Netzwerksicherheit und Kryptographie

Question 1

Kryptographie - Konzept

Answer 1

-Sender - Message - Encryption(encryption key) - Chiffrat –> Angreifer - Decryption (decryption key) - Message - Empfänger

Question 2

TCP vs. UDP

Answer 2

• TCP: verbindungsorientiert; World Wide Web (HTTP), E-Mail (SMTP TCP), File Transfer Protocol (FTP), Secure Shell (SSH)
• UDP: verbindungslos; DNS, Streaming, Online games, VoIP, TFTP, VPN

Question 3

Abhörbarkeit Ethernet

Answer 3

• als Broadcast-Medium abhörbar

- WLAN abhörbar ohne physischen Zugangspunkt

Question 4

Hubs vs. Switches Abhörbarkeit

Answer 4

• Hubs verschmelzen Kollisionsdomänen

- Switsches trennen Kollisionsdomänen –> ARP-Manipulation

Question 5

ARP

Answer 5

• Verknüpfung von physischen MAC- und logischen IP-Adressen

Question 6

ARP-Spoofing

Answer 6

Abfangen der Kommunikation durch Vorgabe einer falschen IP-Adresse/MAC-Adresse

• -> Weiterleiten der Nachricht um unerkannt zu bleiben
• -> Abhören aller Kollisionsdomänen durch Antwort auf alle Anfragen

Question 7

IP-Spoofing

Answer 7

Fälschen der Absenderadresse im IPv4-Protokoll

Question 8

DDoS

Answer 8

Verteilte Angriffe auf die Verfügbarkeit z.B. Netzwerkauslastung

Anwendung: SYN-Flooding (TCP), Erschöpfung der Verbindungswarteschlange durch SYN-Pakete, Maskierung als nicht existenter Angreifer

Question 9

TCP-Scans

Answer 9

• TCP-Scan: filterbar, auf Applikationsschicht sichtbar (Logfile); ACK
• Half-Open/SYN-Scan: filterbar, bleibt auf Transportschicht; RST
• FIN-Scan: ggf. nicht herausgefiltert, bleibt auf Transportschicht; FIN, RST

Question 10

MITM

Answer 10

• Techniken: Physikalisch(transparente Bridge), ARP-Spoofing, DNS-Spoofing, Routingtabellen, Übernahme eines “legitimen” Zwischenknotens (Buffer -Overflows in Routern oder Switches)

Question 11

DNS-Spoofing

Answer 11

• Veränderung der “hosts” Datei
• Unterschieben eines DNS-Servers
• direkt: gefälschte Antworten durch Erraten der Sequence-Nummern und Ports

Question 12

Terminologie Kryptographie

Answer 12

Kryptografie = Wissenschaft (Kunst?) der Geheimhaltung von Informationen
(von kryptos: secret; graphein: writing)
• Krypt(o)analyse = Untersuchung von Angriffen gegen kryptografische Methoden bzw.
Gewinnung von Informationen aus verschlüsselten Texten
• Kryptologie = beides zusammen

Question 13

Kryptosystem

Answer 13

• Cipher (Ver-und Entschlüsselungsfunktionen E und D)
• Keyspace: Wertebereich der Schlüssel K (e/d)
• Symmetrische Kryptografie: gleicher Schlüssel
• Public-Key-Kryptografie (asymmetrisch) öffentlicher Encryption-Key und privater Decryption-Key

Question 14

Angriffe auf Kryptosysteme

Answer 14

• Kryptoanalyse: Ciphertext-only, Known-plaintext
• Brute-force
• Purchase-key

Question 15

Perfect Secrecy

Answer 15

jeder mögliche Klartext ist gleich wahrscheinlich –> Kenntnis des Chiffrats gewährt keine zusätzlichen Informationen

Voraussetzung: Anzahl der möglichen Schlüssel mindestens so groß wie die der möglichen Klartexte

Question 16

Sicherheitsaspekte von Chiffren

Answer 16

• Verwirrung (Confusion): Komplexer Zusammenhang zwischen Schlüssel und Chiffretext
  –> Schwere Ableitbarkeit von Schlüsseln aus Klar-/Chiffretext-Paaren
• Zerstreuung (Diffusion):
  Komplexer Zusammenhang zwischen Klar- und Chiffretext
  –> Schwere Ableitbarkeit von Klartext aus Chiffretext

Question 17

Symmetrische Chiffren

Answer 17

• Ein Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln, der allen Parteien, die an der sicheren Kommunikation teilnehmen, bekannt
sein muss
• Problem: Schlüsselaustausch.
• Zwei Kategorien: Blockchiffren, Stromchiffren

Question 18

Blockchiffren

Answer 18

• Verschlüsselung in Blöcken mit fester Länge (2er Potenz)

- Padding bei unpassenden Klartextlängen

Question 19

DES

Answer 19

• Data Encryption Standard
• Blockchiffre der 64-Bit Blöcke mit 56-Bit-Schlüssel verschlüsselt –> Brute-force
• sichere DES-Variante mit 2 oder 3 Schlüsseln zur Vergrößerung des Schlüsselraumes

Question 20

AES

Answer 20

• Advanced Encryption Standard, DES Nachfolger
• 128, 192 oder 256-Bit Schlüssellänge, 10, 12, oder 14 Runden
• Blockgröße 128-Bit
• ungebrochen bis heute

Question 21

Blockchiffren - Betriebsmodi

Answer 21

• Electronic Code Book (ECB):
  separate Verschlüsselung, gleiche Klartextblöcke –> gleiche Chiffretextblöcke, parallele Berechnung - unerkanntes Entfernen von Blöcken
• Cipher Block Chaining (CBC):
  exklusive Veroderung des Klartextblocks mit dem vorhergehenden Chiffretextblock, gleiche Klartextblöcke –> unterschiedliche Chiffretextblöcke (nach 1. Unterschied –> zufälliger Initialblock), Verändern, Entfernen oder Ersetzen verursacht falsche Dechiffrierung

Question 22

Stromchiffren

Answer 22

• Bitweise Verschlüsselung des Klartextes zu Chiffretext.
• Bitweise exklusive Veroderung (XOR) mit einem Schlüsselstrom.
• Sicherheit abhängig von Güte des Schlüsselstromgenerators.
• besonders für Verschlüsselung kontinuierlicher Datenströme
(z.B. Standleitung zwischen zwei Computern).

Question 23

Diffie-Hellmann

Answer 23

• Asymmetrische Verschlüsselung welches das Key-Exchange Problem (Schlüsselaustausch) löst
• basierend auf Problem des diskreten Logarithmus

Question 24

Asymmetrische Chiffren

Answer 24

• Verschiedene Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln.
• öffentlicher Verschlüsselungsschlüssel (public key).
• geheimer Entschlüsselungsschlüssel (private key).
• Es muss unmöglich (bzw. unverhältnismäßig schwer) sein, unter Kenntnis eines Schlüssels, den
anderen zu berechnen.

Question 25

RSA

Answer 25

* Schlüssellänge variabel (nicht unüblich sind 2048-Bit) * sowohl Verschlüsselung als auch Digitale Signatur * Weltweiter Quasi-Standard - Funktionsweise: Schlüsselerzeugung aus 2 etwa gleich großen Primzahlen --> public Key, private Key

Question 26

Symmetrische vs. Asymmetrische Chiffren

Answer 26

- Symmetrische Chiffren Vorteil: Vergleichbar geringere Komplexität (-> schneller), kleinere Schlüssellänge. Nachteil: Speicherung von vielen Schlüsseln (bei n Kommunikationspartnern sind n-1 verschiedene Schlüssel nötig), Schlüsselaustausch Brute-Force Angriff: erschöpfendes Durchsuchen des Schlüsselraumes - Asymmetrische Chiffren Vorteil: Einfachere Handhabung der Schlüssel, kein sicherer Kanal zum Austausch nötig. Nachteil: Höhere Komplexität, Größere Schlüssellänge, Problem der Authentizität der öffentlichen Schlüssel. Angriff: Lösen des zugrundeliegenden Problems (z.B. Faktorisierung des Moduls bei RSA)

Question 26

Symmetrische vs. Asymmetrische Chiffren

Answer 26

- Symmetrische Chiffren Vorteil: Vergleichbar geringere Komplexität (-> schneller), kleinere Schlüssellänge. Nachteil: Speicherung von vielen Schlüsseln (bei n Kommunikationspartnern sind n-1 verschiedene Schlüssel nötig), Schlüsselaustausch Brute-Force Angriff: erschöpfendes Durchsuchen des Schlüsselraumes - Asymmetrische Chiffren Vorteil: Einfachere Handhabung der Schlüssel, kein sicherer Kanal zum Austausch nötig. • Asymmetrische Chiffren – Nachteil • Höhere Komplexität. • Größere Schlüssellänge. • Problem der Authentizität der öffentlichen Schlüssel. • Asymmetrische Chiffren - Angriff • Lösen des zugrundeliegenden Problems (z.B. Faktorisierung des Moduls bei RSA)

Question 27

Einweg-Hashfunktionen

Answer 27

- Hashfunktion H erzeugt aus Nachricht M eindeutigen Hashwert h = H(M) mit fester Länge m - h aus M easy - M aus h schwierig - Lawineneffekt

Question 28

Hashfunktionen - Eigenschaften

Answer 28

- Kompression - einfache Berechnung - resistent gegen Erstes-Urbild-Angriff: M aus h(M) - resistent gegen Zweites-Urbild-Angriff: M' aus h(M), sodass h(M) == h(M') - Kollisionfrei: aus h() M und M', sodass h(M) == h(M')

Question 29

Authentifizierung ohne Verschlüsselung mittels Einweg-Hashfunktion

Answer 29

- gemeinsames Geheimnis G | - beide bilden H(M,G)

Question 30

Digitale Signaturen - Anforderungen

Answer 30

- Authentizität: Identität des Absenders - Fälschungssicherheit: nur Unterzeichner - Überprüfbarkeit: 3. Partei - Keine Wiederverwendbarkeit: nur unterzeichnetes Dokument - Keine Veränderbarkeit

Question 31

Digitale Signaturen durch asymmetrische Kryptographie

Answer 31

- Vertauschung der Rollen: Private Key zum Verschlüsseln, Public Key zum Entschlüsseln, z.B. RSA - Problem: Schlüsselidentität, Lösung durch Public Key Infrastruktur(PKI) einer Trusted-Third-Party (TTP); Bindung von Public Key an eine Identität

Question 32

RSA

Answer 32

- Weg 1: document hashen - Weg 2: document hashen, hash mit private key verschlüsseln, mit public key entschlüsseln (verification of origin) - Weg 1 und Weg 2 vergleichen (verification of integrity)

Question 33

TLS

Answer 33

- Transport Layer Security, früher SSL - TCP + Sicherheit: end-to-end Verschlüsselung, Serverauthentifizierung - perfect forward secrecy - Angriffe durch Missbrauch der PKI und CA

Question 34

perfect forward secrecy

Answer 34

- Kenntnis des Langzeitschlüssels führt nicht zur Entschlüsselung bereits aufgezeichneter Kommunikation

Question 35

Fazit

Answer 35

- Algorithmen zur Absicherung sind vorhanden - einzele Komponenten müssen aufeinander abgestimmt sein - Protokoll nur so stark wie schwächste Komponente