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AG Codes and Kryptographie Bildinformationen anzeigen

AG Codes and Kryptographie

Securing the Financial Cloud (SFC)

Förderer Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Initiative Förderung von Forschungsinitiativen zum Sicheren Cloud Computing www.bmbf.de/foerderungen/18899.php
Projektträger VDI/VDE
Förderkennzeichen 16KIS0062
Beginn 1.3.2014
Ende 27.2.2017
Partner Wincor Nixdorf
  acheleos
  arvato Bertelsmann
  utimaco
  escrypt
  janz IT
  Universität Paderborn

Projektziele

Das Projekt SFC hat als Ziel das Design und die prototypische Umsetzung einer Financial Cloud, d.h. den Transfer von höchst sensiblen Finanzdienstleistungen in eine Cloud-Architektur. Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Zusammenspiel verschiedener Disziplinen notwendig. Das Projekt SFC kann daher in die folgenden, verzahnten Teilprojekte gegliedert werden:

Kryptographische Schlüsseltechnologien

In diesem Teilprojekt werden die theoretischen und algorithmischen Aspekte geeigneter kryptographischer Verfahren analysiert. Basierend auf diesen Analysen werden kryptographische Verfahren angepasst bzw. entwickelt, die optimal auf die Anforderungen der Financial Cloud angepasst sind.

Optimierte Umsetzung

In diesem Teilprojekt werden die zu entwickelten Verfahren auf ausgewählten Hardware-Plattformen optimal umgesetzt. Dabei werden die Ziele der performanten Umsetzung, aber auch der Schutz gegenüber Seitenangriffen intensiv untersucht.

Sicherheitsarchitektur

Die Financial Cloud stellt eine hochkomplexe Infrastruktur für den Finanzmarkt zur Verfügung. Dementsprechend werden hohe Anforderungen an die Sicherheit auch für äußerst spezielle Mechanismen und Vorgänge benötigt. In dem Teilprojekt Sicherheitsarchitektur wird daher untersucht, wie man Sicherheitsvorgaben spezifiziert, speziell vor dem Hintergrund der Kerntechnologie ”Attributsbasierte Kryptographie”. Dabei werden neben den
rein technologischen Lösungsansätzen auch die unbedingt notwendigen manuellen Sicherheitsprozesse untersucht, die durch menschliche Nutzer ausgeführt werden.

Softwarearchitektur

Die Architektur einer cloudbasierten Finanzinfrastruktur vereint die neuartigen Ansätze des Cloud Computing mit den teils über  jahrzenten etablierten Mechanismen der Finanzinfrastruktur. Daraus ergeben sich Herausforderungen deren Lösungen entscheidend für die Effizienz und Sicherheit der Financial Cloud sind.

Aufgabenbereiche der AG Codes und Kryptographie

Ein wichtiger Bestandteil einer sicheren Cloudarchitektur für Finanzdienstleistungen ist die Zugriffskontrolle auf sensible Daten. Diese soll innerhalb des Projekts möglichst durch attributbasierte Verschlüsselung realisiert werden. Hier können mit Hilfe von  Attributen und Policies komplexe Zugriffsstrukturen direkt in dem Verschlüsselungsverfahren abgebildet werden.  Im Gegensatz zum klassischen Ansatz benötigen  attributbasierte Verfahren lediglich einen Schlüssel pro Benutzer und Daten müssen nur einmal verschlüsselt abgelegt werden. Dieses reduziert den Speicheraufwand und vereinfacht die Verwaltung von Schlüsseln. Desweiteren ist keine Zugriffsinstanz nötig die den Zugriff auf Daten anhand von Zugriffslisten überwacht. Diese Eigenschaft wiederum vereinfacht die Prozesse, die zur Einrichtung und Aufrechterhaltung der Sicherheit notwendig sind.

Aufgabe der AG Codes und Kryptographie ist die Entwicklung und mathematische Sicherheitsanalyse von effizienten attributbasierten Verfahren für die Financial Cloud. Ein wichtiger Gesichtspunkt ist neben Effizienz und Sicherheit auch die Integration in übergeordnete Sicherheitsprozesse.

In der Financial Cloud wird häufig spezielle Hardware für den Schutz von kryptographischen Schlüsseln eingesetzt, zum Beispiel in Form von Chipkarten oder eines Hardware Security Moduls (HSM). Ein wichtiger Baustein attributbasierter Verfahren ist die Berechnung einer sogenannten bilinearen Paarung. Eine weitere Aufgabe besteht deshalb in der Auswahl und Anpassung dieser Paarungen für eine effiziente Ausführung auf der speziellen Hardware.

Sobald kryptographische Verfahren in einer potentiell feindlichen Umgebung wie der Financial Cloud ausgeführt werden, müssen bei einer Sicherheitsanalyse auch sogenannte Seitenkanalangriffe berücksichtigt werden. Bei einem solchen Angriff versucht der Angreifer mittels des Zeit- oder Energieverbrauchs der Implementierung
eines kryptographischen Verfahrens Rückschlüsse auf die verwendeten privaten Schlüssels zu ziehen. Für die Identifikation von Seitenkanälen muss das Zusammenspiel von Software und Hardware analysiert werden.
Die AG Codes und Kryptographie wird deshalb zunächst versuchen Seitenkanäle in der zuvor vorgeschlagenen Implementierung von Paarungen auf der spezialisierten Hardware zu identifizieren. Ziel eines zweiten Schrittes ist es dann geeignete Softwaregegenmaßnahmen zu definieren, um diese Kanäle zu schließen.

Publikationen

  • Johannes Blömer, Peter Günther
    Effizienz und Sicherheit paarungsbasierter Kryptographie
    In: Tagungsband des 26. Fraunhofer SIT Smartcard-Workshops, 2016
  • Britta Gerken
    Elektromagnetische Seitenkanalangriffe auf paarungsbasierte Kryptographie
    Master's Thesis, Paderborn University, 2015, [Download]
  • Peter Günther, Johannes Blömer
    Singular Curve Point Decompression Attack
    In: Proceedings of Fault Tolerance and Diagnosis in Cryptography (FDTC), 2015, [DOI]
  • Volker Krummel, Peter Günther
    Implementing Cryptographic Pairings on Accumulator based Smart Card Architectures
    In: Proceedings of the Sixth International Conference on Mathematical Aspects of Computer and Information Sciences (MACIS), 2015
  • Martin Sosniak
    Evaluation of Pairing Optimization for Embedded Platforms
    Master's Thesis, Paderborn University, 2015, [Download]
  • Johannes Blömer, Peter Günther, Gennadij Liske
    Tampering Attacks in Pairing-Based Cryptography
    In: Proceedings of Fault Tolerance and Diagnosis in Cryptography (FDTC '14), 2014, [DOI]
  • Johannes Blömer, Gennadij Liske
    Constructing CCA-secure predicate encapsulation schemes from CPA-secure schemes and universal one-way hash functions
    In: Cryptology ePrint Archive, 2014, [Download]
  • Johannes Blömer, Ricardo Gomes da Silva, Peter Günther, Juliane Krämer, Jean-Pierre Seifert
    A Practical Second-Order Fault Attack against a Real-World Pairing Implementation
    In: Proceedings of Fault Tolerance and Diagnosis in Cryptography (FDTC '14), 2014, [DOI], [Download]
  • Janek Jochheim
    Hiding software components using functional encryption
    Master's Thesis, Paderborn University, 2014, [Download]
  • Jan Lippert
    Fujisaki-Okamoto Transformation
    Bachelor's Thesis, Paderborn University, 2014, [Download]
  • Johannes Blömer, Gennadij Liske
    Direct Chosen-Ciphertext Secure Attribute-Based Key Encapsulations without Random Oracles
    In: Cryptology ePrint Archive, 2013, [Download]
  • Kathlén Kohn
    Attributbasierte Verschlüsselung mittels Gittermethoden - Mathematische Grundlagen, Verfahren und Sicherheitsbeweise
    Bachelor's Thesis, Paderborn University, 2013, [Download]
  • Oliver Otte
    Seitenkanalresistenz paarungsbasierter Kryptographie
    Bachelor's Thesis, Paderborn University, 2013, [Download]
  • Alina Tezer
    Verteilte Erstellung und Aktualisierung von Schlüsselservern in identitätsbasierten Verschlüsselungssystemen
    Bachelor's Thesis, Paderborn University, 2013
  • Patrick Schleiter
    Attribute-basierte Verschlüsselung
    Bachelor's Thesis, Paderborn University, 2012, [Download]
  • Gennadij Liske
    Fault attacks in pairing-based cryptography
    Master's Thesis, Paderborn University, 2011, [Download]
  • Tim Postler
    Smart Card basierte Berechnung einer Gruppensignatur als Teil einer biometrischen Authentisierung
    Diploma Thesis, Paderborn University, 2010, [Download]

Die Universität der Informationsgesellschaft