Asymmetrie umkehren #

Wir erinnern uns an das Prinzip der reinen asymmetrische Verschlüsselung:

Gedankenexperiment #

Was würde geschehen, wenn wir den Vorgang ändern?

Bei der asymmetrischen Verschlüsselung gibt es zwei Schlüssel, den öffentlichen und den privaten. Normalerweise verwendet Alice zur Verschlüsselung den öffentlichen Schlüssel von Bob. Bob wieder entschlüsselt den übermittelten Geheimtext mit seinem privaten Schlüssel.

Dies lässt sich mit Schloss und Schlüssel leider nicht mehr sinnvoll und verständlich darstellen. Wir stellen uns die asymmetrische Ver-/Entschlüsselung einfach als reine mathematische Angelegenheit vor:

Der Verschlüsselungsfunktion $E$ wird normalerweise der Klartext $p$ und der öffentliche Schlüssel $e$ übergeben, dabei entsteht der Geheimtext $c$:

Die Entschlüsselungsfunktion $D$ berechnet aus dem Geheimtext $c$ und dem privaten Schlüssel $d$ wieder den Klartext $p$:

Digitale Signatur #

Wir haben soeben das Prinzip der digitalen Signatur entdeckt.

Lösung: mehrere Leute

Es wird nur das Schlüsselpaar von Alice verwendet:

Nachteile #

Die bisher kennengelernte Art der digitalen Signatur ist nicht optimal, denn es gibt mehrere Probleme:

• Wegen der «Signatur» ist der Klartext nicht mehr lesbar (er ist ja nun speziell «verschlüsselt»). Dies ist umständlich, denn wenn du ein Dokument auf Papier unterschreibst, bleibt dieses trotzdem lesbar.
• Asymmetrische Verfahren sind langsam, d.h. wenn wir ein grosses Dokument (z.B. ein Video) signieren, dauert dieser Vorgang unnötig lange – ebenso das Überprüfen der Signatur (also das Entschlüsseln).

Integrität #

Lesbarkeit und Signatur #

Das im letzten Kapitel beschriebene Verfahren hat den grossen Nachteil, dass ein Dokument erst lesbar ist, wenn es «entschlüsselt» – oder anders ausgedrückt: wenn die Signatur entfernt – wurde. Das ist unpraktisch, schliesslich sind sämtliche deine von Hand unterschriebenen Dokumente trotzdem stets lesbar. Sobald das Dokument entschlüsselt (also lesbar) ist, ist aber auch die Signatur verschwunden – und somit auch die Überprüfbarkeit, welche Person was unterschrieben hat.

Wir suchen folglich eine Lösung, die das gleichzeitige Betrachten des Dokuments und der Signatur ermöglicht.

Manipulationen erkennen #

Ist der Klartext stets sichtbar, so müssen wir sicherstellen, dass er nicht manipuliert werden kann. Schliesslich wollen wir nicht, dass ein Vertrag nach dem Signieren noch unentdeckt verändert werden kann.

Hashwerte #

Hashwerte kennen wir bisher nur zur sicheren Speicherung von Passwörtern. Hashfunktionen können allerdings nicht nur Passwörter in Hashwerte umwandeln, sondern irgendwelche Daten.

Wir haben gesehen, dass Hashwerte eine Art digitale Fingerabdrücke sind. Es ist extrem schwierig (resp. in vernünftiger Zeit nicht möglich), zu einem bestehenden Text einen anderen zu finden, der denselben Hashwert erzeugt.

Auch wenn verschiedene Personen den Hashwert desselben Textes berechnen, ergibt sich stets derselbe Hashwert – aber natürlich nur, wenn dieselbe Hashfunktion verwendet wird. Ist ein Text auch nur ein wenig anders (wie im untenstehenden Beispiel gezeigt), so ergibt sich sofort ein völlig anderer Hashwert, womit leicht zu erkennen ist, dass die Texte nicht übereinstimmen.

Verfahren kombinieren #

Wichtig ist uns:

• Die Dokumente sind stets lesbar und trotzdem vor Manipulationen geschützt sein.
• Asymmetrische Verfahren sollen eingesetzt werden, aber nicht zum Verschlüsseln des ganzen Dokuments, weil dies langsam ist.

Aus diesem Grund müssen wir – ähnlich wie bei der asymmetrischen Verschlüsselung – auch bei den digitalen Signaturen «nachbessern», wenn es um den konkreten Einsatz im Alltag geht.

Hashwerte #

Hashwerte derselben Hashfunktion haben stets dieselbe Länge. Sie sind im Vergleich zum eingegebenen Text sehr kurz (wie der Fingerabdruck eines Menschen sehr klein ist im Vergleich zu all dem, was den Menschen mit diesem Fingerabdruck ausmacht).

Digitale Signaturen richtig verwenden #

Wir versuchen, mehrere Verfahren zu kombinieren und deren Vorteile zu nutzen. Einerseits berechnen wir den Hashwert eines Dokuments, andererseits «verschlüsseln» wir nur diesen Hashwert asymmetrisch. Somit reduziert sich der Einsatz von asymmetrischer Verschlüsselung wiederum auf ganz kurze Werte. Zudem bleibt das Dokument intakt und stets lesbar.

Lösung: Digitale Signatur überprüfen

Zertifizierungsstellen #

Übertragung öffentlicher Schlüssel #

Öffentliche Schlüssel enthalten keine geheime Information, können also problemlos über einen offenen Kanal übertragen werden. Oder?

Lösung: Angriff auf den öffentlichen Schlüssel

Da der öffentliche Schlüssel nur aus Zahlen besteht, ist es für Bob nicht erkennbar, ob er den richtigen Schlüssel erhalten hat.

Schutz gegen Man-in-the-Middle-Attacken #

Wie können wir uns vor Man-in-the-Middle-Attacken schützen? Kann uns Trent helfen?

Lösung: Zertifizierungsstellen

Trent ist bekannt und akzeptiert als Zertifizierungsstelle, alle kennen seinen öffentlichen Schlüssel. Wenn Trent die Kunden gut überprüft und deren Schlüssel signiert, kann Bob sicher sein, den richtigen Schlüssel zu verwenden. Er akzeptiert folglich keine unsignierten Schlüssel mehr.