herzlich willkommen zu - tu-freiberg.deweberu/fa/2020/vortrag_24-02... · 2020. 3. 2. · 6 ich...
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Kryptographie
H e r z l i c h w i l l k o m m e n z u
@ M.Sc. Harald Schmitt
TU Bergakademie Freiberg | Institut für Informatik | Bernhard-von-Cotta-Str. 2, 09596 Freiberg | Telefonnummer: 03731 / 39-2533 |
http://vr.tu-freiberg.de | Vortragender: M.Sc. Harald Schmitt | Frühjahrsakademie | Februar 2020
2
Bernhard-von-Cotta-Str. 2
09596 Freiberg / Germany
M.Sc. Harald Schmitt
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Ph.D. Student
Humboldtbau, Zimmer 114
Phone: +49 3731 39 2533
Email: [email protected]
WWW: http://vr.tu-freiberg.de
Kryptographie Basics: Definitionen, Geschichte und Attacken
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3
Blockchain und Cryptocurrencies: Hierbei geht es um drei Bereiche
1.
2.
3.
Wirtschaftsbereich [– man muss „Wirtschaft“ für das Ganze verstehen.]
Programmieren [– verstehen und anwenden können!]
Kryptographie [– Interesse für Mathematik Interesse für Kryptographie]
Ziel des Vortrages
Kryptographie kennenlernen
Blockchain und Cryptocurrencies [Kryptowährungen] verstehen
Kryptographie Basics: Definitionen, Geschichte und Attacken
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4
Ich benutzte hier englische Begriffe,
weil es international die Grundlage
in diesem Bereich ist.
CRYPTOLOGY [Kryptologie]
1.
2.
3.
Cryptography [Kryptographie: Verschlüsselung von Informationen]
Crypto-Design [Kryptodesign(er): Entwurf von Algorithmen, Mechanismen usw.]
Cryptanalysis [Kryptanalyse: Informationsgewinnung aus verschlüsselten Infos]
H a c k e r
Kryptographie Basics: Definitionen, Geschichte und Attacken
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5
Ich benutzte hier englische Begriffe,
weil es international die Grundlage
in diesem Bereich ist.
CRYPTOLOGY [Kryptologie]
1.
2.
3.
Cryptography [Kryptographie: Verschlüsselung von Informationen]
Crypto-Design [Kryptodesign(er): Entwurf von Algorithmen, Mechanismen usw.]
Cryptanalysis [Kryptanalyse: Informationsgewinnung aus verschlüsselten Infos]
Zitat von Herwart Holland-Moritz
[alias Wau Holland, † 29. Juli 2001, ein Gründer des CCC]:
„Ein Hacker ist jemand, der versucht einen Weg zu finden, wie
man mit einer Kaffeemaschine Toast zubereiten kann“
Der Chaos Computer Club e. V. (CCC) ist die größte europäische
Hackervereinigung und seit über dreißig Jahren Vermittler im
Spannungsfeld technischer und sozialer Entwicklungen. [...]
[Quelle: CCC]
Hacker
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6
Ich benutzte hier englische Begriffe,
weil es international die Grundlage
in diesem Bereich ist.
CRYPTOLOGY [Kryptologie]
1.
2.
3.
Cryptography [Kryptographie: Verschlüsselung von Informationen]
Crypto-Design [Kryptodesign(er): Entwurf von Algorithmen, Mechanismen usw.]
Cryptanalysis [Kryptanalyse: Informationsgewinnung aus verschlüsselten Infos]
H a c k e r
Kryptographie Basics: Definitionen, Geschichte und Attacken
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7
HISTORY
1700 B.C.: Hieroglyphes
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8
HISTORY
1700 B.C.: Hieroglyphes
55 B.C.: Caesar Cipher
Gaius Julius Caesar
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9
HISTORY
1700 B.C.: Hieroglyphes
55 B.C.: Caesar Cipher
1500 A.D.: Vigenère Cipher
V i g e n è r e C i p h e r
Blaise de Vigenère
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HISTORY
1700 B.C.: Hieroglyphes
55 B.C.: Caesar Cipher
1500 A.D.: Vigenère Cipher
WWII: Enigma Machine
Alan Turing
„Enigma“
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HISTORY
1700 B.C.: Hieroglyphes
55 B.C.: Caesar Cipher
1500 A.D.: Vigenère Cipher
WWII: Enigma Machine
-
-
-
-
Symmetric
1975: Asymmetric Diffie Hellman
2008/2009: Cryptocurrency ECC
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CRYPTO
Alice Bob message | x
[plaintext]
Insecure channel
Eve
Oscar
e
[encryption]
y
[ciphertext ]
e : A B
B C
C D
d
[decryption]
x | message
[plaintext]
e d
Beispiel:
H A L L O W O R L D
I B M M P X P S M E
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CRYPTO
encryption | decryption : public | private
Kerkhoff‘s Prinzip :
e | d public
k private
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CRYPTO
Alice Bob message | x
[plaintext]
Insecure channel
Eve
Oscar
e
[encryption]
y
[ciphertext ]
e : A B
B C
C D
d
[decryption]
x | message
[plaintext]
e d
Beispiel:
H A L L O W O R L D
I B M M P X P S M E
Methode = „Verrücken“
Schlüssel = 1
Keyspace |K|
26 • 25 • 24 • 23 …
Pincode Smartphone
XXXX 0..9
Cryptanalysis: Brute Force (Attack)
Schlüssel |k| = 3
|K| = 26 25 [5 Bit]
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U F W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 … 26
e : A D
B E
C F
e d
Gaius Julius Caesar
| 26!
|26! = 4,032 • 1026
|26! 289 [89 Bit]
210 … | 1 Tsd.
220 … | 1 Mio.
230 … | 1 Mrd.
|K| = 104 = 10000
214 [14 Bit]
Kryptographie Basics: Definitionen, Geschichte und Attacken
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CRYPTANALYSIS
1. Brute Force:
Keyspace |K|
1. 26 x 25 x 24 x 23 … | 26! 289
2. Analytische: d _ _
3. Social Engineering | Phishing Bob
4. Bestechung … Alice
5. Hardware Implementation
Kryptographie Basics: Kryptographische Verfahren
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CRYPTO
Alice Bob message | x
[plaintext]
Insecure channel
Eve
Oscar
e
[encryption]
y
[ciphertext ]
d
[decryption]
x | message
[plaintext]
Symmetrische
Verschlüsselungsverfahren
Beispiele:
AES (Advanced Encryption Standard)
DES (Data Encryption Standard)
Triple-DES, Blowfish …
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CRYPTO
Alice Bob message | x
[plaintext]
Insecure channel
Eve
Oscar
e
[encryption]
y
[ciphertext ]
d
[decryption]
x | message
[plaintext]
Asymmetrische
Verschlüsselungsverfahren
Beispiele:
RSA (Rivest Shamir Adleman)
Rabin (Faktorisierungsproblem)
Hellman (Tornister-Problem)
Elgamal (Diskreter Logarithmus)
ECC (Elliptic Curve Cryptography)
…
Kryptographie Basics: Kryptographische Verfahren
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CRYPTO
Alice Bob message | x
[plaintext]
Insecure channel
Eve
Oscar
e
[encryption]
y
[ciphertext ]
d
[decryption]
x | message
[plaintext]
V o r t e i l e | N a c h t e i l e
Asymmetrische
Verschlüsselungsverfahren
Beispiele:
RSA (Rivest Shamir Adleman)
Rabin (Faktorisierungsproblem)
Hellman (Tornister-Problem)
Elgamal (Diskreter Logarithmus)
ECC (Elliptic Curve Cryptography)
…
Symmetric Asymmetric
Vorteile Nachteile Vorteile Nachteile
Einfaches Schlüssel-
management, da nur
ein Schlüssel für Ent-
und Verschlüsselung
benötigt wird.
Hohe Geschwindigkeit
für Ver- und Ent-
schlüsselung, da
Verfahren meist auf
effizienten Operationen
wie Bit-Shifts und
XORs aufbauen.
Nur ein Schlüssel für
Ver- und
Entschlüsselung,
Schlüssel darf nicht in
unbefugte Hände
gelangen.
Schlüssel muss über
einen sicheren Weg
übermittelt werden
Anzahl der Schlüssel
bezogen auf die Anzahl
der Teilnehmer wächst
quadratisch.
Relativ hohe Sicherheit
Kein Schlüssel-
verteilungsproblem, da
Public Key für jeden
ohne Probleme zu
erreichen ist.
Es werden nicht so
viele Schlüssel
benötigt wie bei einem
symmetrischen
Verschlüsselungs-
verfahren, somit
weniger Aufwand der
Geheimhaltung des
Schlüssels.
Möglichkeit der
Authentifikation durch
elektronische
Unterschriften (digitale
Signaturen)
Asymmetrische
Algorithmen arbeiten
sehr langsam, ca.
10000 Mal langsamer
als symmetrische.
Große benötigte
Schlüssellänge
Probleme bei
mehreren Empfänger
einer verschlüsselten
Nachricht, da jedes
Mal die Nachricht extra
verschlüsselt werden
muss -> Abhilfe
schaffen hybride
Verfahren
Sicherheitsrisiko durch
für jeden zugänglichen
Public Key -> Man in
the Middle
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20
Digital
Signatures &
En-/Decryption
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1. Auxiliary Function (Hilfsfunktion)
2. One-Way (Einweg)
3. Output ist nicht erratbar
4. Unlimited Input (keine Begrenzung)
5. Fixed Output (128, 160, 256, 512 …)
HASHFUNCTION
Beispiele
- „Hello World“
- „Farben“
- „Festplatte“ + Timestamp
Problem Collisions: Schubladenprinzip
Input A, Input B selber Output
Gutes Cryptodesign!
Kryptographie Basics: Kryptographische Verfahren
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Digital
Signatures &
En-/Decryption
Bitcoin Basics
Warum dieses Thema?
Mutter aller Kryptowährungen
Thema eignet sich, um Prinzip
verstehen
Kryptographie Mechanismen stecken
hinter Kryptowährungen
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Was ist den überhaupt der Bitcoin?
Bitcoin war die erste dezentrale
digitale Währung
Bitcoins sind digitale Münzen, die
man über das Internet versenden
kann.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Was ist den überhaupt der Bitcoin?
Im Vergleich zu anderen Alternativen
haben Bitcoins eine Reihe von
Vorteilen
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Was ist den überhaupt der Bitcoin?
Bitcoins werden über das Internet
direkt von Person zu Person
gesendet
ohne eine Zwischenstation wie eine
Bank oder ein Clearinghaus
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Was ist den überhaupt der Bitcoin?
Das bedeutet, dass die Gebühren
viel niedriger sind,
man kann sie in jeden Land
verwenden,
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Was ist den überhaupt der Bitcoin?
eigenes Konto/Account kann nicht
eingefroren werden
und es gibt keine sonstigen
Bedingungen oder künstliche
Einschränkungen
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
2008
2008 erschien ein
Konzeptpapier von
Erfinder Satoshi
Nakamoto
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Bitcoin
Bitcoin Basics
Wie funktioniert Bitcoin?
Es gibt mehrere Börsen, bei denen
man Bitcoins kaufen und verkaufen
kann
für Euros, Dollars und mehr.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wie funktioniert Bitcoin?
Bitcoins werden in der eigenen
digitalen „Wallet“ (Brieftasche) auf
eigenem Computer oder Smartphone
gespeichert.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wie funktioniert Bitcoin?
Bitcoins zu versenden ist so einfach
wie das Versenden einer E-Mail
und man kann viele Dinge mit
Bitcoins direkt kaufen.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wie funktioniert Bitcoin?
Das Bitcoin Netzwerk ist gesichert
durch Personen, genannt „Miner“.
Miner werden mit neu generierten
Bitcoins für das Überprüfen
Transaktionen belohnt ( Miners
verify transactions).
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wie funktioniert Bitcoin?
Nachdem Transaktion(en) geprüft
wurden, werden diese in einem
„Ledger“ (transparenten öffentlichen
Buch) aufgezeichent.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wirtschaft und Finanzen?
Bitcoin eröffnet eine ganz neue
Plattform für Innovationen.
Die Software ist komplett Open
Source und jeder kann den Code
überprüfen.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wirtschaft und Finanzen?
Bitcoin verändert die Finanzwelt auf
gleiche Weise wie das Internet durch
das Publishing von Webseiten.
Wenn jeder einen Zugang zu einem
globalen Markt hat, können
großartige Ideen sprießen!
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Bitcoin Basics
Wirtschaft und Finanzen?
Bitcoins sind eine gute Möglichkeit
für Unternehmen Transaktionskosten
zu minimieren.
Es kostet nichts sie zu akzeptieren
und es ist einfach einzurichten.
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Bitcoin
Bitcoin ist die Mutter aller
Kryptowährungen!
Weitere Kryptowährungen:
• ethereum
• ripple
• DASH
Vielen Dank für die
Aufmerksamkeit!
@ M.Sc. Harald Schmitt
Viel Spaß in der
Frühjahrsakademie