Herzlich willkommen zu - tu-freiberg.deweberu/fa/2020/vortrag_24-02... · 2020. 3. 2. · 6 Ich benutzte hier englische Begriffe, weil es international die Grundlage in diesem Bereich

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

mailto:[email protected]



Kryptographie Basics: Definitionen, Geschichte und Attacken



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




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




5





1.

2.

3.




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




6





1.

2.

3.




H a c k e r




7

HISTORY

1700 B.C.: Hieroglyphes




8

HISTORY


55 B.C.: Caesar Cipher

Gaius Julius Caesar




9

HISTORY



1500 A.D.: Vigenère Cipher

V i g e n è r e C i p h e r

Blaise de Vigenère




10

HISTORY




WWII: Enigma Machine

Alan Turing

„Enigma“




11

HISTORY




WWII: Enigma Machine

-

-

-

-

Symmetric

1975: Asymmetric Diffie Hellman

2008/2009: Cryptocurrency ECC




12

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




13

CRYPTO

encryption | decryption : public | private

Kerkhoff‘s Prinzip :

e | d public

k private




14

CRYPTO


[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]




16

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



17

CRYPTO


[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 …




18

CRYPTO


[plaintext]

Insecure channel

Eve

Oscar

e

[encryption]

y

[ciphertext ]

d

[decryption]

x | message

[plaintext]

Asymmetrische


Beispiele:

RSA (Rivest Shamir Adleman)

Rabin (Faktorisierungsproblem)

Hellman (Tornister-Problem)

Elgamal (Diskreter Logarithmus)

ECC (Elliptic Curve Cryptography)

…




19

CRYPTO


[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


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




20

Digital

Signatures &

En-/Decryption




21

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!

https://www.sha-generator.de/




22

Digital

Signatures &

En-/Decryption

Bitcoin Basics

Warum dieses Thema?

Mutter aller Kryptowährungen

Thema eignet sich, um Prinzip

verstehen

Kryptographie Mechanismen stecken

hinter Kryptowährungen



23

Bitcoin

Bitcoin ist die Mutter aller

Kryptowährungen!

Weitere Kryptowährungen:

• ethereum

• ripple

• DASH

https://de.statista.com/statistik/suche/?q=Kryptow%C3%A4hrungen&qKat=newSearchFilter&sortMethod=idrelevance&language=1&isRegionPref=-1&sortMethodMobile=idrelevance&languageMobile=1&infos=1&accuracy=and&isoregion=0&isocountrySearch=&category=0&interval=0&ar

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.



24

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


Im Vergleich zu anderen Alternativen

haben Bitcoins eine Reihe von

Vorteilen



25

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


Bitcoins werden über das Internet

direkt von Person zu Person

gesendet

ohne eine Zwischenstation wie eine

Bank oder ein Clearinghaus



26

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


Das bedeutet, dass die Gebühren

viel niedriger sind,

man kann sie in jeden Land

verwenden,



27

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


eigenes Konto/Account kann nicht

eingefroren werden

und es gibt keine sonstigen

Bedingungen oder künstliche

Einschränkungen



28

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics

2008

2008 erschien ein

Konzeptpapier von

Erfinder Satoshi

Nakamoto



29

Bitcoin

code/bitcoin.pdf

code/bitcoin.pdf

https://www.bitcoin.de/de/r/w87xfd

Bitcoin Basics

Wie funktioniert Bitcoin?

Es gibt mehrere Börsen, bei denen

man Bitcoins kaufen und verkaufen

kann

für Euros, Dollars und mehr.



30

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

https://www.bitcoin.de/de/r/w87xfd

Bitcoin Basics


Bitcoins werden in der eigenen

digitalen „Wallet“ (Brieftasche) auf

eigenem Computer oder Smartphone

gespeichert.



31

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

https://bitcoin.org/de/

Bitcoin Basics


Bitcoins zu versenden ist so einfach

wie das Versenden einer E-Mail

und man kann viele Dinge mit

Bitcoins direkt kaufen.



32

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


Das Bitcoin Netzwerk ist gesichert

durch Personen, genannt „Miner“.

Miner werden mit neu generierten

Bitcoins für das Überprüfen

Transaktionen belohnt ( Miners

verify transactions).



33

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


Nachdem Transaktion(en) geprüft

wurden, werden diese in einem

„Ledger“ (transparenten öffentlichen

Buch) aufgezeichent.



34

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

http://www.ledger.com/start/

http://www.ledger.com/start/

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.



35

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


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!



36

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Bitcoin Basics


Bitcoins sind eine gute Möglichkeit

für Unternehmen Transaktionskosten

zu minimieren.

Es kostet nichts sie zu akzeptieren

und es ist einfach einzurichten.



37

Bitcoin


Kryptowährungen!


• ethereum

• ripple

• DASH

Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!

@ M.Sc. Harald Schmitt

Viel Spaß in der

Frühjahrsakademie

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