Informationssicherheit (Fach) / Grundlagen (Lektion)

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• 3 Säulen Vertraulichkeit Integrität Verfügbarkeit
• Was versteht man unter Vertraulichkeit? Das Verbergen von InformationenSensitive Daten wie personenbezogene, militärische Geheimhaltung unterliegen, GeschäftsgeheimnisseWird durch Mechanismen bzw. Dienste wie Ver- und Entschlüsselung (Kryptografie)Verbergen in unverdächtigen Daten (Stenografie)Zugriffssteuerung (Access Control)Erfordert Unterstützung durch das System  
• (Daten-)Integrität Verhinderung der Verfälschung der Daten und RessourcenSind die Daten vertrauenswürdigRealisiert durch:    Verhinderung unautorisierter Schreibzugriff    Erkennung einer Integritätsverletzung (zb. durch Kryptografische Prüfsummen)Unterscheidung der Integrität möglich durch    Unautorisierte Personen (Angriff von außen)    Autorisierte Personen (Angriff von Innen)
• Verfügbarkeit (Availability) Bezüglich einer Ressource, eines Dienstes, bestimmter InformationenAuch ein Aspekt der Systemzuverlässigkeit (Security vs. Safety) Denial of Service Attack: vermindert bzw. eliminiert die Verfügbarkeit o.g. Ressourcen, Dienste etc. -> Wirtschaftlicher SchadenMeist aber nicht immer gegen einzelne Server, Firmen etc. gerichtet
• Policy und Mechanism (Strategie und Mechanismus) Sicherheitsstrategie:     Ist die Formulierung, welche Aktionen welche Nutzer erlaubt bzw. verboten sindSicherheitsmechanismus:     Ist eine Methode oder Vorgehensweise, eine gegebene Sicherheitsstrategie zu verwirklichen. 
• Bedrohungen (Threats) Ist eine potentielle verletzung der Sicherheitsstrategie.Klassifizierung:      Aufdeckung      Täuschung      Unterbrechung      Übernahme
• Der "Hackerparagraf" §202c StGB Wer Passwörter oder sonstige Sicherheitscodes, sowie Computerprogramme, deren Zweck solcher tat ist,Herstellt, sich oder anderen verschafft, verkauft, einen anderen überlässt, verbreitet oder sonst wie zugänglich macht wird Mit einer Freiheitsstrafe von bis zu 1 Jahr oder Geldstrafe bestraft
• Welche Formen der Computekriminalität gibt es? EinbruchIdentitätsdiebstahlSpionageDenial-of-ServiceSabotageManipulation (Fälschen) von DatenSpammingUnerlaubte  Verbreitung urheberrechtlich geschützter Werke
• Warum gibt es das Fach Informationssicherheit? Weil es Cyberkriminalität entwickelt hatWeil es Daten gibt die Geschützt werden sollen/müssen/…      Vertraulichkeit, Integrität, VerfügbarkeitWeil Gesetze gegen Cyberkriminalität erlassen wurdenKryptografie beschäftigt sich mit dem VerschlüsselnKryptoanalyse beschäftigt sich mit der analyse also dem entschlüsseln von Daten 
• Kryptografie beschäftigt sich mit der sicheren Übertragung von Daten
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• Kryptoanalyse ist das Brechen von kryptografisch verschlüsselten Nachrichten
• Kryptologie umfasst beide Teildisziplienen und ist selbst ein Teilgebiet der Mathematik
• Verschlüsselungsarten: Skytale Ein Lederband oder Pergament wurde um ein Holzstab gewickeltNachricht wurde anschließend Waagerecht NotiertNur durch die bestimmte dicke des Holzstabes konnte man die Nachricht entschlüsselnChiffrierung durch Transposition Nur die Positionen der kodierten Zeichen werden manipuliertd.h. man hat sein Text ohne Leerzeichen nebeneinander geschriebenAb einer bestimmten Anzahl an Chiffren machte man ein ZeilenumbruchAnschließend schreibt man den Text von oben nach unten wieder ab und erhielt somit den verschlüsselten TextNur mit der gleichen chiffrenanzahl konnte man den wieder entschlüsseln
• Was war die Idee von der Chiffrierung mittels Substitution? Welche wesentlichen Arten unterscheidet man (4)? Elemente im Klartext wurden durch andere Elemente im Chiffretext ersetzt Monoalphabetische Homophone Polygrafische Polyalphabetische Substitution
• Einfachste Form: monoalphabetische Substitution Jedem Zeichen im Klartext ist genau ein Zeichen im Chiffrat zugeordnet (genau ein Alphabet)Beispiel: Caesar-Verschlüsselung (Pos im Alphabet +3 Modulo 26)ROT-13 Pos. Im Alphabet +13 Modulo 26Nachteil:        Unter Ausnutzung relativer Buchstabenhäufigkeit sehr leicht zu brechen
• Homophone Substitution - Ein Zeichen im Klartext kann auf verschiedene Zeichen Chiffre abgebildet werden- Zeichenvorrat des Chiffre größer- Ist schwerer zu entschlüsseln da häufig verwendete Buchstaben wie E und N nicht mehr auf ein   Buchstaben abgebildet werden sondern auf mehreren- Um dies zu knacken muss man Zeichenpaare ausfindig machen, gelingt gut bei langen texten- Aber bei sehr kurzen (weniger als achtzig) ist der Text gut geschützt
• Polygrafische Substitution Blöcke von Zeichen im Klartext werden auf Blöcke von Zeichen im Chiffrat abgebildetBsp.: ABC auf XYZBeispiel verfahren: Playfair-Chiffre
• Polyalphabetische Substitution Je nach Position des Zeichens werden unterschiedliche Kodierungsalphabete genutztz.B.: Vigenere-Verschlüsselung
• Vigenere-Verschlüsselung Idee: Nutzung mehrere monoalphabetischer Verschlüsselungen im Wechsel Die Anordnung im sogenannten Vigenere Quadrat Wahl eines Schlüsselworts Bsp.: ELBA Klartext: angriffzweiuhrmez 1: Es ist eine Schlüsseltabe/ Alphatabelle vorhanden (das vigenere-Quadrat oder -Tableau) 2: Der schlüssel wird wiederholt immer nebeneinander geschrieben 3: darunter wird der zu verschlüsselte Klartext geschrieben 4: jetzt schaut man in dem Tableau und markiert die Zeilen, mit dem jeweiligen Buchstaben des Schlüssels aus der ersten Spalte Siehe Bild, die Zeilen A, B E und L sind markiert. 5: Als nächstes den Buchstaben des Klartextes (1. Buchstabe: a) und schaut auf welchen Schlüsselbuchstaben er abgebildet wird (a wird auf E abgebildet) Man rutscht in die markierte Zeile in des Schlüsselbuchstaben und schreibt sich den verschlüsselten Buchstaben raus (-> E) Das wiederholt man für alle Buchstaben N wird auf L abgebildet -> im Tableau nachschauen auf der Zeile des Markierten L -> Y ablesen Verschlüsselungsart wird bis heute benutztGleicht unterschiedliche Auftrittswahrscheinlichkeiten der Buchstaben aus (Beispiel Bild: der häufigste Buchstabe E wird einmal auf L und auf A abgebildet, das chiffrat ist dann einmal das P und einmal das E)Kann über Analyse der Buchstabenhäufigkeit nicht gebrochen werden!
• Kasiski-Test Herr Kasiski beobachtete das bei großen Texten, Identische Textpassagen auf identische Chiffrat Phasen abgebildet werden, wenn sie unter den identischen Buchstaben des Schlüsselwortes stehen.Abstand ist ein vielfaches der SchlüssellängeWie Funktioniert der Kasiski Test?Suche nach sich wiederholenden Buchstabenfolgen Länge 3 oder größer im ChiffratBestimme den Abstand dieser gleichen BuchstabenfolgenDer Abstand ist ein vielfaches der Schlüssellänge!Gibt es mehrere Abstände, so muss die schlüssellänge alle (bzw. die allermeisten) Abstände teilen.Ermittlung der Schlüssellänge ist ausreichend, um Vigenere-Verschlüsselung zu brechen! BSP: FOLGE     ABSTAND       Zerlegung          TNE          50                2*5*5                  größter gemeinsamer Teiler
• Friedman-Test Er fand heraus dass statische Größen zur Kryptoanalysen unbekannter Chiffrate eingesetzt werden könnenWahrscheinlichkeiten anzahl der Buchstaben paare von 'aa' bis 'zz' also (26) aus einen Text Kappa ist der Friedmansche Koindenzindex Daraus lässt sich nun die hypertetische schlüssellänge bilden
• Playfair - Chiffre Verfahren ist monoalphabetisch bigrafischEntschlüsselung erfolgt in (geometrisch) umgekehrter Richtung Überlegen ggü. Verfahren mit einzelnen Zeichen sehr leicht zu erlernen und auszuführenHeute kryptografisch gebrochen also unsicher!  Beispiel Klartext: Jawoll, Ostern ist schön! Alle Buchstaben werden in Großbuchstaben umgewandeltInterpunktionszeichen werden eliminiertSubstitution des 'J' durch 'I'Ersetzung der umlaute durch zweilaute ('Ä' -> 'AE')Unterteilung in Bigramme, dabei einfügen eines 'X' falls Buchstaben in ein- und demselben Bigramm doppelt auftretenAnfügen eines 'X', falls ungerade Anzahl Zeichen resultiert - zeichen werden in quadrat 5x5 geschrieben        - Am Anfang der Schlüssel, danach das Alphabet          Jeder Buchstabe kommt nur einmal vor Chiffrierung:- Immer Zwei Zeichen:- auf einer Zeile: verschiebung um eins nach rechts- in einer Spalte: verschiebung eins nach unten- diagonal gegenüberliegende Ecken: verschiebung in die anderen Ecken des aufgespannten Rechteckes
• Der Schlüssel zum Ver- und Entschlüsseln - Schlüssel haben i.a. sehr große Wertebereiche (damit man nicht alle durchprobieren kann) Sicherheit hängt vom Schlüssel ab Verschiedene Schlüsselverfahren
• Schlüsselverfahren (2) 1. symmetrische Verfahren-  Chiffrier- und Dechriffrierschlüssel meist identisch-  aka secret key, single key-  Schlüssel muss zwischen Sender und Empfänger     vereinbart werden-  Schlüssel muss unbedingt geheim bleiben!-  blockbasierte vs. strombasierte Verfahren 2. asymmetrische Verfahren-  2 verschiedene Schlüssel- Chiffrierschlüssel ist öffentlich (public key)- Dechiffrierschlüssel ist geheim (private key)- jeder kann eine Nachricht verschlüsseln- nur der Besitzer des Dechiffrierschlüssels kann diese  entschlüsseln Ein Kryptosystem ist ein Verschlüsselungsalgorithmus sowiealle möglichen Klartexte, Chiffren und Schlüssel.
• Kerckhoffs’sches Prinzip Anforderungen an ein sicheres Kryptosystem:- Das System muss im Wesentlichen, am bestenmathematisch, unentschlüsselbar sein. - Das System darf keine Geheimhaltung erfordern und kanndurch den Gegner gestohlen werden. (Keine Gerätschaften mit schlüssel) - Es muss leicht übermittelbar sein und man muss sich dieSchlüssel ohne schriftliche Aufzeichnung merken können,Schlüssel müssen leicht austauschbar sein. - Das System sollte mit telegraphischer Kommunikationkompatibel sein. - Das System muss transportabel sein und die Bedienungdarf nicht mehr als eine Person erfordern. - Das System muss einfach anwendbar sein [. . . ].
• Blockbasierte vs. strombasierte Verfahren blockbasiert:1. Klartext wird in Blöcke gleicher Länge strukturiert2. ggf. werden Nullbytes aufgefüllt (Padding)3. Ver- und Entschlüsselung erfolgen blockweise4. typische Längen: 64 Bit (DES), 128 Bit (AES), 1024 (RSA)5. meiste moderne Verfahren strombasiert:-> Strom von Bits, Bytes oder Zeichen-> Ver- und Entschlüsselung erfolgt bit-, byte- oder     zeichenweise-> Vigenère-Verfahren, XOR-Verschlüsselung, RC4, A5/1     (GSM)-> Vorteil: es muss nicht auf Komplettierung des ersten     Blockes gewartet werden (niedrige Latenz)
• Beschränkte Algorithmen nicht publiziert (geheimgehalten)- breiter wissenschaftlichen Diskussion entzogen (kein PeerReview)- beziehen ihre „Sicherheit“ aus der Geheimhaltung desAlgorithmus- ein Algorithmus kann immer aus dem Binärabbilddisassembliert werden- aka Security By Obscurity- ! häufig inhärent unsicher (viele Beispiele)
• Kryptanalyse Voraussetzungen:- Gegner hat vollständigen Zugang zur verschlüsseltenNachricht - Kryptografischer Algorithmus ist bekannt. Ziel: Ermittlung des Klartextes ohne Kenntnis des Schlüssels(oder Ermittlung des Schlüssels). Algorithmen, deren Sicherheit von ihrer Geheimhaltungabhängen, sind beschränkt und sollten nicht eingesetzt werden. Versuch der Kryptanalyse wird Angriff genannt. 
• Welche (kryptoanalyse) Angriffe gibt es? Ciphertext-only-Angriff Known-plaintext-Angriff Chosen-plaintext-Angriff Gummischlauch-Kryptanalyse
• XOR Verschlüsselung - symmetrisches Verfahren- Klartext wird zeichenweise mit Schlüssel „ex-oder-iert“,also C = P ⊕ K - Schlüssel wird immer wieder von vorn gelesen- schnell, aber (sehr) unsicher - Entschlüsselung mit gleichem Schlüssel, da          a ⊕ k ⊕ k = a ⊕ 0 = a:Problem: Known-Plaintext-Angriff

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