IT-GSHB 2000 - Unsichere kryptographische Algorithmen

G 4.35 Unsichere kryptographische Algorithmen

Der Sicherheitszugewinn durch Einsatz kryptographischer Verfahren ist grundsätzlich von zwei Parametern abhängig: es müssen sichere kryptographische Algorithmen eingesetzt werden und die geheimen Schlüssel müssen vertraulich gehandhabt werden (zur Kompromittierung kryptographischer Schlüssel siehe G 5.83 ).

Unsichere kryptographische Algorithmen sind dadurch gekennzeichnet, daß es einem potentiellen Angreifer mit vertretbaren Ressourcen gelingt, das eingesetzte kryptographische Verfahren zu brechen. Bei Verschlüsselungsalgorithmen bedeutet dies, daß es gelingt, aus dem verschlüsselten Text den ursprünglichen Klartext zu ermitteln, ohne daß zusätzliche Informationen bekannt sind. Dabei sind als relevante Ressourcen auf Angreiferseite z. B. die verfügbare Rechenleistung, Hilfsmittel wie Analysetools, vorhandene Kenntnisse, verfügbare Arbeitszeit, Kenntnisse über Schwachstellen etc. zu berücksichtigen. Werden also unsichere kryptographische Algorithmen eingesetzt, besteht für Angreifer die Möglichkeit, den kryptographischen Schutz zu unterlaufen.

Ob jedoch ein kryptographischer Algorithmus unsicher ist, muß jeweils im Einzelfall untersucht werden. Es gibt jedoch einige Kriterien, die auf Unsicherheiten schließen lassen:

Werden bei symmetrischen Verschlüsselungsverfahren geheime Schlüssel benutzt, deren effektive Länge geringer als 60 Bit ist, so können sie heute mit massivem Rechnereinsatz durch Ausprobieren aller potentiell möglichen Schlüssel gebrochen werden. Mit steigender Rechnerleistung ist anzunehmen, daß diese Grenze in Zukunft auf 80 Bit steigen wird.
Werden bei asymmetrischer Verschlüsselungs- und Signaturverfahren Algorithmen eingesetzt, deren Sicherheit auf dem Problem des Faktorisierens großer Zahlen basiert, so wird heute angenommen, daß Schlüssellängen von weniger als 768 Bit als unsicher zu betrachten sind. Dies begründet sich in den Fortschritten bei der Entwicklung effizienter Faktorisierungsalgorithmen, die heute unter massivem Rechnereinsatz Faktorisierungen von Zahlen mit rund 500 Bit erlauben. Daneben ist die mögliche Entwicklung von opto-elektronischen Beschleunigern für einen wesentlichen Teil- Rechenschritt bei diesen Verfahren in Betracht zu ziehen, was diese wesentlich beschleunigen würde.
Hashfunktionen, die eine beliebig lange Zeichenkette auf einen Hashwert mit konstanter Bitlänge abbilden, können als unsicher betrachtet werden, wenn die konstante Länge des Hashwertes geringer ist als 128 Bit, da sonst zwei Zeichenketten ermittelt werden können, die den gleichen Hashwert ergeben.
Kryptographische Algorithmen, die von unerfahrenen Entwicklern entworfen wurden und nicht in der wissenschaftlichen Szene untersucht wurden, sollten als potentiell unsicher betrachtet werden, da die Entwicklung sicherer kryptographischer Algorithmen langjährige Erfahrung voraussetzt.
Nicht veröffentlichte kryptographische Algorithmen, die auffällig schnell in Software ablaufen, sollten ebenfalls als potentiell unsicher betrachtet werden. Die Erfahrung zeigt, daß sichere Algorithmen meist auf komplexen mathematischen Funktionen beruhen müssen.
Bei der Anwendung kryptographischer Verfahren werden häufig Zufallszahlen benötigt. Schlechte Zufallszahlengeneratoren können dazu führen, daß die damit erzeugten Werte vorhersagbar sind. Dadurch können z. B. kryptographische Checksummen, die die Nachrichtenintegrität sicherstellen sollen, wertlos werden.

Von diesen Kriterien betroffen ist beispielsweise der weltweit sehr häufig eingesetzte DES- Algorithmus zur symmetrischen Verschlüsselung. Dieser benutzt eine effektive Schlüssellänge von 56 Bit. Der sogenannte Tripel-DES-Algorithmus als dreifache Hintereinanderausführung mit zwei Schlüsseln hat eine effektive Schlüssellänge von 112 Bit und kann zur Zeit als ausreichend sicher betrachtet werden. Auch betroffen ist der RSA-Algorithmus, der als asymmetrisches Verfahren auf dem Faktorisierungsproblem basiert. Wird dieser mit einer Schlüssellänge unter 512 Bit betrieben, kann von potentiellen Unsicherheiten ausgegangen werden. Für die nächsten Jahre wird eine Schlüssellänge von mehr als 1024 Bit als ausreichend sicher angesehen.

Ein häufiges Beispiel unsicherer, aber sehr schneller Algorithmen ist die sogenannte XOR-Funktion, bei der konstante Werte mit dem ursprünglichen Klartext auf einfache Weise verknüpft werden. Dies ist ein hochperformanter Algorithmus, der jedoch sehr schnell gebrochen werden kann. Die XOR-Funktion kann andererseits aber der sicherste Verschlüsselungsalgorithmus überhaupt sein, wenn die zu verschlüsselnden Daten mit nicht vorhersagbaren Zufallswerten XOR-iert werden (One-Time-Pad).

Für den Laien ist es praktisch unmöglich, festzustellen, ob ein kryptographischer Algorithmus ausreichend sicher ist. Daher sollten nur solche Algorithmen eingesetzt werden, die bekanntermaßen von Experten entwickelt wurden oder die einer langjährigen Untersuchung durch die wissenschaftliche Szene unterzogen wurden.