TLS

Transport Layer Security (TLS) ist ein Protokoll zur Verschlüsselung und Sicherung von Datenübertragungen im Internet.

Sein Hauptziel ist es, die Datenintegrität, die Authentizität der Kommunikationspartner und die Vertraulichkeit der übermittelten Informationen zu gewährleisten.

Stell dir vor, du sendest einen geheimen Brief; TLS sorgt dafür, dass nur der richtige Empfänger diesen Brief öffnen und lesen kann, niemand auf dem Weg dorthin ihn ungefragt in die Hände bekommt oder gar den Inhalt verändern kann.

Ursprünglich entwickelt wurde es als Secure Sockets Layer (SSL) von Netscape in den 1990er Jahren. SSL sollte eine sichere Verbindung zwischen Webbrowsern und Webservern ermöglichen, hauptsächlich für den E-Commerce. Es war eines der ersten Protokolle, das eine breite Akzeptanz im Bereich der Internet-Sicherheit fand.

Entwicklung von SSL zu TLS

Die Entwicklung von SSL zu TLS war ein wesentlicher Schritt in der Evolution der Internet-Sicherheit. Nach der Veröffentlichung von SSL 3.0 im Jahr 1996 identifizierte man einige erhebliche Sicherheitsmängel. Im Jahr 1999 wurde dann TLS 1.0 vom Internet Engineering Task Force (IETF) als Upgrade und Antwort auf diese Mängel eingeführt. Obwohl es intern als Version 3.1 bezeichnet wurde, leiteten die signifikanten Updates und Verbesserungen den Übergang von SSL zu TLS ein. Diese Veränderung markierte nicht nur einen technologischen, sondern auch einen begrifflichen Wandel: TLS sollte eine umfassendere und robustere Sicherheitslösung bieten.

Übersicht der TLS-Versionen

Seit seiner Einführung hat TLS mehrere Entwicklungsstufen durchlaufen. Die wichtigsten Meilensteine in der Evolution von TLS sind:

• TLS 1.0: Eingeführt 1999, um Sicherheitslücken in SSL 3.0 zu beheben.
• TLS 1.1: Veröffentlicht 2006, bot verbesserte Schutzmechanismen gegen verschiedene Angriffsszenarien und führte explizite Initialisierungsvektoren ein.
• TLS 1.2: 2008 eingeführt, stellte es eine signifikante Verbesserung dar, indem es robustere Verschlüsselungsalgorithmen und eine sicherere Hash-Funktion unterstützte.
• TLS 1.3: Die neueste Version, die 2018 veröffentlicht wurde, vereinfacht den Handshake-Prozess erheblich, reduziert die Latenz, verbessert die Leistung und bietet ein höheres Sicherheitsniveau, unter anderem durch die Implementierung von Perfect Forward Secrecy als Standard.

TLS Handshake - Einleitung und Ablauf

Der TLS Handshake ist der erste Schritt in der Kommunikation zwischen einem Client und einem Server, der die Verwendung von TLS (Transport Layer Security) signalisiert. Dieser Prozess ist entscheidend für den Aufbau einer sicheren Verbindung, da hier Schlüssel ausgetauscht und die Identität der Parteien bestätigt wird. Vereinfacht lässt sich der Ablauf wie folgt darstellen:

1. ClientHello: Der Client sendet eine Nachricht an den Server, in der er seine TLS-Version, die von ihm unterstützten Verschlüsselungsalgorithmen (Cipher Suites) und eine zufällige Nummer angibt.
2. ServerHello: Der Server wählt aus den vom Client vorgeschlagenen Optionen die stärkste aus, bestimmt die TLS-Version, wählt eine Cipher Suite und sendet ebenfalls eine zufällige Nummer.
3. Zertifikatsaustausch: Der Server beweist seine Identität, indem er ein digitales Zertifikat sendet, das von einer vertrauenswürdigen Zertifizierungsstelle signiert ist. Der Client kann dieses Zertifikat überprüfen.
4. Schlüsselaustausch: Client und Server generieren einen gemeinsamen geheimen Schlüssel, der für die Verschlüsselung der nachfolgenden Kommunikation verwendet wird.
5. Fertigstellung: Beide Seiten bestätigen, dass der Handshake abgeschlossen ist und ab diesem Punkt kann die eigentliche Datenübertragung beginnen.

Verschlüsselungsverfahren und deren Sicherheitsmechanismen

Innerhalb eines TLS-Handshakes spielen Verschlüsselungsverfahren eine entscheidende Rolle. Diese Verfahren nutzen komplexe Algorithmen, um Daten so zu verschlüsseln, dass nur der beabsichtigte Empfänger sie entschlüsseln kann. Dabei werden hauptsächlich zwei Arten von Verschlüsselung verwendet:

• Symmetrische Verschlüsselung: Hier verwenden Client und Server denselben Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung. Beispiele hierfür sind AES (Advanced Encryption Standard) und Chacha20.
• Asymmetrische Verschlüsselung (auch bekannt als Public-Key-Verschlüsselung): Hier werden zwei Schlüssel verwendet; ein öffentlicher Schlüssel zum Verschlüsseln und ein privater Schlüssel zum Entschlüsseln von Daten. RSA, ECDSA und EdDSA sind gängige Algorithmen.

Ein wichtiges Sicherheitsmerkmal von TLS ist die Perfect Forward Secrecy (PFS), die gewährleistet, dass selbst wenn ein Angreifer einen Schlüssel kompromittiert, er nur die Daten entschlüsseln kann, die mit diesem spezifischen Schlüssel verschlüsselt wurden. Frühere oder zukünftige Kommunikation bleibt geschützt.

Bedeutung von Zertifikaten und Schlüsselaustausch

In einem TLS-Handshake ist der Austausch von Zertifikaten essenziell, um die Identität des Servers (und optional des Clients) zu verifizieren. Ein digitales Zertifikat ist eine elektronische Bescheinigung, die die öffentlichen Schlüssel eines Entitätsbesitzers mit seiner Identität verbindet. Diese Zertifikate werden von Zertifizierungsstellen (CAs) ausgestellt und signiert, die als vertrauenswürdige Dritte fungieren.

Der Schlüsselaustausch ermöglicht es Client und Server, einen gemeinsamen geheimen Schlüssel zu generieren, ohne diesen über das Netzwerk zu senden. Dies wird zumeist über den Diffie-Hellman-Algorithmus oder seine elliptische Kurvenvariante (ECDHE) erreicht, wodurch eine sichere und private Kommunikation möglich wird, selbst wenn ein Angreifer den Datenverkehr abfängt.

Übersicht bekannter Angriffe auf TLS

TLS (Transport Layer Security) bietet als Nachfolger von SSL (Secure Sockets Layer) eine wichtige Sicherheitsebene für das Internet, indem es eine verschlüsselte Kommunikation zwischen Webservern und Clients ermöglicht. Doch auch diese starke Verteidigungslinie ist nicht unüberwindbar. Hier sind zwei der bekanntesten Angriffe:

Heartbleed

Heartbleed ist wahrscheinlich einer der bekanntesten Sicherheitslücken, die jemals in TLS/SSL aufgetaucht sind. Spezifisch betrifft es die OpenSSL-Bibliothek - eine weit verbreitete Implementierung von SSL/TLS. Heartbleed ermöglicht es Angreifern, den Speicher von Webservern auszulesen und so Zugang zu sensiblen Daten wie privaten Schlüsseln, Benutzernamen und Passwörtern zu erlangen. Die Schwachstelle rührt von einem Fehler im "Heartbeat"-Erweiterungsmechanismus her, der seit OpenSSL 1.0.1 bis zum Erscheinen des Patches im April 2014 vorhanden war.

BEAST

BEAST (Browser Exploit Against SSL/TLS) nutzte eine Schwachstelle in der CBC-Verschlüsselungsmethode aus, die in TLS 1.0 verwendet wird. Mit BEAST konnten Angreifer unter bestimmten Bedingungen verschlüsselte Cookies von Webseiten-Session auslesen und so Identitäten in Sitzungen übernehmen. Dieser Angriff erforderte ein hohes Maß an Vorbereitung und war nicht einfach durchzuführen, zeigte aber ernsthafte Schwächen in der damaligen Implementierung von TLS auf.

Schwächen verschiedener TLS-Versionen

TLS hat im Laufe der Jahre verschiedene Versions-Updates erfahren, von TLS 1.0 bis zur neuesten Version TLS 1.3. Jede Version zielte darauf ab, Sicherheitslücken zu schließen und die Verschlüsselungsstärke zu erhöhen.

• TLS 1.0 und TLS 1.1: Diese frühen Versionen sind als unsicher angesehen und von den meisten modernen Browsern nicht mehr unterstützt. Sie enthalten Schwächen wie die BEAST-Angriffsmöglichkeit.

• TLS 1.2: Führte Verbesserungen ein, einschließlich neuer Verschlüsselungsalgorithmen, die sicherer sind, jedoch immer noch bestimmte theoretische Angriffe zulassen.

• TLS 1.3: Die neueste Version schließt viele alte Sicherheitslücken und entfernt unsichere Funktionen. Es bietet verbesserte Geschwindigkeit durch einen verkürzten Handshake-Prozess und verbessert den Datenschutz und die Sicherheit erheblich.

Maßnahmen zur Absicherung und Vermeidung von Schwachstellen

Um TLS als sichere Kommunikationsmethode zu erhalten, sind sowohl für Entwickler als auch für Administratoren wichtige Maßnahmen zu ergreifen:

• Verwendung der neusten TLS-Version: Aktualisiere auf TLS 1.3 wo immer möglich. Dies bietet den besten Schutz gegen bekannte Angriffe.

• Configurations-Checking Tools nutzen: Tools wie Qualys SSL Labs' SSL Test können helfen, eine Webserver-Konfiguration zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie aktuelle Best Practices für Sicherheit und Kompatibilität verwendet.

• Regelmäßige Sicherheitsüberprüfungen: Sicherheitslücken können auch in der besten Software auftreten. Regelmäßige Überprüfungen und das zeitnahe Installieren von Sicherheitspatches sind essentiell.

• Verschlüsselungsalgorithmen wählen: Vermeide Algorithmen, die als unsicher gelten. Gib sicheren und modernen Algorithmen den Vorzug.

• Schulung des Personals: Mitarbeiter sollten über aktuelle Bedrohungen und Best Practices im Bereich Sicherheit informiert werden.

Durch die Beachtung dieser Punkte lässt sich die Sicherheit der TLS-Verschlüsselung erheblich erhöhen, und die Integrität und Vertraulichkeit der übermittelten Daten bleibt gewahrt.