Kryptografie

Verfahren, Protokolle, Infrastrukturen

Klaus Schmeh

• Verlag: dpunkt.verlag
• Jahr: 2016
• ISBN drucken: 9783864903564
• eBook-ISBN: 9783864919084
• Auflage: 6
• Thema: Informatik
• Thema: Kryptographie

Dieses umfassende Einführungs- und Übersichtswerk zur Kryptografie beschreibt eine große Zahl von Verschlüsselungs-, Signatur und Hash-Verfahren in anschaulicher Form, ohne unnötig tief in die Mathematik einzusteigen. Hierbei kommen auch viele Methoden zur Sprache, die bisher kaum in anderen Kryptografiebüchern zu finden sind. Auf dieser breiten Basis geht das Buch auf viele spezielle Themen ein: Kryptografische Protokolle, Implementierungsfragen, Sicherheits-Evaluierungen, Seitenkanalangriffe, Malware-Angriffe, Anwenderakzeptanz, Schlüsselmanagement, Smartcards, Biometrie, Trusted Computing und vieles mehr werden ausführlich behandelt. Auch spezielle Kryptografieanwendungen wie Digital Rights Management kommen nicht zu kurz. Besondere Schwerpunkte bilden zudem die Themen Public-Key-Infrastrukturen (PKI) und kryptografische Netzwerkprotokolle (WEP, SSL, IPsec, S/MIME, DNSSEC und zahlreiche andere). Die Fülle an anschaulich beschriebenen Themen macht das Buch zu einem Muss für jeden, der einen Einstieg in die Kryptografie oder eine hochwertige Übersicht sucht. Der Autor ist ein anerkannter Krypto-Experte mit langjähriger Berufserfahrung und ein erfolgreicher Journalist. Er versteht es, Fachwissen spannend und anschaulich zu vermitteln. Die Neuauflage ist aktualisiert und geht auf neueste Standards, Verfahren sowie Protokolle ein. "Eines der umfangreichsten, verständlichsten und am besten geschriebenen Kryptografie-Bücher der Gegenwart." David Kahn, US-Schriftsteller und Kryptografie-Historiker

Teil 1

Wozu Kryptografie?

1 Einleitung

Verschlüsselung kann über Leben und Tod entscheiden. Dies zeigte sich nie dramatischer als im Zweiten Weltkrieg, als polnische und britische Spezialisten die deutsche Verschlüsselungsmaschine Enigma knackten. Dieser Erfolg war der Regierung in London so wichtig, dass sie vor den Toren der Hauptstadt eigens eine Dechiffrier-Fabrik aus dem Boden stampfte, in der Tausende von Menschen mit speziellen Maschinen an der Entzifferung von Enigma-Funksprüchen arbeiteten. Die Folgen der industriell organisierten Dechiffrierung bekamen nicht zuletzt deutsche U-Boot-Besatzungen im Nordatlantik zu spüren. Deren verschlüsselte Positionsmeldungen konnten die Briten oftmals entziffern, um sie anschließend für tödliche Angriffe zu nutzen.

Während sich die einen britischen Codeknacker an der Enigma versuchten, dechiffrierten die anderen kaum weniger erfolgreich ein weiteres deutsches Verschlüsselungsgerät: die Lorenz-Maschine. Gleichzeitig gelang es in Schweden einem genialen Mathematiker, auch die dritte bedeutende deutsche Chiffriermaschine – den Geheimschreiber T-52 – zu knacken. Doch die Deutschen waren derweil nicht untätig. Sie konnten nicht nur routinemäßig die US-Verschlüsselungsmaschine M-209 dechiffrieren, sondern knackten auch zahlreiche andere Geheimcodes ihrer Kriegsgegner. Wie viele Soldaten im Zweiten Weltkrieg aufgrund dechiffrierter Funksprüche ihr Leben verloren und welchen Ausgang der Zweite Weltkrieg ohne die Arbeit der Codeknacker genommen hätte, wird sich wohl nie exakt klären lassen. Eines ist jedoch sicher: Verschlüsselung kann über Leben und Tod entscheiden.

1.1 Kryptografie heute

Gut 70 Jahre nach der Blütezeit der Enigma ist das Thema Verschlüsselung (Kryptografie) aktueller denn je. Der wichtigste Grund dafür ist das Internet, das sich Mitte der neunziger Jahre zum Massenmedium entwickelte. Im Fahrwasser des Internets, das ursprünglich nur Ausfallsicherheit berücksichtigte, setzte die Kryptografie zur größten Blüte ihrer langen Geschichte an. Hersteller von Verschlüsselungslösungen schossen wie Pilze aus dem Boden. Kryptografie wurde zum Hype-Thema, auch an der Börse.

Heute, fast 20 Jahre nach dem Durchbruch des Internets, ist der Kryptografie-Hype zwar zu Ende, doch die Bedeutung des Themas ist deshalb nicht gesunken. Inzwischen unterstützen alltägliche Anwendungen wie Smartphones, Webbrowser oder E-Mail-Programme kryptografische Funktionen. Dazu gibt es zahlreiche Speziallösungen für unterschiedlichste Zwecke. Protokolle wie HTTP oder IP wurden mit Krypto-Funktionen nachgerüstet, deren Einsatz weit verbreitet ist. In neuere Technologien wie WLAN, Bluetooth oder UMTS wurde die Verschlüsselung von Anfang an fest eingebaut.

Nicht zu übersehen ist ein Trend zum Pragmatismus in der Kryptografie. Die Hersteller von Verschlüsselungslösungen mussten feststellen, dass ihre Kunden die Sicherheit nicht über alles stellen, sondern stets einen Kompromiss zwischen Sicherheit, Kosten und Praxistauglichkeit suchen. Diese Entwicklung hat dazu geführt, dass sich komplexe Kryptografie-Anwendungen wie S-HTTP, SET oder Ecash trotz eines hohen Ansehens in der Krypto-Szene nicht am Markt durchsetzen konnten. Dafür feierten einige Kryptografie-Anwendungen Erfolge, die man in den Neunzigern noch als minderwertig bezeichnet hätte. Bridge-CAs, E-Mail-Verschlüsselungs-Gateways und Roaming Keys sind Beispiele dafür. Die praktischen Vorteile der genannten Lösungen haben dafür gesorgt, dass viele Anwender Abstriche bei der Sicherheit in Kauf nehmen.

Durch diese Entwicklungen haben sich auch die Anforderungen an ein Kryptografie-Buch in den letzten 17 Jahren erheblich geändert. Interessierten sich die Leser anfangs noch vor allem für die kryptografischen Verfahren an sich, so spielt heute deren Umsetzung in die Praxis eine mindestens ebenso wichtige Rolle. Dieses Buch trägt diesem Umstand Rechnung. Aus einem weiteren Grund muss ein Kryptografie-Buch heute anders aufgebaut sein als noch in den neunziger Jahren: Die Kryptografie ist inzwischen in vielerlei Hinsicht zum Allgemeingut geworden. Verfahren und Protokolle, die man früher in Büchern nachschlagen musste, werden heute in Wikipedia-Artikeln und auf anderen Webseiten zu Dutzenden beschrieben. Ein Kryptologie-Buch muss diesen Quellen gegenüber einen Mehrwert bieten. Es muss ein Leitfaden für den Einsteiger sein, es muss Zusammenhänge aufzeigen, es muss Bewertungen abgeben, und es muss neue Entwicklungen berücksichtigen. Und dennoch muss ein Kryptografie-Buch auch als Nachschlagewerk für denjenigen funktionieren, der nur schnell etwas wissen will. Ich habe mein Bestes gegeben, um alle diese Anforderungen in diesem Buch zu erfüllen.

1.2 Die sechste Ausgabe

Das Buch, das Sie in den Händen halten, ist bereits die sechste Ausgabe. Da lohnt sich ein kurzer Blick auf die Geschichte dieses Werks, die vor über 18 Jahren begann.

1.2.1 Erste Ausgabe (1998)

Safer Net – Kryptografie im Internet und Intranet erschien 1998 [Schm98]. Der Internet- und Kryptografieboom war damals in vollem Gange, und das ist dem Buch anzumerken. Obwohl ich es nicht unbedingt so geplant hatte, kam Safer Net vor allem bei Einsteigern sehr gut an. Der anschauliche Schreibstil und mein Bemühen, die mathematische Seite der Kryptografie auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren, trugen dazu bei.

1.2.2 Zweite Ausgabe (2001)

Kryptografie und Public-Key-Infrastrukturen im Internet aus dem Jahr 2001 [Schm01] ist eine Neubearbeitung und Erweiterung des Erstlings. Auch dieses Buch war ein Kind seiner Zeit: Die ersten Abnutzungserscheinungen des Internet-und Kryptografiebooms waren 2001 bereits erkennbar; erste Enttäuschungen waren Realität geworden. Ein Pragmatismus hatte die Kryptografie erfasst. Dies änderte allerdings wenig an der Wichtigkeit des Themas, weshalb sich das Buch erneut bestens verkaufte. Da ich nach wie vor einen nicht allzu mathematischen Zugang wählte, fanden sich unter den Lesern wieder viele Einsteiger.

1.2.3 Dritte Ausgabe (2007)

Kryptografie – Verfahren, Protokolle, Infrastrukturen stammt aus dem Jahr 2007 [Schm07/1]. Die Kryptografie hatte inzwischen ihre Entwicklung in Richtung Pragmatismus fortgesetzt und war – genauso wie das Internet – zu einem alltäglichen Werkzeug geworden. Vor allem aber war die Anzahl der kryptografischen Verfahren, Protokolle und Standards weiterhin stark angestiegen. Um möglichst viele der neuen Entwicklungen in meinem Buch unterzubringen, war es mir wichtig, dessen Umfang im Vergleich zum Vorgänger deutlich zu erweitern. Damit wollte ich zudem eine Marktlücke schließen, die sich ergeben hatte, weil es keinen adäquaten Nachfolger für das seit 1995 nicht mehr aktualisierte Standardwerk Angewandte Kryptographie von Bruce Schneier gab [Schn96]. Aus heutiger Sicht denke ich, dass ich das hochgesteckte Ziel erreicht habe. Mit einem Umfang von über 800 Seiten bot mein Buch in der dritten Ausgabe mehr Inhalt als das von Schneier und wurde außerdem zum meines Wissens umfangreichsten Werk seiner Art weltweit.

1.2.4 Vierte Ausgabe (2009)

Kryptografie – Verfahren, Protokolle, Infrastrukturen erschien 2009 und bildete die vierte Ausgabe [Schm09/1]. Erstmals hatte sich der Titel im Vergleich zur vorherigen Version nicht geändert. Auch die Philosophie des Buchs blieb die gleiche. Dies lag an der kryptografischen Großwetterlage, die längst nicht mehr so stürmisch war wie in den Anfangsjahren des Internets. Mit einem Plus von 50 Seiten gegenüber der Vorversion wurde dieses Buch endgültig die umfangreichste Sammlung von Wissen zum Thema Kryptografie, die es als Buch zu kaufen gibt. Die von Bruce Schneier hinterlassene Lücke gehörte damit der Vergangenheit an.

1.2.5 Fünfte Ausgabe (2013)

Kryptografie – Verfahren, Protokolle, Infrastrukturen aus dem Jahr 2013 war die fünfte Ausgabe [Schmeh13/1]. Erneut war es nicht notwendig, grundsätzliche Dinge am Buch zu ändern. Dafür gab es viel Neues aufzunehmen und Bestehendes zu aktualisieren. Aus Kostengründen wollte der Verlag den Umfang nicht weiter ausdehnen, obwohl es genug Stoff gegeben hätte. Ich musste daher erheblich mehr Inhalte aus dem Vorgänger streichen, als dies bisher der Fall gewesen war. Auch in der fünften Ausgabe konnte ich die größte zusammenhängende Sammlung von kryptografischem Fachwissen zwischen zwei Buchdeckeln präsentieren. Das Buch kam kurz vor den Enthüllungen von Edward Snowden auf den Markt. Der NSA-Skandal, der nun seinen Lauf nahm, sorgte dafür, dass sich die fünfte Ausgabe besser verkaufte als alle vorhergehenden.

1.2.6 Sechste Ausgabe (2015)

Nach den guten Verkaufszahlen der fünften Ausgabe drängte der Verlag schon früh auf eine sechste. Diese nahm ich Ende 2014 in Angriff. Das Ergebnis halten Sie nun in den Händen. Meine wichtigste Aufgabe war es naturgemäß, den NSA-Skandal in das Buch einzuarbeiten. Aber auch sonst gab es wieder vieles zu aktualisieren und zu erweitern. Ohne Übertreibung kann ich längst sagen, dass Kryptografie – Verfahren, Protokolle, Infrastrukturen ein einzigartiges Werk ist. Mir ist kein anderes Kryptografie-Buch bekannt, das es bis zur sechsten Ausgabe geschafft hat. Was den Umfang anbelangt, werden Sie ohnehin nichts Vergleichbares finden. Ich wünsche Ihnen daher auf den nächsten 900 Seiten viel Spaß und einen maximalen Lerneffekt.

1.3 Mein Bedauern, meine Bitten und mein Dank

Es ist unnötig zu erwähnen, dass sich trotz aller Mühe Fehler, Ungenauigkeiten und sonstige Mängel in mein Buch eingeschlichen haben. Dies sollte für Sie ein Ansporn sein: Teilen Sie mir Fehler, Anregungen und Kritik mit. Da es sicherlich irgendwann eine siebte Ausgabe geben wird, werden derartige Mitteilungen nicht im Papierkorb landen. Senden Sie Ihre Anregungen bitte an [email protected]. Eine Errata-Liste ist auf meiner Webseite (Kurzlink: http://wp.me/P3BieR-1V6) erhältlich.

Es ist vermutlich noch viel unnötiger zu erwähnen, dass zum Gelingen eines solchen Buchs neben dem Autor noch viele andere beigetragen haben. Bei all denjenigen möchte ich mich an dieser Stelle recht herzlich bedanken, auch wenn ich nicht alle namentlich nennen kann. Insbesondere gilt mein Dank folgenden Personen:

• Dr. Michael Barabas vom dpunkt.verlag für seine Unterstützung bei der Realisierung dieses Buchs
• Prof. Bernhard Esslinger für seine ausführlichen Anmerkungen und das Vorwort

Außerdem sei folgenden Personen für ihre Unterstützung gedankt:

Dennis Andrick, Sacha Bán, Jacques Basmaji, Dr. Rainer Baumgart, Birgit Bäuerlein, Christian Blumberg, Walter Borenich, Marco Breitenstein, Thomas Brupbacher, Dr. Jean-Christophe Curtillet, Dr. Frank Damm, Joan Daemen, Ralf Defort, Bernd Degel, Martin Deißler, Karsten Dewitz, Hans Peter Dittler, Benjamin Drisch, Peter Ehrmann, Carl Ellison, Gerion Entrup, Lutz Feldhege, Oliver Ferreau, Helge Fischer, Frank Förster, Daniela Freitag, Elmar Frey, Dr. Silvan Frik, Carsten Gäbler, Thomas Garnatz, Thomas Gawlick, Susanne Gehlen, Markus Gündel, Stefan Haferbecker, Klaus Hesse, Prof. Dr. Dirk Heuzeroth, Andreas Hoffmeister, Markus Hoffmeister, Frank Hoherz, Robert Hönig, Dr. Detlef Hühnlein, Katrin Idemudia, Robert Joop, Markus Jünemann, Robert Jung, David Kahn, Dr. Wolfgang Kahnert, Ralf Kirchhoff, Paul Knab-Rieger, Andreas Knöpfle, Kai-Uwe Konrad, Stephanie Kopf, Andreas Krügel, Steffen Leudolph, Bernhard Lutz, Thomas Mai, Dr. Martin Manninger, Florian Meinke, Stefan Milner, Michael Naujoks, André Netzeband, Mathias Neuhaus, Matthias Niesing, Peter Pahl, Wolfgang Patzewitz, Dr. Sachar Paulus, Prof. Dr. Klaus Pommerening, Gunnar Porada, Alberto Pricoli, Lars Prins, Holger Reif, Prof. Dr. Helmut Reimer, Stefan...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Title
• Impressum
• Vorwort von Prof. Bernhard Esslinger
• Inhaltsübersicht
• Inhaltsverzeichnis
• Teil 1: Wozu Kryptografie?
• Teil 2: Moderne Kryptografie
• Teil 3: Implementierung von Kryptografie
• Teil 4: Public-Key-Infrastrukturen
• Teil 5: Kryptografische Netzwerkprotokolle
• Teil 6: Mehr über Kryptografie
• Anhang