Warum digitale IDs und Zertifikate?

Wozu ein Schlüssel-Paar? Wozu Zertifikate?

Rainer Perske

ca. 30 Min.

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https://www.uni-muenster.de/IT.RainerPerske/2022-07-06.WarumDigitaleIDs.html

Motivation

• Das E-Mail-System wurde vor fast 50 Jahren entwickelt, 20 Jahre vor dem World Wide Web

• Damals hat jeder jedem anderen im Internet (damals wenige dutzend Rechenzentren) vertrauen können

• E-Mails sind elektronische Postkarten in Druckschrift, nichts anderes!

• Insbesondere: E-Mails sind genauso einfach zu fälschen wie Postkarten in Druckschrift!

• Es gibt keinerlei Schutz, keinerlei Identitätskontrolle, keinerlei Echtheitskontrolle!

• Jeder weltweit kann E-Mails unter dem Absender perske@uni-muenster.de versenden
   

• Um das zu ändern, müssten sich alle Mailserverbetreiber weltweit einig sein

  • Das ist völlig utopisch . . .

• Vernünftigerweise müsste man E-Mails sofort komplett abschaffen und durch etwas völlig Neues ersetzen

  • Das ist aber genauso utopisch . . .

Probleme bei E-Mails und PDF-Dateien

• Was kann passieren?

  • Die E-Mail / PDF-Datei kommt nicht beim Empfänger an

  • Die E-Mail / PDF-Datei wird unterwegs von Dritten gelesen

  • Die E-Mail / PDF-Datei wird unterwegs von Dritten verändert

  • Dritte senden eine gefälschte E-Mail / PDF-Datei

• Der Absender will:

  • (dass die E-Mail / PDF-Datei beim Empfänger ankommt)

  • Lesen durch Unbefugte verhindern

• Der Empfänger will:

  • feststellen ob (oder beweisen dass) die E-Mail / PDF-Datei unverändert ist

  • feststellen ob (oder beweisen dass) die E-Mail / PDF-Datei vom angegebenen Absender kommt

Problemlösung Kryptographie

• Verschlüsselung

  • verhindert Lesen durch Dritte

  • erschwert gezieltes Verändern durch Dritte
     

• Electronische (digitale) Signatur

  • beweist die Identität des Absenders

  • beweist die Unverändertheit der E-Mail / PDF-Datei

  • auch gegenüber Dritten
     

• Hilft nicht gegen Verlust der E-Mail / PDF-Datei

Klassische „symmetrische“ Kryptographie

• Symmetrisch: Der gleiche Schlüssel dient zum Verschlüsseln und zum Entschlüsseln

• Jeder muss mit jedem anderen einen Schlüssel vereinbaren

• 2 Teilnehmer = 1 Schlüssel
  3 Teilnehmer = 3 Schlüssel
  4 Teilnehmer = 6 Schlüssel
  10 Teilnehmer = knapp 50 Schlüssel
  100 Teilnehmer = knapp 5000 Schlüssel
  100.000 Teilnehmer = knapp 5.000.000.000 Schlüssel
   

• Symmetrische Kryptographie alleine ist völlig untauglich bei großen Teilnehmerzahlen

• (Aber weiterhin wichtige Komponente komplexerer Systeme)

Moderne „asymmetrische“ Kryptographie

• Pro Teilnehmer: Zwei gemeinsam erzeugte Schlüssel (Schlüssel-Paar)

  • Aus dem einen Schlüssel kann der andere nicht berechnet werden

• Asymmetrisch: Ein Schlüssel verschlüsselt – der andere Schlüssel entschlüsselt

• Asymmetrisch: Ein Schlüssel signiert – der andere Schlüssel verifiziert (prüft die Signatur)
   

• Jeder darf an mich verschlüsseln, jeder darf meine Signaturen prüfen:

  • Der dazu verwendete Schlüssel darf öffentlich sein

  • Deshalb auch: Public-Key-Kryptographie

• Ein Schlüssel-Paar besteht also aus zwei Schlüsseln:

  • Privater Schlüssel – unbedingt geheim halten

  • Öffentlicher Schlüssel – wirklich öffentlich – eingepackt in Zertifikat (s. u.)

Public-Key-Kryptographie

• Jeder erzeugt sein eigenes Schlüssel-Paar

  • und veröffentlicht seinen öffentlichen Schlüssel (bzw. Zertifikat)

• 2 Teilnehmer = 2 Schlüssel-Paare
  3 Teilnehmer = 3 Schlüssel-Paare
  10 Teilnehmer = 10 Schlüssel-Paare
  100 Teilnehmer = 100 Schlüssel-Paare
  100.000 Teilnehmer = 100.000 Schlüsselpaare (statt 5.000.000.000)
   

• Asymmetrische Kryptographie eignet sich viel besser bei großen Teilnehmerzahlen

Welcher Schlüssel wofür?

• Merkhilfe: Welche Aktionen darf nur eine Person können?

  • Dafür den privaten Schlüssel dieser Person verwenden

  • Für das Gegenteil wird der zugehörige öffentliche Schlüssel (bzw. Zertifikat) verwendet

• Signieren und Verifizieren

  • Nur der Absender darf signieren können: Privater Schlüssel des Absenders

  • Also dient der öffentliche Schlüssel (Zertifikat) des Absenders zum Verifizieren

• Verschlüsseln und Entschlüsseln

• Nur der Empfänger darf entschlüsseln können: Privater Schlüssel des Empfängers

• Also dient der öffentliche Schlüssel (Zertifikat) des Empfängers zum Verschlüsseln

• Wie beim Nachttresor: Viele können Geldkassetten einwerfen, nur die Bank kann sie herausholen

Ich will eine E-Mail oder eine PDF-Datei signieren

• Das darf nur ich alleine

• Das mache ich mit meinem privaten Schlüssel
   

• Ich signiere alle meine E-Mails

• E-Mail-Programme machen das auf Wunsch automatisch, sonst reicht ein Häkchen

Ich will eine E-Mail- oder PDF-Signatur prüfen:

• Das darf jeder

• Das macht man mit dem öffentlichen Schlüssel (Zertifikat) des Unterzeichners
   

• Woher erhalte ich diesen öffentlichen Schlüssel (Zertifikat) des Unterzeichners?

  • Bei E-Mails im S/MIME-Format und in PDF-Dateien ist das Zertifikat (und darin der öffentliche Schlüssel) in der Signatur enthalten

• Jeder kann problemlos alle signierten E-Mails / PDF-Dateien prüfen

• E-Mail-Programme und (nur wenige) PDF-Reader machen das automatisch und zeigen es an

Signieren und Verifizieren



Ich will eine E-Mail verschlüsseln:

• Das darf jeder

• Das macht man mit dem öffentlichen Schlüssel (Zertifikat) des Empfängers
   

• Woher erhalte ich diesen öffentlichen Schlüssel (Zertifikat) des Empfängers?

• Verschiedene Möglichkeiten, beispielsweise:

  • Entsprechendes externes Adressbuch im E-Mail-Programm

    • Z. B. zentrales Exchange-Adressbuch der WWU

  • Sie haben vorher eine signierte E-Mail erhalten (notfalls darum bitten)

    • E-Mail-Programme merken sich die öffentlichen Schlüssel (Zertifikate)

    • (Blöde Ausnahme: Outlook: Manuelle Übernahme nötig, siehe Anleitung)

• Den Rest erledigt Ihr E-Mail-Programm automatisch

Ich will eine an mich gerichtete E-Mail entschlüsseln

• Das darf nur ich alleine

• Das mache ich mit meinem privaten Schlüssel
   

• E-Mail-Programme machen das oft automatisch
   

• Auch der Absender kann seine eigene E-Mail nicht mehr entschlüsseln (siehe aber nächste Textseite)

Signieren, Verschlüsseln, Entschlüsseln und Verifizieren



Verschlüsselte E-Mails an mehrere Empfänger

• Dazu muss der Absender die E-Mail für jeden Empfänger einzeln verschlüsseln

• E-Mail-Programme machen das automatisch

• Die E-Mail wird entsprechend größer

  • Dank geschickter Kombination kryptographischer Verfahren aber nur um einige hundert Bytes
     

• Wenn auch der Absender selbst die E-Mail wieder entschlüsseln können soll

  • muss er die E-Mail auch für sich selbst verschlüsseln

    • als ob er ein weiterer Empfänger wäre

  • E-Mail-Programme machen das automatisch

Warum Zertifikate?

• Gehört ein öffentlicher Schlüssel wirklich der angegebenen Person? (bzw. Gruppe, Server, . . .)
   

• Ein Zertifikat ist eine von einer vertrauenswürdigen „Zertifizierungsstelle“ ausgestellte Beglaubigung

  • Der im Zertifikat enthaltene öffentliche Schlüssel

  • gehört zu der im Zertifikat angegebenen Identität (Person, Gruppe, Server, . . .)

  • (weitere Angaben wie Verwendungszwecke, Gültigkeitsdauer usw.)

• Ein Zertifikat enthält nicht den privaten Schlüssel

• Zertifikate sind elektronisch unterschrieben (signiert)

• Zertifikate sind standardisiert (X.509, OpenPGP, . . .) und können automatisch geprüft werden
   

• Ein Zertifikat ist also ein öffentlicher Schlüssel mit beglaubigtem Namensschild

• E-Mail- und PDF-Programme verwenden nicht nur den öffentlichen Schlüssel, sondern das ganze Zertifikat

Warum Digitale IDs?

• Digitale IDs enthalten nichts anderes als:

  • den eigenen privaten Schlüssel

  • das Zertifikat mit dem eigenen öffentlichen Schlüssel

  • alle weiteren zur Prüfung benötigten Zertifikate
     

• Streng genommen ist ein Zertifikat also nur ein Bestandteil einer digitalen ID

• Aber manchmal wird fälschlich die gesamte digitale ID als Zertifikat bezeichnet

Verwirrende Begriffe

• Bitte immer hinterfragen:
   

  • Was ist mit „Signatur“ gemeint:

    • ein E-Mail-Fußzeilenblock?

    • eine elektronische Unterschrift?

    • eine Standortbezeichnung in einer Bibliothek?

      . . .

  • Was ist mit „Zertifikat“ gemeint?

    • ein beglaubigter öffentlicher Schlüssel?

    • eine vollständige digitale ID?

    • eine Bescheinigung über Prüfungsleistungen?

    • eine ISO-9001-Qualitäts-Zertifizierung?

      . . .

  Warum unsere Zertifikate?

  • E-Mail-Programme verifizieren die Zertifikate

  • E-Mail-Programme akzeptieren Zertifikate nur von bestimmten Zertifizierungsstellen

  • Wir (Zertifizierungsstelle Universität Münster / DFN-PKI / GÉANT TCS) gehören dazu!

  • Aber nur, weil wir uns streng an die Regeln halten!

    • persönliche Identitätskontrolle anhand Personalausweis/Reisepass oder ausreichender Unterlagen

    • Sicherheitsmaßnahmen

    • . . .
       

  • Von PDF-Readern werden unsere Zertifikate leider nicht automatisch anerkannt

  Sicherheit Ihres privaten Schlüssels

  • Gefahr: Identitätsdiebstahl

    • Unbefugte missbrauchen Ihre Identität und Ihre Berechtigungen
       

  • Privaten Schlüssel gut schützen

    • Firefox / Thunderbird usw.: Hauptpasswort einrichten

    • Outlook: Hohe Sicherheit einschalten oder PC anderweitig gut schützen
       

  • Gesundes Misstrauen

    • Der private Schlüssel wird nur zum Signieren und Entschlüsseln benötigt, sonst nie!
       

  • Bei Verdacht der Kompromittierung

    • Zertifikat (und damit Digitale ID) widerrufen lassen!

  Backup

  • Komplette digitale ID in passwortgeschützter Datei sichern

    • Dateityp *.p12 (selten auch *.pfx)

    • „PKCS#12“ = Public Key Cryptographic Standard number 12
       

  • Datei und Passwort an getrennten Stellen außerhalb des Rechners aufbewahren
     

  • Datei kann in beliebige E-Mail-Programme, Webbrowser, geeignete PDF-Reader importiert werden
     

  • Alte digitale IDs nicht löschen, sondern aufbewahren

    • damit man auch später noch archivierte E-Mails entschlüsseln kann

  Woher bekomme ich meine digitalen IDs?

  • Ganz einfach im IT-Portal: Seite ausfüllen und direkt Ihre digitale ID als PKCS#12-Datei herunterladen

  • Ausführlich bebilderte Anleitungen unter https://www.uni-muenster.de/WWUCA/:

    • Digitale ID beantragen und abholen

    • Digitale IDs in verschiedene Software einbauen und nutzen
       

  • Wegen der Probleme mit PDF-Readern werden wir zukünftig getrennte digitale IDs verwenden:

    • Für E-Mails, WWW-Logins usw.: Normale digitale IDs aus dem IT-Portal

    • Für alle WWU-internen PDF-Dokumente: Spezielle digitale IDs (werden bald auch im IT-Portal verfügbar sein) einer eigenen CA, die wir in unsere PDF-Reader hineinkonfigurieren

    • Für externe PDF-Dokumente (Behörden, Gerichte, Urkunden, EU-Förderanträge usw.): „Qualifizierte“ digitale IDs externer Anbieter (kostenpflichtig, siehe meinen Erfahrungsbericht)

  
  
  
  

  Vielen Dank

  • Rainer Perske
    https://perske.net

  • Westfälische Wilhelms-Universität
    WWU IT
    Zertifizierungsstelle
    Röntgenstraße 7–13
    48149 Münster

  • ca@uni-muenster.de
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