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Wolfgang Ertel
Angewandte Kryptographie
Vorwort
6
Inhalt
10
1 Elektronisches Bargeld, ein erstes Beispiel
16
2 Grundlagen
22
2.1 Terminologie
22
2.2 Kryptographische Algorithmen
23
2.3 Kryptographische Protokolle
25
2.4 Public-Key-Algorithmen
25
2.5 Kryptanalyse
27
2.6 Sicherheit von Schlüsseln
28
3 Klassische Chiffren
32
3.1 Verschiebechiffren
33
3.2 Multiplikative Chiffren
34
3.3 Tauschchiffren (Affine Chiffren)
36
3.4 Kryptanalyse monoalphabetischer Chiffren
37
3.5 Polyalphabetische Chiffren
38
3.5.1 Homophone Chiffren
38
3.6 Die Vigenère-Chiffre
39
3.6.1 Der Algorithmus
39
3.6.2 Kryptanalyse
41
3.6.3 Der Kasiski-Test
41
3.6.4 Der Friedman-Test
44
3.7 Die Enigma
46
3.7.1 Kryptanalyse
49
3.8 Das One-Time-Pad, die perfekte Chiffre
53
3.9 One-Time-Pad fast ohne Schlüsseltausch
56
3.10 Zusammenfassung
58
4 Moderne Blockchiffren
60
4.1 Data-Encryption-Standard DES
60
4.1.1 Übersicht
62
4.1.2 Eine Runde
64
4.1.3 Die 16 Teilschlüssel
65
4.1.4 Die Dechiffrierfunktion
65
4.1.5 Sicherheit und Nichtlinearität
67
4.1.6 Sicherheit und Geschwindigkeit
69
4.1.7 Triple-DES
69
4.2 Advanced-Encryption-Standard AES
69
4.2.1 Die Blockchiffre Rijndael
70
4.2.2 Die ByteSub-Transformation
71
4.2.3 Die ShiftRow-Transformation
72
4.2.4 Die MixColumn-Transformation
73
4.2.5 Die Schlüsselexpansion
73
4.2.6 Die inverse Chiffre
74
4.2.7 Geschwindigkeit
74
4.2.8 Sicherheit
74
4.2.9 Andere Funktionalitäten
75
4.3 Betriebsmodi von Blockchiffren
75
4.4 Andere Blockchiffren
76
5 Public-Key-Kryptographie
78
5.1 Merkles Rätsel
79
5.2 Der RSA-Algorithmus
80
5.2.1 Der Algorithmus
81
5.2.2 Sicherheit von RSA
83
5.2.3 Effiziente Primzahltests
84
5.2.4 Effizienz und Implementierung von RSA
85
5.2.5 Schnellere Implementierung von RSA
86
5.2.6 Angriffe gegen RSA
87
5.3 Angriffe gegen Public-Key-Verfahren
88
5.3.1 Chosen-Ciphertext-Angriff mit Social Engineering
88
5.3.2 Angriffe aufgrund von Seiteneffekten
88
5.3.3 Angriffe mit Spezialhardware
90
5.4 Schlüsseltausch
90
5.4.1 Schlüsseltausch mit symmetrischen Verfahren
90
5.4.2 Man-in-the-Middle-Angriff
91
5.4.3 Das Interlock-Protokoll
91
5.4.4 Schlüsseltausch mit Quantenkryptographie
92
5.5 Der Diffie-Hellman-Algorithmus
92
5.6 Der ElGamal-Algorithmus
94
5.7 Algorithmen mit Elliptischen Kurven
94
6 Authentifikation und digitale Signatur
98
6.1 Einwegfunktionen und Einweg-Hash-Funktionen
99
6.1.1 Passwortverschlüsselung
101
6.1.2 Der Geburtstagsangriff
101
6.2 Zero-Knowledge-Protokolle
103
6.2.1 Challenge-and-Response
103
6.2.2 Die Idee der Zero-Knowledge-Protokolle
104
6.2.3 Das Fiat-Shamir-Protokoll
105
6.3 Digitale Signaturen
106
6.3.1 Digital Signature Algorithm (DSA)
107
6.3.2 Blinde Signaturen
108
6.4 Digitale Signatur in der Praxis
109
6.4.1 Speichern des geheimen Schlüssels
109
6.4.2 Vertrauen in die Software
110
6.4.3 Zusammenfassung
111
6.5 Das Signaturgesetz
112
6.6 Authentifikation mit digitaler Signatur
113
6.7 Message-Authentication-Code (MAC)
114
6.8 Biometrische Verfahren
115
7 Public-Key-Infrastruktur
118
7.1 Persönliche Prüfung öffentlicher Schlüssel
118
7.2 Trustcenter
119
7.3 Zertifikatshierarchie
120
7.4 Web-of-Trust
121
7.5 Zukunft
122
8 Public-Key-Systeme
124
8.1 PGP
124
8.1.1 Schlüsseltausch mit PGP
127
8.1.2 Die Big-Brother-Funktion
127
8.1.3 GnuPG
128
8.1.4 Angriffe gegen PGP
129
8.2 S/MIME und das X.509-Protokoll
131
8.3 OpenPGP versus S/MIME
132
8.4 Secure shell (SSH)
132
8.5 Secure socket layer (SSL)
133
8.6 Virtual Private Networking und IP Security
134
8.7 Der neue Personalausweis
135
8.7.1 Hoheitliche Funktionen
135
8.7.2 Andere Funktionen
136
8.7.3 Digitale Signatur
136
8.7.4 Sicherheit des neuen Personalausweises
137
9 Elektronisches Bargeld
140
9.1 Secret-Splitting
140
9.2 Bit-Commitment-Protokolle
141
9.3 Protokolle für Elektronisches Bargeld
142
10 Elektronische Zahlungssysteme
146
10.1 Die Geldkarte
147
10.2 Mondex
148
10.3 Ecash
149
10.4 Zahlung per Kreditkarte
149
10.4.1 Secure Electronic Transactions (SET)
149
10.4.2 PayPal
150
10.4.3 Andere Systeme
151
10.5 Zusammenfassung
151
11 Politische Randbedingungen
152
11.1 Starke Kryptographie und der Lauschangriff
152
11.2 US-Exportgesetze
154
12 Sicherheitslücken in der Praxis
156
Anhang
160
A Arithmetik auf endlichen Mengen
160
A.1 Modulare Arithmetik
160
A.2 Invertierbarkeit in Zn
163
A.3 Der Euklidische Algorithmus
165
A.4 Die Eulersche ?-Funktion
168
A.5 Primzahlen
170
A.5.1 Primzahltests
171
A.6 Der endliche Körper GF
175
A.6.1 Addition
175
A.6.2 Multiplikation
175
A.6.3 Polynome mit Koeffizienten in GF
176
B Erzeugen von Zufallszahlen
180
B.1 Pseudozufallszahlengeneratoren
182
B.1.1 Lineare Schieberegister mit Rückkopplung
183
B.1.2 Stromchiffren
185
B.2 Echte Zufallszahlen
186
B.2.1 Der Neumann-Filter
186
B.3 Zusammenfassung
188
C Lösungen zu den Übungen
190
Literatur
212
Index
220
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