Das Prinzip der Bitstrom-Verschlüsselung

(XOR mit (quasi) aperiodischem Schlüsselstrom.)

Beispiel

       S         e         h         r
   --------- --------- --------- --------- ---------
b: 0101 0011 0110 0101 0110 1000 0111 0010 0010 0000 ...
k: 1001 1000 1101 1101 0010 1111 1000 1001 1001 0101 ...
---------------------------------------------------------
c: 1100 1011 1011 1000 0100 0111 1111 1011 1011 0101 ...

Bitstrom-Verschlüsselung: Vor- und Nachteile

Kreative Nutzung zur Umgehung der Schlüsselhinterlegung: Jeder Geheimtext lässt sich mit einem geeigneten Schlüssel zu jedem beliebigen Klartext (gleicher Länge) entschlüsseln.

Die Sicherheit der Bitstrom-Verschlüsselung

• Theoretisch absolut sicher, wenn der Schlüsselstrom »echt« zufällig ist (One Time Pad [OTP FAQ]).
• Völlig unsicher, wenn der Schlüsselstrom aus einer kurzen, wiederholten Folge besteht.
• Unsicher, wenn der Schlüsselstrom mehrfach verwendet wird.
• Unsicher, wenn der Schlüsselstrom von einem Standard-Zufallsgenerator erzeugt wird.
• Sicher, wenn der Schlüsselstrom von einem kryptographisch sicheren (»perfekten«) Zufallsgenerator erzeugt wird.

Das One-Time-Pad (»Endloswurm«)

• Der Schlüsselstrom besteht aus einer echt zufälligen, niemals wiederholten Bitfolge [Vernam 1917].
  • Schlüssel also so lang wie eigentliche Nachricht (!)
  • Muss an zwei Orten gespeichert sein.
  • Also Schlüsselaustausch und -verwahrung schwierig.
• Nur für Zweier-Kommunikation geeignet, nicht für Mehrparteien-Kommunikation.
• Sicherheit nur hinsichtlich Vertraulichkeit, nicht hinsichtlich Integrität.

Das Bild zeigt ein »echtes« One-Time-Pad, das sowjetischen Spionen im kalten Krieg verwendet wurde. Diese Verschlüsselung wurde von der NSA im »Projekt Venona« gelegentlich gebrochen, weil immer wieder Schlüsselteile mehrfach verwendet wurden.

Bitstrom-Verschlüsselung - Mehrfachverwendung des Schlüssels

Der Angreifer sieht c und c', kann also c XOR c' und somit auch m XOR m' berechnen. Dies ist die Summe zweier Klartexte und mit Methoden der klassischen Kryptoanalyse leicht zu brechen (wenn auch nicht ganz trivial).

Aktuelle Beispiele für Bitstrom-Chiffren

• Bitblock-Chiffren im CFB-, OFB- oder CTR-Modus.
• RC4 im SSL-Protokoll, das die Client-Server-Kommunikation im WWW (gelegentlich) verschlüsselt.
• AES-CTR in WinZip.
• Algorithmus A5 für Mobil-Telefonie (zwischen Handy und Basisstation).
• Algorithmus E₀ im Bluetooth-Protokoll für Datenübertragung per Funk scheinbar sicher zu machen.