Off-the-Record Messaging

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Off-the-Record Messaging
Entwickler Das OTR-Team
Aktuelle Version 4.0.1
(21. Oktober 2014)
Betriebssystem Microsoft Windows, Linux, FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, Mac OS X
Programmier­sprache Java (java-otr) bzw. C (libotr)
Kategorie Plugin
Lizenz LGPL/GPL (Freie Software)
Deutschsprachig ja
otr.cypherpunks.ca/

Off-the-Record Messaging (zu deutsch: inoffizielle; vertrauliche, nicht für die Öffentlichkeit bestimmte Nachrichtenvermittlung) ist ein Protokoll zur Nachrichten-Verschlüsselung von Instant Messaging. Im Gegensatz zur Übertragung verschlüsselter Nachrichten mit OpenPGP (oder in seltenen Fällen auch mittels X.509-Zertifikat) kann man beim Off-the-Record Messaging später nicht mehr feststellen, ob ein bestimmter Schlüssel von einer bestimmten Person genutzt wurde (plausible deniability; Prinzip der Glaubhaften Abstreitbarkeit). Dadurch lässt sich nach Beenden der Unterhaltung von niemandem (auch keinem der beiden Kommunikationspartner) beweisen, dass einer der Kommunikationspartner eine bestimmte Aussage gemacht hat.

Umgesetzt wird dieses Prinzip durch kombinierte Verwendung des symmetrischen Kryptoverfahrens AES, des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs und der Hashfunktion SHA-1. Die beiden Entwickler, Ian Goldberg und Nikita Borisov, stellen eine Bibliothek und ein Plugin für Pidgin zur Verfügung. Die Bibliothek ist unter der LGPL lizenziert. Das mit der Bibliothek mitgelieferte Toolkit zur Fälschung von Nachrichten und das Pidgin-Plugin sind dagegen unter der GPL lizenziert.

Ziele des Projektes[Bearbeiten]

In den Statuten des Projektes sind die folgenden vier Eckpfeiler definiert:

Verschlüsselung (Encryption)
Niemand kann die Nachrichten mitlesen.
Beglaubigung (Authentication)
Man kann sich sicher sein, dass der Empfänger derjenige ist, für den man ihn hält.
Abstreitbarkeit (Deniability)
Verschlüsselte Nachrichten enthalten keine elektronische Signatur. Es ist also möglich, dass jemand Nachrichten nach einer Konversation so fälscht, dass sie von einem selbst zu stammen scheinen. Während eines Gespräches kann der Empfänger aber gewiss sein, dass die empfangenen Nachrichten authentisch und unverändert sind.
Folgenlosigkeit (Perfect Forward Secrecy)
Wenn der (langlebige) private Schlüssel einem Dritten in die Hände fällt, hat dies keine Auswirkung auf die Kompromittierung bisher getätigter Gespräche: Die Gespräche können damit nicht nachträglich entschlüsselt werden.

Technische Umsetzung[Bearbeiten]

Der folgende Abschnitt stellt vereinfacht die Funktion des OTR-Protokolls in Version 2[1] dar.

Überblick[Bearbeiten]

Während ihrer Kommunikation miteinander wählen Alice und Bob private Schlüssel x_1, x_2, \ldots beziehungsweise y_1, y_2, \ldots. Jeweils zwei, z. B. x_i und y_j, werden zur Erzeugung eines gemeinsamen Geheimnisses s mittels des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs verwendet. Aus diesem Geheimnis s werden die Schlüssel K_{AES} und K_{MAC} berechnet.

K_{AES} dient zur Verschlüsselung jeder Nachricht mittels Advanced Encryption Standard (AES) im Counter Mode. Dadurch wird die symmetrische Blockchiffre AES zur Stromchiffre. Zur anfänglichen Authentifizierung verwenden Alice und Bob digitale Signaturen, wodurch sie sich während der Unterhaltung sicher sein können, mit wem sie kommunizieren. K_{MAC} dient zur Authentifizierung einer einzelnen Nachricht mittels der Hashfunktion SHA-1 (Secure Hash Algorithm), welche als Message Authentication Code (MAC) verwendet wird.

Beim Senden von Nachrichten werden neue private Schlüssel x_{i+1} bzw. y_{j+1} und die dazugehörigen AES- und MAC-Schlüssel erzeugt. Die nicht mehr verwendeten privaten Schlüssel werden gelöscht, damit Alice nicht mehr mit ihren Nachrichten in Verbindung gebracht werden kann. Dies führt aber auch dazu, dass Alice nachträglich weder ihre eigenen noch die Nachrichten von Bob lesen kann. Zudem werden nicht mehr verwendete MAC-Schlüssel veröffentlicht, so dass jede andere Person die Nachrichten von Alice hätte signieren können.

Für den Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch werden eine 1536 Bit Primzahl p und eine Primitivwurzel g modulo p mit 2 \le g \le p-2 benötigt. Alle Exponentiationen erfolgen dann modulo dieser Primzahl.

Initialisierung[Bearbeiten]

Zu Beginn eines Gesprächs müssen initiale Schlüssel ausgetauscht werden und die Authentizität der Gesprächsteilnehmer überprüft werden, d. h. Alice und Bob müssen sich jeweils sicher sein, mit wem sie kommunizieren. Dies verhindert, dass Alice beispielsweise anstatt mit Bob mit der Angreiferin Eve einen Schlüsselaustausch durchführt. Der ganze Vorgang wird Authenticated Key Exchange (AKE) genannt und mit dem SIGMA-Protokoll[1] umgesetzt:

  1. Alice und Bob wählen private Schlüssel x_1 respektive y_1 (min. 320 Bit lang), tauschen die dazugehörigen öffentlichen Schlüssel g^{x_1} bzw. g^{y_1} aus und erhalten durch das Diffie-Hellman-Verfahren ein gemeinsames Geheimnis s = \left ( g^{x_1} \right )^{y_1} = \left ( g^{y_1} \right )^{x_1} = g^{x_1 \cdot y_1}.
  2. Mittels s kann nun ein sicherer Kanal geschaffen werden, über diesen sich jeder Kommunikationsteilnehmer mit Hilfe einer digitalen Signatur gegenüber dem anderen authentifiziert. Derzeit unterstützt OTR nur den Digital Signature Algorithm.

Zwischendurch wird die Verbindung möglichst immer mit AES verschlüsselt und einzelne Nachrichten mittels SHA256-HMAC authentifiziert.

Senden einer Nachricht[Bearbeiten]

Angenommen, Alice möchte an Bob die Nachricht M schicken. Sie führt dabei folgende Schritte aus:

  1. Alice wählt ihren letzten von Bob empfangenen Diffie-Hellman-Schlüssel x_i. Dabei gilt der Schlüssel von Bob als empfangen, wenn dieser g^{x_i} für eine Nachricht verwendet hat, die Alice empfangen hat oder g^{x_i} zuvor mittels AKE (siehe Abschnitt zuvor) ausgetauscht wurde, was offensichtlich nur im Fall i=1 sein kann.
  2. Falls x_i Alices neuester Diffie-Hellman-Schlüssel ist, erzeugt sie zufällig einen neuen Schlüssel x_{i+1} von mindestens 320 Bit Länge.
  3. Sei g^{y_j} der letzte empfangene Diffie-Hellman-Schlüssel von Bob. Als empfangen gilt hier der Schlüssel wieder, wenn Bob diesen der letzten Nachricht beigefügt hat (siehe weiter unten) oder er mittels AKE ausgetauscht wurde.
  4. Das gemeinsam geteilte Diffie-Hellman-Geheimnis kann nun (modulo p) als s := \left ( g^{y_j} \right )^{x_i} berechnet werden.
  5. Berechne den AES-Schlüssel K_{AES} := H(s), wobei H(s) die ersten 128 Bit des SHA-1-Hashwerts von s bezeichnet. s wurde zuvor in ein bestimmtes Datenformat gebracht und um ein Byte erweitert.
  6. Berechne den MAC-Schlüssel K_{MAC} als den 160 Bit SHA-1-Hashwert von K_{AES}.
  7. Für den später verwendeten Counter Mode wird ein Zähler c benötigt, der so gewählt wird, dass das Tripel (i,j,c) nie doppelt während des gesamten Nachrichtenaustauschs mit Bob vorkommt.
  8. Die Nachricht M wird nun mithilfe des AES-Algorithmus in Counter Mode verschlüsselt. Als Schlüssel dienen dazu K_{AES} und der eben gewählte Zähler c. Die so verschlüsselte Nachricht heiße N.
  9. Die verschlüsselte Nachricht N, i, j, c, g^{x_{i+1}} und einige kryptographisch unwichtige Teile wie die Versionsnummer des Protokolls werden zu T zusammengefasst und davon der Message Authentication Code MAC_{K_{MAC}}(T) unter Verwendung des Schlüssels K_{MAC} berechnet. Hierbei bezeichne MAC_{K_{MAC}} den Keyed-Hash Message Authentication Code (HMAC) unter Verwendung der Hashfunktion SHA-1 und dem Schlüssel K_{MAC}.
  10. T, MAC_{K_{MAC}}(T) und alle nicht mehr verwendeten MAC-Schlüssel werden an Bob über einen unsicheren Kanal geschickt.

Empfangen einer Nachricht[Bearbeiten]

Bob empfängt die weiter oben erzeugten Daten von Alice und führt folgende Schritte durch:

  1. Bob hat entweder g^{x_i} bereits durch eine alte Nachricht von Alice oder per AKE erhalten. Dadurch kann er dasselbe Diffie-Hellman-Geheimnis durch s := \left ( g^{x_i} \right )^{y_j} = g^{x_i \cdot y_j} = \left ( g^{y_j} \right )^{x_i} berechnen, wobei i und j die in T enthaltenen Indizes bezeichnen.
  2. Ebenso kann er wie Alice K_{AES} und K_{MAC} berechnen.
  3. Mithilfe von K_{MAC} berechnet er MAC_{K_{MAC}}(T) und vergleicht den erhaltenen Wert mit dem von Alice übermittelten. Dadurch ist die Authentizität der Nachricht geprüft und gegen einen Man-in-the-middle-Angriff geschützt.
  4. Mithilfe von K_{AES} und c, welches in dem durch Alice versandten T enthalten ist, entschlüsselt er die Nachricht N mit dem AES-Algorithmus in Counter Mode und erhält M zurück. Dies funktioniert, da AES symmetrisch ist, also zum Ver- und Entschlüsseln denselben Schlüssel (K_{AES},c) verwendet.

Überprüfung der Ziele[Bearbeiten]

Verschlüsselung (Encryption)
Das verwendete Kryptosystem AES wurde eingehenden kryptoanalytischen Prüfungen unterzogen und gilt als praktisch berechnungssicher.
Beglaubigung (Authentication)
Mittels AKE und digitalen Signaturen kann sich Bob (auch zu einem späteren Zeitpunkt) sicher sein, dass Alice den öffentlichen Schlüssel g^{x_1} gewählt hat. Da mithilfe dieses Schlüssels die nächste Nachricht und damit auch der nächste Schlüssel g^{x_2} signiert wird, kann sich Bob auch bei allen darauf folgenden Nachrichten der Identität seines Gesprächspartners sicher sein.
Abstreitbarkeit (Deniability)
Alice verwendet ihre digitale Signatur nur zu Beginn des Gesprächs. Alle nachfolgenden Nachrichten werden mit den MAC-Schlüsseln K_{MAC} signiert. Da zum Erzeugen der MAC-Schlüssel das gemeinsame Geheimnis s benötigt wird, kann sich Bob sicher sein, dass Alice die Nachricht signiert hat. Jedoch kann er dies niemand anderem beweisen, da genauso er die Nachricht hätte signieren können. Hinzu kommt, dass durch die Veröffentlichung nicht mehr verwendeter MAC-Schlüssel niemand mehr die Authentizität der Nachrichten überprüfen kann, da jeder sie hätte signieren können. Nur Bob kann sich sicher sein, dass Alice die Nachricht geschickt hat, da zum Zeitpunkt des Empfangs nur sie beide den dazugehörigen MAC-Schlüssel kennen. Durch die Verwendung einer digitalen Signatur zum Beginn des Gesprächs kann jedoch niemand abstreiten, dass ein Gespräch stattgefunden hat.
Folgenlosigkeit (Perfect Forward Secrecy)
Verliert Alice ihren langlebigen privaten Schlüssel, so kann daraus keiner der kurzlebigen privaten Schlüssel x_1, x_2, \ldots hergeleitet werden, da diese nie veröffentlicht und kurz nach ihrer Verwendung gelöscht wurden. Da nur diese kurzlebigen privaten Schlüssel zum Verschlüsseln und Signieren der Nachrichten verwendet wurden, ist trotz des Verlusts des langlebigen privaten Schlüssels das Gespräch nicht kompromittiert worden.

Ein weiteres Sicherheitskonzept ist die Fälschbarkeit. Durch die zur Verschlüsselung verwendete Stromchiffre (AES im Counter Mode), bei der der Klartext einfach mit einem XOR verknüpft wird, um den Geheimtext zu erhalten, kann bei erfolgreichem Erraten eines Teils des Klartexts der Angreifer den Geheimtext so modifizieren, dass dieser Teil sich zu einem beliebigen Text entschlüsselt. Dies verringert nicht die Sicherheit, da Bob sich durch das Signieren der Nachricht mit dem MAC-Schlüssel sicher sein kann, dass die verfälschte Nachricht nicht von Alice stammt. Im Nachhinein kann aber der Angreifer diese Nachricht signieren, da der zugehörige MAC-Schlüssel veröffentlicht wurde. So wird erschwert, dass Alice durch den Inhalt einer Nachricht mit ihr in Verbindung gebracht werden kann, da nachträglich die Nachricht für jeden signierbar und beschränkt modifizierbar ist.

Kryptoanalyse[Bearbeiten]

Eine computergestützte Kryptoanalyse des Protokolls in der Version 2 wurde von der Stanford University durchgeführt[2], wobei mehrere Schwachstellen entdeckt wurden: Durch einen Man-in-the-middle-Angriff ist es möglich, auf eine ältere Version des Protokolls (z. B. Version 1) zu wechseln, um so dessen Schwachstellen auszunutzen. Weiterhin ist die Abstreitbarkeit im starken Sinne, d. h. dass jeder eine Nachricht hätte signieren können, bei einem Angreifer mit vollständiger Kontrolle über das Netzwerk nicht mehr gegeben. Dieser kann die veröffentlichen MAC-Schlüssel durch zufällige Daten ersetzen, wodurch es anderen nicht mehr möglich ist, mit diesen Schlüsseln Nachrichten gültig zu signieren. Zudem haben die Autoren einen Angriff bei der Authentifizierung im AKE gefunden, der jedoch entdeckt werden kann und keine weitreichenden Folgen nach sich zieht.

Verfügbarkeit[Bearbeiten]

Native Unterstützung[Bearbeiten]

Die folgenden Clients unterstützen Off-the-Record Messaging nativ. Das schließt ein, dass man mit ihnen OTR mit allen implementierten Instant-Messaging-Protokollen verwenden kann (z. B. OSCAR, XMPP, MSN und YIM). Eine weitere Liste mit Programmen findet sich auf der Webseite der Entwickler.

Fester Bestandteil[Bearbeiten]

Plugin[Bearbeiten]

Proxy[Bearbeiten]

Zunächst wurde auch ein Proxy entwickelt, der die Nutzung mit dem OSCAR-Protokoll (AIM/ICQ) ermöglichen sollte, auch wenn der Chatclient selbst OTR nicht unterstützt. Die Software wird seit 2005 nicht mehr weiterentwickelt und der Hersteller rät von der Benutzung ab.

Quellen[Bearbeiten]

  1. a b Off-the-Record Messaging Protocol version 2 (englisch)
  2. Joseph Bonneau, Andrew Morrison: Finite-State Security Analysis of OTR Version 2. Stanford University, abgerufen am 13. Juli 2011 (PDF (105 kB), englisch).
  3. Conversations im Google Play Store, englisch
  4. mcabber-Changelog, siehe Abschnitt „mcabber (0.9.4)“, englisch
  5. Xabber im Google Play Store, englisch
  6. SecuXabber im Google Play Store, englisch
  7. Phonix Viewer, OSS
  8. ChatSecure-Website
  9. IM+ bei Google Play
  10. qutIM 0.3.1 Changelog auf Facebook
  11. Spark Changelog
  12. [1]
  13. Pidgin OTR Plugin, englisch
  14. Psi-Patch und OTR-Plugin auf tfh-berlin.de, englisch
  15. Website der Psi-Entwicklerversion Psi+, englisch
  16. Miranda OTR Plugin, englisch
  17. MirOTR, Miranda NG Wiki
  18. Irssi OTR, englisch
  19. Gajim OTR, englisch
  20. Xchat OTR, englisch
  21. Plugin-Sammlung für Vacuum IM
  22. weechat-otr, englisch

Weblinks[Bearbeiten]