Kryptografische Hashfunktionen und digitale Signaturen

Eine Funktion die Eingabedaten fester Länge (z.B. Passwort) in einen Hashwert fester Länge umwandelt.

Eine Familie von kryptografischen Hashfunktionen, die aus SHA-256, SHA-512 und SHA-512/256 besteht. Sie basieren auf der Merkle-Damgård Konstruktion.

Eine Sicherheitslücke, die es Angreifern ermöglicht, den Hashwert einer Nachricht zu ändern, ohne den ursprünglichen Nachrichtentyp zu verändern.

Eine Variante von SHA-512, die nur 256 Bit für die Hashberechnung nutzt, wodurch sie resistent gegen Length-Extension-Angriffe ist.

Ein neuerer Standard für kryptografische Hashfunktionen. Basiert auf dem Sponge-Prinzip.

Ein Prinzip für Hashfunktionen, das mit einem variablen Datenblock arbeitet. Die Eingabedaten werden durch einen „Schwamm“ geleitet und anschließend wird die Ausgabe „ausgequetscht“.

Ein Verfahren, das die Integrität und Authentizität von Daten nachweist. Es wird ein gemeinsames Geheimnis, ein Key, eingesetzt, um die Daten zu verarbeiten und die Echtheit und Unverfälschtheit zu garantieren.

Ein gemeinsamer Schlüssel, der von zwei Parteien zum Absichern von Kommunikation verwendet wird.

Eine kryptografische Hashfunktion H ist eine mathematische Funktion, die eine beliebige Eingabe (z. B. eine Datei oder Nachricht) in einen eindeutigen und kurzen Hashwert (auch Prüfsumme genannt) umwandelt.

Die Einweg-Eigenschaft bedeutet, dass es unmöglich ist, aus dem Hashwert die Original-Eingabe zu berechnen. Mit anderen Worten, man kann den Hashwert nicht 'rückwärts' decodieren.

Schwache Kollisionsresistenz bedeutet, dass es sehr schwierig ist, eine zweite Eingabe zu finden, die den gleichen Hashwert wie eine gegebene Eingabe erzeugt.

Starke Kollisionsresistenz bedeutet, dass es praktisch unmöglich ist, zwei verschiedene Eingaben zu finden, die den gleichen Hashwert erzeugen.

Eine Blockchiffre wie AES kann für die Berechnung von Hashwerten verwendet werden. Man verwendet den letzten Block des verschlüsselten Textes als Hashwert. Der Schlüssel muss nicht geheim gehalten werden, da hier nur die Integrität der Daten relevant ist.

SHA-1 war eine weit verbreitete Hashfunktion, ist aber aufgrund von Sicherheitslücken nicht mehr sicher zu verwenden.

Dedizierte Hashfunktionen sind speziell für die Berechnung von Hashwerten entwickelt worden. Sie sind effizienter als Blockchiffren für diese Aufgabe.

Der Hashwert h ist eine kompakte, nicht reversible Darstellung der ursprünglichen Nachricht m.

Eine Kollision tritt auf, wenn zwei verschiedene Nachrichten m1 und m2 denselben Hashwert h erzeugen, also H(m1) = H(m2).

Hashfunktionen sind nicht injektiv, das heißt, verschiedene Nachrichten können denselben Hashwert haben. Kollisionen sind möglich, aber unwahrscheinlich, wenn die Hashfunktion sicher ist.

Die Integrität einer Nachricht wird durch eine Hashfunktion geschützt. Wenn sich die Nachricht verändert, ändert sich der Hashwert, was Manipulationen aufdeckt.

Die Merkle-Damgård-Konstruktion ist eine effiziente Methode, um Hashfunktionen zu erstellen. Sie zerlegt Nachrichten in Blöcke und verarbeitet diese schrittweise mit einer Kompressionsfunktion.

Die Kompressionsfunktion f verarbeitet einen Nachrichtenblock zusammen mit dem vorherigen Ergebnis und erzeugt ein neues, kompakteres Ergebnis. Dieser Prozess wird wiederholt, bis der gesamte Nachrichtenblock verarbeitet ist.

Bekannte Hashfunktionen, wie MD5 und SHA-1, nutzen die Merkle-Damgård-Konstruktion. Neuere und stärkere Algorithmen wie SHA-2 und SHA-3 basieren auf anderen Konstruktionen.

Der interne Zustand der Hashfunktion wird als Hashwert (h) ausgegeben.

HMAC (Hash-based Message Authentication Code) ist eine Methode zur Authentifizierung von Nachrichten mithilfe eines geheimen Schlüssels und einer Hashfunktion.

HMAC-Verfahren verhindern Length Extension Angriffe, indem der interne Zustand der Hashfunktion nicht als Ausgabe herausgegeben wird. Dazu wird der Schlüssel in zwei Teile aufgeteilt und mit der Nachricht kombiniert, bevor die Hashfunktion ausgeführt wird.

ipad und opad sind festgelegte Bitfolgen, die nicht geheim sind. Sie werden verwendet, um den Schlüssel in zwei Teile aufzuteilen, die dann mit der Nachricht und dem internen Hashwert kombiniert werden.

AEAD (Authenticated Encryption with Associated Data) kombiniert Verschlüsselung und Authentizität in einem Mechanismus. Dadurch reduziert man Schwachstellen, da nicht mehr separate Verschlüsselungs- und Authentifizierungsalgorithmen verwendet werden müssen.

Eine Blockchiffre ist eine symmetrische Verschlüsselungsmethode, bei welcher der Klartext in Blöcke fester Größe aufgeteilt wird.

Padding Oracle Attack ist eine Art Angriffsmethode gegen AE-Modi, bei welcher die Verschlüsselung und Authentifizierung separat ausgeführt werden. Der Angreifer kann das Padding der Nachricht manipulieren, um Informationen über den Klartext zu erhalten.

Ein Verfahren, das sowohl Daten verschlüsselt als auch die Authentizität der Daten sicherstellt. Es ermöglicht die eindeutige Identifizierung des Absenders und schützt die Daten vor unbefugten Änderungen.

Unabhängige Daten, die zusammen mit einem verschlüsselten Text übertragen werden, aber nicht verschlüsselt sind. Diese Daten können beispielsweise Header-Informationen wie die IP-Adresse enthalten.

Eine bestimmte Reihenfolge, bei der die Daten zuerst verschlüsselt und dann mit einem eindeutigen Code versehen (MAC) werden, um die Integrität der Daten zu garantieren.

Ein Verfahren zur eindeutigen elektronischen Identifizierung des Absenders eines Dokuments, einer Nachricht oder anderer digitaler Inhalte.

Im Kontext der elektronischen Signatur werden Public-Key Verfahren verwendet, die jedoch nicht zur Verschlüsselung der Daten dienen.

Der private Schlüssel wird verwendet, um eine Nachricht zu signieren und der öffentliche Schlüssel wird verwendet, um die Signatur zu überprüfen.

Ein Hash-Algorithmus, der zum Erstellen eines eindeutigen "Fingerabdrucks" (Hash-Wert) einer Nachricht oder eines Dokuments verwendet wird.

Der Prozess der Überprüfung einer digitalen Signatur. Ermöglicht einer beliebigen Stelle, die Signatur einer Nachricht zu überprüfen und die Identität des Absenders zu bestätigen.

Ein Message Authentication Code (MAC) ist eine kryptographische Funktion, die einen geheimen Schlüssel verwendet, um die Integrität und Authentizität einer Nachricht zu überprüfen. Er garantiert, dass die Nachricht von einem autorisierten Absender stammt und während der Übertragung nicht verändert wurde.

Ein MAC-Verfahren verwendet einen geheimen Schlüssel (kAB), der von den Kommunikationspartnern (A und B) geteilt wird. Partner A berechnet den MAC für die Nachricht (m) mit der Funktion H(kAB || m), wobei kAB || m die Verkettung des Schlüssels und der Nachricht ist. Der MAC wird dann an Partner B gesendet.

Ein MAC-Verfahren kann mit einer Verschlüsselung kombiniert werden, um sowohl die Integrität als auch die Vertraulichkeit einer Nachricht zu gewährleisten. Der typische Ablauf ist 'Encrypt-then-MAC': Zuerst wird die Nachricht verschlüsselt (z.B. mit AES-CTR), dann wird der MAC auf den verschlüsselten Text berechnet (z.B. mit SHA-256).

Der Merkle-Damgård-Angriff ist ein Angriff auf Hashfunktionen, die die Merkle-Damgård-Konstruktion verwenden. Dieser Angriff funktioniert durch die Verlängerung der Nachricht mit zusätzlichen Blöcken, ohne die ursprünglichen Hashwerte zu kennen.

Bei einem Merkle-Damgård-Angriff wird die Länge der Nachricht manipuliert, ohne den ursprünglichen Hashwert zu verändern. Der Angreifer kann zusätzliche Daten hinzufügen und trotzdem den korrekten MAC erstellen.

Eine MAC-Funktion sollte nicht nur die Integrität der Nachricht gewährleisten, sondern auch resistenter gegen Angriffe wie den Merkle-Damgård-Angriff sein.

Es gibt verschiedene Sicherheitsmaßnahmen um den Merkle-Damgård-Angriff zu verhindern, z.B. die Verwendung von Hashfunktionen, die nicht auf der Merkle-Damgård-Konstruktion basieren (z.B. SHA-3).

Eine MAC-Funktion sollte sichere und robuste Algorithmen verwenden, um die Integrität und Authentizität von Nachrichten zu gewährleisten.