\chapter{Die Schl"usselverteilzentrale} \thispagestyle{empty} \section[Grundlagen des Verfahren]{Grundlagen des Verfahrens} \subsection{Das Problem} Jeder Kommunikationspartner \paA{} in einem Netz, der mit einem anderen Netzteilnehmer \paB{} unter Verwendung des RSA-Verfahrens verschl"usselt kommunizieren m"ochte, mu"s dazu den "offentlichen Schl"ussel von \paB{} kennen; ebenso mu"s \paB{} wissen, wie der "offentliche Schl"ussel von \paA{} lautet. Nach [DATACOM] gibt es folgende drei M"oglichkeiten, wie die beiden Teilnehmer die Schl"ussel erfahren k"onnen: \subsubsection{Direkter Austausch} Beim Verbindungsaufbau tauschen beide Teilnehmer ihre "offentlichen Schl"ussel direkt aus. Vorteile: \begin{itemize} \item effizient \item geringer Verwaltungsaufwand \item keine Schwierigkeiten bei "Anderung des Schl"ussels \end{itemize} Nachteile: \begin{itemize} \item fehlende Authentizit"atspr"ufung \end{itemize} \subsubsection{lokale Schl"usselverzeichnisse} Jeder Teilnehmer mu"s die "offentlichen Schl"ussel aller\footnote{ zumindest derer, mit denen er kommunizieren will} anderen Teilnehmer gespeichert halten. Vorteile: \begin{itemize} \item besonders einfacher Verbindungsaufbau \item eindeutige Authentisierung \end{itemize} Nachteile: \begin{itemize} \item hoher Verwaltungsaufwand \item Probleme bei "Anderung des Schl"ussels \end{itemize} \subsubsection{Schl"usselverteilzentrale} Beim Verbindungsaufbau erhalten beide Teilnehmer den Schl"ussel des jeweils Anderen von einer zentralen Stelle. Vorteile: \begin{itemize} \item Authentizit"atspr"ufung m"oglich \item geringer Verwaltungsaufwand \item keine Schwierigkeiten bei "Anderung des Schl"ussels \end{itemize} Nachteile: \begin{itemize} \item keine gravierenden Nachteile \end{itemize} \subsection{Die L"osung} In der Aufgabenstellung f"ur unsere Studienarbeit wurde die Verwendung einer Schl"usselverteilzentrale mit einseitiger Teilnehmerkommunikation vorgeschrieben, das hei"st, nur der Teilnehmer \paA{} nimmt Verbindung mit der Schl"usselverteilzentrale \paZ{} auf. \section{Das Verfahren} Eine ausf"uhrliche Beschreibung des verwendeten Verfahrens findet sich in [DATACOM 3.4.4]. Grunds"atzlich l"auft ein Verbindungsaufbau wie folgt ab: \begin{enumerate} \item \paA{} schickt eine Nachricht an \paZ{}, aus der hervorgeht, da"s \paA{} mit \paB{} kommunizieren m"ochte. \item \paZ{} antwortet mit einer Nachricht an \paA{}, die aus zwei Zertifikaten zusammengesetzt ist; das erste Zertifikat ist f"ur \paA{} bestimmt und enth"alt unter Anderem den "offentlichen Schl"ussel von \paB{}. Das zweite Zertifikat ist f"ur \paB{} bestimmt und enth"alt unter Anderem den "offentlichen Schl"ussel von \paA{}. \item \paA{} wertet das f"ur ihn bestimmte Zertifikat aus und schickt das zweite an \paB{} weiter. \item \paB{} wertet das Zertifikat aus. \item \paA{} erzeugt eine Kontrollmeldung f"ur \paB{}. \item \paB{} wertet die Kontrollmeldung von \paA{} aus. In diesem Moment hat \paB{} \paA{} bereits authentisiert. \item \paB{} erzeugt nun eine Kontrollmeldung f"ur \paA{}. \item \paA{} wertet die Kontrollmeldung von \paB{} aus. In diesem Moment hat \paA{} \paB{} ebenfalls authentisiert. \end{enumerate} Die gegenseitige Authentisierung erfolgt durch digitale Unterschriften. \section{Die Implementation} \subsection{"Uberblick} S"amtliche Prozeduren, die zum Betrieb der Schl"usselverteilzentrale ben"otigt werden, befinden sich im Modul \ident{KeyMaster}. Da die Prozeduren, die von den Kommunikationsteilnehmern benutzt werden m"ussen, sich davon nur unwesentlich unterscheiden, wurden auch sie in das Modul \ident{KeyMaster} integriert. Das Modul \ident{KeyMaster} importiert neben den Standard-Bibliotheksmoduln nur das Modul \ident{RSA} von Steffen Reith. Dieses Modul enth"alt eine Schnittstelle zu den zur Ver-- und Entschl"usselung ben"otigten Prozeduren auf relativ hoher Ebene. Zur Demonstration des Verfahrens wurden au"serdem vier weitere Moduln implementiert, n"amlich \ident{A}, \ident{B}, \ident{C} und \ident{Schedule}. Diese demonstrieren den Ablauf eines Kommunikationsvorganges auf einem einzigen Rechner. Die Kommunikationsteilnehmer werden von verschiedenen Moduln simuliert, die Daten"ubertragungen "uber das Netz durch Zwischenspeicherung der Daten in Files. Die Moduln \ident{A} und \ident{B} enthalten die Steuerung eines Kommunikationsablaufs f"ur jeweils einen der Teilnehmer \paA{} und \paB{}, das Modul \ident{C} enth"alt die Schl"usselverteilzentrale \paZ{}, und das Modul \ident{Schedule} aktiviert nacheinander die jeweils ben"otigten Routinen von \ident{A}, \ident{B} und \ident{C}. \subsection{Datentypen} \subsubsection{Dirty--Typen} \label{dirty} F"ur alle Datenstrukturen, die \paZ{} ben"otigt, wurden entsprechende Datentypen deklariert. Leider konnten diese Datentypen nicht durchgehend verwendet werden, denn durch die Verschl"usselung der Daten "andert sich auch die L"ange (der Speicherbedarf) dieser Objekte ($\longrightarrow{}\ref{unterschriften}$). Daher wurde f"ur die Behandlung verschl"usselter Daten ein quasi--generischer Datentyp \ident{Dirty} deklariert; dieser Typ ist einfach ein roher, unstrukturierter Datenblock vom Typ ARRAY OF BYTE. S"amtliche Typen und Prozeduren, die in ihrem Namen das Wort "`Dirty"' enthalten, beziehen sich auf die Behandlung solcher unstrukturierter Bl"ocke. \subsubsection{Stamp} \label{stamp} Der Datentyp \ident{Stamp} dient zur Speicherung eines sogenannten Zeitstempels. Diese Zeitstempel werden einerseits angegeben, um sicherzustellen, da"s die Nachricht, die diesen Stempel tr"agt, nicht zu alt ist\footnote{ es handelt sich sozusagen um ein "`Haltbarkeitsdatum"'\dots{}}, andererseits sind sie auch ein wichtiger Bestandteil der digitalen Unterschriften ($\longrightarrow \ref{unterschriften}$). Jeder \ident{Stamp} besteht aus zwei INTEGER--Zahlen, die das Absende--Datum in Zahlenform enthalten. \subsubsection{Registration} Der Datentyp \ident{Registration} wird f"ur die Anmeldung der einzelnen Teilnehmer bei der Zentrale benutzt. Bevor ein Verbindungsaufbau zwischen den Teilnehmern stattfinden kann, m"ussen diese nat"urlich als erstes der Zentrale ihre "offentlichen Schl"ussel mitteilen. Die \ident{Registration} enth"alt die Teilnehmernummer und den "offentlichen Schl"ussel des Absenders. \subsubsection{KeyRequestData} Der Datentyp \ident{KeyRequestData} wird f"ur die Schl"usselanforderung von \paA{} an \paZ{} ben"otigt. Er enth"alt die Benutzernummern von \paA{} und \paB{}, sowie einen Zeitstempel. \subsubsection{Certificate} Der Datentyp \ident{Certificate} ist die zentrale Datenstruktur, die f"ur den Verbindungsaufbau benutzt wird. \paZ{} schickt zwei dieser Zertifikate an \paA{} und \paA{} schickt das zweite dieser beiden an paB{}. Auch die Kontrollmeldungen, die paA{} und \paB{} noch austauschen, sind vom Typ \ident{Certificate}. Ein Zertifikat enth"alt die Teilnehmernummer eines der Teilnehmer\footnote{ welche, h"angt vom Zweck des Zertifikates ab}, einen "offentlichen Schl"ussel eines Teilnehmers\footnote{ebenfalls abh"angig vom Zweck des Zertifikates}, sowie einen Zeitstempel und eine digitale Unterschrift\label{unterschriften}. Die digitale Unterschrift entsteht, indem der Zeitstempel mit einem privaten Schl"ussel verschl"usselt und in das Datenfeld \ident{signature} eingetragen wird. Man beachte, da"s dieses Feld zwar formal als \ident{Stamp} ($\longrightarrow{}\ref{stamp}$) deklariert ist, aber mit gutem Grund an letzter Stelle im RECORD steht: wie bereits erw"ahnt, "andert sich durch die Verschl"usselung der Speicherbedarf dieser Unterschrift. Das Eintragen der Unterschrift erfolgt im Programm daher auch nicht in eine Variable von Typ \ident{Certificate}, sondern das Zertifikat wird vorher in einen \ident{Dirty}--Block ($\longrightarrow{}\ref{dirty}$) kopiert. \subsubsection{MessageType} Dieser Datentyp dient als Typ--Kennung f"ur die einzelnen Nachrichten, die beim Verbindungsaufbau ausgetauscht werden. Ein Byte mit einem der Werte dieses Aufz"ahlungstyps wird jeder Nachricht vorangestellt, sofern Sie mit den Prozeduren des Moduls \ident{KeyMaster} erzeugt und abgeschickt wird. Nur durch dieses Kennbyte kann der Empf"anger der Nachricht feststellen, von welcher Art die nachfolgende Nachricht ist. \subsection{Prozeduren} Bei diesen Prozeduren wurden alle Parameter, die in ihrem Umfang eine L"ange von wenigen Bytes "uberschreiten, als "`VAR"'-Parameter (CALL BY REFERENCE) deklariert, einerseits, um das Laufzeitverhalten zu verbessern, vor allem aber, um nicht mit der unter MS--DOS g"ultigen Beschr"ankung der Stack--Gr"o"se in Konflikt zu geraten. Die Alternative h"atte darin bestanden, "ahnlich wie in C explizit Zeiger zu "ubergeben; etwas anderes geschieht aber bei CALL BY REFERENCE auch nicht, nur die Schreibweise ist wesentlich eleganter, da die Zeiger implizit gehandhabt werden, ohne da"s der Programmierer sich weiter darum k"ummern mu"s. Bei den Beschreibungen der Prozeduren wird \paA{} als Bezeichnung f"ur den Kommunikationsteilnehmer benutzt, der die Schl"ussel bei \paZ{} anfordert, und \paB{} als Bezeichnung f"ur den anderen (passiven) Partner. \subsubsection{HandleRegistration} Diese Prozedur wird von \paZ{} benutzt, um die Anmeldung eines der Kommunikationspartner zu behandeln. Es m"ussen die Kennung des Eingabefiles und der "offentliche Schl"ussel von \paZ{} "ubergeben werden. \subsubsection{DecodeKeyMessageAB} \paA{} benutzt diese Prozedur, um seinen Anteil aus der \ident{KeyMessage} zu extrahieren, die \paZ{} zusammengestellt hat. Es m"ussen die \ident{KeyMessage} selbst, der geheime Schl"ussel von \paA{} und der "offentliche Schl"ussel von \paZ{} "ubergeben werden. Als Ergebnisse erh"alt man das vollst"andig entschl"usselte Zertifikat A, das teilweise entschl"usselte Zertifikat B und die L"ange von Zertifikat B (in Bytes) zur"uck. \subsubsection{DecodeKeyMessageB} \paB{} benutzt diese Prozedur, um seinen Anteil der \ident{KeyMessage} von \paZ{}, den ihm \paA{} geschickt hat, auszuwerten. "Ubergeben werden m"ussen neben der Nachricht selbst der geheime Schl"ussel von \paB{} und der "offentliche Schl"ussel von \paZ{}. Als Ergebnis erh"alt man das vollst"andig entschl"usselte Zertifikat B zur"uck. \subsubsection{SendKeyMessage} Der Name dieser Prozedur stellt ein leichtes Understatement dar, denn hier wird der ankommende \ident{KeyRequest} von \paZ{} analysiert, es werden beide Zertifikate (je eines f"ur \paA{} und \paB{}) erzeugt, zusammengestellt und schlie"slich abgeschickt. Dazu m"ussen die Eingabedatei, die den \ident{KeyRequest} enth"alt, und der geheime Schl"ussel von \paZ{} "ubergeben werden. \subsubsection{PutKeyMessageB} \paA{} benutzt diese Prozedur, um den zweiten Teil der \ident{KeyMessage} weiter an \paB{} zu schicken. "Ubergeben werden m"ussen die Ausgabedatei, das Zertifikat B und die L"ange des Zertifikats (in Bytes). \subsubsection{SendKeyRequest} \paA{} benutzt diese Prozedur, um die Schl"usselanforderung f"ur den Verbindungsaufbau zwischen \paA{} und \paB{} zu erzeugen und an \paZ{} zu schicken. Es m"ussen die Teilnehmernummern von \paA{} und \paB{}, sowie der "offentliche Schl"ussel von \paZ{} "ubergeben werden. \subsubsection{SendRegistration} Diese Prozedur wird sowohl von \paA{} als auch von \paB{} benutzt, um sich zu Beginn der Kommunikation bei \paZ{} anzumelden. Es m"ussen die Teilnehmernummer des Kommunikationsteilnehmers und sein "offentlicher Schl"ussel "ubergeben werden. \subsubsection{BuildDupMsg} Sowohl \paA{} als auch \paB{} benutzen diese Prozedur, um die Kontrollmeldungen zu erzeugen, die im Rahmen der gegenseitigen Authentisierung ausgetauscht werden. Wenn \paA{} die \ident{DupMessage} erzeugt, m"ussen die Teilnehmernummer von \paA{}, "offentlicher und geheimer Schl"ussel von \paA{} und "offentlicher Schl"ussel von \paB{} "ubergeben werden. Wenn \paB{} die \ident{DupMessage} erzeugt, m"ussen die Teilnehmernummer von \paA{}, "offentlicher Schl"ussel von \paA{}, geheimer Schl"ussel von \paB{} und nochmals der "offentliche Schl"ussel von \paA{} "ubergeben werden. In beiden F"allen erh"alt man die fertige \ident{DupMessage}, sowie ihre L"ange (in Bytes) als Ergebnis zur"uck. \subsubsection{DecodeDupMsg} Sowohl \paA{} als auch \paB{} benutzen diese Prozedur, um die Kontrollmeldungen auszuwerten, die im Rahmen der gegenseitigen Authentisierung ausgetauscht werden. Wenn \paA{} die \ident{DupMessage} von \paB{} auswertet, m"ussen als Parameter der "offentliche Schl"ussel von \paB{} und der geheime Schl"ussel von \paA{} "ubergeben werden. Wenn \paB{} die \ident{DupMessage} von \paA{} auswertet, m"ussen als Parameter der "offentliche Schl"ussel von \paA{} und der geheime Schl"ussel von \paB{} "ubergeben werden. Als Ergebnis erh"alt man das vollst"andig entschl"usselte Zertifikat zur"uck, das in der \ident{DupMessage} enthalten war. \subsubsection{SendDupMsg} Diese Prozedur wird sowohl von \paA{} als auch von \paB{} benutzt, um die fertig verschl"usselte \ident{DupMessage} abzuschicken. "ubergeben werden m"ussen die Ausgabedatei, die \ident{DupMessage} und ihre L"ange (in Bytes).