Kryptologie

topic - Kurzbeschreibung

Beschreibung

Die Kryptologie (Vorlage:GrcS „versteckt, verborgen, geheim“ und -logie) ist eine Wissenschaft, die sich mit der Verschlüsselung und Entschlüsselung von Informationen und somit mit der Informationssicherheit beschäftigt.

Bis ins späte 20. Jahrhundert waren Verschlüsselungsverfahren der einzige Untersuchungsgegenstand.
Mit der Etablierung des elektronischen Datenverkehrs kamen weitere Bereiche hinzu.
Dazu zählen digitale Signaturen, Identifikationsprotokolle, kryptografische Hashfunktionen, Geheimnisteilung, elektronische Wahlverfahren und elektronisches Geld.
Heute ist die Kryptologie in die Fachgebiete Symmetrische Kryptographie, Public-Key-Kryptographie, Hardwarekryptographie und Theoretische Kryptologie unterteilt.

Die Kryptologie lässt sich auch in die beiden Gebiete Kryptographie (auch: Kryptografie), die Verschlüsselung von Informationen, und Kryptoanalyse (modernere Schreibweise auch: Kryptanalyse), die Informationsgewinnung aus verschlüsselten Informationen, unterteilen.

Diese Einteilung entwickelte der russisch-amerikanische Kryptologe William Friedman Ende des Ersten Weltkrieges.
Von ihm stammen sowohl die Begriffsdefinitionen wie auch die Abgrenzung untereinander.
Dem folgend beschäftigt sich die Kryptographie mit der Entwicklung und Anwendung der einzelnen Verfahren und die Kryptoanalyse mit deren Stärken und Schwächen.
Anders formuliert, befasst sich die Kryptographie mit der Sicherheit der eigenen geheimen Kommunikation insbesondere gegen unbefugte Entzifferung oder Veränderung, während die Kryptoanalyse, quasi als Gegenspielerin der Kryptographie, das Brechen der Sicherheit der Kommunikation zum Ziel hat.
Kryptographie und Kryptoanalyse werden daher auch als defensive und offensive Kryptologie bezeichnet.
Der damit verbundenen Beschränkung des Begriffs Kryptographie wird allerdings nicht immer Rechnung getragen.
Vielmehr werden die Begriffe Kryptologie und Kryptographie zuweilen gleichberechtigt verwendet.

Das Adjektiv kryptisch wird außerhalb der wissenschaftlichen Fachsprache auch in einem allgemeinen Sinn von „unklar oder uneindeutig in der Ausdrucksweise und daher schwer zu verstehen“ verwendet.

Kurzer historischer Überblick

Geschichte der Kryptographie

Die Kryptologie als Wissenschaft existiert erst seit den 1970er Jahren, als Ralph Merkle, Whitfield Diffie und Martin Hellman die ersten Forschungsarbeiten zur Public-Key-Kryptographie veröffentlichten und damit die Kryptologie als Wissenschaft begründeten.

Zuvor wurden Ergebnisse zur Kryptographie und Kryptoanalyse von Regierungen und Militärorganisationen unter Verschluss gehalten.

Seit 1982 existiert mit der International Association for Cryptologic Research (IACR) ein wissenschaftlicher Fachverband für Kryptologie.

Die IACR organisiert kryptologische Konferenzen, gibt die renommierte Fachzeitschrift Journal of Cryptology heraus und betreibt u. a.
ein elektronisches Archiv für wissenschaftliche Arbeiten aus dem Bereich der Kryptologie.

Kerckhoffs’ Prinzip

Kerckhoffs’sche Prinzip - Grundsätze moderner Kryptografie

Beschreibung

Kerckhoffs’sche Prinzip oder Kerckhoffs’ Maxime

1883 von Auguste Kerckhoffs formulierter Grundsatz der modernen Kryptografie

Sicherheit eines Kryptografiesverfahren

DARF NICHT auf der Geheimhaltung der Verfahren beruhen
Sie MUSS auf der Geheimhaltung des Schlüssels basieren

Grundsatz der modernen Kryptographie

Sicherheit eines Kryptosystems darf nicht von der Geheimhaltung des Algorithmus abhängen

Die Sicherheit gründet sich auf die Geheimhaltung frei wählbarer Eingangsgrößen des Algorithmus
Dies sind bei Verschlüsselungsverfahren etwa die geheimen Schlüssel

Security through obscurity

Gegensatz zum Kerckhoffs’schen Prinzip

Sicherheit durch Geheimhaltung
- Sicherheit durch Geheimhaltung des Kryptografiealgorithmus
- zusätzlich zur Geheimhaltung der verwendeten Schlüssel

Grundsätze

Nr	Beschreibung
1	Das System muss im Wesentlichen nicht entzifferbar sein
2	Das System darf keine Geheimhaltung erfordern
3	Es muss leicht zu übermitteln sein und man muss sich die Schlüssel ohne schriftliche Aufzeichnung merken können
4	Das System sollte mit telegrafischer Kommunikation kompatibel sein
5	Das System muss transportabel sein und die Bedienung darf nicht mehr als eine Person erfordern
6	Das System muss einfach anwendbar sein

Ein Chiffriersystem, das diesen Anforderungen entsprach, existierte damals nicht.

Kerckhoffs’sche Prinzip

Konstruktion sicherer Kryptografie-Verfahren

Das Kerckhoffs’sche Prinzip ist der zweite der sechs Grundsätze zur Konstruktion eines sicheren Kryptografiesverfahrens, die Kerckhoffs 1883 in La cryptographie militaire einführt:

Darf nicht der Geheimhaltung bedürfen und ohne Schaden in Feindeshand fallen können

Das Kerckhoffs’sche Prinzip findet bei den meisten heute verwendeten Kryptografiesalgorithmen Anwendung

Moderne Kryptografie

Das Kerckhoffs’sche Prinzip findet bei den meisten heute verwendeten Kryptografiesalgorithmen Anwendung

Gründe für das Kerckhoffs’sche Prinzip

Es ist viel schwieriger, einen Algorithmus geheim zu halten als einen Schlüssel.
Es ist schwieriger, einen kompromittierten Algorithmus durch einen anderen zu ersetzen als einen kompromittierten Schlüssel.
Geheime Algorithmen können durch Reverse Engineering aus Software- oder Hardware-Implementierungen rekonstruiert werden.
Fehler in öffentlichen Algorithmen werden leichter entdeckt (vgl. Peer-Review), wenn sich möglichst viele Fachleute damit befassen.
Es ist leichter, in „geheimen“ Kryptografiesverfahren eine Hintertür zu verstecken.

Anwendung des Kerckhoffs’schen Prinzips

Konsequente Anwendung des Kerckhoffs’schen Prinzips

Führt dazu, dass sich viele Experten eine Meinung über ein Verfahren bilden können

Dies ist wünschenswert

Durch die Fülle von Expertenmeinungen kann das Verfahren gründlicher auf potenzielle Schwächen und Sicherheitslücken untersucht werden.

Öffentlichen Ausschreibungsverfahren

So wurde etwa der Algorithmus AES in einem öffentlichen Ausschreibungsverfahren bestimmt
Viele Experten haben Vorschläge für neue und möglichst sicheren Verfahren einreichten und untersuchten.

„Open Source geht nicht zulasten der Sicherheit“

Geheime Verfahren

Erfahrung in der Kryptografie

Viele von ihren Entwicklern geheim gehaltene Verfahren nach oder mit ihrer Offenlegung als schwach erwiesen haben und gebrochen wurden.

Beispiele

GSM-Algorithmen A5/1 und A5/2
kryptografische Algorithmen der Zutrittskontrollkarten Mifare Classic und Legic prime
Kryptografiesverfahren Magenta

Ein geheimer kryptografischer Algorithmus ist jedoch nicht notwendigerweise unsicher.

Axiome der Kryptoanalyse

Angreifen kennen jedes Deail des Kryptografies - Algorithmus
Angreifen ist in Besitz des Ver-/Entschlüsselungs - Equipments
Hardware Maschine oder Sotware-Implementierung
Angreifer hat Zugriff auf ausreichend plaintext / ciphertext - Paare
mit dem gleichen (unbekannten Schlüssel) erstellt
Starke Kryptografie (Strong cipher)
Der beste Angriff sollte eine brute force - Schlüsselsuche sein

Kerckhoffs’ Prinzip

Kerckhoffs’ Maxime

1883 von Auguste Kerckhoffs formulierter Grundsatz der modernen Kryptografie
Sicherheit eines Kryptografiesverfahrens beruht auf der Geheimhaltung des Schlüssels
nicht auf der Geheimhaltung des Kryptografiesalgorithmus
Ein Chiffriersystem, das diesen Anforderungen entsprach, existierte damals nicht
„Security by Obscurity“
Sicherheit durch Geheimhaltung des (Kryptografies-)Algorithmus
möglicherweise zusätzlich zur Geheimhaltung des Schlüssels
Sechs Grundsätze
Das System muss im Wesentlichen (…) unentzifferbar sein
Das System darf keine Geheimhaltung erfordern (…)
Es muss leicht übermittelbar sein und man muss sich die Schlüssel ohne schriftliche Aufzeichnung merken können (...)
Das System sollte mit telegraphischer Kommunikation kompatibel sein
Das System muss transportabel sein und die Bedienung darf nicht mehr als eine Person erfordern
Das System muss einfach anwendbar sein (…)

Kerckhoffs’sche Prinzip in der moderne Kryptografie

Viele gute Gründe für das Kerckhoffs’sche Prinzip

Es ist schwieriger
einen Algorithmus geheim zu halten als einen Schlüssel
einen kompromittierten Algorithmus auszutauschen, als einen kompromittierten Schlüssel
Geheime Algorithmen
Einige „geheimen“ Kryptografiesverfahren haben sich als schwach und unzulänglich erwiesen
Bei „geheimen“ Kryptografiesverfahren muss mit Hintertüren gerechnet werden
können durch Reverse-Engineering aus Software- oder Hardware-Implementierungen rekonstruiert werden
Fehler in öffentlichen Algorithmen
können im Allgemeinen leichter entdeckt werden wenn sich möglichst viele Fachleute damit befassen

Konsequente Anwendung des Kerckhoffs’schen Prinzips

Viele Experten können sich eine Meinung bilden

Fülle von Expertenmeinungen
Verfahren kann gründlich auf potenzielle Schwächen und Sicherheitslücken untersucht werden
AES wurde in öffentlichem Ausschreibungsverfahren bestimmt
in dem viele Experten Vorschläge für einen neuen, möglichst sicheren Chiffrieralgorithmus einreichten und untersuchten
Schlechte Erfahrungen
Die Erfahrung in der Kryptografie zeigt, dass sich viele von ihren Entwicklern geheim gehaltene Verfahren nach oder mit ihrer Offenlegung als schwach erwiesen haben und gebrochen wurden.
Beispiele
sind die GSM-Algorithmen A5/1 und A5/2, kryptographische Algorithmen der Zutrittskontrollkarten Mifare Basic und Legic prime und das Kryptografiesverfahren Magenta.
Auf der anderen Seite ist ein geheimer kryptographischer Algorithmus nicht notwendigerweise unsicher, wie das Beispiel von RC4 zeigt.
Anwendung
Das Kerckhoffs’sche Prinzip findet bei den meisten heute verwendeten Kryptografiesalgorithmen wie DES, AES, RSA Anwendung.

Anhang

Siehe auch

Kryptologie

Sicherheit

Dokumentation

Links

Projekt

Weblinks