Seitenkanal-Attacken und andere Probleme

Wie verhindert man Seitenkanal-Attacken?

Angreifer, die sich die Kommunikation zwischen zwei Beteiligten belauschen, klinken sich in den Datenstrom ein. Man kennt eine solche Vorgehensweise von Art Man-in-the-Middle-Attacken, eine Seitenkanal-Attacke hat jedoch meist das Ziel an geheime Daten, insbesondere das kryptografische "Geheimnis" zu kommen. Die Basis jeder Kryptografie ist die verwendete Logik zur Verschlüsselung sowie das Verschlüsselungsgeheimnis, das die Logik verwendet, um aus normalen Inhalten verschlüsselte Inhalte zu machen. Je nach Verschlüsselungsverfahren wird das Geheimnis unterschiedlich übertragen (idealerweise selten, gar nicht oder nur in Teilen wie bei etablierten Verfahren wie beim Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch).

Seitenkanalangriffe zielen darauf ab, die Leitungen zu belauschen, um hinter das Geheimnis zu kommen, um die Inhalte entschlüsseln zu können.
Angriffe dieser Art gibt es auf viele unterschiedliche Wege. Jüngst wurde nachgewiesen, dass das GSM-Netz im UMTS-Standard (verschlüsselt mittels symmetrischen SS7) mittels Seitenkanal-Angriff geknackt werden kann.
Auch das belauschen der Kommunikation auf der Leiterplatine (z.B. einem Mainboard) gilt als Seitenkanal-Attacke, in der meist mittels Kontakt(-Angriff) der Kanal belauscht wird, um hinter die Systemlogik zu kommen.

Wie schützt man sich vor Seitenkanal-Attacken? 

Alles, was über die Leitung geht, ist in Form von Strom-Impulsen messbar. Daher sollte der Stromfluss von außen nicht zu verräterisch sein, idealerweise konstant. Dies erreicht man durch Power Consumption Balancing, indem man durch nutzlose mathematische Operationen für jede wirklich stattfindende Aktion eine Gleichverteilung erreicht.
Um dies zu erreichen gibt es mehrere Wege, die meist zusammen verwendet werden, etwa die Reduktion der Signalhöhe und das Hinzufügen von Rauschen. Letzteres ist durch ständige und zufällige Generation von Werten machbar, die einen ständigen Fluss von Informationen vortäuschen, die den Lauscher in jedem Falle stark verwirren und das Reverse Engineering erschweren.

Eine weitere Maßnahme ist es, das jeweilige Gerät bzw. die entsprechenden Leitungen und Schnittstellen zu vergießen bzw. mit tamper protection zu versehen (z.B. Bohrschutzfolie). Frauenhofer AISEC hat PEP entwickelt, was eine Art Folie darstellt, die entsprechenden Schutz bietet. Meist sorgen entsprechende Aufbruchversuche dieser Verschlussmaßnahmen dazu, dass die Daten auf den jeweiligen Bausteinen gelöscht werden und damit unbrauchbar werden.
Belauscht werden können Übertragungen allerdings auch ohne direkten Kontakt, indem nur die Abstrahlung der Leitungen gemessen wird.

Die kryptografische Sicherheit durch den verwendeten Algorithmus ist ebenfalls eine Schutzmaßnahme, dessen Höhe sich bestimmen lässt und dem Angreifer das Errechnen des Geheimnisses bzw. Schlüssels erschwert.

Fazit

Einen 100%igen Schutz für Seitenkanal-Attacken gibt es nicht, es sei denn man hat unbegrenzt finanzielle Ressourcen zur Verfügung und verschweißt das kryptografisch geschützte Gerät vollständig in eine Art Panzerschrank. Tatsächlich sind viele TPMs, HSMs und andere insbesondere kryptografisch gestützte Systeme wie Co-Prozessoren so eine Art Panzerschrank (orientiert an dem US-Standard FIPS Level 1-4).
Nur größere Komponenten derart zu verschließen ist unwirtschaftlich. Hier bleibt nur der Mittelweg zwischen einem sinnvollen Maß an physikalischem Schutz, sinnvoller Programmierung (z.B. unter Beachtung von Power Consumption Balancing) und für die Situation passend gewählter Kryptografie.