Perfect Forward Secrecy: Zukunftssicher per Schlüsselaustausch

Normalerweise ist verschlüsselte Kommunikation nur sicher, solange die benutzten Schlüssel geheim bleiben. Anders ist das mit einer cleveren Technologie, die auf dem Diffie-Hellman-Verfahren basiert. Die Möglichkeit hierfür ist in TLS vorhanden, aber Browser und Server müssen sie auch nutzen.

Artikel veröffentlicht am 28. Juni 2013, 15:11 Uhr, Hanno Böck

Sichere Verbindung mit ECDHE zu Google (Bild: Screenshot Golem.de)

Angesichts der Enthüllungen über die Überwachungsprogramme Prism und Tempora fragen sich viele Nutzer, wie die verschlüsselte Kommunikation im Internet noch sicherer werden kann. Eine Möglichkeit gibt es längst im wichtigsten Verschlüsselungsverfahren TLS/SSL, das bei Webseitenaufrufen über HTTPS zum Einsatz kommt. Sie wird jedoch nur selten verwendet.

Die klassische Variante einer verschlüsselten Übertragung wird über ein sogenanntes Public-Key-Verfahren abgesichert. Im Normalfall kommt hierbei das RSA-Verfahren zum Einsatz. Teil des Server-Zertifikats ist ein öffentlicher Schlüssel, mit dessen Hilfe ein Sitzungsschlüssel übertragen wird. Dieser wird anschließend zur Übertragung von Daten mit einem symmetrischen Verfahren (wie beispielsweise AES) genutzt.

Zuerst aufzeichnen, später entschlüsseln

Ein Angreifer, beispielsweise ein Geheimdienst, der die Kommunikation belauscht, hätte theoretisch die Möglichkeit, die verschlüsselte Kommunikation zu speichern und aufzubewahren. Zwar nützt ihm diese zunächst nichts, denn ohne Kenntnis der Schlüssel handelt es sich überwiegend um Datenmüll. Aber sollte der Angreifer später in Besitz des privaten Schlüssels des Servers gelangen, etwa durch einen Hackerangriff oder einen Einbruch ins Rechenzentrum, hätte er die Möglichkeit, sämtliche Kommunikationsverbindungen der Vergangenheit zu entschlüsseln.

Abhilfe schaffen können Verfahren, bei denen der Sitzungsschlüssel nicht übertragen wird. Dazu gibt es kryptographische Schlüsselaustauschverfahren. Hierbei senden sich zwei Kommunikationspartner verschiedene Nachrichten zu und erhalten am Ende beide einen gemeinsamen Schlüssel, der jedoch nie über die Leitung übertragen wird. Das gängigste Verfahren hierfür ist der sogenannte Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch. Dabei kommt weiterhin der öffentliche Schlüssel des Servers zum Einsatz, mit ihm wird der Schlüsselaustausch aber lediglich signiert.

Der so erhaltene Schlüssel existiert nur für den Zeitraum der Kommunikationsverbindung und sollte anschließend von beiden Kommunikationspartnern gelöscht werden.

Ein fast perfektes Geheimnis

Ein solches Verfahren hat zwei Vorteile: Ein Angreifer, der Daten in der Vergangenheit aufgezeichnet hat, kann selbst bei späterer Kenntnis des privaten Schlüssels diese nicht lesen. Und auch wenn ein Angreifer den privaten Schlüssel zum Zeitpunkt der Datenkommunikation bereits besitzt, ist ein Angriff deutlich erschwert: Ein pures Belauschen der Kommunikation nützt dem Angreifer nichts, er müsste in der Lage sein, die Kommunikation zu manipulieren und einen aktiven Man-in-the-Middle-Angriff starten, um mitlesen zu können. Im kryptographischen Fachjargon spricht man von Perfect Forward Secrecy (PFS).

Im Verschlüsselungsstandard TLS sind zwei Verfahren vorgesehen, die Perfect Forward Secrecy bieten: der klassische Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch (DHE) und der modernere Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch mit elliptischen Kurven (ECDHE). Neu sind diese Möglichkeiten nicht. Bereits der ursprüngliche TLS-Standard 1.0 von 1999 unterstützte das DHE-Verfahren.