Unterrichtseinheit Lehrer für Lehrer - Odysseum

Unterrichtseinheit
Lehrer für Lehrer
„Sichere Kommunikation im Internet“
Lernsituation Firma InterCrypt

Unterrichtsmaterial von Lehrkräften für Lehrkräfte
Bezeichnung/ Titel:
Lernsituation Firma InterCrypt – Sichere Kommunikation im Internet
Beschreibung: In dieser Lernsituation (LS) werden Techniken der sicheren
Datenübertragung im Intra- und Internet wie symmetrische/asymmetrische/hybride
Verschlüsselung, digitale Signatur, und „Virtuelle Private Netzwerke“ unter
Sicherheitsaspekten analysiert und realisiert.
Ausgewählte Lerneinheit:
Vertraulichkeit von privaten Daten – Digitale Signatur
Schulform: Berufskolleg
Bildungsgang Berufsschule für den Ausbildungsberuf Fachinformatiker in den
Fachrichtungen Anwendungsentwicklung und Systemintegration
Klasse/ Stufe: Drittes Ausbildungsjahr
Fach, - Sachgebiet: Informatik, Informations- und Telekommunikationssysteme
Lehrplanbezug:
Rahmenlehrplan für die IT-Berufe, Beruf Fachinformatiker
Fachrichtungen Anwendungsentwicklung und Systemintegration
Lernfeld 7 „Vernetzte luK-Systeme“, Lernfeld 9: „Öffentliche Netze und Dienste“,
Lernfeld 10 „Betreuung von IuK-Systemen“, Lernfeld 8 „Markt und
Kundenorientierung“, Lernfeld 2: „Geschäftsprozesse und betriebliche Organisation“
Lernzielkontrolle: Bewertete Leistungskontrolle am Ende der Lernsituation
Vorbildung: (der Schüler) Einstiegsbeispiele auch für Sek-I-Schüler, im weiteren
Verlauf mathematische Grundkenntnisse (Exponentialfunktionen, Hash-Funktionen)
Anmerkungen: Keine
Autor: Bernd Dippel
Kontakt: Georg-Simon-Ohm-Berufskolleg
Westerwaldstr. 92
51105 Köln
Odysseum Themenwelt: Cyberspace
Exponat: Nr. 71, Verschlüsselung und Entschlüsselung

Mit Brief und Siegel –
Die digitale Signatur in der
firmeninternen E-Mail-Kommunikation
16.01.2011
Im Internet sicher
unterschreiben
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
1/22

16.01.2011
Szenario
Wohnungsnot in Köln! Bei einer Wohnungsbesichtigung hat der Vermieter Bob die
Einzelmieterinnen Alice und Eve kennen gelernt. Alice war zuerst da, kann sich aber
noch nicht entscheiden. Bob gibt Alice eine Woche Bedenkzeit. Eve, die später
erscheint sagt direkt zu, muss aber auf Alice Entscheidung warten.
Alice soll Bob die Zu- bzw. Absage binnen einer Woche zusenden. Erhält Bob nach
Ablauf der First keine Nachricht von Alice, so wird er sich noch einmal mit ihr in
Verbindung setzen. Eve setzt alles daran, Alice Nachricht zu fälschen.
Alice traut Eve nicht und besorgt sich ein spezial angefertigten Siegelstempel.
Folgende Gegenstände werden für die Kommunikation zwischen Alice und
Bob benötigt:
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
2/22

16.01.2011
Aufgabe 1a)
Was macht Alice, damit die Nachricht sicher übertragen wird? Was heißt hier „sicher“?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
3/22

16.01.2011
Aufgabe 1b)
Welche Aufgabe hat der Siegelstempel?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
4/22

16.01.2011
Aufgabe 1c)
In welchem Zustand kann der Brief sein, wenn Bob ihn erhält? Wie reagiert Bob?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
5/22

16.01.2011
Aufgabe 1d)
Welche Hürden muss Eve überwinden, damit sie die Nachricht unbemerkt fälschen
kann?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
6/22

16.01.2011
Aufgabe 1e)
Gibt es hier einen „öffentlichen Schlüssel“?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
7/22

16.01.2011
Aufgabe 1f)
Welche Bedeutung hat Alice Unterschrift. Kann Alice sie nicht einfach weglassen?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
8/22

16.01.2011
Aufgabe 1g)
Welche Eigenschaften hat eine Unterschrift per Hand ( +/- )?
- Nachricht mit Unterschrift direkt verbunden (_),
- fälschungssicher (_),
- wiederverwendbar (_),
- auf Echtheit überprüfbar (_),
- abstreitbar (_)
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
9/22

16.01.2011
Aufgabe 1h)
Alice will Bob die unterschriebene Nachricht alternativ auf elektronischem
Wege per FAX schicken.
Wie fälschungssicher ist diese Art der elektronischen Übertragung?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
10/22

16.01.2011
Die digitale Signatur
• mit digitaler Signatur wird das Verfahren und das Ergebnis bezeichnet !!
• wird auch elektronische Unterschrift genannt
• verwendet die selben Schlüssel wie die asymmetrische Verschlüsselung (RSA)
• Die digitale Signatur ist rechtlich der handschriftlichen Unterschrift gleichgesetzt.
• Sie kann zum Unterschreiben von Verträgen im Internet eingesetzt werden.
• Das Verfahren besteht aus 2 Phasen:
- Signierung
- Verifikation
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
11/22

16.01.2011
Aufgabe 2
Die digitale Signatur (Variante 1): Tragen Sie Nummern der Stichworte in die
Kästchen der Zeichnung ein.
übertragen(9)
verschlüsseln (7)
entschlüsseln (6)
Schlüssel annehmen(4)
Schlüsselerzeugung(1)
verschlüsselte Nachricht(8)
mit öffentlichem Schlüssel(2)
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
öffentlichen Schlüssel(10) Nachricht(3)
verschlüsselte Nachricht(8)
übergeben(9)
mit privatem Schlüssel(5)
12/22

16.01.2011
Das digitale-Signatur-Verfahren
in der E-Mail-Kommunikation
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
13/22

16.01.2011
Aufgabe 3
Tragen Sie Nummern 1 bis 7 in das Schaubild zur digitalen Signatur
mit Hash-Wert ein. 1. Dokument 2. Empfänger 3. Privater Schlüssel 4. Signatur
5. Hash-Code (Prüfsumme) 6. Absender 7. Öffentlicher Schlüssel
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
14/22

16.01.2011
Aufgabe 4
a) Starten Sie die Software „CrypTool“ und simulieren Sie den Vorgang der
digitalen Signatur einer Datei (Digitale Signaturen/PKI/Signaturdemo).
Verifizieren Sie die erstellte Signatur.
Verändern Sie das unterschriebene Dokument und verifizieren Sie die Signatur
erneut.
b) Welche Eigenschaften hat die digitale Signatur ( +/- )?
- Nachricht mit Unterschrift direkt verbunden (_),
- fälschungssicher (_),
- wiederverwendbar (_),
- auf Echtheit überprüfbar (_),
- abstreitbar (_)
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
15/22

16.01.2011
Datensicherheit
• Wird auch als Informationssicherheit bezeichnet
• bezieht sich auf alle relevanten Informationen von Organisationen einschließlich
personenbezogener Daten
• In diesem Zusammenhang:
Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität, Verbindlichkeit/Nichtabstreitbarkeit
Vertraulichkeit: Kommt ein Fremder an die Information der Nachricht?
Integrität der Daten: Kann ein Fremder die Nachricht fälschen oder ersetzen?
Authentizität des Senders: Weiß der Empfänger sicher, dass die Nachricht vom
Sender stammt?
Verbindlichkeit/Nichtabstreitbarkeit: Ist die Information verbindlich bzw.
abstreitbar?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
16/22

16.01.2011
Aufgabe 5
5. Welche Sicherheitskriterien erfüllt das Digitale-Signatur-Verfahren?
Begründen Sie:
Vertraulichkeit der Information
Integrität der Nachricht
Authentizität des Senders
Authentizität des Empfängers
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
17/22

16.01.2011
Aufgabe 6
Sie sind Mitarbeiter der Firma InterCrypt in Köln und haben hochbrisante,
geheime Informationen, die Sie Ihrem Firmenkollegen in Berlin per E-Mail
zuschicken wollen.
Schicken Sie Ihrem Kollegen eine signierte E-Mail.
Erhöhen Sie die Datensicherheit.
Wie kann die Datensicherheit im Punkt
„Verbindlichkeit/Nichtabstreitbarkeit“
verbessert werden?
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
18/22

Aufgabe 7
Stellen Sie das Verfahren der asymmetrischen Verschlüsselung dem Verfahren
der digitalen Signatur in der folgenden Tabelle gegenüber ( + oder - eintragen).
Gehen Sie davon aus, dass der öffentliche Schlüssel persönlich übergeben
wurde.
16.01.2011
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
19/22

Aktuelle Anwendung der digitalen Signatur
Staatliche Projekte fördern Verbreitung und Einsatz der digitalen Signatur
Beispiele:
• Elektronische Steuererklärung (ELSTER) seit 2005
• Online-Banking bei teilnehmenden Sparkassen seit 2008
• Elektronischer Personalausweis (ePA) ab 01.11.2010
• Elektronischer Endgeldnachweis (ELENA) ab 01.01.2012
16.01.2011
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
Quelle: www.sparkasse-nuernberg.de
20/22

Elektronischer Entgeldnachweis (ELENA)
16.01.2011
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
Quelle: www.welt.de, 1. Januar 2010
21/22

16.01.2011
Rechtliche Grundlagen und Ausblick
• Deutsches Signaturgesetz seit 16.05.01 in Kraft, letzte Änderung 17.07.09
• Bürger und Unternehmen können Dokumente digital unterschreiben
• „Weiche“ Zertifikate (PGP) unterliegen der freien Beweiswürdigung der Richter.
• Qualifizierte Zertifikate notwendig. Sie bescheinigen Zuordnung von Signaturprüf-
schlüsseln zu einer natürlichen Person und deren Identität (§ 2 (7) SigG).
• Zertifizierungsdienste unterliegen der Aufsicht der Bundesnetzagentur
• Zertifizierungsstellen sind in eine Public-Key-Infrastruktur (PKI) eingebunden.
Nächste Stunde:
Public-Key-Infrastrukturen – Aufbau und Nutzung
am Beispiel des elektronischen Entgeldnachweises (ELENA)
für die Firma InterCrypt
LS Firma InterCrypt – Datensicherheit im Internet
IT-Berufe (Di 09/10)
22/22

ITK – Oberstufe
LS InterCrypt – Digitale Signatur – Datensicherheit - Anwendung
©GSO/DI 09/10
Szenario: Wohnungsnot in Köln! Bei einer Wohnungsbesichtigung hat der Vermieter Bob die
Einzelmieterinnen Alice und Eve kennen gelernt. Alice war zuerst da, kann sich aber noch nicht entscheiden.
Bob gibt Alice eine Woche Bedenkzeit. Eve, die später erscheint sagt direkt zu, muss aber auf Alice
Entscheidung warten.
Alice soll Bob die Zu- bzw. Absage binnen einer Woche zusenden. Erhält Bob nach Ablauf der First keine
Nachricht von Alice, so wird er sich noch einmal mit ihr in Verbindung setzen.
Eve setzt alles daran, Alice Nachricht zu fälschen.
Alice traut Eve nicht und besorgt sich ein spezial angefertigten Siegelstempel.
Folgende Dinge werden für die Kommunikation zwischen Alice und Bob benötigt:
Siegellack (Sk) Siegelstempel (Sl) Stift (S) Briefumschlag (B), Nachricht (N)
Unterschrift (U)
1. a) Was macht Alice, damit die Nachricht sicher übertragen wird? Was heißt hier „sicher“?
Bob
b) Welche Aufgabe hat der Siegelstempel?
c) In welchem Zustand kann der Brief sein, wenn Bob ihn erhält? Wie reagiert Bob?
d) Welche Hürden muss Eve überwinden, damit sie die Nachricht unbemerkt fälschen kann?
e) Gibt es hier einen „öffentlichen Schlüssel“?
f) Welche Bedeutung hat Alice Unterschrift. Kann Alice sie nicht einfach weglassen?
g) Welche Eigenschaften hat eine Unterschrift per Hand ( +/- )?
Nachricht mit Unterschrift direkt verbunden (_), fälschungssicher (_),
wiederverwendbar (_), auf Echtheit überprüfbar (_), abstreitbar (_)
h) Alice will Bob die unterschriebene Nachricht alternativ auf elektronischem Wege per FAX schicken.
Wie fälschungssicher Ist diese Art der elektronischen Übertragung?
Eve
2. Digitale Signatur (Variante 1): Tragen Sie Nummern der Stichworte in die Kästchen der Zeichnung ein.
Schlüsselerzeugung(1), mit öffentlichem Schlüssel(2), Nachricht(3), Schlüssel annehmen(4), mit
privatem Schlüssel(5), entschlüsseln (6), verschlüsseln (7), verschlüsselte Nachricht(8), verschlüsselte
Nachricht(8), übergeben(9), übertragen(9), öffentlichen Schlüssel(10).
Alice
Utensilien:
Sk, Sl, S,
B, N, U
A01
1/2

ITK – Oberstufe
LS InterCrypt – Digitale Signatur – Datensicherheit - Anwendung
©GSO/DI 09/10
3. IHK-Aufgabe: Tragen Sie Nummern 1 bis 7 in das
Schaubild zur digitalen Signatur mit Hash-Wert ein.
1. Dokument 2. Empfänger
3. Privater Schlüssel 4. Signatur
5. Hash-Code (Prüfsumme) 6. Absender
7. Öffentlicher Schlüssel
4. a) Starten Sie die Software „CrypTool“ und simulieren
Sie den Vorgang des digitalen Unterschreibens einer
Datei (Digitale Signaturen/PKI/Signaturdemo).
Verifizieren Sie die erstellte Signatur. Verändern Sie
das unterschriebene Dokument und verifizieren Sie
die Signatur erneut.
b) Welche Eigenschaften hat eine digitale Signatur ( +/- )? Nachricht mit Unterschrift direkt verbunden (_),
fälschungssicher (_), wiederverwendbar (_), auf Echtheit überprüfbar (_), abstreitbar (_)
5. Welche Sicherheitskriterien erfüllt das Digitale-Signatur-Verfahren? Begründen Sie:
Vertraulichkeit der Information Integrität der Nachricht
Authentizität des Senders Authentizität des Empfängers
6. Sie sind Mitarbeiter der Firma InterCrypt in Köln und haben hochbrisante, geheime Informationen, die Sie
Ihrem Firmenkollegen in Berlin per E-Mail zuschicken wollen. Schicken Sie Ihrem Mitarbeiter eine signierte
E-Mail. Erhöhen Sie die Datensicherheit. Wie kann die Datensicherheit im Punkt
Verbindlichkeit/Nichtabstreitbarkeit“ verbessert werden?
7. Sie haben in der letzten Unterrichtssunde die asymmetrische Verschlüsselung kennen gelernt.
Stellen Sie das Verfahren der asymmetrischen Verschlüsselung dem Verfahren der digitalen Signatur in der
folgenden Tabelle gegenüber ( + oder - eintragen). Gehen Sie davon aus, dass der öffentliche Schlüssel
persönlich übergeben wurde.
Verfahren Asymmetrische Verschlüsselung Digitale Signatur
Kriterium/Person Empfänger Sender Empfänger Sender
Schlüsselerzeugung
Öffentlichen Schlüssel senden an
Den privaten Schlüssel behält
Verfahren Asymmetrische Verschlüsselung Digitale Signatur
Kriterium/Schlüssel priv. Schlüssel öff. Schlüssel priv. Schlüssel öff. Schlüssel
Nachr./Hashwert verschließen mit
Nachr./Hashwert öffnen mit
Kriterium/Verfahren Asymmetrische Verschlüsselung Digitale Signatur
Vertraulichkeit der Information
Authentizität des Senders
Authentizität des Empfängers
Integrität der Nachricht
A01
2/2