Sicherheit in Rechnernetzen: - Professur Datenschutz und ...

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A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr
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A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr
daß sie nicht alle von derselben Station (sofern nur manche Stationen nicht die gesamte Bandbreite
nutzen dürfen: ... sie nicht alle von einer dieser Stationen) stammen.
5.4.5.4.2 Kollisionsauflösungsalgorithmus mit Mittelwertbildung und
überlagerndem Empfangen
DC-Netz gegenüber dem Angreifer perfekte informationstheoretische Anonymität innerhalb irgendeiner
Gruppe bietet, die beide Teilnehmerstationen enthält. Letzteres ist eine besonders effiziente
Implementierung des auf Sender-Anonymität basierenden Konzelations-Protokolls von Alpern und
Schneider [AlSc_83], das schon vor der Erfindung von Kommunikationsnetzen mit Sender-Anonymität
veröffentlicht wurde. Mit dem von Axel Burandt entworfenen Code [Bura_88] kann erreicht
werden, daß beide Partner mit informationstheoretischer Sicherheit überprüfen können, ob Dritte den
Nachrichtentransfer störten, so daß perfekte informationstheoretische Integrität erreichbar ist.
Die modulo-g-Addition des überlagernden Sendens wird zur (echten) Addition bis zum Wert g-1 verwendet,
um mittels dieser Addition den abgerundeten Mittelwert Ø aller an einer Kollision
beteiligten Informationseinheiten zu berechnen. Jede Station läßt die Größe ihrer Informationseinheit
im Vergleich zu Ø darüber entscheiden, wann sie nochmals sendet (Mittelwertvergleich).
Damit es sich bei der modulo-g-Addition um eine (echte) Addition handelt, muß die Summe aller
beteiligten Informationseinheiten kleiner g sein. Dies ist bei s Stationen, von denen jede maximal m
Informationseinheiten gleichzeitig senden darf, und einer maximalen Größe G (im Sinne der Interpretation
der Binärcodierung der Informationseinheiten als Dualzahl) von Informationseinheiten mit
Sicherheit immer dann der Fall, wenn g > s•m•G. Sofern nicht alle kollidierten Informationseinheiten
gleich sind, gibt es immer mindestens eine kleiner und eine größer als Ø . Da dann beim Mittelwertvergleich
nie alle dasselbe Ergebnis erhalten, senden entsprechend nie sofort alle noch mal oder
keiner sofort noch mal. Deshalb wird keinerlei Bandbreite verschwendet.
Bild 5-13 zeigt ein passendes Nachrichtenformat für eine sendende Station. Bei einer nicht sendenden
Station sind alle Bits der Nachricht, auch das letzte, 0. Die führenden Nullen in Bild 5-13 sind
nötig, um einen Überlauf bei der Addition zu verhindern. Bild 5-14 zeigt ein detaillierteres Beispiel
mit dem in Bild 5-13 angegebenen Nachrichtenformat. Weder in Bild 5-13 noch in Bild 5-14 noch im
folgenden Text ist dargestellt, daß bei Verwendung dieses Mehrfachzugriffsverfahrens im DC-Netz
zusätzlich noch paarweise ausgetauschte Schlüssel überlagert werden. Da deshalb die führenden
Nullen im allgemeinen nicht als Nullen übertragen werden, müssen die ihnen entsprechenden Zeichen
tatsächlich übertragen werden.
T2
Y X
T 1
Y
X
X Y
ohne überlagerndes Empfangen
T2
X+Y - Y = X
X Y
X+Y X+Y
T1 X+Y - X = Y
X+Y
mit paarweisem überlagerndem Empfangen
Zeit
Bild 5-12: Paarweises überlagerndes Empfangen der Teilnehmerstationen T 1 und T 2
5.4.5.4.1 Kriterien für die Erhaltung von Anonymität und Unverkettbarkeit
ld s•m•G + 1
ld s•m + 1
1
ld G + 1
ld s•m
0 ... 0 Informationseinheit
0 ... 0
Bild 5-13: Nachrichtenformat für Kollisionsauflösungsalgorithmus mit Mittelwertbildung und überlagerndem
Empfangen
Mehrfachzugriffsverfahren sollten, um die Anonymität des Senders zu erhalten und Verkehrsereignisse
nicht zu verketten,
1. alle Stationen absolut gleich behandeln bzw. handeln lassen (beispielsweise sollten Stationen
keine eineindeutige Nummer wie in dem Bitleisten-Protokoll (Bit-Map Protocol) in [Tane_81
Seite 296] oder in dem Gruppentest-Protokoll (Group Testing Protocol) in [BMTW_84 Seite
771] haben),
2. keine Beziehungen zwischen Verkehrsereignissen herstellen (beispielsweise „Wenn dies von
Station A gesendet wurde, wurde jenes von Station B gesendet.“ oder „Wenn dies von Station
A gesendet wurde, wurde jenes nicht von Station B gesendet.“, wobei in beiden Fällen in der
Praxis häufig A=B vorkommt),
3. jeder Station erlauben, die gesamte Bandbreite zu nutzen, wenn keine andere Station etwas
sendet.
1. ist notwendig und hinreichend für perfekte Anonymitätserhaltung des Senders. Mit dem in
§5.4.5.2 für das überlagernde Senden geführten Beweis ist 1. auch hinreichend für perfekte informationstheoretische
Anonymität des Senders, sofern dieser sich nicht über den Nachrichteninhalt oder
verkettbare Nachrichten explizit identifiziert.
2. ist notwendig und hinreichend für perfekte Unverkettbarkeitserhaltung. Mit dem in §5.4.5.2
für das überlagernde Senden geführten Beweis ist 2. auch hinreichend für perfekte informationstheoretische
Unverkettbarkeit von Sendeereignissen, sofern diese nicht über den Nachrichteninhalt
oder Adressen explizit verkettet sind.
3. ist notwendig für perfekte Unverkettbarkeitserhaltung. Dürfte nicht jede Station die gesamte
Bandbreite nutzen, wären alle nahezu gleichzeitig stattfindenden Sendeereignisse insoweit verkettbar,