Sicherheit in Rechnernetzen: - Professur Datenschutz und ...

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4 A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr 3 A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr Dienste auch vermittelt werden können, wird angestrebt, alle Dienste in einem Netz zu vermitteln [Schö_84, ScSc_84, ScS1_84, Rose_85, Thom_87]. Damit auch breitbandige Dienste vermittelt zum Teilnehmer übertragen werden können, müssen neue Teilnehmeranschlußleitungen (Glasfaser) verlegt werden. Nach und nach wird dadurch ein Breitbandkabelverteilnetz überflüssig. Über ein breitbandiges diensteintegrierendes Vermittlungsnetz können nicht nur alle Dienste angeboten werden, die über ein Breitbandkabelverteilnetz und ein schmalbandiges Vermittlungsnetz zusammen angeboten werden können, sondern auch noch zusätzlich Dienste, die breitbandige Kommunikation zwischen Teilnehmern erfordern, z.B. Bildfernsprechen. wirken (TEMEX) sowie Telebanking (electronic cash) sind Dienste, die über das Fernsprechnetz bzw. das digitale Text- und Datennetz vermittelt werden, vgl. Bild 1-1. Das 1991 im Teilnehmeranschlußbereich noch fast überall analoge, im Fernbereich bereits weitgehend digitale Fernsprechnetz wird seit 1988 in einigen Ortsnetzen und ab etwa 1993 in der ganzen Bundesrepublik auch im Teilnehmeranschlußbereich nach und nach digitalisiert und danach jeweils alle diese Dienste mit höherer Qualität erbringen. Das analoge Fernsprechnetz und das dieselben Teilnehmeranschlußleitungen benutzende digitale Fernsprechnetz sind schmalbandige Netze (≤ 1 Mbit/s), d.h. sie sind im Gegensatz zu breitbandigen Netzen (> 1 Mbit/s) nicht in der Lage, Bewegtbilder hoher Qualität (z.B. Fernsehen) zu übertragen. Dienste Netze Netze Netze Netze 1986 ab 1988 ab 1990 ab 1992 Radio Fernsprechen Bildschirmtext TELEBOX Fern- Datenübertragung sprech TELEFAX netz Inte- TEMEX Breit- griertes ISDN band- Breit- Telex inte- ISDN band- Teletex griertes fern- DATEX-L Text- und melde- DATEX-P Datennetz netz Bank Fernseher Teilnehmeranschlußleitung Netzabschluß Bildtelefon Vermittlungszentrale 1 Telefon Bildfernsprechen Videokon- Videokonferenz BIGFON ferenznetz Bildschirmtext Hörfunk Gemein- Breit- Breit- Fernsehen schafts- band- band- Videotext antennen- kabelver- kabelveranlagen teilnetz teilnetz Vermittlungszentrale 2 Teilnehmer 1 Vermittlungsnetze Verteilnetze Teilnehmer 2 Bildschirmtextzentrale Bild 1-2: Entwicklung der leitungsgebundenen Kommunikationsnetze der Deutschen Bundespost Telekom (jetzt Deutsche Telekom AG) wie 1984 geplant und im Wesentlichen realisiert Bild 1-1: Ausschnitt eines Rechnernetzes Da digitale Werte in modernen technischen Systemen nicht nur leichter übertragen, sondern auch leichter verarbeitet, insbesondere vermittelt, werden können, wird das diensteintegrierende Netz ein von Teilnehmerstation zu Teilnehmerstation digitales Netz sein. Solch ein Kommunikationsnetz nenne ich „diensteintegrierendes Digitalnetz“, während ich die Abkürzung ISDN (Integrated Services Digital Network) nur für das von der Deutschen Telekom AG betriebene, weiteren Einschränkungen genügende diensteintegrierende Digitalnetz verwende. Schon 1986 ersparte die Digitalisierung 40% der Kosten bei der Fernvermittlungstechnik und war bei der Ortsvermittlungstechnik mit fallender Tendenz schon damals nicht teurer [Schö_86]. Beide bringen je 65% Raumersparnis, was die Hochbaukosten enorm senkt, und der schnellere Verbindungsaufbau und die größere Netzflexibilität sparen 15 bis 20% der erforderlichen Übertragungskapazität. Zur Zeit benutzen wir also zwei grundsätzlich verschiedene Typen von Kommunikationsnetzen: • Verteilnetze, in denen alle Teilnehmerstationen vom Netz dasselbe erhalten und jeder Teilnehmer lokal auswählt, ob und, wenn ja, was er tatsächlich empfangen will, und • Vermittlungsnetze, in denen jede Teilnehmerstation vom Netz individuell nur das erhält, was der Teilnehmer angefordert oder ein anderer Teilnehmer an ihn gesendet hat. In fast allen realisierten und geplanten öffentlichen Verteilnetzen findet Kommunikation nur in einer Richtung, vom Netz zum Teilnehmer, statt [Krat_84, DuD_86]; in Vermittlungsnetzen wird generell in beiden Richtungen kommuniziert. Da langfristig ein Netz für alle Dienste, ein sogenanntes diensteintegrierendes Netz, zumindest im Teilnehmeranschlußbereich preiswerter als mehrere verschiedene Netze ist, und da alle verteilten
6 A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr 5 A. Pfitzmann: Datensicherheit und Kryptographie; TU Dresden, WS2000/2001, 15.10.2000, 15:52 Uhr 1.2.1 Was ist zu schützen? Eine übliche Einteilung der Bedrohungen und korrespondierenden Schutzziele für Systeme der Informationstechnik (IT-Systeme) ist folgende Dreiteilung [VoKe_83, ZSI_89]: 1. unbefugter Informationsgewinn, d.h. Verlust der Vertraulichkeit (confidentiality), 2. unbefugte Modifikation von Informationen, d.h. Verlust der Integrität (integrity), und 3. unbefugte Beeinträchtigung der Funktionalität, d.h. Verlust der Verfügbarkeit (availability). Entsprechende Beispiele mögen dies erläutern: 1. Werden die Krankengeschichten (Untersuchungen, Diagnosen, Therapieversuche, ...) nicht mehr auf Karteikarten, sondern in Rechnern gespeichert, so ist es sicherlich unerwünscht, daß der Rechnerhersteller bei Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen lesenden Zugriff auf diese Daten erhält. 2. Lebensgefährlich für die Patienten kann es werden, wenn jemand unbefugt und unbemerkt Daten ändert, z.B. die Dosierungsanweisung für ein zu verabreichendes Medikament. 3. Ebenfalls lebensgefährlich kann es werden, wenn die Krankengeschichte nur im Rechner gespeichert ist, dieser aber gerade erkennbar ausgefallen ist, wenn eine Abfrage für eine Therapiemaßnahme erfolgen muß. Ersetzt das breitbandige ISDN (abgekürzt Breitband-ISDN oder B-ISDN [Steg_85]) das Breitbandkabelverteilnetz, wodurch einerseits der Unterhalt des Breitbandkabelverteilnetzes eingespart und andererseits hochauflösendes Fernsehen (High Definition TV, HDTV) in größerem Umfang angeboten werden kann, wird es Integriertes Breitbandfernmeldenetz (IBFN) genannt [ScS1_84, Thom_87]. Pilotversuche zur Erprobung des IBFN sind unter der Abkürzung BIGFON (Breitbandiges integriertes Glasfaser-Fernmeldeortsnetz) bekannt [Brau_82, Brau_83, Brau_84, Brau_87]. Inzwischen ist der Name IBFN etwas aus der Mode gekommen und nach Aufhebung des Netzmonopols ist das Ziel einer derart weitreichenden monolithischen Infrastruktur auch weniger öffentlichkeitswirksam. Obwohl es inzwischen mehrere Netzbetreiber gibt, die jeweils nicht mit dem Ziel IBFN werben, geht die technische Entwicklung weiterhin in diese Richtung. Beispielsweise liegen in den Neuen Bundesländern inzwischen Glasfasern bis in die meisten Häuser – wenn auch meistenteils bisher ungenutzt. Letzteres kann vergleichsweise schnell geändert werden. Seit etwa 1994 wird über die Vision eines alle Dienste integrierenden Netzes weniger aus der Sicht der Übertragungstechnik diskutiert, wie im Jahrzehnt davor, sondern mehr aus der Sicht der Rechnerkommunikation: Das Internet übernimmt die Hoffnungen, Ziele und Illusionen von IBFN, es soll das Medium auch für Massenkommunikation werden. Statt gigantischer Bandbreite wie bei IBFN stehen hochwertige Datenkompressionstechniken und adaptive Dienstgestaltung im Mittelpunkt des Interesses. Die geschilderte Entwicklung ist in Bild 1-2 etwas detaillierter dargestellt. Nicht dargestellt und im folgenden auch erst in §5.7 explizit behandelt sind Funknetze, die als Anschlußnetze für ortsbewegte Teilnehmer, als Ersatznetze in Katastrophenfällen und als Garanten grenzüberschreitender Informationsfreiheit bleibende Bedeutung haben. Leider ist keine Klassifikation der Bedrohungen bekannt. Insbesondere ist die obige Dreiteilung selbst mit den von mir bei den Beispielen kursiv zugefügten Attributen keine Klassifikation: Wird ein gerade nicht ausgeführtes Programm im Speicher unbefugt modifiziert, handelt es sich um unbefugte Modifikation von Information. Wird das in gleicher Weise unbefugt modifizierte Programm ausgeführt, handelt es sich um eine unbefugte Beeinträchtigung der Funktionalität. Wegen dieser durch die Interpretierbarkeit von Information bedingten Abgrenzungsschwierigkeiten wollen manche Wissenschaftler nicht zwischen der 2. und 3. Bedrohung unterscheiden. Ich persönlich halte diese Unterscheidung aber unter pragmatischen Gesichtspunkten für sinnvoll. Denn bei den später behandelten Schutzmaßnahmen kann man meist klar unterscheiden, welchem der drei Schutzziele sie dienen. Zusätzlich hat diese Unterscheidung eine Entsprechung im Korrektheitsbegriff, wenn man die von mir bei den Beispielen kursiv zugefügten Attribute unbemerkt bzw. erkennbar in die Definitionen von Integrität bzw. Verfügbarkeit hineinnimmt: Integrität (= keine unbefugte und unbemerkte Änderung von Information) entspricht dann der partiellen Korrektheit eines Algorithmus: Wenn er ein Ergebnis liefert, ist es richtig. Integrität und Verfügbarkeit zusammen entsprechen dann der totalen Korrektheit7eines Algorithmus: Es wird ein richtiges Ergebnis geliefert (genügend Betriebsmittel für die Ausführung des Algorithmus vorausgesetzt, s.u.). Charakteristisch für fast alle Anwendungen mit Verfügbarkeitsanforderungen ist, daß richtige Ergebnisse nicht irgendwann in der Zukunft, sondern zu realen Zeitpunkten (nächste notwendige Therapiemaßnahme im obigen Beispiel) benötigt werden. Zugespitzt sorgen Maßnahmen zur Sicherung der Integrität dafür, daß das Richtige geschieht und Maßnahmen zur Sicherung der Verfügbarkeit, daß es rechtzeitig geschieht [Hopk_89]. Der Nachweis der totalen Korrektheit allein reicht also im allgemeinen als Nachweis für Verfügbarkeit nicht aus. Zusätzlich müssen mindestens noch die benötigten Betriebsmittel analysiert und ihr ausreichendes verfügbar sein nachgewiesen werden. Also gilt: Neben diesen digitalen öffentlichen Weitverkehrsnetzen gibt es lokale Rechnernetze (LANs) – ohne sie hätte dieses Skript den Weg vom Rechner zum Drucker nicht so bequem gefunden. Auch sind beispielsweise moderne Krankenhäuser und Verwaltungen bereits heute auf das Funktionieren ihrer LANs auf Gedeih und Verderb angewiesen. Zukünftig werden nicht nur Flugzeuge von Rechnernetzen kontrolliert (Schlagwort: fly-by-wire; erstes ziviles Flugzeug ist der Airbus 320, erster Flug 1988 oder früher), sondern auch Autos. Bei letzteren wird von CANs (Controller Area Networks6 ) gesprochen, die Rechner an Instrumenten, Motor und Bremsen verbinden. Bereits heute sind viele LANs, oftmals via öffentlicher Weitverkehrsnetze, verbunden. Und auch bei CANs kann dies sinnvoll sein. Kurzum: Oftmals bereits heute, in wenigen Jahren aber nahezu umfassend, werden Interaktionen mit technischen Geräten Ein- und Ausgaben an und von Rechnernetzen sein. Daß wir mit einem Rechnernetz interagieren, wird uns dabei immer weniger auffallen, da die Rechner in ihrem Erscheinungsbild in den Hintergrund treten, nicht aber bzgl. ihrer Sicherheit(sprobleme). 1.2 Was bedeutet Sicherheit? Integrität und Verfügbarkeit ≈ totale Korrektheit und ausreichend Betriebsmittel verfügbar In diesem zweiten Teil der Einführung wird nun darauf eingegangen, welche Gefahren allgemein in und von informationstechnischen Systemen (IT-Systemen) drohen. Man denke an Fehler von Menschen, Ausfälle von integrierten Schaltkreisen, aber auch bewußt böswilliges Verhalten von Menschen, die sich hierzu natürlich auch der Hilfe von IT-Systemen (Rechner, Kommunikationssysteme, etc.) bedienen können. Ein paar Anmerkungen zur obigen Einteilung von Bedrohungen und Schutzzielen sind angebracht: Nach einer kurzen Aufzählung, was zu schützen ist, wird diskutiert, vor wem zu schützen ist und auf welchen Ebenen die Schutzmechanismen ansetzen müssen. 7 Bei sequentiellen Algorithmen gilt: totale Korrektheit = partielle Korrektheit und Terminierungsnachweis. Bei reaktiven Systemen ist statt des Terminierungsnachweises der Nachweis von Fairness- und Lebendigkeitseigenschaften notwendig. 6 Manchmal wird dieser Name nicht für eine Klasse von Rechnernetzen, sondern für ein spezielles benutzt: Bosch entwickelte das „Controller Area Network (CAN)“, das inzwischen international genormt ist (ISO 11898).
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