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Systeme zur elektronischen Demokratie müssen, wenn sie auch nur rudimentäre Bindungswirkung entfalten möchten, eine zuverlässige Identifikation und Authentisierung der Beteiligten gewährleisten.¹ Da die Verteilung von Logindaten kostenintensiv und schwerfällig ist, gewinnen hier bereits existierende ID-Lösungen, wie sie im eGovernment eingesetzt werden, an Bedeutung; in Österreich wäre dies die Bürgerkarte, sowohl in der Ausprägung als Karte als auch als «Handysignatur». Während hingegen die Karte trotz der Einführung vor gut einem Jahrzehnt bislang eine überschaubare Verbreitung fand (78.000 eCards mit aktivierter Bürgerkartenfunktion), fand die Handysignatur rasch an Verbreitung (170.000 aktivierte per September 2013 mit 8–15.000 Neuaktivierungen monatlich).²

Dieser Beitrag versucht einen Beitrag zur Analyse der Sicherheit der Handysignatur zu leisten, vor allem im Lichte der bekannt gewordenen Spähaktivitäten US-amerikanischer Geheimdienste.³ Als Bezugsrahmen wird dafür ein Sicherheitsmodell verwendet wie in Abbildung 1 dargestellt.⁴

Abbildung 1: Absicherung der Bürgerkarte als Kartenlösung

Dieses listet die Bedrohungen bzw. Hindernisse einer technologischen Lösung auf den Achsen der Graphik auf und markiert bis zu welchem Niveau eine technische Absicherung möglich ist; darüber hinaus ist nur noch eine Absicherung organisatorischer Art möglich. Abbildung 1 zeigt dies anhand der physischen Kartenlösung der österreichischen «Bürgerkarte».⁵ Ein illegitimer Zugriff auf die signaturerstellenden Daten (T1), die dabei in der Karte selbst liegen, ist bei Verwendung entsprechend zertifizierter Karten nach derzeitigem Stand auszuschließen.⁶ Davon zu unterscheiden ist das illegitime Auslösen der Signatur, zu dem nicht die signaturerstellenden Daten der Karte selbst benötigt werden, sondern nur die physische Verfügbarkeit der Karte und der PIN, mit dem die Signatur ausgelöst wird (T2). Dies ist bei entsprechend verantwortungsbewusstem Umgang mit dem PIN auszuschließen, allerdings sind Fälle bekannt, in denen der Signaturerstellungs-PIN einfach weitergegeben wurde und damit Betrugsszenarien möglich wurden.⁷ Hier müssen organisatorische Maßnahmen greifen. Die Wiederverwendung einer Signatur ist durch den Mechanismus der digitalen Signatur (Hashwert und Signatur) per se ausschließbar – Voraussetzung ist lediglich die Verwendung ausreichend sicherer Hash- und Signaturverfahren (T3). Dies gilt auch für die komplette Fälschung einer digitalen Signatur (T4).

Gegen diese Szenarien erscheint die Kartensignatur gut geschützt, die Hauptschwierigkeit besteht in der wenig praktischen Handhabung der kartenbasierten Signatur. Dass in einem Jahrzehnt nicht einmal 80.000 Anwender gefunden werden konnten (hier wären eigentlich die beruflich dazu angehaltenen abzuziehen, für weitere Zahlen vgl. FN 2), bezeugt wohl die Handhabungs- und Zugänglichkeitsprobleme. Daher resultieren in T5 entsprechend niedrige Werte. Hingegen ist der Schutz gegen eine Blockade des Dienstes aufgrund der Dezentralität nicht problematisch.

Während die signaturerstellenden Daten bei der (physischen) Bürgerkarte tatsächlich auf einer Karte liegen, sind diese bei der handybasierten Bürgerkarte zentral in einem Rechenzentrum untergebracht, typischerweise in einem Hardware Security Modul (HSM). Dieses erlaubt im Rahmen asymmetrischer Verschlüsselungssysteme⁸ die Generierung von privaten Schlüsseln im HSM und seine Speicherung ebendort, ohne dass diese ausgelesen werden können; der öffentliche Schlüssel wird hingegen exportiert und kann bzw. muss für die Signaturprüfung durch Dritte veröffentlicht werden. Wird dieser öffentliche Schlüssel in eine entsprechend definierte Struktur eingebettet und diese Struktur durch den Ersteller ebenfalls digital signiert, so liegt ein X.509 Zertifikat vor⁹, wie es heute als Standardverteilungsformat für öffentliche Schlüssel zur Signaturprüfung weitgehend verwendet wird. Wird ein Backup der generierten Schlüssel gewünscht, so ist dies durch entsprechende, meist symmetrische¹⁰, Verschlüsselung abzusichern. Dies ist aber streng genommen nicht nötig, da der Untergang der privaten Schlüssel – rein kryptographisch – kein Problem darstellt. Die bereits getätigten Signaturen können ja mit dem veröffentlichten Zertifikat weiterhin geprüft werden. Nur für zukünftige Signaturen wird dann ein neuer Schlüssel benötigt und man muss dann lediglich unterscheiden, um welche Signatur es sich handelt, welches Zertifikat also dann zur Unterschriftsprüfung herangezogen werden muss.¹¹

Gestützt auf diese zentrale Infrastruktur läuft die Handysignatur aus Sicht des Anwenders recht einfach ab:¹²

Schritt 1, Login: Die Handysignatur bzw. das Login via Handysignatur muss in eine Applikation eingebettet sein und die entsprechende Applikation muss dem Nutzer dann auch diese Option anbieten. Wählt der Nutzer diese aus, so gibt er zunächst sein entsprechendes Login beim Provider der Handysignatur ein.

Schritt 2, Vergleichswert und TAN: Der Nutzer erhält nach diesem Schritt einen Vergleichswert auf dem Schirm angezeigt und erhält eine SMS auf sein Handy mit eben diesem Vergleichswert und einem Einmal-TAN. Dieser ist typischerweise nur wenige Minuten gültig¹³, was einer erhöhten Sicherheit geschuldet ist.

Schritt 3, Eingabe TAN: Dieser TAN muss nun in die Anmeldemaske der Applikation eingetragen werden und wird von der Applikation gegengeprüft. Entweder wird daraufhin das Login in die Applikation durchgeführt (technisch gesehen also in der Regel ein Session Cookie ausgestellt) oder es werden die signaturerstellenden Daten durch die Applikation freigegeben.

Schritt 4, Signatur: Letzteres bedeutet, dass die zu signierenden Daten, beispielsweise eine pdf-Datei, an den Server geschickt, darüber der Hashwert gebildet wird und dieser Hashwert an das HSM gesandt und mit den signaturerstellenden Daten signiert wird. Dieses Signat wird dann an den Nutzer zurückgeschickt und von der Applikation weiter verarbeitet.¹⁴

Im Folgenden werden dezentrale Angriffsszenarien auf diese Signatur entwickelt, wobei die bekanntgewordenen Spähmethoden der US-amerikanischen Nachrichtendienste berücksichtigt werden. Caveat: Es werden die vom Guardian unautorisiert veröffentlichten, mutmaßlichen US-amerikanischen Regierungsdokumente als Maßstab für die zur Verfügung stehenden Methoden genommen, es sei angemerkt, dass es nur für die wenigsten in diesen Dokumenten behaupteten Fähigkeiten bzw. die Echtheit dieser Dokumente eine offizielle Bestätigung der US Regierung gibt. Die Rohdokumente stammen von http://leaksource.wordpress.com/2013/06/13/nsa-files-raw-documents-whistleblower-edward-snowden-interview/ und http://en.wikipedia.org/wiki/Global_surveillance_disclosure.

Ein dezentraler Angriff setzt die Kenntnis zweier Fakten durch den Angreifer voraus – das Login des Nutzers und dessen Mobiltelefonnummer – sowie das Emulieren beider Kommunikationskanäle durch den Angreifer. Erster Schritt muss also das Brechen der SSL-Kommunikation sein, mit der Nutzer mit dem Server kommuniziert, im gegenständlichen Fall sein Login eingibt. Dazu kommen insbesondere zwei Methoden in Frage:

1. Der Einsatz eines Keyloggers am Endgerät des Nutzers, was eine entsprechende Infizierung des Endgeräts mit Malware voraussetzt, die von den gängigen Virenscannern nicht erkannt wird (Zero Day Exploit). Diese Methode scheint eingesetzt worden zu sein¹⁵, ist aber risikoreich, da jeder Zero Day Exploit immer der Gefahr unterliegt, bekannt zu werden. Dieses Verfahren eignet sich daher wohl eher für kleine, definierte Zielgruppen.
2. Das Brechen der SSL-Verschlüsselung selbst, wodurch Verbindungskabel oder Knoten¹⁶ abgehört, die (verschlüsselte) Kommunikation anhand von Metadaten abgeschöpft¹⁷ und gefiltert und die verschlüsselten Nachrichteninhalte der anhand der Metadaten herausgefilterten Nachrichten anschließend entschlüsselt werden. Dies scheint jedenfalls Aufgabe des Programms «Bullrun» zu sein.¹⁸ Laut den vorliegenden Informationen scheint die NSA «some capabilities against the encryption in TLS/SSL, HTTPS, SSH […]» zu besitzen;¹⁹ diese werden aber nicht weiter expliziert. Dabei können unterschiedliche Methoden angewandt werden. So etwa «to leverage sensitive, cooperative relationships with specific industry partners». Eine solche «Leverage» könnte beispielsweise darin bestehen, dass Zufallszahlengeneratoren, wie sie in einigen Kryptoverfahren zur Schlüsselgenerierung verwendet werden, beeinflusst werden.²⁰ Eine andere Möglichkeit ist das – dem betreffenden Unternehmen bewusste oder unbewusste – Abschöpfen von Rootzertifikaten, wodurch eine Man-in-the-Middle-Attacke²¹ zwischen Nutzer und Server gestartet und so die Kommunikation abgeschöpft werden kann.

Damit kann als Zwischenergebnis der Schluss gezogen werden, dass die NSA zumindest bei gezieltem Vorgehen gegen einzelne Personen oder Organisationen die Möglichkeit haben könnte, Login und Passwort einer Person mit den oben erwähnten Methoden zu ermitteln.

Dies reicht aber nicht aus, um eine Signatur zu fälschen, dazu muss auch der Kommunikationsweg über das Mobiltelefon abgeschöpft werden, im Konkreten also nicht bloß die Metadaten, sondern auch der Inhalt einer SMS und dies zeitnah. Genau dies dürfte aber im Rahmen der Abschöpfungsaktivitäten der NSA auch geschehen.²² Hier bestehen allerdings Unterschiede in Bezug auf die verwendete Version des GSM Verschlüsselungsstandards A5. Die heute hauptsächlich verwendete Version A5/1, eine Stromchiffre, gilt nach mutmaßlich internen NSA-Dokumenten als kompromittiert.²³ A5/2 war keine Weiterentwicklung, sondern eine schwächere Version als A5/1 sowie für den Export außerhalb des NATO-Bereichs gedacht.²⁴ A5/2 kann von einem normalen PC mittlerweile in weniger als einer Sekunde gebrochen werden, es ist also de facto online-Mithören möglich.²⁵ A5/3 hingegen ist eine moderne Blockchiffre, die gemeinhin als sicher gilt und v.a. in UMTS-Netzen verwendet wird. Zwar gibt es einige Attacken auf den Algorithmus²⁶, die aber nur unter bestimmten Umständen bzw. mit hoher Rechenleistung funktionieren; die Formulierung in dem mutmaßlich internen NSA Dokument (s. FN 24) ließe weiters darauf schließen, dass ausschließlich A5/1 (und damit automatisch das schwächere A5/2), nicht aber A5/3 betroffen ist.²⁷

Damit stellen sich folgende Angriffsvektoren für die Schritte der Handysignatur dar:

Schritt 1, Login: Über die beschriebenen Angriffsvektoren werden die Logindaten für das signaturerstellende System abgeschöpft.

Schritt 2, Vergleichswert und TAN: Über die Abschöpfung der SMS kann der TAN abgefangen und in Schritt 3 eingesetzt werden. Dafür sind nicht einmal nachrichtendienstliche Fähigkeiten nötig, vgl. dazu die Angriffe auf das mobile TAN System im eBanking.²⁸ In Summe stellt sich für die Handysignatur die Sicherheitssituation in Abbildung 2 dar. Klar ersichtlich sind die Reduktion des technischen Sicherheitsniveaus bei T2 und T6 (es wird ja zentrale Infrastruktur verwendet). Positiv ist sicherlich der einfachere Zugang (keine Hardwareinstallation, allgemein verfügbares Endgerät) zu werten.

Abbildung 2: Zusammenfassung Handysignatur

Damit kann aber die falsifizierbare Hypothese aufgestellt werden, dass die NSA in der Lage ist, eine Handysignatur auf dezentralem Wege zu fälschen.

Es steht der NSA allerdings noch ein zweiter Weg offen: hier wird an der zentralen Infrastruktur angesetzt, d.h. das Serverequipment wird mit undokumentierten, potentiell für frauduleuse Zwecke nutzbaren Einstiegsmöglichkeiten («Backdoors») ausgeliefert und diese dann auch genutzt. Ein Beispiel für ein solches – aus welchen Zwecken auch immer eingefügtes – Backdoor fand sich im Storage System eines bekannten Herstellers.²⁹ Natürlich sind Storage Systeme und zentrale Serverinfrastruktur durch Firewalls geschützt, allerdings können auch diese mit entsprechenden Backdoors «ausgestattet» sein.³⁰ Im Betriebssystem sind solche verdeckten Konten sehr einfach zu installieren. Sie werden einfach mit dem üblichen Standardaccount für Administratoren ausgeliefert, allerdings in der Auflistung der Accounts bzw. der Tasks von eingeloggten Accounts nicht angezeigt. Hat man keinen Zugriff auf den Source Code des Betriebssystems ist es sehr schwierig diese undokumentierten «Features» herauszufinden. In diesem Zusammenhang wäre eine Analyse der US-amerikanischen Gesetzgebung (z.B. CALEA) und ihre Auswirkung, auch jenseits der Handysignatur, von Interesse. Hier besteht eindeutig Forschungsbedarf, es muss daher auf zukünftige Beiträge verwiesen werden.

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Alexander Prosser

Univ. Prof, WU Wien, Department Informationsverarbeitung und Prozessmanagement

Welthandelsplatz 1, 1020 Wien, AT

prosser@wu.ac.at; e-voting.at

 

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