Kryptologie

Lernziele

Prüfung

Zählt

1

Erlaubte Hilfsmittel

Eine einseitig, von Hand beschriebene A5 Seite und Taschenrechner (für Schlüsselraumgrössen).

Gedruckte oder aufgeklebte Abbildungen, Tabellen, Formeln, etc. sind nicht erlaubt.

Dauer

75 Minuten

Begrifflichkeiten

• Sie können die Kryptographie und die Kryptoanalyse als Teilbereiche der Kryptologie sowie deren Hauptaufgaben nennen.
• Sie können die Grundbegriffe der Kryptographie nennen, erklären und miteinander in Zusammenhang setzen.
• Sie können die vier Sicherheitsziele nennen und erklären.
• Sie können für ein konkretes Fallbeispiel erörtern, inwiefern die jeweiligen Sicherheitsziele darin (primär) verfolgt werden.
• Sie können Codierung und Verschlüsselung unterscheiden und erklären, weshalb eine Codierung keine Vertraulichkeit bietet.

Antike Verschlüsselungsverfahren

• Sie können die Funktionsweisen der gelernten antiken Chiffren (Skytale, Polybios, Caesar, monoalphabetische Substitution, Vigenère) erklären.
• Sie können den Zusammenhang zwischen der Vigenère-Chiffre und der Caesar-Chiffre erklären.
• Sie können mit allen gelernten antiken Chiffren und mit einem gegebenen Schlüssel eine Nachricht ver- und entschlüsseln.

Kryptoanalyse

• Sie können einfache Schlüsselräume bestimmen, ihre Grösse in Bit angeben und bei gegebener Versuchsgeschwindigkeit den Aufwand eines Brute-Force-Angriffs abschätzen. Sie können Brute Force und Wörterbuchangriffe unterscheiden.
• Sie können erklären, weshalb es sich bei der Caesar-Verschlüsselung und der monoalphabetischen Substitution nicht um starke, sondern um schwache Verschlüsselungen handelt.
• Sie können einen Caesar-verschlüsselten Text mithilfe der Häufigkeitsanalyse ohne Kenntnis des Schlüssels entschlüsseln. Sie können zudem erklären, wie man dieses Verfahren verallgemeinert auf die monoalphabetische Substitution anwenden kann.
• Sie kennen das Prinzip von Kerckhoffs und können begründen, wieso es sinnvoll ist, die Funktionsweise von Algorithmen nicht geheimzuhalten (Security through Obscurity).
• Sie können für ein konkretes Fallbeispiel erörtern, ob Kerckhoffs' Prinzip dort befolgt wurde.

Symmetrische Verschlüsselungsverfahren

• Sie verstehen das Prinzip symmetrischer Verschlüsselungsverfahren und wenden Erkenntnisse in Beispielen mit antiken Verfahren an.
• Sie können erklären, weshalb man bei modernen Verschlüsselungsverfahren mit binärcodierten Daten arbeitet und welche Vor- und Nachteile dies mit sich bringt.
• Sie können Texte und Pixelgrafiken (im «Pentacode-Stil») von Hand mit Pentacode codieren und decodieren.
• Sie können Texte und Pixelgrafiken mit der XOR-Chiffre ver- und entschlüsseln.
• Sie wissen, wie eine Blockchiffre im ECB- und CBC-Modus funktioniert, und können die beiden Modi miteinander vergleichen.
• Sie können Texte und Pixelgrafiken mit der XOR-Blockchiffre im ECB- und im CBC-Modus ver- und entschlüsseln.
• Sie können die Rolle des IV erklären und begründen, weshalb ein falscher IV bei der Entschlüsselung nur den ersten Klartextblock beeinflusst.
• Sie wissen, dass moderne symmetrische Verfahren mit Bitfolgen anstelle von Buchstaben arbeiten und mathematisch viel komplexer sind.

Asymmetrische Verschlüsselungsverfahren

• Sie erkennen das Problem des Schlüsselaustauschs bei symmetrischen Verfahren (z.B. über unsichere Kanäle).
• Sie kennen Man-in-the-Middle-Angriffe und verstehen, dass auch öffentliche Schlüssel auf ihre Echtheit überprüft werden müssen.
• Sie begreifen asymmetrische Verfahren mit ihren Schlüsselpaaren als Hilfsmittel für einen sicheren Austausch.
• Sie wissen, dass die Sicherheit asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren auf mathematischen Operationen beruht, deren Umkehrung ohne geheime Zusatzinformation nicht effizient möglich ist.
• Sie können anhand der «Verschlüsselungs-Box» erklären, wie eine geheime Nachricht übertragen wird, und allfällige Schwächen dieser Analogie erläutern.
• Sie können anhand des Farbenexperiments erklären, wie zwei Personen über einen öffentlichen Kanal ein gemeinsames Geheimnis vereinbaren, und allfällige Schwächen dieser Analogie erläutern.
• Sie können erklären, wie eine Nachricht über asymmetrische Verschlüsselung an eine oder mehrere Personen versendet wird.
• Sie können die Rolle des öffentlichen und des privaten Schlüssels in der asymmetrischen Verschlüsselung erklären.
• Sie können die symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung miteinander vergleichen.
• Sie können beschreiben, wie symmetrische und asymmetrische Verfahren zur Ver- und Entschlüsselung miteinander kombiniert werden können.

Hashfunktionen

• Sie wissen, was eine Hashfunktion macht und können dies anhand selbst gewählter Beispiele demonstrieren.
• Sie können Kollision und Kollisionsresistenz erklären, Hashwerte zur Integritätsprüfung verwenden und die Grenzen eines solchen Vergleichs beurteilen.
• Sie kennen die Zielsetzung und die Funktionsweise von Hashverfahren (Stichworte Integritätsprüfung, Fingerabdruck, Prüfsumme, Rolle von Hashwerten bei der Authentizitätsprüfung).

Digitale Signaturen und Zertifikate

• Sie verstehen, dass das Prinzip der asymmetrischen Verschlüsselung auch für digitale Signaturen eingesetzt werden kann.
• Sie kennen die Rolle von Zertifizierungsstellen.
• Sie können das Erstellen und Überprüfen einer digitalen Signatur unter Verwendung eines Hashwerts beschreiben und dabei die verwendeten Schlüssel korrekt zuordnen.
• Sie verstehen, wie Zertifikate öffentliche Schlüssel mithilfe digitaler Signaturen einer vertrauenswürdigen Stelle mit Identitäten verbinden, und können erklären, wie eine Vertrauenskette bis zu einer vertrauenswürdigen Root-Zertifizierungsstelle führt.

Unterrichtsinhalte

An der Prüfung werden auch Inhalte/Diskussionen/Experimente zu den obigen Themen aufgegriffen, welche nur im Unterricht behandelt/diskutiert wurden.