 59

4.4.4 Technischer Aufbau... 60

4.4.5 Protokolle für E-Mail Sicherheit... 60

4.4.5.1 S/MIME ... 60

4.4.5.1.1 Spezifikation ... 60

4.4.5.1.2 Funktionsweise... 61

4.4.5.1.3 Umsetzung der Sicherheitsdienste ... 62

4.4.5.1.4 Schlüsselmanagement ... 63

4.4.5.2 PGP und OpenPGP ... 65

4.5 Grundlagen der sicheren Client-Server-Kommunikation... 66

4.5.1 Warum sichere Client-Server-Kommunikation? ... 66

4.5.2 Sicherheitsdienste ... 66

4.5.3 Modell der sicheren Client-Server-Kommunikation ... 67

4.5.4 Technischer Aufbau... 67

4.5.5 Protokolle für die sichere Client-Server-Kommunikation ... 68

4.5.5.1 Transport Layer Security (TLS) ... 68

4.5.5.1.1 Spezifikation ... 68

4.5.5.1.2 Funktionsweise... 69

4.5.5.1.3 Umsetzung der Sicherheitsdienste ... 71

4.5.5.1.4 Schlüsselmanagement ... 72

4.5.5.2 Secure Socket Layer (SSL) ... 72

4.6 Grundlagen der Virtuellen Privaten Netzwerke (VPN) ... 73

4.6.1 Warum sichere VPN? ... 73

4.6.1.1 VPN-Klassifikation... 73

4.6.2 Sicherheitsdienste ... 74

4.6.3 Modell eines VPNs ... 75

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

4.6.4 Technischer Aufbau... 75

4.6.5 VPN-Protokolle ... 76

4.6.5.1 IP Security Protocol (IPSec) ... 76

4.6.5.1.1 Spezifikation ... 76

4.6.5.1.2 Funktionsweise... 78

4.6.5.1.3 Umsetzung der Sicherheitsdienste ... 79

4.6.5.1.4 Schlüsselmanagement ... 80

4.6.5.2 Layer 2-VPN-Protokolle... 82

4.6.5.2.1 Point-to-Point-Tunneling Protocol und Encryption

Control Protocol... 82

4.6.5.2.2 Layer 2 Tunneling Protocol und Encryption

Control Protocol... 83

4.7 Grundlagen der Public Key Infrastrukturen (PKI)... 84

4.7.1 Warum PKI? ... 84

4.7.2 Definition und Komponenten einer PKI ... 85

4.7.3 Objekte einer PKI ... 86

4.7.4 PKI-Dienste ... 86

4.7.5 PKI-Protokolle... 88

4.7.6 Zertifikat... 89

4.7.6.1 Struktur eines Zertifikats... 89

4.7.6.2 Lebenszyklus eines Zertifikats... 90

4.7.6.3 Zertifizierungspfad... 92

4.7.7 Vertrauensmodelle einer PKI ... 94

4.7.7.1 Web of Trust Architektur (User-Centric-Trust Model)... 94

4.7.7.2 Hierarchische CA-Architektur (Hierarchy Model) ... 95

4.7.7.3 Verteilte CA-Architektur (Peer-to-Peer Model)... 96

4.7.7.4 Brücken CA-Architektur (Bridge Model)... 97

4.7.8 Certificate Policy und Certification Practice Statement... 98

4.7.9 Sicherer PKI-Betrieb ... 98

4.8 Technische Komponenten ... 99

4.8.1 Firewall ... 99

4.8.2 Router ... 99

4.8.3 Smart Cards ... 100

Allgemeines ITKommunikationsmodell einer Organisation ... 101

5.1 Kommunikationsbedürfnisse einer Organisation ... 101

5.2 Allgemeines IT-Kommunikationsmodell ... 106

5.2.1 Kommunikation mit Geschäftspartnern (B2B) ... 107

5.2.2 Kommunikation mit Kunden (B2C)... 108

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

5.2.3 Kommunikation mit staatlichen Stellen (B2A) ... 109

5.2.4 Organisationsinterne Kommunikation (Intern) ... 110

5.2.5 Bewertung der Kommunikationsformen und -wege einer

Organisation ... 111

5.3 Bewertung von Sicherheitsprotokollen der wichtigsten

Kommunikationswege ... 112

Methodik zum Entwurf einer PKI-gestützten IT-Sicherheitsinfrastruktur ... 117

6.1 Bestimmung der Sicherheitsdienste ... 118

6.2 Bestimmung der abzusichernden Anwendungen ... 120

6.3 Identifizierung der Rahmenbedingungen... 121

6.4 Entwurf der technischen Grundarchitektur ... 123

6.5 Entwurf der PKI-Grundarchitektur ... 124

6.6 Praktische Umsetzung ... 125

6.7 Operativer Betrieb... 126

Entwurf von PKI-gestützten IT- Sicherheitsinfrastrukturen... 127

7.1 Szenario 1: E-Mail Sicherheit ... 128

7.1.1 Beschreibung des Szenarios ... 128

7.1.2 Sicherheitsdienste im Szenario... 128

7.1.3 Rahmenbedingungen und Vorgaben im Szenario... 129

7.1.4 Technische Grundarchitektur... 130

7.1.5 Grundarchitektur der PKI ... 132

7.1.6 Varianten der Grundarchitektur... 135

7.1.6.1 Einstufige PKI-Architektur... 135

7.1.6.2 PKI: "Make or Buy"?... 135

7.1.6.3 Mehrere Registrierungsstellen... 136

7.1.6.4 Software-PSE oder Hardware-PSE? ... 136

7.1.6.5 Einführung verschiedener Sicherheitslevel... 136

7.1.6.6 Key Recovery / Message Recovery... 137

7.1.6.7 Art der Schlüsselgenerierung ... 137

7.1.6.8 Teilnehmerkreis auf Externe erweitern ... 137

7.1.6.9 Einsatz von PGP ... 138

7.1.6.10 Flexibilität bei Algorithmen... 138

7.1.6.11 Nutzung der Sicherungskomponente ... 138

7.1.7 Weitere praxisnahe Aspekte ... 141

7.1.8 Abschließende Bewertung ... 142

7.2 Szenario 2: Sichere Client-Server-Kommunikation... 143

7.2.1 Beschreibung des Szenarios ... 143

7.2.2 Sicherheitsdienste im Szenario... 143

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

7.2.3 Rahmenbedingungen und Vorgaben im Szenario... 144

7.2.4 Technische Grundarchitektur... 145

7.2.5 Grundarchitektur der PKI ... 147

7.2.6 Varianten der Grundstruktur ... 151

7.2.6.1 Einstufige PKI-Architektur... 151

7.2.6.2 Nur einseitige Authentisierung durch Server?... 152

7.2.6.3 Nutzung "fremder" Schlüssel für Client Authentisierung? ... 152

7.2.6.4 Flexibilität bei Algorithmen... 152

7.2.7 Weitere praxisnahe Aspekte ... 153

7.2.8 Abschließende Bewertung ... 153

7.3 Szenario 3: Sichere Netzwerkanbindung ... 154

7.3.1 Beschreibung des Szenarios ... 154

7.3.2 Sicherheitsdienste im Szenario... 154

7.3.3 Rahmerbedingungen und Vorgaben im Szenario ... 155

7.3.4 Technische Grundarchitektur... 156

7.3.5 Grundarchitektur der PKI ... 158

7.3.6 Varianten der Grundarchitektur... 161

7.3.6.1 Zertifizierung von VPN-Hosts ... 161

7.3.6.2 Teilnehmerkreis auf Externe erweitern ... 161

7.3.6.3 Flexibilität bei Algorithmen... 161

7.3.6.4 Andere Authentisierungsmethoden ... 162

7.3.6.5 Sicherstellung von "Quality of Service" (QoS) ... 162

7.3.7 Weitere praxisnahe Aspekte ... 162

7.3.8 Abschließende Bewertung ... 163

7.4 Szenario 4: Multiapplikation ... 164

7.4.1 Beschreibung des Szenarios ... 164

7.4.2 Sicherheitsdienste im Szenario... 165

7.4.3 Technische Grundarchitektur... 166

7.4.4 Grundarchitektur der PKI ... 168

7.4.5 Varianten der Grundarchitektur... 171

7.4.5.1 Zusammenlegen von CAs ... 171

7.4.5.2 Alle Schlüssel auf einer Karte?... 172

7.4.6 Abschließende Bewertung ... 172

7.5 Aufbau und Betrieb der PCA ... 173

Fazit ... 175

Literatur... 179

10 Glossar ... 189

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

11 Abkürzungen... 193

12 Anhang ... 197

12.1

Anhang A: Zertifikatsformat X.509v3... 197

12.2

Anhang B: Zertifikate der Test-PKI... 201

12.2.1 Wurzel-Zertifikat der PCA ... 202

12.2.2 CA-Zertifikat der CA-Mitarbeiter... 204

12.2.3 CA-Zertifikat der CA-Geräte... 206

12.2.4 Mitarbeiter-Verschlüsselungszertifikat ... 208

12.2.5 Mitarbeiter-Signaturzertifikat ... 210

12.2.6 Server-Zertifikat ... 212

12.2.7 VPN-Gateway-Zertifikat ... 214

13 Index ... 217

Shubhangi Stark

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Seite 7 von 217

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Problemstellung dieser Arbeit ... 11

Abbildung 2: Kommunikation zwischen Endsystemen über Transitsysteme ... 16

Abbildung 3: Allgemeines Modell des Internets... 17

Abbildung 4: Datensicherung auf Applikationsschicht ... 24

Abbildung 5: Datensicherung auf Transportschicht... 25

Abbildung 6: Datensicherung auf Netzwerkschicht ... 26

Abbildung 7: Datensicherung auf Netzzugangsschicht ... 27

Abbildung 8: Manipulation einer Nachricht... 31

Abbildung 9: Man-in-the-Middle Angriff bei der Vorbereitung zur verschlüsselten

Datenübertragung zwischen A und B ... 32

Abbildung 10: Modell der ungesicherten Datenübermittlung ... 35

Abbildung 11: Modell der kryptographisch gesicherten Datenübermittlung ... 36

Abbildung 12: Sicherung von Daten mit Kryptoverfahren... 37

Abbildung 13: Symmetrisches Kryptoverfahren ... 37

Abbildung 14: Symmetrische Ver- und Entschlüsselung ... 39

Abbildung 15: MAC-Verfahren ... 41

Abbildung 16: Asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren ... 44

Abbildung 17: Digitale Signatur Verfahren ... 46

Abbildung 18: Farbmodell des DH-Schlüsselaustauschs (nach [Sin99]) ... 48

Abbildung 19: Schlüsselaustauschverfahren ... 49

Abbildung 20: Hybrides Verschlüsselungsverfahren ... 52

Abbildung 21: Hash-Verfahren... 56

Abbildung 22: Modell der E-Mail-Sicherheit ... 59

Abbildung 23: Technisches Modell: E-Mail ... 60

Abbildung 24: Funktionsweise von S/MIME ... 61

Abbildung 25: Schlüsselmanagement von S/MIME... 64

Abbildung 26: Modell der sicheren Client-Server-Kommunikation... 67

Abbildung 27: Technisches Modell: Client-Server... 67

Abbildung 28: Aufbau einer TLS-gesicherten Client-Server Verbindung ... 70

Abbildung 29: Schlüsselmanagement in TLS... 72

Abbildung 30: VPN-Klassifikation... 74

Abbildung 31: Modell eines VPNs auf Netzwerkschicht ... 75

Abbildung 32: Technisches Modell: VPN (auf Netzwerkschicht) ... 75

Abbildung 33: Funktionsweise von IPSec ... 78

Abbildung 34: IPSec-Schlüsselmanagement (Pre-Shared-Key-basiert) ... 80

Abbildung 35: IPSec-Schlüsselmanagement (Public-Key-basiert) ... 81

Shubhangi Stark

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Medizinische Informatik

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Abbildung 36: Modell eines VPNs auf Netzzugangsschicht ... 82

Abbildung 37: Komponenten einer PKI ... 85

Abbildung 38: Inhalte und Struktur eines Zertifikats ... 89

Abbildung 39: Lebenszyklus eines Zertifikats ... 91

Abbildung 40: Beispiel eines typischen Zertifizierungspfads ... 92

Abbildung 41: Beispiel eines Web of Trusts... 94

Abbildung 42: Hierarchische CA-Architektur ... 95

Abbildung 43: Verteilte CA-Architektur... 96

Abbildung 44: Brücken CA-Architektur... 97

Abbildung 45: Beispiel einer Wertschöpfungskette einer Organisation ... 101

Abbildung 46: Typisches IT-Kommunikationsszenario einer Organisation ... 102

Abbildung 47: ABC-Modell (Allgemeines IT-Kommunikationsmodell) ... 106

Abbildung 48: Prognose des BSI zur Bedeutung ausgewählter Sicherheitsprotokolle... 113

Abbildung 49: Prognose des BSI zum Einsatz von PKI... 114

Abbildung 50: Methodik zum Entwurf einer IT-Sicherheitsinfrastruktur ... 117

Abbildung 51: E-Mail Kommunikation über das offene Netz... 128

Abbildung 52: Technische Grundarchitektur für die E-Mail-Sicherung ... 131

Abbildung 53: Einfache zweistufige PKI-Hierarchie für E-Mail-Sicherung ... 133

Abbildung 54: Variante der einstufigen PKI-Architektur... 135

Abbildung 55: E-Mail-Sicherung durch den zentralen Server ... 139

Abbildung 56: E-Mail-Sicherung durch den Provider... 140

Abbildung 57: Client-Server-Kommunikation über das offene Netz... 143

Abbildung 58: Technische Grundarchitektur für sichere C-S-Kommunikation ... 146

Abbildung 59: Einfache zweistufige PKI-Hierarchie für C-S-Kommunikation... 148

Abbildung 60: Varianten der einstufigen PKI-Architektur... 151

Abbildung 61: Netzwerk-Kommunikation über das offene Netz... 154

Abbildung 62: Technische Grundarchitektur für sichere Netzwerk-Kommunikation... 156

Abbildung 63: Einfache zweistufige PKI-Hierarchie für sichere Netzwerk-Kommunikation. 158

Abbildung 64: Multiapplikation-Kommunikation über das offene Netz ... 164

Abbildung 65: Technische Grundarchitektur für die Multiapplikation ... 167

Abbildung 66: Einfache zweistufige PKI-Hierarchie für Multiapplikationen-Sicherung ... 169

Abbildung 67: PKI-Architektur mit zwei CAs... 171

Abbildung 68: PCA-Aufbau... 174

Abbildung 69: Prognose: Entwicklung des elektronischen Geschäftsverkehrs... 175

Abbildung 70: Test-PKI Architektur mit zwei CAs... 201

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

1 Einleitung

Ziel dieser Arbeit ist es, ein allgemeines Konzept für die Absicherung der IT-Kommunikation

einer Organisation über offene und i.d.R. "unsichere" Netzwerke (wie z.B. das Internet) zu

entwickeln ("Ende-zu-Ende-Sicherheit"). Daten, die über offene Netze übertragen werden,

müssen oft bzgl. ihrer Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität und Nichtabstreitbarkeit

geschützt werden. Dazu wird eine spezielle Methodik für den Entwurf von PKI-gestützten IT-

Sicherheitsinfrastrukturen in einer Organisation entwickelt, und in verschiedenen

Anwendungsszenarien in konkrete Sicherheitslösungen umgesetzt und erprobt.

In Kapitel 2 wird zunächst die Problemstellung, über offene Netzwerke sichere IT-

Kommunikation zu betreiben, genauer spezifiziert. Für viele Organisationen spielt diese Art

von Kommunikation eine immer größere Rolle.

Kapitel 3 diskutiert die Sicherheitsaspekte offener Netzwerke auf der Grundlage des OSI-

Schichtenmodells. Dieses betrachtet insbesondere den Einsatz kryptographischer Verfahren

in den verschiedenen Schichten des OSI-Schichtenmodells anhand ausgewählter Protokolle.

Kapitel 4 enthält die theoretischen Grundlagen, die für das Verständnis der Sicherheit bei der

IT-Kommunikation über offene Netze notwendig sind. Zunächst werden die wichtigsten

Sicherheitsdienste Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität und Nichtabstreitbarkeit erläutert.

Die Bedrohungen, die bei der Kommunikation über offene Netze bestehen, werden

identifiziert. Die Grundlagen der Kryptographie, die für die Analyse und den Entwurf von

Sicherheitslösungen in offenen Netzwerken relevant sind, werden diskutiert. Dazu werden

verschiedene kryptographische Verfahren im Detail erläutert. Die drei als sehr wichtig

erkannten Anwendungsfelder der sicheren Kommunikation - E-Mail-, Client-Server- und

Netzwerk-Kommunikation - werden erläutert und im Detail diskutiert. Jedes dieser drei

Anwendungsfelder wird auf Basis des OSI-Schichtenmodells prinzipiell erläutert und

dargestellt. Die relevanten Sicherheitsprotokolle zu den Anwendungen werden ausführlich

(Protokollspezifikation, Funktionsweise und Schlüsselmanagement) dargelegt. Es wird

gezeigt, wie jedes Sicherheitsprotokoll die für die Anwendung benötigten Sicherheitsdienste

umsetzt. Diese Sicherheitsprotokolle basieren oft auf dem Public-Key-Ansatz, daher soll in

dieser Arbeit das Schlüsselmanagement mit entsprechenden Public-Key-Infrastrukturen

(PKI) genauer untersucht werden. Der Aufbau, die Dienste und die prinzipielle Funktions-

weise von Public Key Infrastrukturen werden vorgestellt. Einige technische Komponenten,

die für die sichere Kommunikation notwendig sind, aber nicht im Mittelpunkt dieser Arbeit

stehen, werden separat beschrieben.

In Kapitel 5 wird für eine allgemeine Organisation ein Modell für ihre Kommunikations-

beziehungen entwickelt. Die Kommunikationsbedürfnisse einer Organisation und die

relevanten Akteure werden ermittelt (ABC-Modell). Darüberhinaus werden verschiedene

Kommunikationsbeziehungen mit unterschiedlichen Kommunikationspartnern anhand von

Beispielen skizziert. Dazu wird eine Bewertung der Kommunikationsformen und -wege

dargelegt. Einige Gründe und Hindernisse für eCommerce werden aufgezeigt. Zum Schluß

wird eine Prognose über die Zukunft der relevanten Sicherheitsprotokolle gewagt, nur auch

in Zukunft relevante Protokolle werden in dieser Arbeit näher untersucht.

In Kapitel 6 wird eine spezielle Methodik zum Entwurf von PKI-gestützten IT-

Sicherheitsinfrastrukturen in Organisationen skizziert. Hierzu werden verschiedene Phasen

dargestellt (z.B. Konzeptions-, Entwurfs- und Umsetzungsphase). Dabei werden neben den

technischen auch die organisatorischen und weiteren (z.B. rechtliche und finanzielle)

Aspekte berücksichtigt.

In Kapitel 7 werden verschiedene konkrete Kommunikationsszenarien auf Basis des in

Kapitel 5 entworfenen allgemeinen Kommunikationsmodells skizziert (u.a. E-Mail- und Client-

Server-Kommunikation). Für jedes Szenario wird mit der in Kapitel 6 entwickelten Methodik

Shubhangi Stark

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Medizinische Informatik

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

eine Sicherheitsinfrastruktur in verschiedenen Varianten entwickelt, verglichen, diskutiert und

bewertet.

Schließlich zieht Kapitel 8 ein Fazit. Wie wird sich der elektronische Geschäftsverkehr in

Zukunft entwickeln? Wie können die Ergebnisse dieser Arbeit heute und in der Zukunft

eCommerce noch sicherer und erfolgreicher machen? Und was bleibt noch zu tun?

Diese Arbeit enthält ein ausführliches Literaturverzeichnis, ein Glossar und ein Abkürzungs-

verzeichnis. Im Anhang befindet sich eine Übersicht über die Einträge eines X.509v3

Zertifikats, sowie Beispiele für Zertifikate einer "Test-PKI"

, die in Rahmen dieser Arbeit

aufgebaut wurde.

Die Test-PKI wurde mit dem Produkt Secude "CA-Management" aufgebaut, das

freundlicherweise von der Fa. Secude Sicherheitstechnologie Informationssysteme GmbH,

Darmstadt zur Verfügung gestellt wurde.

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

2 Problemstellung

Breite Nutzung des Internets

Immer mehr Organisationen aus verschiedensten Branchen entdecken die Potentiale, die

das Internet ihnen bietet. Industriebetriebe entwickeln entlang ihrer Produktionswert-

schöpfung Konzepte des E- und C-Business ("Collaborative") vom Rohstofflieferanten

("Supply-Chain-Management") bis zum Verbraucher ("B2C"); Forschungsinstitute vernetzen

sich zu global agierenden virtuellen Teams; Tele- und Cybermedizin nutzen das Internet

intensiv zum Wohle der Patienten (und zur Kostendämpfung im Gesundheitswesen).

Eigentlich alle Branchen und gesellschaftlichen Gruppen entdecken immer mehr

interessante Anwendungen des Internets für sich.

Probleme durch Internetnutzung

Bereits heutzutage werden viele Geschäftsprozesse über das Internet abgewickelt. Dabei

werden aber auch vertrauliche Informationen oft ohne Schutz über das offene Netz

übertragen. Diese Übertragung von Daten nimmt vom Sender bis zum Empfänger sehr

verzweigte Wege. Da das Übertragungsmedium, das globale Internet, für jedermann

zugänglich ist, können vertrauliche Informationen einer Organisation schnell in falsche

Hände gelangen. Informationen gelten für eine Organisation als wirtschaftliches Gut, mit

einem großen Wert für den Besitzer. Verlust oder Bekanntwerden der sensiblen Daten

können für eine Organisation existenzbedrohend sein (s. z.B. [Roß89]). Durch ungesicherte

E-Mails oder Netzwerkverbindungen können die vertraulichen Informationen einer

Organisation vom Mitbewerber ausgespäht werden oder gar manipuliert werden. Mit der

immer weiter verbreiteten kommerziellen Nutzung des Internet steigen daher auch die

Anforderungen an die Sicherheit.

Je mehr Geschäftsprozesse über das Internet abgewickelt werden, desto größer wird auch

die Gefahr von Wirtschaftsspionage, zerstörerischen Angriffen durch Hackerbanden und

Kriminellen. Häufig werden auch die internen Angreifer unterschätzt. Interne Angreifer, die

Aufgrund ihres Arbeitszusammenhangs einfachen Zugriff zu technischen Anlagen oder

Informationen haben, können i.d.R. erheblich größere Schäden anrichten als Externe. Hier

besteht auch organisationsintern hoher Sicherheitsbedarf. Dieser Themenkomplex soll in

dieser Arbeit aber nicht vertieft werden.

Abbildung 1: Problemstellung dieser Arbeit

Kryptographie,

Sicherheitsprotokolle

(Kapitel 4.3-4.6)

Schlüssel-

management, PKI

(Kapitel 4.7)

Kommunikationswege

in der Organisation

(Kapitel 5)

Methodik

(Kapitel 6)

Beispielszenarien

(Kapitel 7)

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Frage, welche Kommunikationswege von

Organisationen über offene Netze (wie dem Internet) genutzt werden, und welche

Möglichkeiten zur kryptographischen Absicherung dieser IT-Kommunikation besteht ("Ende-

zu-Ende-Sicherheit").

In der Literatur werden die in Abbildung 1 aufgeführten drei (weiß dargestellten) Bereiche oft

noch getrennt diskutiert:

· Es gibt sehr spezielle Literatur, die die vielfältigen Kommunikationswege in einer

Organisation beschreibt (z.B. [Merz99], [Bül2000] und [Gor99]). Insbesondere die

Literatur zum elektronischen Geschäftsverkehr entwickelt sehr detailierte

Kommunikationsprofile von Organisationen. Leider wird dort das Thema "Sicherheit"

noch sehr wenig beleuchtet, ohne die diese Kommunikationswege nicht konsequent

genutzt werden können.

· Es gibt sehr gute Literatur zur Kryptographie (z.B. [Beu98], [Men97] und [Sch96]) und

auch einige Titel zu Sicherheitsprotokollen (z.B. [Dor99], [Opp01] und [Sta99]). Dort wird

aber oft das Schlüsselmanagement (PKI) nur sehr oberflächlich gestreift (wenn es

überhaupt behandelt wird). Über den praktischen Einsatz der Sicherheitsprotokolle in

einer Organisation findet man dort ebenfalls nur recht wenig Hinweise.

· Zum Thema Schlüsselmanagement mit Public Key Infrastrukturen (PKI) gibt es z.Z. nur

sehr wenig Literatur (z.B. [Aus01], [Ada99]), welche zudem sehr oft theoretisch und

wenig praxisorientiert ist. Die PKI-Integration in die verschiedenen Anwendungsfelder

und Sicherheitsprotokolle wird nur selten diskutiert (z.B. [Fox99]).

In dieser Arbeit werden diese drei Themenfelder nun zusammengeführt und gemeinsam

diskutiert (in Abbildung 1 grau dargestellt):

· Die wichtigsten Kommunikationswege einer (allgemeinen) Organisation wurden

identifiziert. Somit sollten die Ergebnisse dieser Arbeit für die meisten Organisationen der

verschiedenen Branchen anwendbar sein.

· Für die relevanten Kommunikationswege wurden die leistungsfähigsten, flexibelsten (und

investitionssichersten) Sicherheitsprotokolle ausgewählt. Somit sollten die Ergebnisse

dieser Arbeit heute und auch in Zukunft verwendet werden können.

· PKI kann für die zentrale Verwaltung und Steuerung der IT-Sicherheit in einer

Organisation eine strategische Rolle spielen. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie PKI in den

verschiedenen Szenarien vielfältig eingesetzt werden kann.

Ziel 1: Feststellung des Sicherheitsbedarfs in der Organisation

Organisationen haben vielfältige Kommunikationsbedürfnisse und nutzen hierfür

verschiedenste Kommunikationswege und -medien. Für den elektronischen Geschäfts-

verkehr spielen heute als Kommunikationsweg z.B. E-Mail und Client-Server-Kommunikation

eine große Rolle. Aber was sind nun die wichtigsten Kommunikationswege, die

Organisationen nutzen? Und was sind die geeigneten Mechanismen zur Absicherung dieser

Kommunikationswege? In Kapitel 5 wird zur Beantwortung dieser Frage ein Modell der IT-

Kommunikation einer Organisation entwickelt und daran die Kommunikationswege

untersucht. Es hat sich gezeigt, daß E-Mail, Client-Server- und Netzwerkverbindungen heute

und in Zukunft die wichtigste Rolle spielen.

Ziel 2: Vorschlag einer Methodik zur Entwicklung einer IT-Sicherheitsinfrastruktur

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung der Kommunikation zwischen

beliebigen Kommunikationspartnern über offene und unsichere Netze ("Ende-zu-Ende"-

Sicherheit auf verschiedenen Schichten des OSI-Modells). Andere Sicherheitsaspekte wie

z.B. Angriffe auf interne Netze (und ihre Absicherung durch Firewalls) spielen in dieser Arbeit

eine untergeordnete Rolle.

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Anhand verschiedener Untersuchungen in der Literatur wurde dann herausgearbeitet,

welche Sicherheitsmechanismen für diese drei ausgewählten Kommunikationswege am

geeignetesten sind. Diese Sicherheitsprotokolle sind in den Kapiteln 4.4 bis 4.6, die

dazugehörigen kryptographischen Verfahren in Kapitel 4.3 beschrieben. Es hat sich

ebenfalls gezeigt, daß Sicherheit auch "gemanagt" werden muß - da die Sicherheit der

aktuellen Verfahren sehr stark von der "Zuverlässigkeit" der (kryptographischen) Schlüssel

abhängt, soll in dieser Arbeit auch untersucht werden, wie eine Public Key Infrastruktur (PKI)

für das Schlüsselmanagement in der Organisation eingesetzt werden kann (Kapitel 4.7).

In Kapitel 6 wird eine Methodik vorgeschlagen, wie in einer Organisation eine IT-Sicherheits-

infrastruktur für die Ende-zu-Ende-Absicherung ihrer Kommunikationswege auf der Basis

von PKI schrittweise entwickelt werden kann, die den konkreten Kommunikations- ,

Sicherungs- und Managementbedürfnissen entspricht. Für alle Phasen eines "PKI-Projekts"

(Konzeption, Entwurf, Umsetzung und operativer Betrieb) werden die jeweiligen Kernfragen

diskutiert und am Beispiel aufgezeigt. Leider hängt die Gestaltung einer IT-Sicherheits-

infrastruktur von sehr vielen Parametern ab, sodaß auch diese Arbeit nur Anregungen für die

Lösung der Grundprobleme vermitteln kann; das von vielen gewünschte "PKI-Kochbuch"

wird noch lange auf sich warten lassen.

Ziel 3: Beispielhafte Umsetzung der Methodik in konkreten Szenarien

In Kapitel 7 schließlich werden auf Basis der entwickelten Methodik für die Basis-Szenarien

einer Organisation (PKI-gestützte Absicherung von E-Mail-, Client-Server- und Netzwerk-

kommunikation) entworfen und ausführlich in verschiedenen Varianten diskutiert und

bewertet. Die hier beispielhaft entworfenen Strukturen sollten sich auch in der Praxis

bewähren können.

Übersicht über die Ziele dieser Arbeit

Zusammenfaßend sollen die drei Ziele dieser Arbeit im Überblick skizziert werden:

· Zunächst wurden die Sicherheitsbedürfnisse in einer typischen Organisation bei der IT-

Kommunikation über das Internet (und über andere offene Netzwerke), identifiziert.

Insbesondere wurden die Kommunikationswege E-Mail, Client-Server und Netzwerk-

kommunikation untersucht, somit steht in dieser Arbeit die Absicherung der Daten-

übertragung zwischen zwei Endsysteme im Mittelpunkt.

· Sind die IT-Sicherheitsbedürfnisse einer Organisation festgestellt, kann die Sicherheits-

infrastruktur entworfen und aufgebaut werden. Für die Planung und den Aufbau der PKI-

gestützten IT- Sicherheitsinfrastruktur wird eine spezielle Methodik vorgeschlagen.

· Die vorgeschlagene Methodik für den Aufbau von IT-Sicherheitsinfrastrukturen wird im

letzten Teil dieser Arbeit beispielhaft in vier Szenarien, die typischerweise in einer

Organisation auftreten, angewendet. Die beispielhaft entworfenen IT-Sicherheits-

infrastrukturen können als "Vorlagen" in der Praxis verwendet werden.

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3 Schichten-Modelle und Sicherheit

3.1 Schichten-Modelle nach OSI und TCP/IP

3.1.1 OSI-Referenzmodell

Das "Open Systems Interconnection" (OSI) Referenzmodell wurde 1982 als internationaler

Standard spezifiziert ([ISO/IEC7498-1]). Zweck dieses Modells ist die Bereitstellung von

Standards, um dadurch die Kommunikation in heterogenen Netzwerken zu ermöglichen.

Dieses Modell beschreibt eine Netzwerkarchitektur, dessen Funktionen in sieben

aufeinander aufbauende Schichten aufgeteilt sind.

Das OSI-Referenzmodell beschreibt den Datenaustausch in offenen Systemen. Die unteren

vier Schichten sind netzorientiert und decken Bereiche wie Übertragungsmedien und

Transportadressen ab. Die oberen drei Schichten sind anwendungsorientiert und

übernehmen Funktionen wie Datentransformation und Standardisierung von Anwendungs-

diensten. Die OSI-Protokolle sind komplex und aufwendig, Implementierungen verschiedener

Hersteller arbeiten oft nicht zusammen. Daher werden oft die weniger komplizierten

Protokolle der TCP/IP-Familie eingesetzt. Die Protokolle der TCP/IP-Familie bestehen nur

aus vier Schichten, die entsprechend den einzelnen Schichten des OSI-Modells zugeordnet

werden können (z.B. [Fei99]).

Die folgende Tabelle zeigt eine Gegenüberstellung von TCP/IP-Modell und OSI-Referenz-

modell und eine Auswahl relevanter Protokolle.

OSI-Modell

TCP/IP-Modell

Ausgewählte Protokolle

7 Applikationsschicht

6 Datendarstellungsschicht

5 Kommunikationssteuerungsschicht

4 Anwendungsschicht

HTTP, FTP, S/MIME, DNS,

DNSSec, S-HTTP, SMTP,

PGP, IKE/ISAKMP, LDAP

4 Transportschicht

3 Transportschicht

TCP, UDP, SSL, SSH, TLS

3 Netzwerkschicht

Netzwerkschicht

ICMP, IPSec, IPv4, IPv6,

SKIP

2 Netzzugangsschicht

1 Bitübertragungsschicht

1 Netzzugangsschicht

PPP, PPTP, L2TP

Tabelle 1: Gegenüberstellung von OSI- und TCP/IP Modell (mit TCP/IP-Protokollen)

Die Protokolle werden in Kapitel 3.1.3 beschrieben.

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Die Aufgaben der OSI-Schichten sind wie folgt:

· OSI-Schicht 7 - Die Applikationsschicht (engl.: Application Layer): Die Applikationsschicht

umfaßt anwendungsspezifische Funktionen (z.B. E-Mail Anwendung) und beinhaltet

einen Teil der Netzwerkfunktionalität (z.B. das Protokoll IKE, welches die Authentisierung

der Kommunikationspartner für IPSec erbringt, welches selbst auf Netzwerkschicht

arbeitet).

· OSI-Schicht 6 - Die Datendarstellungsschicht (engl.: Presentation Layer): Diese Schicht

standardisiert das Format der auszutauschenden Daten für die Applikationsschicht.

· OSI-Schicht 5 - Die Kommunikationssteuerungsschicht (engl.: Session Layer): Diese

Schicht ist für den Aufbau, die Durchführung und Synchronisation, sowie den Abbau von

Sitzungen zuständig.

· OSI-Schicht 4 - Die Transportschicht (engl.: Transport Layer): Die Transportschicht

garantiert die Fehlerfreie Datenübertragung durch Fehlererkennung und -korrektur. Auf

dieser Schicht geht es hauptsächlich darum, Ende-zu-Ende-Verbindungen zwischen

Endsystemen abzusichern.

· OSI-Schicht 3 - Die Netzwerkschicht (engl.: Network Layer): Die Netzwerkschicht dient

dem Aufbau von Verbindungen zu anderen Rechnern im Netz. Diese Schicht ist sowohl

für die Wegwahl als auch für die Flußkontrolle in Überlastsituationen zuständig.

· OSI-Schicht 2 - Die Netzzugangsschicht (engl.: Data Link Layer): Die Netzzugangs-

schicht sorgt für die zuverlässige Übertragung der Daten über die physikalischen

Verbindungen.

· OSI-Schicht 1 - Die Bitübertragungsschicht (engl.: Physical Layer): Die Bitübertragungs-

schicht definiert die Eigenschaften der Hardware, die zur Datenübertragung benötigt

wird.

3.1.2 Modell des Internets

Dieses Kapitel beschreibt das Modell des Internets (stellvertretend für ein allgemeines

offenes Netzwerk). Das Modell basiert auf dem OSI-Modell. Wenn zwei Endsysteme mit-

einander kommunizieren wollen, dann befinden sich i.d.R. ein oder mehrere Transitsysteme

zwischen den Endsystemen. Sogenannte "Gateways" arbeiten als Transitsystem für das

Modell.

Abbildung 2: Kommunikation zwischen Endsystemen über Transitsysteme

Transitsystem: Ein Transitsystem nimmt Daten entgegen, führt z.B. Protokollwandlungen durch

und gibt die Daten an das nächste Transit- oder Endsystem weiter.

ES 1

ES 2

ES: Endsystem

TS: Transitsystem

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Die Kommunikation zwischen den Endsystemen über ein offenes Netz stellt sich nach dem

OSI-Modell wie folgt dar.

Abbildung 3: Allgemeines Modell des Internets

Typen von Gateways

Ein Gateway ist ein System, das zwei sich in verschiedenen Netzen befindende Endsysteme

verbindet. Der Datenverkehr wird über das Gateway hin- und hergeleitet.

Es lassen sich folgende Typen von Gateways unterscheiden (abhängig davon, auf welcher

OSI-Schicht das Gateway arbeitet):

Eine Bridge arbeitet auf Schicht 2 des OSI-Modells. Die Bridge verbindet zwei LAN-

Netzwerke derselben Art. Die Bridge nimmt die Pakete von Endsystem 1 entgegen,

untersucht die Header des Schicht-2-Protokolls und leitet, wenn nötig, die Pakete an das

Endsystem 2 weiter. Bridges verstehen lediglich die Protokolle unterhalb der Schicht 3. Eine

Bridge verändert die Inhalte der OSI-Schicht 2 (z.B. bei Ethernet die MAC-Adressen).

Ein Router arbeitet auf Schicht 3 des OSI-Modells. Über Router können Netzwerke

unterschiedlicher Art verbunden werden. Ein Router ist nicht in der Lage, Pakete weiterzu-

leiten, die ein Schicht-3-Protokoll enthalten, das er nicht verstehen kann. Ein Router

verändert in der OSI-Schicht 3 den IP-Header (z.B. das TimeToLeave (TTL)-Feld).

Ein Applicationgateway arbeitet auf Schicht 7 des OSI-Modells. Ein Applicationgateway muß

in der Lage sein, die Protokolle aller Schichten zu verstehen, um seine Aufgabe zu erfüllen.

Ein Applicationgateway nimmt die Applikationsdaten von Endsystem 1 entgegen, extrahiert

sie, verpackt sie neu und sendet sie an das Endsystem 2 weiter. Ein Applicationgateway

verändert die Header der höheren Schichten (z.B. TCP-Port). Eine Firewall kann beispiels-

weise wie ein Applicationgateway arbeiten.

Applikationsschicht

Datendarstellungs-

schicht

Kommunikations-

steuerungsschicht

Transportschicht

Netzwerkschicht

Netzzugangsschicht

Bitübertragungsschicht

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer

Endsystem 1

Transitsystem

Endsystem 2

Bridge

Router

App. Gateway

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3.1.3 Kurzbeschreibung ausgewählter Protokolle

Dieser Abschnitt soll einen kurzen Überblick über ausgewählte Protokolle geben, die in

Tabelle 1 aufgeführt sind. Es werden hierzu kurz die Aufgaben der Protokolle dargelegt und

die Sicherheitsaspekte skizziert:

· Verlust der Authentizität: Kann Identität des Kommunikationspartners vorgetäuscht

werden?

· Verlust der Integrität: Können Daten manipuliert werden?

· Verlust der Vertraulichkeit: Können Daten von Unberechtigten gelesen werden?

· Verlust der Zugriffskontrolle: Können Unberechtigte Zugriff auf Ressourcen erhalten?

Die Sicherheitsprotokolle, die in dieser Arbeit detaillierter dargestellt werden (S/MIME, IKE,

SSL/TLS, IPSec, PPTP, L2TP), werden in diesem Abschnitt nur kurz behandelt.

3.1.3.1 Applikationsschicht (OSI-Schichten 5-7)

Lightweight Directory Access Protocol (LDAP)

Aufgabe: Das LDAP Protokoll erlaubt den Zugriff von Clients auf einen LDAP-Directory-

Server und ist in ([RFC1777], [RFC2251]) spezifiziert.

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: Ein Angreifer stellt einen Spoofing-LDAP-

Server bereit, auf den LDAP-Nutzer fälschlicherweise ihre Dateien einstellen,

bzw. falsche Daten abrufen.

· Beispiel für Verlust der Integrität: Da die Daten (z.B. Personeninformationen) in

der "Antwort" des LDAP-Servers ungesichert sind, kann ein Angreifer diese

manipulieren.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Einsatz von SSL/TLS beim LDAP-Serverzugriff.

Domain Name System (DNS)

Aufgabe: DNS ist eine "verteilte Datenbank", auf die Endsysteme zugreifen, um zu einem

logischen Domain Namen (z.B. Query: "www.firmaABC.de") die numerischer IP-Adresse

(z.B. Response:"128.83.40.16") oder umgekehrt zu erhalten. DNS kann über UDP oder über

TCP abgewickelt werden. DNS ist spezifiziert in [RFC1034] und [RFC1035].

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: Da die numerischen IP-Adressen in der

Response ungesichert sind, kann ein Angreifer diese manipulieren, sodaß ein

Nutzer auf nicht authentische Zielsysteme umgelenkt werden kann.

· Beispiel für Verlust der Integrität: siehe Bsp. zu Authentizität.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Einsatz von DNSSec, ggf. auch SSL bzw. TLS beim DNS-

Serverzugriff.

Secure DNS (DNSSec oder S-DNS)

Aufgabe: Gesicherte Zuordnung von logischen Domain Namen zu numerischen IP-Adressen

unter Anwendung von Public-Key-Verfahren (u.a. vom DNS-Server signierte Responses).

DNSSec ist eine Erweiterung von DNS und ist in [RFC2535], [RFC3007] und [RFC3008]

spezifiziert.

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Mögliche Bedrohungen und Sicherungsmaßnahmen: Da DNSSec ein Sicherheitsprotokoll

ist, sind Angriffe gegen die Authentizität und Integrität bei geeignetem Einsatz von DNSSec

wenig erfolgreich.

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

Aufgabe: Ein auf TCP aufbauendes Internetprotokoll, das zur Übermittlung von E-Mail dient.

SMTP definiert, wie Nachrichten (Mails) zwischen zwei Usern zu übertragen sind ([RFC821],

[RFC822]).

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Integrität: Ungesicherte E-Mail kann manipuliert werden.

· Beispiel für Verlust der Vertraulichkeit: Ungesicherte E-Mail kann gelesen werden.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen:

· Sicherung der Integrität: Sicherung der E-Mail z.B. mit S/MIME.

· Sicherung der Vertraulichkeit: Sicherung der E-Mail z.B. mit S/MIME.

Secure/Multipurpose Internet Mail Extension (S/MIME)

Aufgabe: Protokoll für die Absicherung von E-Mail und mit E-Mail verschickten Daten bzgl.

Authentizität, Integrität, Vertraulichkeit und Nichtabstreitbarkeit ([RFC2630], [RFC2632] und

[RFC2633]). S/MIME wird detailliert in Kapitel 4.4.2 beschrieben.

Pretty Good Privacy (OpenPGP)

Aufgabe: Protokoll für die Absicherung von E-Mail bzgl. Authentizität, Integrität,

Vertraulichkeit und Nichtabstreitbarkeit. PGP ist spezifiziert in [RFC1991] bzw. [RFC2440].

PGP ist von der Funktionalität bei den Sicherheitsdiensten vergleichbar mit S/MIME, der

wesentliche Unterschied liegt im Datenaustauschformat und im Schlüsselmanagement. PGP

verwendet das Prinzip "Web of Trust" (s. Kapitel 4.7.7.1). Bei diesem Modell sprechen sich

die Teilnehmer gegenseitig selbst Vertrauen aus. S/MIME orientiert sich hingegen eher an

einer Vertrauenshierarchie (durch Zertifizierungsstellen, s. Kapitel 4.7.7.2).

PGP/OpenPGP wird detailliert in Kapitel 4.4.5.2 beschrieben.

File Transfer Protocol (FTP)

Aufgabe: FTP erlaubt die Übertragung von Dateien zwischen einem FTP-Client und FTP-

Server ([RFC959]). FTP wurde durch FTP-Security-Extensions erweitert ([RFC2228]), dieser

bietet die Möglichkeit, Mechanismen zur Authentisierung, zur Sicherung von Integrität und

Vertraulichkeit der Datenübertragung zu nutzen. I.d.R. wird aber in der Praxis wenig

Gebrauch von den Security-Extensions gemacht (keine Produkte verfügbar).

Mögliche Bedrohungen (ohne FTP-Security-Extensions):

· Beispiel für Verlust der Authentizität: ein Angreifer stellt einen Spoofing-FTP-

Server bereit, auf den FTP-Nutzer fälschlicherweise ihre Dateien einstellen, bzw.

falsche Dateien abrufen.

· Beispiel für Verlust der Integrität: Ein Angreifer kann die übertragenen Daten

manipulieren.

· Beispiel für Verlust der Vertraulichkeit: Ein Angreifer kann die übertragenen Daten

abhören.

Shubhangi Stark

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· Beispiel für Verlust der Zugriffskontrolle: Durch Ausspähen des unverschlüsselt

übertragenen Passworts kann ein Angreifer Zugriffsrechte des Verzeichnis-

besitzers auf dem FTP-Server übernehmen.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Einsatz von FTP-Security-Extensions und/oder SSL bzw.

TLS zur Sicherung der Authentizität, Integrität, Vertraulichkeit und Zugriffskontrolle.

Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

Aufgabe: HTTP spezifiziert die Übertragung von Daten zwischen WWW-Servern und WWW-

Clients ([RFC1945], [RFC2616]).

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: Maskerade

des Servers.

· Beispiel für Verlust der Integrität: Manipulation der übermittelten Daten.

· Beispiel für Verlust der Vertraulichkeit: Abhören der übermittelten Daten.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen:

· Sicherung der Authentizität: Einsatz von SSL/TLS bzw. S-HTTP für zertifikats-

basierte Authentisierung zwischen Client und Server.

· Sicherung der Integrität: Einsatz von SSL/TLS für MAC gesicherte Daten-

übertragung zwischen Client und Server, bzw. Einsatz von S-HTTP für signierte

Requests und Responses von Client bzw. Server.

· Sicherung der Vertraulichkeit: Einsatz von SSL/TLS bzw. S-HTTP für

verschlüsselte Datenübertragung zwischen Client und Server.

Secure-Hypertext Transfer Protocol (S-HTTP)

Aufgabe: S-HTTP erlaubt es, Daten, die zwischen einem HTTP-Client- und Server

ausgetauscht werden, bzgl. Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität zu sichern ([RFC

2660]). Als Erweiterung von HTTP stellt S-HTTP u.a. folgende Sicherheitsmechanismen zur

Verfügung:

· Authentisierung

von

Instanzen,

· Aushandeln von Sicherungsdiensten,

· Schutz der Vertraulichkeit und Integrität von HTML Dokumenten.

Mögliche Bedrohungen und Sicherungsmaßnahmen: Da S-HTTP ein Sicherheitsprotokoll ist,

sind Angriffe bei geeignetem Einsatz von S-HTTP wenig erfolgreich.

Internet Key Exchange (IKE)

Aufgabe: IKE ist ein Key-Management-Protokoll, welches (u.a. im Rahmen von IPSec) den

Austausch von authentisierten Schlüsseln zwischen den beteiligten Kommunikationspartnern

erlaubt. IKE wird ausführlich in Kapitel 4.6.5.1 beschrieben.

Maskerade: Vortäuschen einer falschen Identität.

Shubhangi Stark

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3.1.3.2 Transportschicht (OSI-Schicht 4)

Transmission Control Protocol (TCP)

Aufgabe: Das TCP stellt einen verbindungsorientierten Übertragungsdienst (mit Fluß-

steuerung) bereit, der auf IP als Transportschicht aufsetzt ([RFC793]).

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: TCP-Hijacking

· Beispiel für Verlust der Integrität: TCP-Pakete können bei der Übertragung durch

Unbefugte verändert werden.

· Beispiel für Verlust der Vertraulichkeit: TCP-Pakete können bei der Übertragung

durch Unbefugte gelesen werden.

· Beispiel für Verlust der Zugriffskontrolle: Bei TCP-Hijacking nach erfolgreicher

Initial-Authentisierung werden i.d.R. die Zugriffsrechte des Nutzers mit

übernommen.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Auf OSI-Schicht 4 ist eine direkte Sicherung von TCP-

Paketen nicht möglich. Daher müssen Daten auf höherer oder tieferer OSI-Schicht gesichert

werden. Die mit TCP übertragenen Anwendungsdaten können bereits auf höherer OSI-

Schicht (z.B. durch das Anwendungsprogramm selbst oder durch SSL/TLS, s. Kapitel

3.1.3.1) gesichert werden. Es ist aber auch möglich, die TCP-Pakete auf tieferer OSI-Schicht

(z.B. mit IPSec, s. Kapitel 3.1.3.3 und 3.1.3.4) zu sichern.

User Datagram Protocol (UDP)

Aufgabe: Das UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll ([RFC768]). UDP gewährt

Anwendungsprogrammen direkten Zugriff auf einen Datagrammtransportdienst. Das UDP

bietet keine Mechanismen zur Fehlererkennung und Fehlerkorrektur.

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: Source-Informationen bei UDP-Paketen wie

IP-Adresse und Port-Nummer sind beliebig wählbar und bieten keine authentische

Sender-Informationen.

· Beispiel für Verlust der Integrität: UDP-Pakete können bei der Übertragung durch

Unbefugte manipuliert werden.

· Beispiel für Verlust der Vertraulichkeit: UDP-Pakete können bei der Übertragung

durch Unbefugte gelesen werden.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Die mit UDP übertragenen Daten können durch die

Applikationsschicht, bzw. SSL/TLS gesichert werden, bzw. es ist auch möglich, die UDP-

Pakete mit Sicherheitsprotokollen wie IPSec zu sichern. Die direkte Sicherung im UDP-

Protokoll selbst ist hingegen nicht möglich.

Secure Socket Layer (SSL)

Aufgabe: SSL dient zur sicheren Client-Server-Kommunikation und bietet Ende-zu-Ende-

Sicherheit. SSL wird in Kapitel 4.5.5.2 beschrieben.

TCP-Hijacking: Ein Angreifer übernimmt eine bestehende Verbindung auf dem Verbindungs-

weg, ohne daß ein Endknoten der Verbindung dabei direkt angegriffen wird.

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Transport Layer Security (TLS)

Aufgabe: TLS ist zwischen TCP und beliebigen Anwendungsprotokollen angesiedelt. TLS

realisiert sichere Kommunikationskanäle im Internet. TLS wird in Kapitel 4.5.5.1 beschrieben.

Secure Shell (SSH)

Aufgabe: SSH stellt sichere Kanäle für beliebige, verbindungsorientierte Dienste bereit

([Ylo2000]). Die SSH wurde entwickelt, um verschiedene Sicherheitsprobleme bei entferntem

die SSH u.a. folgende Sicherheitsmechanismen:

· Erweiterte Authentisierungsmechanismen für die Authentisierung von Client und Server.

· Verschlüsselung und Integritätssicherung auf dem Datenkanal.

Mögliche Bedrohungen und Sicherungsmaßnahmen: Da SSH ein Sicherheitsprotokoll ist,

sind Angriffe gegen Authentizität, Vertraulichkeit und Integrität bei geeignetem Einsatz von

SSH wenig erfolgreich.

3.1.3.3 Netzwerkschicht (OSI-Schicht 3)

Internet Protocol Version 4 (IPv4)

Aufgabe: IPv4 ist ein verbindungsloses Transportprotokoll ([RFC791]). Das IP ist für die

Adressierung und Zustellung der Daten zuständig.

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: Authentisierung von IP-Paketen ist nicht

möglich, es können gefälschte IP-Pakete erzeugt werden.

· Beispiel für Verlust der Integrität: IP-Pakete können bei der Übertragung durch

Unbefugte manipuliert werden.

· Beispiel für Verlust der Vertraulichkeit: IP-Pakete können bei der Übertragung

durch Unbefugte gelesen werden.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Einsatz von IPSec.

Internet Protocol Version 6 (IPv6)

Aufgabe: IPv6 erweitert IPv4 um neue Merkmale (u.a. Adresslänge, Sicherheit, vereinfachte

Headerstruktur) und ist in [RFC2460] spezifiziert. IPSec ist fester Bestandteil von IPv6.

Mögliche Bedrohungen und Sicherungsmaßnahmen: Da IPv6 mit IPSec ein leistungsfähiges

Sicherheitsprotokoll besitzt, sind Angriffe gegen Authentizität, Vertraulichkeit und Integrität

bei geeignetem Einsatz von IPv6 wenig erfolgreich.

IP Security Protocol (IPSec)

Aufgabe: IPSec wurde entwickelt, um auf IP-Ebene die Kommunikationspfade zwischen zwei

Rechnern abzusichern. IPSec bietet dem Nutzer zur Sicherung der Daten Mechanismen zur

Authentisierung, Vertraulichkeit, Integrität und Zugriffskontrolle. IPSec ist in Kapitel 4.6.5.1

beschrieben.

Simple Key-Management for Internet Protocols (SKIP)

Aufgabe: SKIP ist ein Schlüsselaustauschverfahren und ist in [Azi97] spezifiziert. Es kann

z.B. im Rahmen von IPSec verwendet werden. Nachteilig bei diesem Protokoll ist, daß kein

Aushandlungsprozeß über die Sicherheitsparameter zwischen den Endsystemen

durchgeführt wird.

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Mögliche Bedrohungen und Sicherungsmaßnahmen: Da SKIP auf dem Diffie-Hellman

Verfahren basiert, sollten nur authentisierte Schlüssel für die Teilnehmerauthentisierung

verwendet werden.

Internet Control Message Protocol (ICMP)

Aufgabe: ICMP hat die Aufgabe, Fehler- und Diagnoseinformationen für IP zu transportieren

([RFC792]). Das ICMP dient zur Flußsteuerung von Datagrammen. ICMP wird von TCP, IP

und UDP zum Berichten von Status- und Fehlermeldungen verwendet. ICMP wird zur

Übermittlung von Kontrollinformationen zwischen aktiven Netzwerkkomponenten oder

Rechnern verwendet.

Mögliche Bedrohungen:

· Beispiel für Verlust der Authentizität: Versenden von gefälschten ICMP-Paketen.

· Beispiel für Verlust der Integrität: Verändern von ICMP-Paketen bei der

Übertragung durch Unbefugte.

Mögliche Sicherungsmaßnahmen: Ggf. Sicherung über IPSec.

3.1.3.4 Netzzugangsschicht (OSI-Schichten 1-2)

Point-to-Point Protocol (PPP)

Aufgabe: PPP wurde entwickelt, um OSI-Schicht-3-Pakete (z.B. IP-Pakete) auf einer Punkt-

zu-Punkt-Verbindung bidirektional zu transportieren ([RFC1661]). PPP ist multiprotokollfähig

und unterstützt die Möglichkeit der Übergabe protokollspezifischer Parameter sowie die

Durchführung einer Teilnehmerauthentisierung (PAP [RFC1334] und CHAP [RFC1994]).

Vertraulichkeit kann z.B. mit dem Protokoll Encryption Control Protocol (ECP) erreicht

werden ([RFC1968], [RFC1969]). PPP wird im wesentlichen zur Absicherung von Einwahl-

zugängen (Remote Access) eingesetzt (Client und Remote-Access-Server).

Mögliche Bedrohungen und Sicherungsmaßnahmen: Das Challenge Handshake

Authentication Protocol (CHAP) und das Encryption Control Protocol (ECP) sind

symmetrische Verfahren, daher ist der geheime Schlüsselaustausch zwischen beteiligten

Endsystemen problematisch. Das Password Authentication Protocol (PAP) bietet nur

schwache Authentisierung (da unverschlüsselte Paßwortübermittlung) und sollte in offenen

Netzen nicht verwendet werden. Die Integrität der übermittelten Daten wird durch PPP nicht

kryptographisch gesichert.

Point-to-Point-Tunneling Protocol (PPTP)

Aufgabe: PPTP bietet Protokollkapselung bzw. Tunneling von PPP-Paketen. Mehr zu PPTP

in Kapitel 4.6.5.2.1.

Layer2-Tunneling-Protocol (L2TP)

Aufgabe: L2TP wird dazu eingesetzt, um beliebige paketvermittelte Netze aufzubauen

([WT99]). Dem Nutzer bietet L2TP Sicherheitsdienste wie Authentizität, Integrität,

Vertraulichkeit und Zugriffskontrolle. Mehr zu L2TP in Kapitel 4.6.5.2.2.

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3.2 Besonderheiten beim Einsatz kryptographischer Verfahren in

den verschiedenen OSI-Schichten

Innerhalb des OSI- bzw. TCP/IP-Modells gibt es keine spezielle Schicht, die für die Daten-

sicherheit der zu übertragenen Informationen in offenen Netzen sorgt. Deshalb wird der

Ansatz verfolgt, Sicherheitsmechanismen in den verschiedenen Schichten zu

implementieren (z.B. [Sch98], [Fis2000]). Welche Besonderheiten bei der Implementierung

von Sicherheitsmechanismen in den verschiedenen Schichten zu beachten sind, wird in

diesem Kapitel diskutiert.

Applikationsschicht (OSI-Schichten 5-7)

Der kryptographische Einsatz auf dieser Schicht bedeutet, daß ein Anwendungsprogramm

wie z.B. ein Web-Browser oder ein E-Mail Programm, das Verschlüsseln, Authentifizieren

und Signieren übernimmt. Insbesondere auf diese Schicht passen benutzerorientierte

Authentisierungsmaßnahmen am besten, weil diese Schicht es erlaubt, z.B. vom Benutzer

Paßwörter abzufragen.

Die folgende Abbildung

zeigt, wie die Datensicherung auf Applikationsschicht stattfindet.

Z.B. werden mit Hilfe eines S/MIME-fähigen Produktes die E-Mails verschlüsselt. Sicherung

der Daten auf Anwendungsschicht ist die sicherste Methode, um Daten zu sichern, damit auf

niedrigerer Schicht Daten nicht mitgelesen oder abgehört werden können. Auf dieser Schicht

sind die Applikationen selbst für die Sicherheitsmaßnahmen zuständig. Alle Endsysteme

müssen gleichartige und interoperable Applikationssoftware einsetzen. Auf Applikations-

schicht werden Daten vom Sender gesichert und sind so während der gesamten

Datenübertragung zwischen den Endsystemen geschützt. Erst der Empfänger kann die

Daten wieder entsichern.

Abbildung 4: Datensicherung auf Applikationsschicht

Der wesentliche Nachteil beim Einsatz von kryptographischen Verfahren auf dieser Schicht

ist, daß die Anwendungsprogramme beider Kommunikationspartner die verwendeten

Verfahren unterstützen müssen, d.h. Web-Browser, E-Mail Programme und zahlreiche

andere Applikationen müssen interoperabel sein. Noch ein zweiter Nachteil ist zu erwähnen:

Informationen, die in tieferen Schichten relevant sind (z.B. Sender und Empfängeradressen

in Datagrammen) können nicht verschlüsselt werden. Dies ermöglicht Verkehrsflußanalysen

In diesem Kapitel werden die Abbildungen im TCP/IP-Modell dargestellt. Eine Zuordnung

zwischen den Schichten des TCP/IP-Modells und des OSI-Modells befindet sich in Kapitel

3.1.1.

Applikationsschicht

Transportschicht

Netzwerkschicht

Netzzugangsschicht

Application Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Endsystem 1

Transitsystem

(Router)

Endsystem 2

Gesicherte

Datenübertragung

Gesicherte

Datenübertragung

Daten ungesichert

Daten sind gesichert

Daten werden gesichert / entsichert

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

durch Dritte. Eine Sicherung auf tieferen Schichten muß dann ggf. noch zusätzlich vor-

genommen werden.

Transportschicht (OSI-Schicht 4)

Kryptographische Verfahren in der Transportschicht einzusetzen bedeutet, einen sicheren

Tunnel zwischen zwei Anwendungsprogrammen, z.B. zwischen Web-Server und Web-

Browser, zu schaffen. Allgemein können auf dieser Schicht Client-Server-Architekturen gut

abgesichert werden.

Die folgende Abbildung zeigt, daß die Daten erst ab der Transportschicht gesichert werden,

d.h. in der Applikationsschicht sind die Daten nicht gesichert. Auf dieser Schicht wird Ende-

zu-Ende-Sicherheit zwischen beiden Endsystemen realisiert. Die Transportschicht ist die

unterste verbindungsorientierte Schicht, in der Ende-zu-Ende-Sicherheit implementiert

werden kann.

Abbildung 5: Datensicherung auf Transportschicht

Die Absicherung der Datenübertragung auf Transportschicht dient der Absicherung der

Verbindung auf der Schicht einzelner Kommunikationskanäle. Da auf der Transportschicht

mit Hilfe der Sockets

zwischen den verschiedenen Diensten unterschieden werden kann,

können hier gezielt einzelne Protokolle verschlüsselt und andere unverschlüsselt abgewickelt

werden. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von SSL in verschiedenen Anwendungen (z.B.

Web Server), welches auf fest definierten Ports arbeitet.

In dieser Schicht werden die Protokolle TCP und UDP verwendet, die IP-Adressen und Port-

Nummern unverschlüsselt übertragen. Somit kann ein Angreifer Verkehrsflußanalysen

vornehmen.

Socket: Socket ist eine Bezeichnung eines Endpunktes einer Datenübertragung über Internet-

Protokolle. Socket besteht aus einer Internet-Adresse und einer Port-Nummer.

Applikationsschicht

Transportschicht

Netzwerkschicht

Netzzugangsschicht

Application Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Endsystem 1

Transitsystem

(Router)

Endsystem 2

Gesicherte

Datenübertragung

Gesicherte

Datenübertragung

Daten ungesichert

Daten sind gesichert

Daten werden gesichert / entsichert

Shubhangi Stark

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Netzwerkschicht (OSI-Schicht 3)

Als Anwendungsmöglichkeiten der Absicherung auf Netzwerkschicht bieten sich neben der

Verschlüsselung der Kommunikation zwischen zwei Endsystemen auch der Einsatz von

Routern an, die eine Sicherung zwischen ungesicherten lokalen Netzwerken ermöglichen

(z.B. Einsatz von Sicherheits-Gateways und die Errichtung von Virtual Private Networks).

Die folgende Abbildung zeigt, daß die Daten erst ab Netzwerkschicht gesichert werden, d.h.

in der Transportschicht sind die Daten nicht gesichert. Die Netzwerkschicht ist die unterste

Schicht, in der Ende-zu-Ende-Sicherheit zwischen Endsystemen realisiert werden kann.

Abbildung 6: Datensicherung auf Netzwerkschicht

Ein Beispiel für ein Sicherheitsprotokoll auf Netzwerkschicht ist IPSec.

Da nicht nur in Endsystemen, sondern auch auf Transitsystemen (z.B. Routern) eine IP-

Schicht vorhanden ist, kann auch bei der Kommunikation zwischen Transitsystemen eine

Sicherung vorgenommen werden. Z.B. wenn zwei Router durch ein besonders abhör-

gefährdetes Übertragungsmedium verbunden sind, ist eine Verschlüsselung auf IP-Ebene

sinnvoll.

Applikationsschicht

Transportschicht

Netzwerkschicht

Netzzugangsschicht

Application Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Endsystem 1

Transitsystem

(Router)

Endsystem 2

Gesicherte

Datenübertragung

Gesicherte

Datenübertragung

Daten ungesichert

Daten sind gesichert

Daten werden gesichert / entsichert

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Netzzugangsschicht (OSI-Schichten 1-2)

Die Netzzugangsschicht umfaßt die Schichten 1 und 2 des OSI-Modells.

In der Netzzugangsschicht kann zwischen zwei benachbarten Systemen gesichert werden

(Endsystem zu Transitsystem, Transitsystem zu Transitsystem, Endsystem zu Endsystem).

Von besonderer Bedeutung ist die Sicherung auf der Netzzugangsschicht dann, wenn zwei

Endsysteme direkt miteinander verbunden sind. Auf dieser Schicht besteht meist kein

sicherer Tunnel zwischen Endsystemen, sondern nur eine sichere Teilstrecke. Auf

Netzzugangsschicht werden die IP-Adressen nicht benötigt und können mitverschlüsselt

werden.

Es wird keine Ende-zu-Ende-Sicherheit zwischen Endsystemen realisiert. Sicherheits-

mechanismen auf dieser Schicht sind daher zur Sicherung vertraulicher Daten zwischen

Endsystemen in offenen Netzen (z.B. dem Internet) prinzipiell ungeeignet. Nur mit Hilfe von

Tunneling-Protokollen kann ein Tunnel zwischen Endsystemen über ein offenes Netz

aufgebaut werden, über den eine Ende-zu-Ende-Datensicherung auf Netzwerkschicht

möglich ist (s. Kapitel 4.6.5.2.1).

Die folgende Abbildung zeigt, daß die Daten erst ab der Netzzugangsschicht gesichert

werden, d.h. in der Netzwerkschicht sind die Daten nicht gesichert. Insbesondere sind Daten

im Transitsystem nicht gesichert.

Abbildung 7: Datensicherung auf Netzzugangsschicht

Ein wichtiges TCP/IP-Protokoll auf dieser Schicht ist das Point-to-Point Protokoll (PPP, [RFC

1661]), welches zwei benachbarte Systeme miteinander verbindet. Das Point-to-Point

Tunneling Protokoll PPTP setzt auf PPP auf, um einen Tunnel zwischen zwei Endsystemen

aufzubauen (s. Kapitel 4.6.5.2.1).

Ein weiteres Tunneling Protokoll ist das Layer2 Tunnel Protocol (L2TP), welches verwendet

wird, verschiedene Layer-3-Protokolle über ein bestehendes paketvermittelndes Netz zu

transportieren (s. Kapitel 4.6.5.2.1).

Die eigentliche Sicherung bei Nutzung von Tunneling-Protokollen findet zwar auf Netz-

zugangsschicht statt. Das gesamte Protokoll (z.B. PPP, PPTP und ECP) nutzt aber höhere

Schichten, sodaß hier von einer reinen Sicherung auf der Netzzugangsschicht daher nicht

gesprochen werden kann.

Auf Schicht 1 des OSI-Modells setzen sog. Kryptoboxen und Leitungsverschlüsselungs-

geräte auf, die nur zwischen dedizierten Endpunkten, und nur auf dedizierten Leitungen,

verschlüsseln. Diese Sicherungsmöglichkeit bietet sich an, wenn zwei Endsysteme über eine

(öffentliche) Leitung direkt miteinander verbunden werden.

Applikationsschicht

Transportschicht

Netzwerkschicht

Netzzugangsschicht

Application Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Endsystem 1

Transitsystem

(Router)

Endsystem 2

Gesicherte

Datenübertragung

Gesicherte

Datenübertragung

Daten ungesichert

Daten sind gesichert

Daten werden gesichert / entsichert

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4 Grundkonzepte der IT-Sicherheit

4.1 Sicherheitsdienste

Sicherheitsdienste sind Funktionen, die ein Endsystem bereitstellen muß, um die

Sicherheitsanforderungen seiner Benutzer zu erfüllen. Die Endsysteme, die über offenen

Netzen kommunizieren, müssen entsprechende Sicherheitsdienste für die Absicherung der

IT-Kommunikation zur Verfügung stellen.

Im Rahmen der Spezifikation einer Sicherheitsarchitektur für offene Systeme hat die ISO

1989 einen Katalog von Sicherheitsdiensten zusammengestellt, der die Sicherheitsziele

klassifiziert ([ISO7498-2]). Die folgenden Sicherheitsdienste sind für die IT-Kommunikation

über offene Netze relevant:

Vertraulichkeit (Confidentiality)

Dieser Sicherheitsdienst schützt Daten vor unberechtigter Kenntnisnahme, nur Sender und

Empfänger dürfen die übermittelten Informationen im Klartext lesen. Dieser Sicherheitsdienst

kann sich auf eine Verbindung (engl.: Connection Confidentiality), auf ein Datenpaket (engl.:

Connectionless Confidentiality), auf Teile eines Datenpakets (engl.: Selective Field

Confidentiality), bzw. auf den Verkehrsflußdaten (engl.: Traffic Flow Confidentiality)

beziehen.

Integrität (Integrity)

Dieser Sicherheitsdienst gewährleistet, daß Veränderung bzw. Verfälschung der Daten bei

der Übertragung erkannt werden und schützt damit vor aktiven Angriffen. Dieser Dienst kann

einzelne Datenpakete (engl.: Connectionless Integrity) oder ganze Kommunikations-

beziehungen (engl.: Connection Integrity) schützen.

Authentizität (Authentication)

Dieser Sicherheitsdienst überprüft die Identität eines Kommunikationspartners (engl.: Peer-

entity Authentication) bzw. einer Datenquelle (engl.: Data Origin Authentication).

Authentisierung überprüft die Echtheit von Personen, Organisationen oder Diensten (z.B.

Web-Server).

Zugriffskontrolle (Access Control)

Dieser Sicherheitsdienst erlaubt nur berechtigte, d.h. durch Authentisierung identifizierte und

autorisierte Benutzer, auf die ihnen zugeordneten Ressourcen (z.B. Rechner, Peripherie-

geräte, Daten) zuzugreifen. Dadurch wird unberechtigter Zugriff verhindert. Dieser

Sicherheitsdienst betrifft nicht direkt die Absicherung der IT-Kommunikation über offene

Netze und wird daher in dieser Arbeit nicht weiter betrachtet.

Nichtabstreitbarkeit (Non-Repudiation)

Dieser Sicherheitsdienst ermöglicht dem Empfänger, die Herkunft der Nachricht zweifelsfrei

festzustellen ("Non-Repudiation with proof of origin"). Der Sender kann nicht abstreiten, eine

Nachricht geschickt zu haben.

Shubhangi Stark

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Medizinische Informatik

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Die folgende Tabelle zeigt, welche Sicherheitsdienste auf welcher Schicht des TCP/IP-

Modells zum Einsatz kommen können (nach [ISO7498-2]). Hier ist zu beachten, daß nicht in

allen dafür vorgesehenen Schichten Sicherheitsdienste auch tatsächlich erbracht werden

müssen. Es ist möglich und in vielen Fällen auch ausreichend, die Sicherheitsdienste auf

wenige Schichten zu beschränken. Hierbei sind dann aber Besonderheiten (s. Kepitel 3.2) zu

beachten.

TCP/IP Schicht

Sicherheitsdienste

Netzzugangsschicht

Netzwerkschicht

Transportschicht

Anwendungsschicht

Authentizität

Vertraulichkeit

Zugriffskontrolle

Integrität

Nichtabstreitbarkeit

X: Dienst kann erbracht werden

Tabelle 2: Zuordnung der Sicherheitsdienste zu den TCP/IP-Schichten

Neben diesen klassischen Sicherheitsdiensten gibt es weitere Sicherheitsdienste wie

Anonymität und Verfügbarkeit, die im folgenden aber nicht weiter betrachtet werden, da sie

für die direkte Absicherung von Daten nicht relevant sind, bzw. diese Konzepte z.Z. erst noch

erforscht werden.

Shubhangi Stark

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Seite 31 von 217

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4.2 Angriffe

Dieser Abschnitt soll ein grundlegendes Verständnis für die Problematik der Angriffe

vermitteln, denen IT-Kommunikation in offenen Netzen ausgesetzt sein kann. Daten werden

von einer Organisation über eine Schnittstelle in das offene Netz eingespeist, und Daten

treffen aus dem offenen Netz über eine Schnittstelle in der Organisation ein. Da die

Datenübertragung zwischen den Kommunikationspartnern in diesen Fällen über das offene,

öffentliche Netz stattfindet, ist es möglich, daß die Datenübertragung von unberechtigten

Dritten, den "Angreifern", gefährdet wird. Diesen Angriffsformen sind durch geeignete

Sicherungsmaßnahmen entgegenzuwirken.

Man kann zwischen aktiven und passiven Angriffen unterscheiden (z.B. [Opp97], [Feg99]).

4.2.1 Aktive Angriffe

In aktiven Angriffen schaltet sich ein Angreifer direkt in den Datenfluß zwischen Sender und

Empfänger und beeinflußt ihre Kommunikation. Typische aktive Angriffsformen sind

Datenmanipulation, Replay-Angriffe, Denial-of-Service-Angriffe und Man-in-the-Middle-

Angriffe, die im Folgenden näher beschrieben werden.

4.2.1.1 Datenmanipulation

Bei diesem Angriff wird die Nachricht manipuliert, um eine unerwünschte Wirkung zu

erzielen (z.B. durch Manipulation einer Bestellung kann der Angreifer die bestellte Waren-

menge verändern). Ein Angreifer kann die übertragene Nachricht verändern, löschen oder

eine neue Nachricht hinzufügen.

In dieser Art von Angriff werden die Nachrichten im offenen Netz vom Angreifer abgefangen.

Danach manipuliert der Angreifer die Nachricht und schickt sie an den ursprünglichen (oder

einen anderen) Empfänger weiter.

Die folgende Abbildung stellt dies dar.

Abbildung 8: Manipulation einer Nachricht

4.2.1.2 Replay-Angriffe

Bei einem Replay-Angriff zeichnet ein Angreifer eine Nachricht auf und versucht mit diesen

Aufzeichnungen die Nachricht zu einem späteren Zeitpunkt erneut zu senden ("Replay").

Beispiel: Ein Angreifer zeichnet Authentisierungsdaten eines berechtigten Benutzers (z.B.

Username/Paßwort) mit und verwendet diese später, um sich damit selbst gegenüber dem

System zu authentisieren.

Sender

Empfänger

Angreifer

Ursprüngliche Nachricht

Modifizierte Nachricht

Abfangen der

Nachricht

Modifikation der

Nachricht

Nachricht wird umgeleitet

Übertragung der

modifizierten Nachricht

Shubhangi Stark

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4.2.1.3 Denial-of-Service-Angriffe

Das Ziel des Denial-of-Service Angriffs ist es nicht, den Zugang zu einem Zielsystem zu

beschaffen, sondern den berechtigten Gebrauch oder die Administration von

Kommunikationseinrichtungen zu behindern, bzw. zu verhindern.

Beispiel 1: Ein Angreifer schickt dem Zielsystem ein übergroßes Datenpakete, so daß der

Speicherbereich des Zielsystems überläuft und das Zielsystem abstürzt.

Beispiel 2: Ein Transitsystem (z.B. ein Router) könnte alle Nachrichten zurückhalten, die an

ein bestimmtes Ziel gerichtet sind.

Der Denial-of-Service Angriff gefährdet nicht die Integrität, Vertraulichkeit, Authentizität und

Nichtabstreitbarkeit von übermittelten Nachrichten, sondern die Verfügbarkeit von Systemen.

Daher wird diese Angriffsart in dieser Arbeit nicht weiter berücksichtigt.

4.2.1.4 Man-in-the-Middle-Angriffe

Beim Man-in-the-Middle Angriff kann sich ein Angreifer in die Kommunikation zwischen zwei

Kommunikationspartnern unter Vortäuschung falscher Identitäten unbemerkt so einschalten,

daß beide Kommunikationspartner mit dem Angreifer kommunizieren in der Meinung, sie

würden direkt miteinander kommunizieren. Diese Angriffsform kann somit die Vertraulichkeit,

Integrität und Authentizität der IT-Kommunikation verletzen.

Beispiel: Ein Angreifer führt einen Man-in-the-Middle Angriff bei der Vorbereitung und Durch-

führung einer verschlüsselten Datenkommunikation durch. Der Angreifer fängt Schlüssel und

Nachrichten zwischen Teilnehmer A und B ab. Der Angreifer leitet zwar die Anfrage von A

weiter, ersetzt aber die öffentlichen Schlüssel von A und B durch seine eigenen. Dadurch

zwingt der Angreifer die Teilnehmer A und B dazu, Nachrichten mit seinem öffentlichen

Schlüssel zu verschlüsseln. Der Angreifer kann die verschlüsselte Nachricht abfangen und

mit seinem privaten Schlüssel entschlüsseln, die Nachricht lesen und verändern. Die

Nachricht wird danach vom Angreifer mit dem richtigen öffentlichen Schlüssel der

Teilnehmer A oder B wieder verschlüsselt und an sie weitergeleitet. Die Teilnehmer A und B

merken nicht, daß der Angreifer an ihrer Kommunikation beteiligt ist und die Nachricht

verändert hat. Die folgende Abbildung stellt dies dar.

Abbildung 9: Man-in-the-Middle Angriff bei der Vorbereitung

zur verschlüsselten Datenübertragung zwischen A und B

Angreifer

Öffentlicher Schlüssel

von B wird abgefangen

Öffentlicher Schlüssel B' vom

Angreifer wird weitergeleitet

Öffentlicher Schlüssel

von A wird abgefangen

Öffentlicher Schlüssel A' vom

Angreifer wird weitergeleitet

Shubhangi Stark

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4.2.2 Passive Angriffe

Mit passiven Angriffen kann sich ein Angreifer zwischen Sender und Empfänger einschalten,

ohne den eigentlichen Datenfluß zu beeinträchtigen, die Nachricht bleibt unverändert. Der

Angreifer spielt lediglich die Rolle eines Beobachters. Durch passive Angriffe ist die

Vertraulichkeit der übertragenen Daten gefährdet. Typische passive Angriffsformen sind das

Mitlesen von Daten und die Verkehrsflußanalyse.

4.2.2.1 Das passive Mitlesen von Daten

Die Daten können entlang des Übertragungsweges, oder direkt an den Arbeitsstationen

passiv abgehört, bzw. mitgelesen werden.

Da die Daten im offenen Netz verschiedene Übertragungswege nehmen, ist es möglich, daß

die Daten von "Dritten" abgehört werden können. Das Abhören kann in Endgeräten, auf

Datenleitungen, auf Netzknoten (Routern), bzw. anderen, Dritten zugänglichen Stellen

erfolgen. Ein Angreifer kann auch das Netzwerk aktiv so konfigurieren, sodaß die relevanten

Datenpakete über einen von Angreifer vorgesehenen Netzwerkknoten laufen müssen und

dort passiv abgehört werden können.

Beispiel: Die Daten werden mit Hilfe der Hardware-Router umgeleitet und dann auf einem

speziell vorbereiteten Gerät mitgelesen.

4.2.2.2 Verkehrsflußanalyse

Bei diesem Angriff kann der passive Angreifer beobachten, wer, wie, wann und wie oft mit-

einander kommuniziert.

Verkehrsflußanalysen erlauben Rückschlüsse, ob überhaupt und wie stark zwischen den

bestimmten Kommunikationspartnern kommuniziert wird. Die Inhalte der Nachrichten bleiben

unerheblich. Im Rahmen einer Verkehrsflußanalyse kann der Angreifer aufgrund der

Verkehrsdaten auf Herkunft, Ziel, Frequenz und Umfang von Nachrichten schliessen, und

sich daraus Nutzinformationen ableiten.

Beispiel: Im Rahmen von Wirtschaftsspionage werden solche Angriffe ausgeübt, um die

Kommunikationsbeziehungen anderer Firmen zu beobachten. Es kann für den Angreifer

interessant sein, mit welchen anderen Unternehmen eine bestimmte Firma Daten

austauscht.

4.2.3 Weitere Angriffe

4.2.3.1 Zufällige Informationsaufdeckung bzw. - veränderung

Vertrauliche Daten können zufällig in falsche Hände gelangen, bzw. durch Übertragungs-

fehler zufällig verändert werden, was dennoch als Bedrohung zu bewerten ist.

Beispiel: Wenn firmeninterne vertrauliche Informationen frei zugänglich auf einem Firmen-

server liegen, kann ein Firmenmitarbeiter ganz zufällig die Informationen entdecken und ggf.

an "Dritte" weitergeben.

4.2.3.2 Angriffe von Insidern

In einer Organisation verfügen manche Mitarbeiter über ausreichendes Wissen über die

internen Strukturen, mit deren Hilfe Daten oder Systeme manipuliert werden können. Anhand

dieser Informationen kann z.B. ein Mitarbeiter vertrauliche Daten anderer Abteilungen

einsehen und diese nach außen weitergeben. Die Angriffe von Insidern werden meistens

unterschätzt und können für eine Organisation existenzbedrohend sein.

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Beispiel: Mitarbeiter fertigen Kopien vertraulicher Dokumente an und geben sie an Dritte

weiter.

Die folgende Tabelle stellt die Angriffe und die relevanten Sicherheitsdienste gegenüber. Mit

den geeigneten Sicherheitsdiensten kann den Bedrohungen entgegengewirkt werden.

Sicherheitsdienst

Angriffsart

Datenmanipulation

Replay-Angriffe

Man-in-the-Middle-Angriffe

Abhören

Verkehrsflußanalyse

Zufällige Informationsaufdeckung

Zufällige Informationsveränderung

Angriffe von Insidern

V = Vertraulichkeit

I = Integrität

A = Authentizität

NA = Nichtabstreitbarkeit

Tabelle 3: Angriffe und ihnen zugeordnete Sicherheitsdienste

Shubhangi Stark

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4.3 Grundlagen der Kryptographie

Dieses Kapitel behandelt die Grundlagen der Kryptographie, die für das Verständnis der

Protokolle für die Sicherung von E-Mail, Netzwerk-Kommunikation und Client-Server-

Kommunikation notwendig sind. Die einzelnen kryptographischen Verfahren werden

skizziert. Für die formale Analyse der einzelnen Verfahren sei auf die mathematische

Fachliteratur verwiesen ( u.a. [Buc99], [Men97], [Schn96]).

Kryptographie zählt zu den grundlegenden Verfahren in vielen Sicherheitstechnologien. Die

Kryptographie gehört in ein Teilgebiet der Informatik, das als Informationssicherheit

bezeichnet wird. Die Kryptographie befaßt sich mit Verfahren zur Sicherung der

Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität und Nichtabstreitbarkeit (und ggf. weiterer

Sicherheitsdienste wie Anonymität und Verfügbarkeit) von Nachrichten oder Daten, um sie

u.a. vor unbefugter Manipulation und Kenntnisnahme zu schützen.

Neben der Kryptographie gibt es noch ein weiteres Gebiet, die Kryptoanalyse. Kryptoanalyse

beschäftigt sich nicht mit der Sicherung von Nachrichten, sondern mit Angriffen auf die

Kryptoalgorithmen, bzw. auf die mit ihnen gesicherten Daten. In der Kryptoanalyse werden

die konzeptionellen Schwachstellen in einem Kryptoverfahren untersucht, um die

kryptographischen Verfahren zu verbessern. Die Kryptoanalyse kann natürlich aber auch für

die Durchführung von Angriffen verwendet werden. Kryptographie und Kryptoanalyse werden

unter dem Oberbegriff Kryptologie zusammengefaßt.

4.3.1 Warum Kryptographie?

Nachrichten oder Daten, die in ein offenes Netz eingespeist werden, müssen vor einem

Angreifer geschützt werden. Alle Daten, Nachrichten, E-Mails oder jeder Telnet-Befehl, die

durch das Internet geschickt werden, könnten in falsche Hände gelangen. Dies kann fatale

Folgen haben.

· Ein Angreifer kann beobachten, wann und wie viele Nachrichten zwischen den

Kommunikationspartnern hin- und hergeschickt werden. Eine solche Verkehrsflußanalyse

kann im Rahmen von Wirtschaftsspionage ausgewertet werden, z.B. wenn es einen

Angreifer interessiert, mit welchen anderen Unternehmen eine bestimmte Firma Daten

austauscht. Solche Verkehrsflußanalysen können teilweise mit Kryptographie verhindert

werden (z.B. durch Verschlüsselung bestimmter Routing-Informationen).

· Ein Angreifer kann die Nachricht selbst aktiv und passiv angreifen. Ein Angreifer kann an

verschiedenen Stellen im Netz (wie z.B. am Endgerät, am Router und an der

Übertragungsleitung) ansetzen. Er kann versuchen, die Daten abzuhören oder zu

verändern. Die typischen Angriffsszenarien, die bei der IT-Kommunikation einer

Organisation auftreten können, werden im Kapitel 4.2 beschrieben. Aktive und passive

Angriffe auf die Nachrichten können sehr gut durch kryptographische Verfahren bekämpft

werden. Die folgende Abbildung stellt dieses Szenario dar.

Abbildung 10: Modell der ungesicherten Datenübermittlung

Sender

Angreifer

Empfänger

Kommunikationspartner

können eine falsche

Identität vortäuschen

Daten können manipuliert

oder gelesen werden

Shubhangi Stark

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Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Angriffe können durch kryptographische Verfahren nicht verhindert werden. Krypto-

graphische Verfahren können jedoch die Erfolgsaussichten der Angriffe wesentlich

verringern. Die folgende Abbildung stellt den typischen Einsatz kryptographischer Verfahren

bei der IT-Kommunikation über ein offenes Netz dar.

Abbildung 11: Modell der kryptographisch gesicherten Datenübermittlung

Die nachfolgende Tabelle stellt die für die IT-Kommunikation relevanten Sicherheitsdienste

(aus Kapitel 4.1) und die zugehörigen kryptographischen Verfahren dar.

Sicherheitsdienste

Anwendung von kryptographische Verfahren

Authentizität

Digitale Signatur (s. Kapitel 4.3.2.2.2), MAC (s. Kapitel 4.3.2.1.2)

Vertraulichkeit

Verschlüsselung (s. Kapitel 4.3.2.1.1, 4.3.2.2.1, 4.3.3)

Integrität

MAC, Digitale Signatur

Nichtabstreitbarkeit

Digitale Signatur

Tabelle 4: Sicherheitsdienste und kryptographische Verfahren

Der Einsatz kryptographischer Verfahren in der IT-Kommunikation von Organisationen dient

somit u.a. folgenden Zielen:

· Schutz vor Wirtschaftsspionage und Überwachung (Vertraulichkeit)

· Sicherer Handel im Internet (Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität, ggf.

Nichtabstreitbarkeit)

· Schutz vor Manipulation von Firmendaten (Integrität, Authentizität)

· Sichere Zahlungstransaktionen im Internet bzw. Online Banking (Vertraulichkeit,

Integrität, Authentizität, Nichtabstreitbarkeit)

Sender

Angreifer

Empfänger

Ziel: Daten können nicht

erfolgreich manipuliert

oder gelesen werden

Krypto-

funktion

Krypto-

funktion

Ziel: Authentizität der

Kommunikationspartner kann

nicht vorgetäuscht werden

Shubhangi Stark

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Seite 37 von 217

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4.3.2 Kryptographische Verfahren

Ein kryptographisches Verfahren ist eine mathematische Funktion, die zur Sicherung von

Nachrichten bzw. Daten verwendet werden kann. Z.B. kann durch Verschlüsselung eine

Nachricht so codiert werden, daß ihr Inhalt bei der Übertragung über ein unsicheres Netz

Dritten verborgen bleibt. Erst durch Entschlüsselung durch den Empfänger wird der Inhalt

wieder in Klartext umgewandelt. Die folgende Abbildung stellt die kryptographische

Sicherung von Nachrichten bzw. Daten dar.

Abbildung 12: Sicherung von Daten mit Kryptoverfahren

Für Kryptoverfahren werden Schlüssel benötigt. Die kryptographischen Verfahren können

abhängig davon, ob die beide Kommunikationspartner über einen gemeinsamen Schlüssel

oder zwei unterschiedliche Schlüssel verfügen, in die zwei Gruppen symmetrische und

asymmetrische Verfahren aufgeteilt werden (Kapitel 4.3.2.1 und 4.3.2.2). Oft werden in der

Praxis symmetrische und asymmetrische Verfahren in Hybridverfahren kombiniert (Kapitel

4.3.3), um die Vorteile beider Verfahren zu nutzen (und die jeweilige Nachteile zu

vermeiden).

Die benötigten Schlüssel für die Kryptoverfahren werden mit Schlüsselgenerierungs-

verfahren erzeugt (Kapitel 4.3.4.2), bzw. zwischen den Teilnehmern ausgetauscht (Kapitel

4.3.2.2.3). Darüberhinaus wird das Hashverfahren diskutiert (Kapitel 4.3.4.3), welches als

Hilfsverfahren in einigen Kryptoverfahren eingesetzt wird.

4.3.2.1 Symmetrische Kryptoverfahren (Secret-Key-Verfahren)

In symmetrischen Kryptoverfahren, auch Secret-Key-Verfahren genannt, verfügen Sender

und Empfänger über den gleichen geheimen Schlüssel k

, um gesichert miteinander zu

kommunizieren. In symmetrischen Verfahren wird beim Sichern und beim Entsichern von

Daten der gleiche Schlüssel, bzw. ein von einem gemeinsamen Geheimnis abgeleiteter

Schlüssel, verwendet. Der Sender sichert die Nachricht mit dem gemeinsamen geheimen

Schlüssel, schickt die so gesicherte Nachricht über das unsichere, offene Netz (z.B. Internet)

zum Empfänger, der die verschlüsselte Nachricht unter Verwendung des gleichen Schlüssels

wieder entsichert. Die folgende Abbildung stellt das allgemeine symmetrische Verfahren vor.

Abbildung 13: Symmetrisches Kryptoverfahren

Nachricht

Gesicherte

Nachricht

Krypto-

verfahren

Krypto-

verfahren

Schlüssel

Nachricht

Gesicherte

Nachricht

Symmetr.

Krypto-

verfahren

Symmetr.

Krypto-

verfahren

Geheimer

Schlüssel

Geheimer

Schlüssel

Sender

Empfänger

Sender sichert Nachricht

Empfänger entsichert Nachricht

Shubhangi Stark

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Symmetrische Verfahren lassen sich in Block- und Stromchiffren klassifizieren.

Blockchiffren führen eine gleichbleibende mathematische Operation auf Blöcken fester

Länge aus.

Die Nachricht M wird in n Blöcke geteilt:

M = M

, M

, ..., M

Jeder Block wird mit der Kryptofunktion f und dem Schlüssel k transformiert:

f (k, M

) = C

für j = 1, 2, ..., n

Im Gegensatz dazu interpretieren Stromchiffren den Klartext als eine endliche Folge von

Einzelzeichen, auf die in jedem Verschlüsselungsschritt j ein anderer Verschlüsselungs-

schlüssel k

angewendet wird.

Die Nachricht M wird als Folge ("Strom") von Einzelzeichen Z betrachtet:

M = Z

, Z

,..., Z

Der Schlüssel wird ebenfalls als Folge ("Strom") betrachtet:

für j = 1, 2, ..., m

Jedes Zeichen wird mit der Kryptofunktion f und dem Schlüssel k

transformiert:

f (k

, M

) = C

für j = 1, 2, ..., m

Verwenden Sender und Empfänger eine Blockchiffre, müssen sie über einen gemeinsamen

Schlüssel k verfügen. Verwenden Sender und Empfänger eine Stromchiffre, müssen sie über

einen gemeinsamen initialen Schlüssel k

verfügen.

Beispiel: Eines der bekanntesten symmetrischen Verfahren ist der amerikanische

Verschlüsselungsstandard Data Encryption Standard (DES) bzw. Triple-DES [FIPS46-3].

Die sichere Übertragung des geheimen Schlüssels k (bei Blockchiffren), bzw. k

(bei

Stromchiffren) zwischen den beteiligten Teilnehmern ist das größte Problem symmetrischer

Kryptoverfahren.

Eigenschaften

· I.d.R. schnelle und effiziente Ausführung (im Vergleich zu asymmetrischen Verfahren)

· Geheimer Schlüsselaustausch zwischen den Teilnehmern notwendig

· Für n Teilnehmer max. n*(n-1)/2 Schlüssel notwendig (z.B. bei 100 Teilnehmern sind

max. 4950 Schlüssel notwendig, wenn jede Kommunikationsbeziehung separat gesichert

wird). Manuelles Schlüsselmanagement kann hier sehr aufwendig sein.

4.3.2.1.1 Ver- und Entschlüsselung

Der Sicherheitsdienst "Vertraulichkeit" (Kapitel 4.1) kann durch symmetrische

Verschlüsselungsverfahren realisiert werden.

Bei symmetrischen Verfahren müssen die beide Kommunikationspartner, d.h. Sender und

Empfänger, den gleichen Schlüssel besitzen. Dafür muß der geheime Schlüssel zuvor

vertraulich ausgetauscht, bzw. vereinbart werden.

Die Beschreibung des Verfahrens

Ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren besteht aus einer Funktion

mit zwei

Eingabewerten: Schlüssel (k

) und Klartext Nachricht (M) und einem Ausgabewert:

Verschlüsselte Nachricht (C).

Shubhangi Stark

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Ein symmetrisches Entschlüsselungsverfahren besteht aus einer Funktion f

mit zwei

Eingabewerten: Schlüssel (k

) und verschlüsselte Nachricht (C) und einem Ausgabewert:

Klartext Nachricht (M).

Es gilt:

Identisch, k

geheim

1. Der Sender verschlüsselt die Klartext Nachricht (M) mit einem geheimen Schlüssel (k

)

und einer symmetrischen Verschlüsselungsfunktion

und erhält eine verschlüsselte

Nachricht (C)

,M) = C

2. Der Sender übermittelt die verschlüsselte Nachricht C über das offene Netz zum

Empfänger.

3. Der Empfänger entschlüsselt die verschlüsselte Nachricht (C) mit dem gemeinsamen

geheimen Schlüssel k

und der symmetrischen Entschlüsselungsfunktion

und erhält

die Klartext Nachricht (M)

) = M =

(

,M))

Wobei

= Symmetrische Entschlüsselungsfunktion des Empfängers

(ist Umkehrfunktion zu

)

Symmetrische Verschlüsselungsfunktion des Senders

(ist Umkehrfunktion zu

)

M =

Nachricht (engl. Message)

C =

Chiffretext oder verschlüsselte Nachricht

Geheimer Schlüssel

Die folgende Abbildung stellt o.g. Verfahren dar.

Abbildung 14: Symmetrische Ver- und Entschlüsselung

Nachricht (M)

Verschlüsselte

Nachricht (C)

Symmetr.

Verschlüsselungs-

funktion

)

Symmetr.

Entschlüsselungs-

funktion

)

Geheimer

Schlüssel

)

Geheimer

Schlüssel

)

Sender

Empfänger

Sender verschlüsselt Nachricht

Empfänger entschlüsselt Nachricht

Shubhangi Stark

Seite 40 von 217

Diplomarbeit

Medizinische Informatik

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Die folgende Tabelle stellt die wichtigsten symmetrischen Verschlüsselungsverfahren dar.

Algorithmus

Schlüssellängen

Spezifikation

Anwendungsbeispiele

DES

56 Bit

[FIPS46-3]

E-Mail-Sicherheit, IPSec (RFC2405),

sichere C-S-Kommunikation

Triple-DES

112 Bit, 168 Bit

[FIPS46-3]

E-Mail-Sicherheit, IPSec (RFC2451),

sichere C-S-Kommunikation

IDEA

128 Bit

[Lai91]

E-Mail-Sicherheit, IPSec (RFC2451),

sichere C-S-Kommunikation

RC5

variabel (mind. 75 Bit

Details

Titel

Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze

Autor

Shubhangi Stark (Autor)

Jahr

2001

Seiten

217

Katalognummer

V220101

ISBN (eBook)

9783832445003

ISBN (Buch)

9783838645001

Dateigröße

1754 KB

Sprache

Deutsch

Schlagworte

ipsec public-key-infrastruktur s/mime tls/ssl unternehmenssicherheit verschlüsselung

Arbeit zitieren

Shubhangi Stark (Autor)

, 2001, Sichere IT-Kommunikation über unsichere Netze, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/220101

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