Die Bedeutung der Kryptoanalyse in der modernen Cybersicherheit
Heutzutage stehen Unternehmen unter enormem Druck, ihre Geschäftsprozesse aufrechtzuerhalten. Für einen reibungslosen Ablauf ist es unerlässlich, dass das Sicherheitsteam das Unternehmen vor allen Bedrohungen schützt, die den Betrieb stören könnten.
Die Herausforderung besteht darin, dass Sicherheit von heute im Bereich der Unsicherheit von morgen liegen kann. Dies liegt daran, dass mit der fortlaufenden Entwicklung von Algorithmen auch neue Schwachstellen entstehen und Cyberkriminelle immer wieder neue Wege finden, die Kryptografie zu überwinden, auf die sich die meisten Unternehmen verlassen.
Kryptoanalyse, auch bekannt als Code-Tracking, bezeichnet ein tiefgreifendes Verständnis der Techniken, die zum Entschlüsseln und Abfragen von Codes, Chiffren oder verschlüsseltem Text verwendet werden. Mittels numerischer Regeln sucht die Kryptoanalyse nach der Verwundbarkeit eines Algorithmus und erweitert diese Erkenntnisse auf die Kryptografie in Informationssicherheitssystemen.
Dieser Leitfaden vermittelt Ihnen ein umfassendes Verständnis der Kryptoanalyse. Sie werden detailliert in die Thematik eingeführt und erfahren, wie Sie Ihr Unternehmen gegen kryptoanalytische Angriffe schützen können.
Was ist Kryptoanalyse?
Der Prozess der Kryptoanalyse zielt darauf ab, kryptografische Systeme zu untersuchen, um Schwachstellen und Informationslecks aufzudecken. Im Wesentlichen ist es eine detaillierte Analyse der Fehler in der mathematischen Grundlage eines kryptografischen Systems. Dies schließt Implementierungsschwachstellen wie Seitenkanalangriffe und schwache Entropieeingaben mit ein.
Kryptografische Systeme sind Computersysteme, die Kryptografie anwenden. Kryptografie ist eine Methode zum Schutz von Informationen und Kommunikation durch Code, so dass nur befugte Personen auf die Informationen zugreifen können.
Kryptoanalyse vs. Kryptografie
Die Kryptografie befasst sich mit der Verschleierung von Nachrichten, indem sie vor der Übertragung über unsichere Kanäle in einen nicht lesbaren Text umgewandelt werden. Die Kryptoanalyse hingegen versucht, aus diesen verschleierten Nachrichten über einen unsicheren Kanal Klartext zu gewinnen.
Kryptografie hat sich als entscheidender Vorteil bei der Informationsübermittlung erwiesen. Bankgeschäfte und E-Mails, bei denen Datensicherheit essenziell ist, sind hervorragende Beispiele für deren Anwendung. Kryptografieschemata verwenden geheime Schlüssel, öffentliche Schlüssel und Hash-Funktionen.
Die Kryptoanalyse ist die Kunst der Entschlüsselung verschlüsselter Texte in Klartext. In diesem Fall versucht eine nicht autorisierte Person, die Nachricht abzufangen und zu entschlüsseln.
Wer verwendet Kryptoanalyse?
Kryptoanalyse wird von einer Vielzahl von Organisationen eingesetzt. Dazu gehören Regierungen, die die private Kommunikation anderer Nationen entschlüsseln wollen, Unternehmen, die Sicherheitsmerkmale ihrer Sicherheitsprodukte testen, Hacker, Cracker, unabhängige Forscher und akademische Fachleute, die Schwachstellen in kryptografischen Protokollen und Algorithmen aufdecken möchten.
Der Fortschritt in der Kryptologie wird durch den ständigen Kampf zwischen Kryptographen, die Daten sichern wollen, und Kryptoanalytikern, die versuchen, Krypto-Systeme zu knacken, vorangetrieben.
Die Ziele eines Angreifers hängen von seinen spezifischen Bedürfnissen bei der Durchführung einer Kryptoanalyse ab. Eine erfolgreiche Kryptoanalyse zielt in der Regel darauf ab, Informationen aus dem verschlüsselten Text zu extrahieren. Dies kann ausreichend sein, um die Ziele der Angreifer zu erreichen, die von Person zu Person variieren können, einschließlich:
- Vollständiger Einbruch: Die Suche nach geheimen Schlüsseln.
- Globale Deduktion: Das Finden gleichwertiger Algorithmen für die Verschlüsselung und Entschlüsselung ohne Kenntnis der geheimen Schlüssel.
- Informationsableitung: Gewinnung von Informationen über Chiffretexte und Klartexte.
- Unterscheidungsalgorithmus: Unterscheidung der Verschlüsselungsausgabe von einer zufälligen Bitpermutation.
Betrachten wir ein praktisches Beispiel, das leicht zu verstehen ist. Beachten Sie jedoch, dass dieses Beispiel nicht für moderne kryptografische Chiffren gilt, sondern eine gute Grundlage für Ihr Verständnis bietet.
Die Frequenzanalyse-Technik kann auf einfache Verschlüsselungsalgorithmen angewendet werden. Die grundlegenden Verschlüsselungsalgorithmen verwenden monoalphabetische Substitutionen, bei denen jeder Buchstabe durch einen vorgegebenen Buchstaben aus demselben Alphabet ersetzt wird.
Dieses Modell stellt eine Verbesserung gegenüber noch grundlegenderen Techniken dar, bei denen Buchstaben um eine konstante Anzahl von Positionen verschoben wurden und alte Buchstaben durch neue, aus der resultierenden alphabetischen Position ersetzt wurden.
Monoalphabetische Substitutionschiffren sind zwar widerstandsfähig gegen blinde Suche, jedoch nicht unüberwindbar und können leicht von Hand entschlüsselt werden. Aber wie? Die Häufigkeitsanalyse nutzt die Eigenschaft, dass natürliche Sprache nicht zufällig ist und die monoalphabetische Substitution die statistischen Eigenschaften der Sprache nicht verbirgt.
Betrachten wir dies im Detail, etwa das spezifische Alphabet „E“ mit einer bestimmten Häufigkeit, sagen wir 12,7 %. Wenn Sie E ersetzen, um einen verschlüsselten Text zu erhalten, behält der resultierende Text seine ursprüngliche Häufigkeit. Wenn diese Häufigkeit dem Kryptoanalytiker bekannt ist, kann er schnell die Substitutionen bestimmen, um Ihren Chiffretext zu entschlüsseln.
Arten von kryptoanalytischen Angriffen
Kryptoanalytische Angriffe nutzen Schwachstellen in Ihrem System und entschlüsseln dessen Kryptografie. Um einen kryptoanalytischen Angriff auszuführen, ist es notwendig, die Art der Methode und die typischen Eigenschaften des Klartextes zu kennen. Dieser kann in jeder Sprache vorliegen, wie Englisch oder Java-Code.
Hier ist eine Liste verschiedener Angriffsarten. Die ersten fünf sind die häufigsten, während die anderen seltener vorkommen und daher manchmal übersehen werden, aber es ist trotzdem gut, sie zu kennen.
- Known-Plaintext Analysis (KPA): Hier hat der Angreifer Zugriff auf Klartext-Chiffretext-Paare. Der Angreifer muss nur noch die Paare zuordnen, um den Verschlüsselungsschlüssel zu finden. Dieser Angriff ist einfach anzuwenden, da der Angreifer über umfangreiche Kenntnisse verfügt.
- Chosen-Plaintext Analysis (CPA): Hier wählt der Angreifer zufällige Klartexte aus, verwendet diese, um den entsprechenden Chiffretext zu erhalten, und knackt schließlich den Verschlüsselungsschlüssel. Diese Methode ähnelt KPA, ist aber weniger erfolgreich.
- Ciphertext-Only Analysis (COA): Hier ist dem Angreifer ein Teil des Chiffretexts bekannt, und er versucht, den dazugehörigen Klartext und den Verschlüsselungsschlüssel zu finden. Der Angreifer versteht Ihren Algorithmus. Diese Technik ist die anspruchsvollste Methode. Sie hat aber eine erhebliche Erfolgsquote, da nur verschlüsselter Text erforderlich ist.
- Man-in-the-Middle (MITM)-Angriff: Dieser tritt auf, wenn zwei Parteien einen Schlüssel verwenden, um über einen scheinbar sicheren, jedoch kompromittierten Kanal zu kommunizieren.
- Adaptive Chosen Plaintext Analysis (ACPA): Dieser Fall ähnelt dem CPA. ACPA verwendet identifizierten Klartext und Chiffretext basierend auf den Daten, die es aus früheren Verschlüsselungen gelernt hat.
- Brute-Force-Angriff: Hier verwendet der Angreifer Algorithmen, um die möglichen logischen Sätze von Klartexten vorherzusagen. Der erratene Klartext wird dann verschlüsselt und mit der anfänglichen Chiffre verglichen.
- Wörterbuchangriffe: Hier vergleicht der Angreifer Klartext oder Schlüssel mit einem Wörterbuch. Diese Technik wird häufig verwendet, wenn versucht wird, verschlüsselte Passwörter zu knacken.
Wie funktioniert Kryptoanalyse?
Das Hauptziel der Kryptoanalyse ist es, Schwachstellen aufzudecken oder kryptografische Algorithmen zu umgehen. Kryptografen nutzen die Ergebnisse der Kryptoanalytiker, um vorhandene Algorithmen zu verbessern oder minderwertige Methoden zu perfektionieren.
Während die Kryptografie Verschlüsselungscodes und andere Techniken entwickelt und verbessert, konzentriert sich die Kryptoanalyse auf die Entschlüsselung verschlüsselter Daten. Die beiden Operationen ergänzen sich gegenseitig und sind Teil des Feldes der Kryptologie, der mathematischen Untersuchung von Codes, Chiffren und verwandten Algorithmen.
Forscher arbeiten mit großer Sorgfalt an der Entwicklung von Angriffsstrategien, die Verschlüsselungsschemata unterwandern und die Entschlüsselung von Chiffretext-verschlüsselten Algorithmen einleiten, ohne dass Verschlüsselungsschlüssel erforderlich sind. Oft wird Kryptoanalyse eingesetzt, um Fehler in Entwurfs- und Implementierungsansätzen zu entdecken.
Wie man sich vor kryptoanalytischen Angriffen schützt
Es gibt leider keine Möglichkeit, eine Immunität gegen Kryptoanalyse zu erreichen. Am besten verwenden Sie sichere Verschlüsselungsschemata und Chiffren in Ihrer digitalen Infrastruktur und halten Ihre Software auf dem neuesten Stand. Hier sind jedoch einige Tipps, die Ihnen helfen können, Ihre Sicherheit zu verbessern.
- Verwenden Sie aktuelle Verschlüsselungs- und Hash-Algorithmen. Vermeiden Sie Tools wie SHA1 und MD5, die nicht mehr als sicher gelten.
- Verwenden Sie lange Verschlüsselungsschlüssel. Zum Beispiel sollten Ihre RSA-Schlüssel für VPN-Handshakes mindestens 2048 Bit lang sein.
- Denken Sie daran, veraltete Schlüssel zu vernichten.
- Verwenden Sie sichere Passwörter und implementieren Sie einen getesteten Zufallszahlengenerator, um Ihre Schlüssel zu erstellen.
- Salzen Sie Ihre Hashes. Hier fügen Sie Ihren Hashes zufälliges Rauschen hinzu. Sie sollten Ihr Salt lang und zufällig halten, wie bei der Arbeit mit Passwörtern.
- Verwenden Sie Perfect Forward Secrecy (PFS), um zu verhindern, dass vergangene und zukünftige Sitzungen entschlüsselt werden, wenn Ihre Schlüssel kompromittiert werden. Dies wird häufig in virtuellen privaten Netzwerken (VPNs) verwendet.
- Verschlüsseln Sie den Datenverkehr – stellen Sie sicher, dass Ihr Datenverkehr normal erscheint und nicht zeigt, dass er verschlüsselt ist. Software wie Obfsproxy ist ein gutes Beispiel für ein Tool, das gut mit dem Tor-Netzwerk funktioniert.
- Integrieren Sie ein Intrusion Detection System (IDS) in Ihre Infrastruktur – dieses System benachrichtigt Sie bei einer Verletzung oder einem Angriff. Es verhindert die Verletzung jedoch nicht. Es verkürzt Ihre Reaktionszeit und bewahrt Ihr System vor schweren Schäden. Es ist am besten, ein gutes IDS in Ihr System zu integrieren.
Anwendungsbereiche der Kryptoanalyse
Die Kryptoanalyse hat vielfältige praktische Anwendungen und kann in Verbindung mit der Kryptographie ihr volles Potenzial entfalten. Hier sind einige Anwendungsbereiche:
#1. Datenintegrität im Speicher
Kryptoanalyse kann zur Aufrechterhaltung der Integrität im Speicher eingesetzt werden. Hierbei verwenden Sie in Ihrem Zugangskontrollsystem Schlösser und Schlüssel, um Daten vor unbefugtem Zugriff zu schützen. Auch kryptografische Prüfsummen können eingesetzt werden, um die Echtheit von Daten in dynamischen Umgebungen festzustellen, in denen Viren anfällig für modifizierte Datenansätze sind.
Die Prüfsumme wird während der Datenübertragung gebildet und mit einem erwarteten Wert verglichen. Die Kryptoanalyse hilft bei der Sicherung von Speichermedien, die aufgrund ihres hohen Datenaufkommens anfällig für Angriffe oder über lange Zeiträume exponiert waren.
#2. Identitätsauthentifizierung
Bei der Identitätsauthentifizierung steht die Bestätigung der Berechtigung eines Benutzers zum Zugriff auf Daten im Vordergrund. Die Kryptoanalyse vereinfacht diesen Prozess beim Austausch von Passwörtern. Moderne Systeme kombinieren kryptografische Transformationen mit persönlichen Attributen, um Benutzer zuverlässig und effizient zu identifizieren.
Die Passwörter werden in verschlüsselten Formaten gespeichert, die von Anwendungen mit Zugriff verwendet werden können. Da die Passwörter nicht im Klartext gespeichert werden, wird die Sicherheit Ihrer Systeme nicht gefährdet.
#3. Systemanmeldeinformationen
Kryptoanalyse und Kryptographie können zur Erstellung von Systemanmeldeinformationen eingesetzt werden. Wenn sich Benutzer bei Ihrem System anmelden, müssen sie stets ihre persönlichen Anmeldeinformationen nachweisen, bevor sie Zugriff erhalten.
Elektronische Anmeldeinformationen werden jetzt erstellt, um die elektronische Überprüfung zu vereinfachen. Diese Technik wird häufig in Chipkarten angewendet, um kryptografische Operationen durchzuführen und Daten zu speichern.
#4. Digitale Signaturen
Digitale Signaturen werden häufig in der Kommunikation verwendet, um zu bestätigen, dass Nachrichten von einem bekannten Absender stammen. Dies ist vergleichbar mit der Unterzeichnung von Dokumenten mit Stift und Papier. Damit digitale Signaturen analoge Signaturen ersetzen, werden sie natürlich unter Verwendung von Kryptoanalysetechnologie erstellt.
Dies hat sich als hilfreich in Fällen erwiesen, in denen Organisationen Teams haben, die über viele Standorte verteilt sind und sich noch nicht persönlich getroffen haben, um zusammenzuarbeiten. Mit digitalen Signaturformaten kann jeder, der den öffentlichen Schlüssel besitzt, ein Dokument überprüfen, wie dies in der Kryptowährungsdomäne üblich ist.
#5. Elektronische Überweisungen (ETFs)
In letzter Zeit haben elektronische Geldmittel Bargeldtransaktionen ersetzt. Elektronische Geldüberweisungen, virtuelle Währungen, digitales Goldgeld, Kryptowährungen und Direkteinzahlungen sind alles kryptografiebasierte Werte. Betrachten Sie Abhebungen an Geldautomaten, Debitkartenzahlungen und Überweisungen als Beispiele für E-Geld-Operationen.
Wie wird man Kryptoanalytiker?
Nachdem Sie die Vielfalt der Anwendungen der Kryptoanalyse gesehen haben, könnten Sie erwägen, Kryptoanalytiker zu werden. In diesem Fall werden Sie wahrscheinlich an der Entwicklung von Algorithmen, Chiffren und Sicherheitssystemen zur Verschlüsselung von Daten arbeiten. Sie sollten auch damit rechnen, Informationen in kryptografischen Methoden und Telekommunikationsprotokollen zu analysieren und zu entschlüsseln.
Sie können auch damit rechnen, Aufgaben wie die Entwicklung von Sicherheitssystemen, den Schutz kritischer Informationen vor Abfangen, die Prüfung von Berechnungsmodellen auf Zuverlässigkeit, die Verschlüsselung von Finanzdaten, die Entwicklung statistischer und mathematischer Modelle für die Datenanalyse und die Lösung von Sicherheitsproblemen zu übernehmen. Wenn das aufregend genug klingt, lesen Sie weiter und erfahren Sie, wie Sie einer werden können.
Sie können einen Bachelor-Abschluss in Informatik, Ingenieurwissenschaften, Mathematik oder einem verwandten Bereich wie Elektrotechnik und Elektronik machen. Einige Organisationen stellen Sie jedoch aufgrund intensiver Ausbildung und praktischer Erfahrung auch ohne technischen Abschluss ein. Einige Zertifizierungen im Bereich Cybersicherheit sind ein zusätzlicher Vorteil.
Abschließende Worte
Die Kryptoanalyse ist eher ein Werkzeug für einen Cyberangriff als ein Angriff selbst. Da die meisten Verschlüsselungssysteme gegen Kryptoanalyseversuche resistent sind, erfordert das Verständnis derer, die verwundbar sind, hochentwickelte mathematische Fähigkeiten, deren Erwerb kein Kinderspiel ist.
Wenn Sie Kryptoanalyse lernen möchten, bietet dies ein spannendes Feld, um an einer Vielzahl von Produkten zu arbeiten, z. B. in den Bereichen Finanzen, Speicher und Identität.
Sie haben gesehen, wie leistungsfähig Kryptoanalyse ist und wie sehr sie bei der Erstellung praktischer Anwendungen helfen kann. Es wäre gut, sich mit Kryptoanalyse zu befassen und noch besser, Ihre Fähigkeiten zu nutzen, um beispielsweise sicherere Programme zu entwickeln.
Als Nächstes können Sie sich die Datenverschlüsselung ansehen: wichtige Begriffe.