Verschlüsselungsmodi - CBC und HMAC

Zwei Angriffe auf TLS - BEAST und Lucky Thirteen - haben zuletzt die Aufmerksamkeit auf Probleme mit den Operationsarten von Blockverschlüsselungen wie AES gelenkt. Eine Blockverschlüsselung ist zunächst einmal nur in der Lage, einen einzelnen Block - etwa 256 Bit - zu verschlüsseln. Um AES in einem Protokoll wie TLS zu nutzen, muss hierfür ein Verschlüsselungsmodus gewählt werden. Üblich war hierbei bislang das sogenannte Cipher-block chaining (CBC).

Zusätzlich zur Verschlüsselung benötigt eine geschützte Verbindung noch ein Verfahren, das die Integrität der Verbindung garantiert. Klassischerweise kommt hierfür das MAC-Verfahren HMAC zum Einsatz.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, CBC und HMAC miteinander zu kombinieren. Wirklich sicher ist die Konstruktion nur dann, wenn zuerst verschlüsselt und anschließend ein MAC über die verschlüsselten Daten gebildet wird (Encrypt-then-MAC). TLS macht es genau andersherum (MAC-then-Encrypt). Das Problem dabei: Kann ein Angreifer erkennen, ob ein fehlerhaftes Paket bei der Entschlüsselung oder bei der MAC-Prüfung abgewiesen wird, ist er in der Lage, damit eine verschlüsselte Verbindung anzugreifen.

SSH bereichert das Ganze um eine weitere wenig sichere Variante: Hier wird zuerst verschlüsselt, der MAC wird jedoch über die unverschlüsselten Daten gebildet. Erst in Version 6.2 unterstützt OpenSSH auch die Variante Encrypt-then-MAC.

Eine Alternative sind sogenannte authentifizierte Verschlüsselungsmodi, die Verschlüsselung und Integrität in einem Schritt erledigen. TLS kennt hier den Galois/Counter-Modus (GCM), allerdings erst in der jüngsten Protokollversion TLS 1.2. Diese wird bislang von kaum einem Browser unterstützt.

Wer auf ältere TLS-Standards angewiesen ist, hat nur die Wahl zwischen CBC in der problematischen MAC-then-Encrypt-Kombination oder dem ebenfalls als problematisch geltenden RC4.

Fazit: Blockchiffren sollte man mit authentifizierten Verschlüsselungsmodi wie GCM nutzen. Wenn es CBC sein soll, dann nur in der Kombination Encrypt-then-MAC.