IS - IT-Sicherheit
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Flashcards
Warum benötigen wir überhaupt Stream-Ciphers, wenn wir doch Block-Ciphers haben?
Stream-Ciphers sind Bit-orientiert, während Block-Ciphers Block-orientiert sind. D.h., man muss bei Stream-Ciphers nicht auf einen kompletten Datenblock warten. Deshalb sind sie geeignet für Real-Time Kommunikation.
Ausserdem sind Stream-Ciphers typischerweise schneller als Block-Ciphers. RC4 ist etwa 5 Mal so schnell wie AES-128, welcher selbst schon sehr schnell ist.
Welche der Unten aufgelisteten Stream-Ciphers kann heute noch verwendet werden?
Stream-Ciphers können mit Block-Ciphern implementiert werden. Welche Modes kennst du (2 Stk.)?
- Output Feedback Mode (OFB)
- Counter Mode (CTR)
Wir betrachten das Diffie-Hellman Key Agreement (Public Key Krypto).
Alice und Bob haben sich auf eine zyklische Gruppe G mit einem schwer zu lösendem DLP (Discrete Logarithm Problem) und einen Generator g für (G,°) geeinigt.
Sie haben ausserdem zufällige Zahlen a und b gewählt mit 1<a,b< |G|
Alice sendet nun A = [a]g an Bob.
Bob sendet B = [b]g an Alice.
Eve hört die beiden ab. Kann sie nun aus dem abgehörten SA = SB = [ab]g berechnen?
Begründe die Antwort.
Nein kann sie nicht.
Eve sieht [a]g und [b]g.
Aber [a]g ° [b]g = [a+b]g und nicht [ab]g.
Das beste was Eve tun kann ist entweder [a]g oder [b]g zu nehmen und a oder b daraus zu berechnen. Dann kann sie [a]([b]g)=SA aus dem gefundenen a und dem mitgehörten [b]g berechnen. Aber um a zu erhalten muss sie das DLP lösen ("Gegeben sind g und [a]g, wie lautet a?"), was wohl nicht möglich sein wird.
Wir betrachten einen Diffie-Hellman Key-Austausch zwischen Alice und Bob. Wie wir wissen, kann ein schwer lösbares DLP nicht von Eve geknackt werden.
Wie könnte Eve trotzdem die Nachrichten von Alice und Bob mitlesen?
Mit einer Man-in-the-Middle Attacke.
Sie gibt sich gegenüber Alice als Bob aus und gegenüber Bob als Alice und führt mit beiden je einen Key-Exchange durch.
Anschliessend verwendet sie ihren "Alice" Key um mit Alice zu sprechen und ihren "Bob" Key um mit Bob zu sprechen.
Wie kann eine Man-in-the-Middle Attacke auf Diffie-Hellman vermieden werden?
A und B müssen sich authentifizieren.
ElGamal ist fast wie Diffie-Hellman. Worin unterscheiden sie sich?
Bei Diffie-Hellman sendet Alice [a]g zur gleichen Zeit an Bob, wie er [b]g an sie sendet.
Bei EGamal berechnet Alice [a]g zeitlich im Voraus, damit sie für das Key-Agreement nicht online sein muss.
Wir betrachten eine ElGamal Key Generation und Verschlüsselung.
Alice wählt die zyklische Gruppe G und den Generator g und wählt dann ein zufälliges a mit 1<a<|G|.
Sie berechnet A = [a]g und publiziert A,G und g als public key.
a behält sie als private key.
Bob hat nun die Nachricht m (Element von G). Er holt Alice's public key. Dann wählt er ein zufälliges b mit 1<b<|G|
und berechnet B = [b]g
Dann berechnet er das shared secret SB = [b]A = [ab]g
Dann berechnet er c = m°SB und sendet (B,c) an Alice.
Eve hat mitgehört und möchte nun m herausfinden. Kann sie das (z.B. mit dem Euklid'schen Algorithmus)?
Begründe die Antwort.
Nein. Denn Eve kennt weder m noch SB.
Erkläre was eine kryptographische one-way Hash Funktion macht.
Eine kryptographische one-way Hash Funktion mapped einen Input Bit String mit variabler Länge (Nachricht) auf einen Output Bit String mit fester Grösse (Hash oder Message Digest).
Man nennt dies auch many-to-one mapping.
Welches sind typische Hash Längen?
Nenne die 4 wichtigsten Eigenschaften einer one-way Hash Funktion.
- Der Hash kann effizient berechnet werden, auch wenn die Nachricht mehrere GB gross ist.
- Das Mapping sollte pseudo-random sein. Wenn sich ein einziges Bit in der Nachricht ändert, sollte sich etwa 50% aller Bits im Hash ändern.
- Wenn ein Hash gegeben ist, sollte es praktisch unmöglich sein, eine Nachricht zu finden, die ebenfalls diesen Hash erzeugt (Preimage Resistance)
- Es ist praktisch unmöglich zwei Nachrichten mit dem gleichen Hash zu finden (Collision Resistance)
Erkläre den Begriff Preimage in Bezug auf Hash Funktionen.
Ein Hash ist gegeben. Wenn nun eine weitere Nachricht mit dem gleichen Hash gefunden wird, nennt man dies ein Preimage.
Erkläre den Begriff Collision in Bezug auf Hash Funktionen.
Wenn zwei Nachrichten mit demselben Hash gefunden werden, nennt man dies Collision.
Thema: Integrity and Authenticity of Data
Was ist ein Unique Fingerprint?
Ein Hash mit fester Grösse agiert als Unique Fingerprint für eine Nachricht, ein Dokument oder ein packed Software distribution File mit willkürlicher Grösse.
Was ist eine gewöhnliche Digest-Grösse für einen Unique Fingerprint?
128 - 256 Bit
Im Folgenden sind einige Hash Funktionen aufgelistet. Welche davon sollten nicht mehr verwendet werden?
SHA-1 hat ... Bit.
Fülle die Lücke mit einer geeigneten Zahl.
160
Wieviele Bit hat SHA-2?
224 - 512 Bit
Ein einfacher Hash reicht nicht aus, um die Integrität einer Nachricht zu schützen, wenn wir einen aktiven Angreifer vermuten.
Nenne zwei Lösungsansätze wie Bob sicher sein kann, dass die Nachricht von Alice nicht verändert wurde.
1. Hash Funktion zusammen mit einem Secret Key verwenden -> Message Authentication Code (MAC)
2. Hash Funktion zusammen mit einer digitalen Signatur verwenden
Beide Lösungen garantieren, dass die Nachricht wirklich von Alice kommt (Authenticity).
Wie nennt man einen Angriff bei dem ein Ciphertext gegeben ist und man den Plaintext oder den Key sucht?
Ciphertext-only Angriff
Was ist ein Chosen-Plaintext Angriff?
Der Ciphertext und Zugriff zu einer Maschine, die verschlüsselt (aber nicht entschlüsselt) sind gegeben.
Gesucht ist der Plaintext oder der Key (dieser ist in der Maschine geheim).
Was ist ein Chosen-Ciphertext Angriff 1?
Gegeben: (limitierter) Zugriff auf eine Maschine, die entschlüsselt.
Gesucht: Key oder Plaintexte zu später gegebenen Ciphertexten.
Was muss bei Chosen-Ciphertext Angriff 1 geändert werden, um daraus einen Chosen-Ciphertext Angriff 2 zu machen?
Die Maschine, auf die zugegriffen werden kann. Sie muss zusätzlich begrenzte Informationen über die Entschlüsselung geben (z.B. "Diese Entschlüsselung war (nicht) erfolgreich).
Was ist der (kryptographische) Work Factor?
Die durchschnittliche Anzahl Keys, die ausprobiert werden müssen, um das p zu einem gegebenen c zu finden, wobei nur ein k existiert, für welches p = D(k,c) einen Sinn ergibt.
Wie lautet die Formel für den Work Factor, wenn alle Keys gleich wahrscheinlich sind?
Work Factor = 0.5 * key space size
Der Work Factor / die Security wird in Bit angegeben. Wie werden diese berechnet?
log2 (key space size)
Wieviele Bit werden für die Security benötigt?
Mind. genug, damit alle Keys auszuprobieren nicht machbar ist. Auch nicht für einen unwahrscheinlich mächtigen Angreifer.
Gilt Key Size in Bit = Measure of Security immer?
Nein. Nur wenn der Work Factor in Bits = Key Size in Bits.
Das ist aber nicht immer der Fall. Ein 256 Bit RSA Key hat zum Beispiel einen Work Factor von 54 Bit
Wir haben ein Passwort aus 6 zufällig ausgewählten Hex Characters (0-9, A-F). Welche Entropie hat das Passwort?
Jeder Character hat eine Wahrscheinlichkeit von 2^4 --> (2^4)^6 = 2^24 mögliche Passwörter.
Alle Passwörter sind gleich wahrscheinlich. Formel: H = log2(n) = log2(2^24) = 24 Bit
Was sind die Eigenschaften eines Keys für eine Vernam Cipher (aka One-Time Pad)?
- Alle Bits haben die gleiche Wahrscheinlichkeit 0 oder 1 zu sein
- Jedes Bit ist unabhängig von allen anderen Bits
- Der Key ist so lang wie der Plaintext
Wie oft kann der Key einer Vernam Cipher verwendet werden?
Was ist das Problem mit Vernam Ciphern?
Der Algorithmus skaliert sehr schlecht, da der Key genauso lang sein muss wie der Plaintext.
Wie funktioniert eine Vernam Cipher?
Plaintexts, Ciphertexts und Keys sind Bit Strings.
Plaintext und Key werden bitweise XOR verschlüsselt und ergeben den Ciphertext.
Bei modernen Secret-Key Ciphern gibt ein falscher Key eine hohe Entropie. Warum ist das weniger vorteilhaft?
Weil man dadurch (meist) sagen kann, wenn der korrekte Key verwendet wird.
Welche Block- und Key Sizes verwendet AES?
Block Size: 128 Bit
Key Size: 128, 192 und 256 Bit
Warum haben moderne Ciphers keine Perfect Secrecy?
Weil eine Brute-Force Attacke zu einer Lösung führt.
Moderne Cipher haben also keine Perfect Secrecy. das nächst beste wäre computational security. Was heisst das?
Work Factor = Key Entropy (nicht genau gleich aber in Etwa)
Gibt es eine Cipher, für die es bewiesen ist, dass sie computational security hat? Wenn Ja, welche?
Nein, bis heute ist keine solche Cipher bekannt.
Wie funktioniert ein MAC (Message Authentication Code)?
Der Hash Funktion wird ein Secret Key hinzugefügt, für die Berechnung des Fingerprints. Dies ergibt den MAC. Nur der Besitzer des Secret Keys kann einen validen MAC produzieren.
Natürlich muss der Empfänger der Nachricht den Secret Key ebenfalls haben, um die Gültigkeit einer NAchricht zu verifizieren.
Um dies zu tun, berechnet der Empfänger ebenfalls einen MAC und vergleicht ihn mit dem MAC, der mit der Nachricht übermittelt wurde.
Was ist HMAC?
Eine Methode, wie eine keyed one-way Hash Funktion basierend auf jeder Blockorientierten Hash-Funktion, wie MD5, SHA-1, etc., konstruiert werden kann.
