Informatik Security
Topic 8 Authenticated Encryption and Secure Channel
Topic 8 Authenticated Encryption and Secure Channel
Nennen Sie einige konkrete Applikationen/PRotokolle welche Secure Channels verwenden
TLS/SSL, VPN (IPSec), WPA, Secure VOIP
Welche Eigenschaften erfüllen Secure Channels?
Confidentiality
Integrity and Authenticity
Message Freshness
Welche zwei Personen oder Systemrollen werden bei Secure Channels verwendet? Also statt Alice & Bob
Initîator(I) und Responder(R)
Was muss bei der Secure Channel Initialisierung neu generiert werden?
der Key
Welches sind die Anforderungen von Secure Channel?
-Angreifer kann nichts über die Nachricht herausfinden (IND-CPA) ausser grösse und timing
-Integrität: Empfänger erhält nur diese Nachricht, die auch verschickt worden sind (kein replay, oder modifizieren von nachrichten)
-Empfänger muss herausfinden welche Pakete bzw Messages nicht verschickt wurden. Damit der Absender diese erneut verschicken kann.
Damit keine Nachrichten verloren gehen könne oder replayed, was wird im Secure Channel vorgenommen?
Jede Message wird mit einer Message Nummer versehen und verschickt. Damit kann der Empfänger "mitzählen".
Wieiviele Message Nummern können erstellt werden mit Secure Channel?
2^32 oder 2^64
Was ist wenn alle Nummern in der Session aufgebraucht sind?
Es muss ein neuer Session Key ausgetauscht werden und dann können die Messages wieder von Vorne gezählt werden.
Es darf nie die selbe Message Laufnummer zwei Mal verwendet werden! sonst ist das System angreifbar
Was passiert bei der Secure Channel Initialization?
-Session keys generieren: Vom Masterkey zwei oder sogar 4 Keys ableiten. Zwei für Initiator und zwei für Responder. Einer für Authentisierung und einer für encryption
-Message nummer initialisieren.
Was passiert bei Message Send von Secure Channel?
Was passiert bei Message Receive von Secure Channel?
Was passiert wenn eine empfangen Secure Channel Nachricht fehl schlägt?
The secure-receive function may
not release any information about the key stream or the plaintext message until
the authentication has been verified. If the authentication fails, a failure indication
is returned, but neither the key stream nor the plaintext shall be revealed.
Therefore, the memory areas used to store the key or the plaintext elements must
be wiped, so no data can never be leaked.
Was ist wenn die Pakete nicht in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen?
Je nach implementation müssen die Pakete nicht in der richtigen Reihenfolge ankommen. Jedoch müssen sie zwingend in der richtigen Reihenfolge verarbeitet werden (secure-receive)
Gegen was kann der Message Counter machtlos?
Timing probleme. Der Angreifer kann die Nachrichten verzögern lassen.
Welche ist die Motivation bei Secure Channel um kurzlebige Keys zu verwenden?
- wenig ciphertext mit dem gleichen key um cryptanalysis attacken durchführen zu können
- wenn key gefunden wird, kann auch nur eine kleine Datenmenge geleaked werden
- verhindert das ewige speichern von keys
- unabhängigkeit zwischen unterschiedlichen sessions -> (PFS) perfect forward secrecy -> perfekte Geheimhaltung
Was ist Perfect Forward Secrecy (PFS)?
Ein Protokoll hat Perfect Forward Secrecy (PFS) wenn das Kompromitieren von Keys keine andere Sessions kompromitiert.
Zb Diffie Hellmann Proktolle sind alle Perfect forward secrecy
Was ist eine Key Derivation Function (KDF)
Eine Funktion welche aus einem Masterkey, einem Label und einer Nonce diverse Sessionkeys ableiten kann.
Ist schneller als jedes Mal ein key establishment zu machen da jeder die Ableitung der Keys auf seiner Seite machen kann.
Was bedeutet ephemeral im Zusammenhang mit Keys?
kurzlebige Keys wie zb Session keys
Was für eine Random Funktion verwendet KDF?
eine Pseudo Random Funktion welche ein Label, nonce und Master Key als Input nimmt
wie sieht der der komplette Aufbau einer Session aus?
Aus welchen beiden Elementen besteht eine sichere Verbindung?
Authenticated Key Establishment (AKE) -> session key zwischen den Parteien generieren
Authemticated Encryption (AE) -> vorhin generierter session key nutzen um den secure channel erstellen zu können
Auf was basiert der Authenticated Key Exchange und wie passiert der Key Exchange?
Basierend auf shared secret oder Private/public key
Keyexchange basiert auf asymetrisches kryptoalgoritmus
Auf was basiert der Authenticated Encryption und wieso?
Symmetrische Algorithmen werden angewendet wegen der Performance.
Was bietet AE(wie der Name schon sagt) besonderes?
Authentizität -> sicher sein, dass man mit Bob spricht
Verschlüsselung -> Kommunikation kann von Eve nicht gelesen werden
Wie lauten die beiden Funktionen von AE?
Wrap(k,m), unwrap(k,c)
wrap weil die messages wie "ummantelt" werden...
Welche drei Möglichkeiten gibt es um Encrypt und MAC zu kombinieren?
Wie funktioniert die wrap und unwrap für MAC then Ecrypt?
Wrap erhält den key und die Message als Input parameter.
Dann wird aus der Message und dem Teilkey ein tag erstellt.
Dieser Tag wird mit der Message konkateniert und dann mit dem key und encrypt verschlüsselt
Als Returnwert erhalten wir c
beim unwrap geschieht das Selbe in umgekehrten Reihenfolge nur dass noch überprüft wird ob der Tag der Message entspricht
Wann ist Mac then encrypt von Vorteil?
1. MAC input und MAC Value sind durch den Cipher versteckt.
2. Damit der User den Cipher auf Fehler überprüfen kann, muss dieser zuerst decrypted werden. Das könnte schon aufdecken, dass der Plaintext corrupt ist.
3. Wenn Authemtisierung wichtiger als Diskretion ist, ist es besser. Bis und mit TLS1.2 wurde es verwendet
Wie funktioniert wrap und unwrap bei Encrypt then mac
Wrap erhält den key und die Message als Input parameter.
Dann wird aus dem Teilkey und der Message ein Cipher gemacht.
Der Cipher wird mit dem zweiten Keyteil gemact und ein Tag generiert
Der Cipher und der Tag werden zusammen konkateniert und zurück gegeben
beim unwrap geschieht das Selbe in umgekehrten Reihenfolge nur dass noch überprüft wird ob der Tag der Message entspricht
Wann ist encrypt then Mac von Vorteil?
1. Um korrupte Nachrichten zu überprüfen, muss die Nachricht nicht zuerst entschlüsselt werden.
2. Solange der Angreifer den MAC nicht geknackt hat, kann dieser keine falschen Pakete senden da diese noch vor dem Entschlüsseln als "falsch" identifiziert werden.
3. sicherste Methode von allen drei daher auch in IPSec verwendet
Wie funktioniert wrap und unwrap bei Encrypt and MAC
Wrap erhält den key und die Message als Input parameter.
Aus dem Teilkey und der Message wird ein Cipher gemacht
Dann wird aus der Message und dem Teilkey ein tag erstellt.
der Cipher und der Tag werden konkateniert und zurück gegeben
beim unwrap geschieht das Selbe in umgekehrten Reihenfolge nur dass noch überprüft wird ob der Tag der Message entspricht
Wann ist encrypt and Mac von Vorteil oder Nachteil?
1. Encrypt und und MAC können parallel geschehen -> performance
2. Da MAC nicht verschlüsselt, könnte der MAC Informationen leaken.
3. Mit gewissen crypto Schemas, kann encrypt and mac auch unsicher sein.
Ist in dem sinn das "unsicherste" Verfahren. Sollte darauf verzichtet werden
Was sind Authenticated Ciphers? AE
Das sind Block Cipher Modelle welche das Selbe wie eine cipher/MAC kombination. Jedoch Sind sie einfacher, effizienter und meistens sicherer
Welche Eingabe und Ausgabeparameter hat eine Authenticated Ciphers Funktion?
AE->encrypt
AD->decrypt
AE(k,m) = (c,t) Authenticated Encryiption
AD(k,c,t) = (m) Authenticated Decryption
m=message, k=key, c=cipher, t=tag
Warum Authenticated Encryption sicherer als ein normaler cipher?
Nur wenn der Tag gültig ist, wird auch die message entschlüsselt. Das verhindert mögliche chosen ciphertext queries oder attacken.
Was ist Additional Authenticated Data(AAD) oder Associated Data (AD)?
Das ist der aktuelle Standard für Authenticated Encryption. Manhcmal wollen nämlich nicht alle Nachrichten Verschlüsselt werden, jedoch authentisiert (zb header daten). Authenticated Encryption with Associated Data (AEAD) erlaubt das.
Welche Eingabe und Ausgabeparameter hat eine Authenticated Encryption with Associated Data Funktion?
AEAD->encrypt
ADAD->decrypt
AEAD(k,m,a) = (c,a,t)
ADAD(k,c,a,t) = (m,a)
k=key, m=message, a=unecrypted data(associated data), t=tag, c=cipher
Speziell: t ist abhängig von m und a = wenn eines davon verfälscht, dann t auch ungültig
a kann leer gelassen werden dann ist AEAD eine ganz normale AE Funktion
Was ist der CCM-Mode?
Counter with CBC-MAC ist ein Operation Modus für block cipher. Dieser Modus beinhaltet Authentisierung und Vertrauen(Versclüsselung)
Was muss gegeben sein damit der CCM Modus (Counter with CBC-MAC) funktioniert?
Der Block Cipher muss mit 128 Bit Blöcken arbeiten und muss im CTR (ein Modus bei Block ciphers) Moduls laufen um Streams erstellen zu können.
Was braucht der CCM Mode für Inputs?
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Was passiert bei Message Receive von Secure Channel?
Was passiert wenn eine empfangen Secure Channel Nachricht fehl schlägt?
The secure-receive function may
not release any information about the key stream or the plaintext message until
the authentication has been verified. If the authentication fails, a failure indication
is returned, but neither the key stream nor the plaintext shall be revealed.
Therefore, the memory areas used to store the key or the plaintext elements must
be wiped, so no data can never be leaked.
Was ist wenn die Pakete nicht in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen?
Je nach implementation müssen die Pakete nicht in der richtigen Reihenfolge ankommen. Jedoch müssen sie zwingend in der richtigen Reihenfolge verarbeitet werden (secure-receive)
Gegen was kann der Message Counter machtlos?
Timing probleme. Der Angreifer kann die Nachrichten verzögern lassen.
Welche ist die Motivation bei Secure Channel um kurzlebige Keys zu verwenden?
- wenig ciphertext mit dem gleichen key um cryptanalysis attacken durchführen zu können
- wenn key gefunden wird, kann auch nur eine kleine Datenmenge geleaked werden
- verhindert das ewige speichern von keys
- unabhängigkeit zwischen unterschiedlichen sessions -> (PFS) perfect forward secrecy -> perfekte Geheimhaltung
Was ist Perfect Forward Secrecy (PFS)?
Ein Protokoll hat Perfect Forward Secrecy (PFS) wenn das Kompromitieren von Keys keine andere Sessions kompromitiert.
Zb Diffie Hellmann Proktolle sind alle Perfect forward secrecy
Was ist eine Key Derivation Function (KDF)
Eine Funktion welche aus einem Masterkey, einem Label und einer Nonce diverse Sessionkeys ableiten kann.
Ist schneller als jedes Mal ein key establishment zu machen da jeder die Ableitung der Keys auf seiner Seite machen kann.
Was bedeutet ephemeral im Zusammenhang mit Keys?
kurzlebige Keys wie zb Session keys
Was für eine Random Funktion verwendet KDF?
eine Pseudo Random Funktion welche ein Label, nonce und Master Key als Input nimmt
wie sieht der der komplette Aufbau einer Session aus?
