Schlüsselableitungsfunktion.

Schlüsselderivierungsfunktion

Eine Schlüsselderivierungsfunktion (KDF) ist ein kryptografischer Algorithmus, der aus einem geheimen Wert, wie einem Passwort oder einer Passphrase, einen oder mehrere geheime Schlüssel ableitet. Der Hauptzweck besteht darin, es rechnerisch unpraktikabel zu machen, den Prozess umzukehren und das ursprüngliche Geheimnis aus den abgeleiteten Schlüsseln wiederherzustellen.

Wie Schlüsselderivierungsfunktionen arbeiten

Schlüsselderivierungsfunktionen dienen verschiedenen Zwecken im Bereich der Kryptographie. Sie werden häufig in den folgenden Szenarien eingesetzt:

1. Passwortbasierte KDF: In Systemen, die Passwörter sicher speichern und übertragen, wird eine KDF verwendet, um aus dem Passwort einen kryptografischen Schlüssel abzuleiten. Dies stellt sicher, dass es selbst bei einem Kompromittieren des abgeleiteten Schlüssels rechnerisch schwierig ist, das ursprüngliche Passwort zu erlangen. Beliebte passwortbasierte KDF-Algorithmen sind Argon2, PBKDF2 und bcrypt.

   Beispiel: Betrachten Sie eine Datenbank mit Benutzerpasswörtern. Anstatt die Passwörter direkt zu speichern, wird eine KDF verwendet, um einen Hash des Passworts abzuleiten, der dann in der Datenbank gespeichert wird. Wenn ein Benutzer während des Anmeldevorgangs sein Passwort eingibt, wird derselbe KDF-Algorithmus verwendet, um den Hash aus dem eingegebenen Passwort abzuleiten, und dieser wird mit dem gespeicherten Hash verglichen. Auf diese Weise bleibt das ursprüngliche Passwort unbekannt für jeden, der Zugriff auf die Passwortdatenbank erhält.

2. Kryptografische Schlüsselderivierung: KDFs werden verwendet, um kryptografische Schlüssel für Verschlüsselungs-, Entschlüsselungs- oder Authentifizierungszwecke abzuleiten. Diese Schlüssel sind unerlässlich, um die Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität von Daten zu gewährleisten. Kryptografische KDFs bieten eine Möglichkeit, sichere Schlüssel zu erzeugen, die gegen Angriffe resistent sind, die versuchen, den ursprünglichen Schlüssel zu erraten oder abzuleiten. Bekannte kryptografische KDFs sind HKDF (HMAC-basierte Schlüsselderivierungsfunktion), scrypt und die Schlüsselerweiterungsfunktion im TLS (Transport Layer Security)-Protokoll.

   Beispiel: In einer sicheren Messaging-Anwendung kann eine KDF verwendet werden, um Sitzungsschlüssel zum Verschlüsseln und Entschlüsseln von Nachrichten abzuleiten. Die KDF nimmt Eingabeparameter wie einen gemeinsamen geheimen Schlüssel, eine Nonce und zusätzliche kontextbezogene Daten und erzeugt Sitzungsschlüssel, die für jede Sitzung einzigartig sind. Auf diese Weise können Angreifer selbst dann, wenn sie verschlüsselte Nachrichten abfangen, die Sitzungsschlüssel nicht ohne Kenntnis des gemeinsamen geheimen Schlüssels ableiten.

3. Schlüsselstärkung: KDFs werden auch verwendet, um schwache Schlüssel oder Passwörter zu stärken, indem ihre Entropie erhöht wird, was sie widerstandsfähiger gegen Brute-Force-Angriffe macht. Durch wiederholtes Anwenden der KDF oder Iterieren des Prozesses mit zusätzlichem Zufallsdaten wird der resultierende abgeleitete Schlüssel rechnerisch teurer zu knacken.

   Beispiel: Wenn ein Benutzer ein schwaches Passwort auswählt, kann eine KDF verwendet werden, um es zu stärken. Durch Anwenden des KDF-Algorithmus mit einer hohen Anzahl an Iterationen und einem zufälligen Salt wird der resultierende abgeleitete Schlüssel exponentiell schwerer zu erraten oder durch Brute-Force-Methoden zu knacken.

Präventionstipps

Um die durch Schlüsselderivierungsfunktionen gebotene Sicherheit zu maximieren, sind folgende Präventionstipps zu beachten:

1. Verwende starke Passwörter: die Verwendung starker und eindeutiger Passwörter erhöht die Schwierigkeit, den KDF-Prozess rückgängig zu machen, erheblich. Verwenden Sie eine Kombination aus Groß- und Kleinbuchstaben, Zahlen und Sonderzeichen in Ihren Passwörtern. Vermeiden Sie gebräuchliche und leicht erratbare Wörter oder Muster.

2. Wählen Sie sichere KDF-Algorithmen: Es ist entscheidend, gut etablierte und überprüfte KDF-Algorithmen zu wählen, die gründlich analysiert wurden und gegen bekannte kryptografische Angriffe resistent sind. Beziehen Sie sich auf vertrauenswürdige Quellen und kryptografische Standards für Empfehlungen.

3. Implementieren Sie iterative Saltung: Durch Hinzufügen von zufälligem Salt und Iterieren des KDF-Prozesses kann die Sicherheit der abgeleiteten Schlüssel erheblich verbessert werden, insbesondere in passwortbasierten Anwendungen. Salt ist ein Zufallswert, der zur Eingabe der KDF hinzugefügt wird und sicherstellt, dass dieselbe Eingabe einen anderen Ausgang erzeugt. Das mehrfache Iterieren des KDF-Prozesses führt eine rechnerische Kosten ein, die Brute-Force-Angriffe zeitaufwändiger machen.

   Beispiel: Die bcrypt-Passwort-Hashing-Funktion ist ein solcher Algorithmus, der Salt und Iterationen integriert. Sie hilft, sich gegen Rainbow-Table-Angriffe zu schützen, bei denen vorkomputierte Tabellen von Passwort-Hashes verwendet werden, um schnell Übereinstimmungen mit gespeicherten Hashes zu finden.

4. Bleiben Sie auf dem Laufenden: Halten Sie sich über Fortschritte, Forschungsergebnisse und Schwachstellen im Bereich der Kryptographie auf dem Laufenden. Aktualisieren Sie Ihre Systeme regelmäßig, um die neuesten Sicherheitspatches und Verbesserungen zu integrieren.

Verwandte Begriffe

• Salt (Kryptographie): Ein Zufallswert, der zur Eingabe einer Schlüsselderivierungsfunktion hinzugefügt wird, um zu verhindern, dass dieselbe Eingabe denselben Ausgang erzeugt. Das Salting ist eine effektive Technik, um sich gegen verschiedene Angriffe, einschließlich Rainbow-Table-Angriffe, zu verteidigen.

• Brute-Force-Angriff: Eine Trial-and-Error-Methode, die von Angreifern verwendet wird, um verschlüsselte Daten oder Passwörter zu entschlüsseln. Brute-Force-Angriffe beinhalten das systematische Ausprobieren aller möglichen Kombinationen, bis die richtige gefunden wird.

Durch das Verständnis und die Umsetzung der Konzepte und Best Practices, die mit Schlüsselderivierungsfunktionen verbunden sind, können Sie die Sicherheit und Integrität kryptografischer Systeme erheblich verbessern, sensible Informationen schützen und unbefugten Zugriff verhindern.