Die Fortsetzung zum Oberthema Kryptographie mit Hashverfahren und
elektronischer Signatur gibt es in der einhunderzweiunddreißigsten
Episode des Anwendungsentwickler-Podcasts. TL;DR Mit Hash-Verfahren
prüfe ich, ob sich Daten verändert haben: Aus beliebig langen Daten
entsteht ein Hash-Wert mit fester Länge, den du mit dem Hash der
Originaldaten vergleichst. Eine elektronische Signatur verbindet
diesen Hash mit dem privaten Schlüssel der absendenden Person und
macht damit auch die Herkunft prüfbar. Wenn ich die signierte
E-Mail zusätzlich mit dem öffentlichen Schlüssel der empfangenden
Person verschlüssele, bleibt ihr Inhalt vertraulich. Für deine
Abschlussprüfung solltest du die Eigenschaften von Hash-Verfahren
und den Ablauf beim Signieren kennen. Kapitelmarken [00:00:00]
Einstieg in Kryptografie Teil 2 [00:01:33] Asymmetrische Verfahren
und Schlüsselpaare [00:02:21] Integrität und Authentizität
[00:04:37] Hash-Verfahren und feste Hash-Längen [00:05:46]
Kollisionen und Einwegverfahren [00:07:09] Gehashte Passwörter und
Begriffe in der Prüfung [00:08:47] Gleiche Eingaben und
kollisionsarme Verfahren [00:12:45] Hash-Längen und die Schwächen
von MD5 [00:14:44] Downloads mit dem Original-Hash vergleichen
[00:16:18] Kleine Änderungen und deutlich andere Hash-Werte
[00:17:54] Eigenschaften von Hash-Verfahren für die Prüfung
[00:19:45] Hash-Werte beim E-Mail-Versand [00:21:03] Angriffe auf
ungeschützte Hash-Anhänge [00:21:44] Herkunft mit dem privaten
Schlüssel nachweisen [00:26:20] Mehrere Schutzschichten für eine
E-Mail [00:28:38] Den Hash mit dem privaten Schlüssel absichern
[00:29:53] Elektronische Signatur und die Unterschrift im
Mietvertrag [00:33:57] Ablauf beim signierten und verschlüsselten
E-Mail-Versand [00:36:02] Schlüssel austauschen und Aufwand in der
Praxis [00:36:41] Prüfungsbezug und Abschluss Inhalt Hashes
Hashverfahren erzeugen aus einer Eingangszeichenfolge beliebiger
Länge eine Ausgangszeichenfolge fixer Länge, "Hash" oder
"Prüfsumme" genannt. Sie sind mathematische Einwegverfahren, die
keinen Rückschluss auf die Eingangsdaten zulassen, wenn die
Ausgangszeichenfolge bekannt ist. Die erzeugten Hashes sollten sich
selbst bei kleinsten Änderungen an den Eingangsdaten deutlich
verändern, damit sofort ersichtlich ist, dass die Eingangsdaten
verändert wurden. Hashverfahren sollten möglichst "kollisionsarm"
sein. Das heißt, dass es sehr unwahrscheinlich sein muss, dass zwei
unterschiedliche Eingangszeichenfolgen zum gleichen Hashwert
führen. Beispiele für Hashverfahren: MD5, SHA1, SHA256. Sie
unterscheiden sich im verwendeten Algorithmus und/oder der Länge
des erzeugten Hashwertes. Ein Hashverfahren gilt als unsicher, wenn
mit vertretbarem Aufwand eine Kollision herbeigeführt werden kann,
z.B. indem einer veränderten Zeichenfolge weitere bewusste
Änderungen hinzugefügt werden, um dann wieder zum ursprünglichen
Hashwert zu gelangen. Das Verfahren MD5 gilt heute als unsicher.
Elektronische Signatur Die elektronische Signatur soll die
Integrität und Authentizität von Daten sicherstellen. Beispiel: Bob
möchte sicherstellen, dass die erhaltene Mail von Alice auch
wirklich von ihr stammt (und nicht von einem Angreifer, der
vorgibt, Alice zu sein) und auf dem Weg durch das Internet nicht
von einem Angreifer manipuliert wurde (also z.B. Alices IBAN nicht
durch die des Angreifers ersetzt wurde). Aufbau: Der Hash der
Eingangsdaten wird mit dem privaten Schlüssel des Absenders
verschlüsselt. Der Empfänger entschlüsselt den Hash mit dem
öffentlichen Schlüssel des Absenders und erzeugt mit dem gleichen
Hashverfahren den Hash über die empfangenen Daten. Wenn der
entschlüsselte Hash mit dem selbst erstellten übereinstimmt, weiß
der Empfänger, dass Integrität und Authentizität eingehalten
wurden. Links Permalink zu dieser Podcast-Episode RSS-Feed des
Podcasts Kryptographische Hashfunktion – Wikipedia Message-Digest
Algorithm 5 – Wikipedia Zusammenfassung Schlüssel und Schutzziele
Wenn ich dir eine vertrauliche Nachricht schicke, verschlüssele ich
sie mit deinem öffentlichen Schlüssel. Du kannst sie mit deinem
privaten Schlüssel wieder entschlüsseln. Für dieses asymmetrische
Verfahren brauchst du ein Schlüsselpaar, dessen privater Teil
geheim bleiben muss. Den öffentlichen Teil kannst du weitergeben.
Bei einer E-Mail möchtest du außerdem prüfen können, ob ihr Inhalt
unterwegs verändert wurde und von wem sie stammt. Dafür stehen die
Schutzziele Integrität und Authentizität. Als Grundlage für die
folgenden Abläufe brauchst du die asymmetrischen Verfahren, die ich
in Episode 131 behandelt habe. Wie ein Hash entsteht Wenn ich eine
Datei durch eine Hash-Funktion laufen lasse, erhalte ich einen
Hash-Wert, auch Prüfsumme genannt. Die Eingabedaten dürfen beliebig
lang sein. Wie lang das Ergebnis ist, legt das jeweilige Verfahren
fest: MD5 erzeugt beispielsweise 128 Bit lange Hash-Werte; als
weiteres Beispiel kommt SHA mit 256 Bit vor. Für Hash-Verfahren
gelten folgende Eigenschaften: Gleiche Daten ergeben denselben
Hash. Dadurch kannst du das Ergebnis erneut berechnen und
vergleichen. Die Länge des Ergebnisses bleibt fest. Sie hängt vom
Verfahren ab, auch wenn du eine große Datei oder nur einen
Buchstaben eingibst. Das Verfahren arbeitet in eine Richtung. Aus
dem Hash lässt sich die ursprüngliche Datei als Ganzes nicht
zurückrechnen. Kleine Änderungen sollen den Hash deutlich
verändern. Bereits ein geändertes Bit soll zu einem erheblich
anderen Ergebnis führen. Ein gutes Verfahren ist kollisionsarm.
Unterschiedliche Eingaben sollen möglichst selten denselben Hash
ergeben. In meinen Prüfungen kommt es vor, dass Prüflinge gehashte
Passwörter als "verschlüsselt" bezeichnen. Der passende Begriff
lautet hier gehasht. Hash-Verfahren sind mathematische
Einwegverfahren. Beim Verschlüsseln bleiben die Informationen
erhalten, sodass du die Originaldaten mit dem passenden Schlüssel
wiederherstellen kannst. Kollisionen und die Sicherheit eines
Verfahrens Weil ein Hash eine feste Länge hat, gibt es nur eine
begrenzte Anzahl möglicher Hash-Werte. Für die Eingabedaten stehen
beliebig viele Möglichkeiten zur Verfügung. Deshalb können
verschiedene Eingaben denselben Hash erzeugen. Das heißt Kollision.
Ein geeignetes Verfahren muss es rechnerisch schwer machen, solche
passenden Eingaben zu finden. Die Sicherheit hängt davon ab, wie
viel Aufwand ein Angriff erfordert. Schnellere Rechner können
diesen Aufwand verringern; auch die Länge des Hash-Werts spielt
dabei eine Rolle. MD5 wird als Beispiel für ein bereits geknacktes
Verfahren behandelt. Für schützenswerte Daten solltest du es
deshalb nicht mehr einsetzen. Sobald sich mit vertretbarem Aufwand
passende manipulierte Daten erzeugen lassen, ist das betreffende
Verfahren für diesen Zweck unsicher. Eine heruntergeladene Datei
prüfen Wenn ich eine Datei herunterlade, brauche ich zum Prüfen den
Hash der Originaldatei. Diesen kann der/die Hersteller:in
beispielsweise neben dem Download auf der Website veröffentlichen.
Du gehst so vor: Lade die Datei herunter und berechne ihren Hash
mit dem angegebenen Verfahren. Vergleiche dein Ergebnis mit dem
veröffentlichten Original-Hash. Bei abweichenden Werten
unterscheiden sich die Daten. Die Ursache musst du gesondert
herausfinden: Beim Übertragen kann ein Fehler passiert sein, ebenso
können die Daten gezielt verändert worden sein. Der Hash-Vergleich
zeigt dir die Abweichung, ohne ihren Grund zu bestimmen. Den Hash
einer E-Mail absichern Wenn ich den Hash einer E-Mail als Anhang
mitschicke, kannst du selbst einen Hash über den empfangenen Inhalt
berechnen und beide Werte vergleichen. Ein:e Angreifer:in könnte
allerdings den Text verändern und dazu einen neuen passenden Hash
anhängen. Deshalb muss auch die Herkunft des mitgeschickten
Hash-Werts prüfbar sein. Dafür kommt der private Schlüssel der
absendenden Person ins Spiel. Im vereinfachten Ablauf verschlüssele
ich den Hash mit meinem privaten Schlüssel. Du prüfst ihn mit
meinem öffentlichen Schlüssel, dessen Zugehörigkeit zu mir sicher
feststehen muss. Elektronische Signatur Aus dem Hash des Inhalts
und dem privaten Schlüssel entsteht die elektronische Signatur.
Wenn ich eine E-Mail signiere, läuft das im beschriebenen Modell so
ab: Ich berechne einen Hash über den E-Mail-Inhalt. Diesen Hash
verschlüssele ich mit meinem privaten Schlüssel und hänge ihn an
die Nachricht. Du entschlüsselst den angehängten Hash mit meinem
öffentlichen Schlüssel. Über den empfangenen E-Mail-Inhalt
berechnest du selbst einen Hash und vergleichst beide Werte. Der
öffentliche Schlüssel macht die Herkunft prüfbar. Der
Hash-Vergleich prüft, ob der Inhalt seit dem Signieren unverändert
geblieben ist. Voraussetzung ist, dass mein privater Schlüssel
geheim geblieben ist und du meinen öffentlichen Schlüssel sicher
zuordnen kannst. Als Bild dafür verwende ich meinen Mietvertrag,
den ich auf jeder Seite unterschreiben musste. Die Unterschrift
ordnet den Vertrag einer Person zu; durch die unterschriebenen
Seiten sollen ausgetauschte Seiten auffallen. Eine elektronische
Signatur verfolgt ebenfalls die Schutzziele Integrität und
Authentizität. Eine signierte Nachricht bleibt lesbar, solange ihr
Inhalt offen übertragen wird. Eine signierte E-Mail vertraulich
verschicken Für eine vertrauliche E-Mail ergänze ich den Ablauf um
einen weiteren Schritt. Beide beteiligten Personen brauchen dafür
ein eigenes Schlüsselpaar und den öffentlichen Schlüssel der
jeweils anderen Person. Beim Senden Ich berechne den Hash des
E-Mail-Inhalts und signiere ihn mit meinem privaten Schlüssel. Die
Signatur hänge ich an die E-Mail. Anschließend verschlüssele ich
die gesamte Nachricht einschließlich Anhang mit deinem öffentlichen
Schlüssel. Beim Empfangen Du entschlüsselst die Nachricht mit
deinem privaten Schlüssel und erhältst den Inhalt samt Signatur.
Mit meinem öffentlichen Schlüssel prüfst du die Signatur
beziehungsweise erhältst im beschriebenen Modell den angehängten
Hash. Du berechnest selbst den Hash des E-Mail-Inhalts u
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