Dozent

Dozent: Jörn Müller-Quade, Daniel Kraschewski

Termine und Ort

Mittwochs (13.4.2011 - 13.7.2011), 9:45h - 11:15h, Raum 236 (Geb. 50.34)

Inhalt

Zunächst werden in einem kurzen Exkurs einige historische Chiffren und ihre Schwächen vorge-stellt. Hauptinhalt der Vorlesung sind die Vorstellung moderner Blockchiffren, Diskussion der Stärken und Schwächen gebräuchlicher Betriebsmodi und die Behandlung aktueller Angriffs-techniken (vordergründig lineare und differentielle Kryptoanalyse). Für den Abschluss der Vorlesung ist ein Abschnitt zu Hashfunktionen und symmetrischer Authentifikation geplant.

Themenübersicht

Vorlesung am 13.04.2011

• Aufgaben & Gebiete der Kryptographie
• Cäsar-Chiffre & allg. mono-alphabetische Substitution
• Vigenère-Chiffre & Angriffe über Koinzidenzindex und Autokorrelation
• Hagelin C34 (Funktionsweise und Known-Plaintext-Angriff)
• Permutations-Chiffre & Angriff über Bigramm-Statistiken

Vorlesung am 20.04.2011

• Was ist eine Blockchiffre? (formale Definition)
• Ideal Cipher
• Bausteine von Blockchiffren (Confusion & Diffusion)
• DES (Aufbau/Funktionsweise & Entwurfskriterien)

Vorlesung am 27.04.2011

• Konstruktionen zur Schlüsselvergrößerung (DESX, 3DES)
• Slide-Attacks
• advanced Slide-Attack (gegen DESX)
• Meet-in-the-Middle (gegen 2DES)

Vorlesung am 04.05.2011

• "advanced Meet-in-the-Middle" (gegen 2KEY-3DES)
• Vorstellung von FEAL (Fast Encryption ALgorithm)
• lineare Abhängigkeiten in den Ein- & Ausgabebits der F-Funktion von FEAL

Vorlesung am 11.05.2011

• lienare Kryptoanalyse von FEAL4
• linear Approximation von nicht-linearen S-Boxen (z.B. bei DES)
• Erweiterung von n-Runden-Charakteristiken auf n+2 Runden
• Piling-up Lemma

Vorlesung am 18.05.2011

• differentielle Kryptoanalyse (am Bsp. DES)
  • Angriffsprinzip, Aufbau Differenzentabelle
  • 2-Runden-Angriff, 3-Runden-Angriff
  • Charakteristiken für 2n-Runden-Angriff

Vorlesung am 25.05.2011

• Einführung Skipjack (historisches, Aufbau/Funktionsweise)
• differentielle Analyse mittels unmöglicher Charakteristik gegen 25-Runden-Skipjack

Vorlesung am 01.06.2011

• Related-Key-Attack (gegen LOKI89)
• AES (Auswahlkriterien & Vorstellung der 5 Finalisten)

Vorlesung am 08.06.2011

• Aufbau/Funktionsweise von Rijndael
• Schwächen von Rijndael, beste bekannte Angriffe
• Betriebsmodi für Blockchiffren (ECB, CBC)

Vorlesung am 15.06.2011

• weitere Betriebsmodi für Blockchiffren (CFB, OFB, CTR)
• Probleme bei schwachen Schlüsseln (OFB = Vigenère)
• Birthday-Attacke gegen CBC

Vorlesung am 22.06.2011

• formale Sicherheitsbegriffe (ROR-/IND-/NM-cpa/-cca1/-cca2)
• Beziehungen zwischen den Sicherheitsberiffen

Vorlesung am 29.06.2011

• Komplettbild der Beziehungen zwischen den formalen Sicherheitsbegriffen
• Welche Betriebsmodi (ECB, CBC, CFB, OFB, CTR) erfüllen welchen Begriff?
• Eigenschaften kryptographischer Hashfunktionen (Urbildresistenz, Kollisionsresistenz)
• Random-Oracle-Modell, Äquivalenz zum Ideal-Cipher-Modell
• Merkle-Damgård-Konstruktion

Vorlesung am 06.07.2011

• Schwäche von Merkle-Damgård, Lösung mittels Widepipe bzw. fast Widepipe
• Definition: Reduktionen zwischen Krypto-Primitiven
• Aufbau von SHA-1
• Angriffsansätze gegen Hashfunktionen

Vorlesung am 13.07.2011

• praktische Angriffe basierend auf "sinnlosen" Hashkollisionen
• Definition: Message Authentication Code (MAC)
• HMAC, CBC-MAC, OMAC, Carter-Wegman
• abstreitbare Nachrichten-Authentifikation

Literatur

Größere Teile der Vorlesung orientieren sich am ehemlagigen SCC2-Skript "Datensicherheits-technik". Eine rudimentäre ASCII-Version des Tafelanschriebs gibt es hier (wird nach jeder Vorlesung aktualisiert).

weitere Literatur:

• advanced Slide-Attack: Alex Biryukov, David Wagner: "Advanced Slide Attacks". EUROCRYPT 2000
• advanced Meet-in-the-Middle: Paul C. van Oorschot, Michael J. Wiener: "A Known Plaintext Attack on Two-Key Triple Encryption". EUROCRYPT 1990
• Related-Key-Attack: Eli Biham: "New Types of Cryptoanalytic Attacks Using related Keys". EUROCRYPT 1993
• Beziehungen zwischen den formalen Sicherheitsbegriffen: Mihir Bellare, Anand Desai, David Pointcheval, Phillip Rogaway: "Relations Among Notions of Security for Public-Key Encryption Schemes". CRYPTO 1998
• Äquivalenz von IC- und RO-Modell: Jean-Sébastien Coron, Jacques Patarin, Yannick Seurin: "The Random Oracle Model and the Ideal Cipher Model Are Equivalent". CRYPTO 2008 bzw. Thomas Holenstein, Robin Künzler, Stefano Tessaro: "The equivalence of the random oracle model and the ideal cipher model, revisited". STOC 2011
• Merkle-Damgård- & Widepipe-Konstruktion: Stefan Lucks: "Design Principles for Iterated Hash Functions". Cryptology ePrint Archive, Report 2004/253
• fast Widepipe: Mridul Nandi und Souradyuti Paul: "Speeding Up the Wide-Pipe: Secure and Fast Hashing". INDOCRYPT 2010