Seminar GnuTLS Kryptografie-API, CMS/PKCS #7 und HPKE

Das Seminar behandelt GnuTLS-Funktionen außerhalb des klassischen TLS-Sitzungsaufbaus. Kryptografische Primitive, Zufallsdaten, Hash- und MAC-Verfahren, Schlüsselableitung, CMS/PKCS #7 sowie HPKE werden in klar abgegrenzte Anwendungsfälle eingeordnet.

Der Schwerpunkt liegt auf sicherer API-Nutzung, Datenformaten, Fehlerbehandlung, Interoperabilität und der Frage, wann ein standardisiertes Hochlevelverfahren einer selbst zusammengesetzten Kryptokonstruktion vorzuziehen ist.

Inhaltsverzeichnis

• Seminarprofil
• Lernziele
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• 1. API-Grenzen und Kryptodesign
• 2. Zufall, Hash, MAC und Schlüsselableitung
• 3. Schlüssel und Datenobjekte sicher verwalten
• 4. CMS/PKCS #7 Signatur
• 5. CMS/PKCS #7 Verschlüsselung
• 6. HPKE-Ablauf
• 7. Interoperabilität und Freigabe
• Praxisübungen
• Einordnung in den Lernpfad

Seminarprofil

Die Inhalte sind als zusammenhängende Arbeitsstrecke aufgebaut. Fachliche Einordnung, Konfiguration beziehungsweise Implementierung, kontrollierte Prüfung und betriebliche Dokumentation greifen ineinander. Die Übungen verwenden ausschließlich Labor- und Testdaten.

Lernziele

• Kryptografische Ziele und geeignete GnuTLS-Hochlevel-APIs auswählen.
• Zufall, Hash, MAC und Schlüsselableitung korrekt verwenden.
• CMS-/PKCS-#7-Daten signieren, prüfen, verschlüsseln und entschlüsseln.
• HPKE-Abläufe für geeignete Nachrichtenanwendungen implementieren.
• Datenformate, Speicher, Fehlerpfade und Interoperabilität absichern.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: C- und Systementwickler, Security-Entwickler, Maintainer, Entwickler von Signatur-, Verschlüsselungs- und Nachrichtenformaten sowie technische Architekten.

Voraussetzungen: Sichere C-Kenntnisse und Grundverständnis kryptografischer Ziele. GnuTLS-API-Erfahrung wird empfohlen.

1. API-Grenzen und Kryptodesign

1. Schutzziel, Angreifermodell und Datenlebensdauer bestimmen.
2. TLS, CMS, HPKE und primitive APIs nach ihrem vorgesehenen Einsatz trennen.
3. Eigene Protokollkonstruktionen nur nach dokumentierter Notwendigkeit zulassen.
4. Schlüsselarten, Nonces, Kontext und Ausgabedaten eindeutig spezifizieren.

2. Zufall, Hash, MAC und Schlüsselableitung

1. Geeignete Zufallsquelle und erforderliche Länge festlegen.
2. Hashfunktion nur für passende Integritäts- oder Fingerprint-Aufgaben einsetzen.
3. MAC-Schlüssel, Nachricht und Kontext sauber trennen.
4. Ableitungsparameter und Domänentrennung mit bekannten Testwerten verifizieren.

3. Schlüssel und Datenobjekte sicher verwalten

1. Schlüsselmaterial in klar verantwortete Speicherbereiche laden.
2. Längen, Rückgabewerte und Puffergrenzen vor jeder Nutzung prüfen.
3. Sensible Zwischenwerte nach Gebrauch gezielt freigeben.
4. Fehlerpfade auf Leaks, doppelte Freigabe und uninitialisierte Ausgaben testen.

4. CMS/PKCS #7 Signatur

1. Signaturprofil, Zertifikat und einzubettende Kette festlegen.
2. Daten in ein CMS-Signed-Data-Objekt überführen.
3. Signatur, Zertifikatskette und signierten Inhalt getrennt validieren.
4. Manipulation, fehlendes Zertifikat und ungeeigneten Verwendungszweck testen.

5. CMS/PKCS #7 Verschlüsselung

1. Empfänger und deren Zertifikate eindeutig bestimmen.
2. Inhalt für mehrere Empfänger verschlüsseln.
3. Empfängerinformation auswählen und mit passendem privaten Schlüssel entschlüsseln.
4. Falschen Empfänger, beschädigte Daten und Algorithmuskonflikte prüfen.

6. HPKE-Ablauf

1. Modus, Schlüsselkapselung, Kontextinformationen und AEAD-Verfahren auswählen.
2. Senderkontext aus Empfängerschlüssel und Zusatzinformationen aufbauen.
3. Nachricht mit eindeutigem Kontext verschlüsseln und kapseln.
4. Empfängerkontext rekonstruieren sowie Manipulations- und Wiederverwendungsfehler testen.

7. Interoperabilität und Freigabe

1. Binär- und Textkodierungen sowie kanonische Datenrepräsentation festlegen.
2. Testvektoren und Vergleichsimplementierung für Format und Ergebnis einsetzen.
3. Versions-, Algorithmus- und Fehlerkompatibilität automatisiert prüfen.
4. Schlüsselmanagement, Rotation und Betriebsübergabe dokumentieren.

Praxisübungen

• Hash-, MAC- und Ableitungsbeispiele mit Positiv- und Negativtests.
• CMS-Signatur und CMS-Verschlüsselung mit mehreren Empfängern.
• HPKE-Nachrichtenfluss mit Kontextbindung und Manipulationstest.

Einordnung in den Lernpfad

Empfohlen nach API-Entwicklung und PKI. Für Hardware-Schlüssel folgt PKCS #11; für Protokollkommunikation TLS-/DTLS-Vertiefung.