Seminar BBS-Signaturen – Kryptografische Grundlagen und selektive Offenlegung

Seminarprofil

Das Seminar erklärt BBS-Signaturen von der Mehrnachrichtensignatur bis zum Zero-Knowledge-Proof-of-Knowledge. Mathematische Konzepte werden mit Implementierungsentscheidungen, Unlinkability-Eigenschaften, Nonces, Nachrichtencodierung und sicheren Protokollgrenzen verbunden.

Lernziele

• Mehrnachrichtensignaturen und Proofs of Knowledge konzeptionell und technisch erklären
• Nachrichten deterministisch skalaren Werten zuordnen und Domänentrennung anwenden
• Offengelegte und verborgene Nachrichten in einem BBS-Proof korrekt verarbeiten
• Nonce-, Randomisierungs- und Kontextanforderungen für unlinkable Präsentationen bewerten
• Kryptografische APIs gegen Substitution, Replay und fehlerhafte Parametrisierung absichern

Inhaltsübersicht

1. Algebraische Grundlagen
2. Mehrnachrichtensignatur
3. Nachrichtencodierung
4. Domänentrennung und Ciphersuite
5. Proof of Knowledge
6. Selektiv offengelegte Nachrichten
7. Nonce und Präsentationskontext
8. Randomisierung und Unlinkability
9. API- und Side-Channel-Sicherheit
10. Negative Testvektoren
11. Einbettung in Credential-Systeme

Seminarinhalte

Schritt 1: Algebraische Grundlagen

Gruppen, Skalare, Generatoren, Paarungen und diskrete Logarithmen werden auf das notwendige Maß reduziert. Ziel ist kein Beweisstudium, sondern ein präzises Verständnis der Sicherheitsannahmen und API-Parameter.

Schritt 2: Mehrnachrichtensignatur

Eine BBS-Signatur bindet eine geordnete Menge von Nachrichten. Die Übungen zeigen, weshalb Reihenfolge, Anzahl, Generatorzuordnung und die Trennung verschiedener Anwendungskontexte unveränderlich sein müssen.

Schritt 3: Nachrichtencodierung

Strings, Zahlen, Datumswerte und kanonisierte Aussagen werden deterministisch in Skalare überführt. Fehler durch uneinheitliche Normalisierung, implizite Typkonvertierung oder unterschiedliche Zeichencodierung werden demonstriert.

Schritt 4: Domänentrennung und Ciphersuite

Ciphersuite, API-Identifier und Anwendungsdomäne verhindern Protokollvermischung. Die Teilnehmer prüfen, welche Parameter fest vorgegeben, versioniert oder zwischen den Rollen vereinbart werden müssen.

Schritt 5: Proof of Knowledge

Der Holder beweist den Besitz einer gültigen Signatur, ohne sie selbst offenzulegen. Commitments, Challenges und Responses werden als Protokollablauf analysiert und anschließend über eine Bibliotheks-API erzeugt.

Schritt 6: Selektiv offengelegte Nachrichten

Ein Teil der signierten Nachrichten wird dem Verifier übergeben, der übrige Teil bleibt verborgen. Indexzuordnung und Reihenfolge werden streng geprüft, weil bereits ein Off-by-one-Fehler zu falschen Aussagen führen kann.

Schritt 7: Nonce und Präsentationskontext

Eine frische Verifier-Nonce bindet den Proof an eine Sitzung und reduziert Replay-Risiken. Verwendungszweck, Gültigkeitsfenster und Fehlverhalten bei Wiederverwendung werden in Testfällen untersucht.

Schritt 8: Randomisierung und Unlinkability

Neue Proofs sollen aus derselben Signatur nicht allein kryptografisch verknüpfbar sein. Die Grenzen dieser Eigenschaft werden anhand identischer Attributkombinationen, Netzwerkmetadaten und stabiler Anwendungskennungen herausgearbeitet.

Schritt 9: API- und Side-Channel-Sicherheit

Eingabevalidierung, sichere Zufallszahlen, Speicherschutz, konstante Zeit und Fehlerausgaben werden betrachtet. Die kryptografische Bibliothek wird als sensible Sicherheitsgrenze behandelt, nicht als gewöhnlicher Utility-Code.

Schritt 10: Negative Testvektoren

Manipulierte Nachrichtenindizes, falsche Nonces, ungültige Gruppenpunkte, vertauschte Generatoren und abweichende Ciphersuites werden geprüft. Erwartete Fehlerklassen werden für Regressionstests festgehalten.

Schritt 11: Einbettung in Credential-Systeme

Zum Abschluss wird die primitive BBS-Funktion in Issuer-, Wallet- und Verifier-Komponenten eingeordnet. Fachliches Datenmodell, Kanonisierung, Status und Governance bleiben separate Schichten.

Praxisanteil

• Mehrere Nachrichten signieren und Signaturvalidierung nachvollziehen
• Proof mit zwei offengelegten und mehreren verborgenen Nachrichten erzeugen
• Replay-, Index- und Ciphersuite-Negativtests ausführen
• Sicherheitscheckliste für die Einbettung einer BBS-Bibliothek erstellen

Zielgruppe

Kryptografie-nahe Softwareentwickler, Security Engineers, Protokollentwickler und technische Architekten

Voraussetzungen

Sichere Programmierpraxis und Grundlagen asymmetrischer Kryptografie; mathematische Vorkenntnisse über Schulniveau sind nicht erforderlich