Sicherheit in Rechnernetzen: - Professur Datenschutz und ...

248
A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr
247
A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr
Da Angreifer, die Leitungen (oder allgemeiner: Kommunikationskanäle) abhören, auch keine
unnötige Protokollinformation erhalten sollten, muß Verbindungs-Verschlüsselung in der tiefsten
Schicht erfolgen, die mit digitalen Daten (im Gegensatz zu analogen Signalen) arbeitet. Deshalb ist
Schicht 1 (Bitübertragungsschicht, physical layer) die für Verbindungs-Verschlüsselung geeignete
Schicht. Auf Kommunikationskanälen, die jeweils zwei Instanzen der Schicht 1 exklusiv zugeordnet
sind, kann – wie in §3 beschrieben – durch Einsatz einer Stromchiffre vor dem Angreifer sogar ohne
zusätzliche Kosten verborgen werden, ob und wieviel Information auf dem Kommunikationskanal
fließt.
Diese Schichten (aber leider noch viele andere) werden in [ISO7498-2_89] als mögliche Implementierungsorte
für Ende-zu-Ende- und Verbindungs-Verschlüsselung genannt. Hoffentlich führen
die obigen Argumente dazu, daß sie (und nicht nur jeweils höher liegende oder gar keine) als Implementierungsort
gewählt werden, auch wenn sich manche Implementierer davon eine leichtere oder
schnellere Implementierung und alle Geheimdienste umfassendere Arbeitsmöglichkeiten versprechen
mögen.
Mißtraut man der Implementierung einzelner (Teil)Schichten bezüglich Vertraulichkeit oder Integrität
(vgl. §5.1), sollten die Nutzdaten dieser Schicht von der nächst höheren zum Zwecke der
Konzelation oder Integrität verschlüsselt werden (vgl. §3). Hierdurch können zusätzliche Ende-zu-
Ende- oder Verbindungs-Verschlüsselungen entstehen. Letzteres erscheint weniger notwendig, da die
Entwurfskomplexität tieferer (Teil)Schichten geringer als die höherer (Teil)Schichten und unter
anderem deshalb Fernwartung zur Korrektur von Fehlern in tieferen (Teil)Schichten überflüssig und
nicht vorgesehen ist.
• Jeder Teilnehmer ist sowohl frei, wieviel Rechenleistung er „besitzt“ als auch, wieviel davon
er für externe Dienstanforderungen bereitstellt. Letzteres kann er frei wählen und dies sogar
von seiner Station (pseudo)zufällig über die Zeit verteilt tun lassen.
• Beim DC-, RING- und BAUM-Netz werden alle Stationen so ausgelegt, daß jede einzelne die
gesamte Bandbreite zum Senden nutzen kann. Dies verhindert allerdings einige in [Pfit_89]
beschriebene Optimierungen zur Einsparung von Betriebsmitteln.
• Bei Verteilung werden alle Stationen so ausgelegt, daß sie die gesamte Bandbreite zum
Empfangen nutzen können. Dies verhindert allerdings einige in [Pfit_89] beschriebene
Optimierungen zur Einsparung von Betriebsmitteln.
Mit großem Aufwand und einschneidenden Einschränkungen der nutzbaren Leistung kann der
aktive Angriff auch durch statische Aufteilung der Betriebsmittel vollständig verhindert werden: Vor
der eigentlichen Dienstanforderung werden alle Pseudonyme anonym und unverkettbar bekanntgegeben,
unter denen in der anstehenden Dienstphase ein Dienst angefordert werden wird. Sei n die
Anzahl dieser Pseudonyme. Jede Station stellt dann jeder Dienstanforderung genau den n-ten Teil der
minimalen im Kommunikationsnetz verfügbaren Rechenleistung sowie der minimalen im
Kommunikationsnetz verfügbaren Sende- und Empfangsbandbreite zur Verfügung.
Für den praktischen Einsatz ist ein geeigneter Kompromiß zwischen der statischen und
dynamischen Betriebsmittelaufteilung zu finden.
Teilnehmerstation
Vermittlungszentrale
Vermittlungszentrale
Teilnehmerstation
OSI-Schichten
Es sei angemerkt, daß Angriffe über Betriebsmittelknappheit und ihre Verhinderung durch statische
Aufteilung der Betriebsmittel in einem anderen Kontext altbekannt sind: Benutzen zwei Prozesse
gemeinsame Betriebsmittel, z.B. zwei Rechenprozesse denselben Prozessor, so kann bei fairer
dynamischer Betriebsmittelaufteilung jeder der beiden Prozesse den anderen dadurch verzögern, daß
er Betriebsmittel länger benutzt. Hat einer Zugriff auf die reale Zeit, so kann er diese Verzögerung
feststellen. Diese modulierbare Verzögerung stellt einen verborgenen Kanal vom anderen Prozeß zu
ihm dar, vgl. §1.2.2.
7 application
6 presentation
5.4.9 Einordnung in ein Schichtenmodell
5 session
Ende-zu-Ende-
Verschlüsselung
Ende-zu-Ende-
Verschlüsselung
4 transport
3 network
2 data link
Verbindungs-
Verschlüsselung
Verbindungs-
Verschlüsselung
Verbindungs-
Verschlüsselung
Verbindungs-
Verschlüsselung
1 physical
0 medium
Bild 5-39: Einordnung der Ende-zu-Ende- und Verbindungs-Verschlüsselung in das ISO OSI
Referenzmodell
Um den Entwurf, das Verständnis, die Implementierung und die Verbindung von Kommunikationsnetzen
zu erleichtern, werden sie als geschichtete Systeme entworfen. Jede Schicht benutzt die
Dienste der nächst tieferen Schicht sowie durch ihr sogenanntes Protokoll reglementierte Kommunikation
zwischen ihren Instanzen, um der nächst höheren Schicht einen komfortableren Dienst anzubieten.
Die Internationale Normungsbehörde (International Standards Organization, abgekürzt ISO)
normte ein 7-Schichten-Modell, das „Grundlegende Referenzmodell für die Verbindung offener
Systeme“ (Basic reference model for Open Systems Interconnection, abgekürzt OSI), dessen Schichten
– wenn nötig – zu Teilschichten verfeinert werden, etwa um es Lokalen Netzen anzupassen. Da
alle internationale Normungsarbeit sich auf dieses ISO OSI Referenzmodell bezieht, geben die folgenden
beiden Bilder die passenden Schichten für Ende-zu-Ende- und Verbindungs-Verschlüsselung
bzw. die Grundverfahren zum Schutz der Verkehrs- und Interessensdaten an.
Das Grundverfahren zum Schutz des Empfängers verwendet Verteilung (broadcast).
Verteilung kann in einem beliebigen Kommunikationsnetz durch geeignete Wegeermittlung
(routing) in Schicht 3 (Vermittlungsschicht, network layer) realisiert werden, so daß Schicht 4 nur
noch implizite Adressen generieren und auswerten muß. Eine mögliche Realisierung von Verteilung
Um beispielsweise Vermittlungszentralen keine unnötige Protokollinformation zugänglich zu machen,
muß Ende-zu-Ende-Verschlüsselung in der tiefsten Schicht erfolgen, deren Protokoll Ende-zu-Ende,
d.h. direkt zwischen den Teilnehmerstationen der Kommunikationsnetzbenutzer arbeitet. Deshalb ist
Schicht 4 (Transportschicht, transport layer) die für Ende-zu-Ende-Verschlüsselung geeignete
Schicht. 121
Da zur Protokollumsetzung auf einer höheren Schicht als der Transportschicht die Daten der Transportschicht
interpretiert werden müssen, müssen sie vom Gateway interpretiert werden können und dürfen folglich nicht Endezu-Ende-verschlüsselt
sein. Bei nichtkanonischen Kommunikationsnetzen kann die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
folglich bestenfalls auf einer höheren Teilschicht der höchsten Schicht erfolgen, auf der die Netze gekoppelt sind.
121 Dies gilt nicht unbedingt für nichtkanonische Kommunikationsnetze, etwa solche, die aus mehreren, auf einer
höheren Schicht als der Transportschicht gekoppelten Netzen bestehen. Bei solchen nichtkanonischen Netzen erfolgt
eine Protokollumsetzung mittels eines oder mehrerer Protokollumsetzer (Gateways) auf einer so hohen Schicht, daß
das Transportprotokoll nicht mehr Ende-zu-Ende, sondern nur Ende-zu-Gateway und Gateway-zu-Ende arbeiten kann.