Germany/Projekte/Top 10 fuer Entwickler-2013/A6-Verlust der Vertraulichkeit sensibler Daten

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A7 Kryptografisch unsichere Speicherung


______	Ausnutzbarkeit SCHWIERIG	Verbreitung SELTEN	Auffindbarkeit SCHWIERIG	Auswirkung SCHWERWIEGEND	Application / Business Specific
Jeder Benutzer des Systems ist zu betrachten. Haben diese ein Interesse, auf geschützte Daten unberechtigt zuzugreifen? Wie steht es um Administratoren?	Angreifer brechen üblicherweise nicht die eigentliche Kryptografie. Statt dessen finden Sie Schlüssel, Klartexte oder greifen über Kanäle mit automatischer Entschlüsselung auf Daten zu.	Fehlende Verschlüsselung vertraulicher Daten ist die häufigste Schwachstelle, gefolgt von unsicherer Schlüsselerzeugung, der Speicherung statischer Schlüssel und die Nutzung schwacher Algorithmen. Schwache Hashwerte ohne Salt kommen zum Passwortschutz oft vor. Ein eingeschränkter Zugriff lässt externe Angreifer solche Probleme i.d.R. nicht leicht entdecken. Den nötigen Zugriff müssen sie vorher auf andere Weise erlangen.		Fehler kompromittieren regelmäßig vertrauliche Daten. Es handelt sich hierbei oft um sensitive Daten wie personenbezogene Daten, Benutzernamen und Passwörter oder Kreditkarteninformationen.	Betrachten Sie den Wert verlorener Daten und die Auswirkungen auf die Reputation des betroffenen Unternehmens. Hat es ggf. auch juristische Konsequenzen, wenn die Daten bekannt werden?

Mögliche Angriffsszenarien

Szenario 1: Eine Anwendung speichert verschlüsselt Kreditkartendaten in einer Datenbank, um Sie vor Angreifern zu schützen. Die Datenbank ist so eingerichtet, dass die Daten beim Auslesen automatisch entschlüsselt werden. Durch SQL-Injection können in diesem Fall alle Kreditkartendaten im Klartext ausgelesen werden. Das System hätte so konfiguriert sein sollen, dass nur nachgelagerte Anwendungen und nicht die Webanwendung selbst entschlüsseln dürfen.
Szenario 2: Ein Datensicherungsband speichert verschlüsselte Gesundheitsdaten, aber der Schlüssel ist ebenfalls dort gespeichert. Das Band geht auf dem Transportweg verloren.
Szenario 3: Die Passwortdatenbank benutzt Hashwerte ohne Salt zur Speicherung der Passwörter. Eine Schwachstelle in der Downloadfunktion ermöglicht einem Angreifer den Zugriff auf die Datei. Zu allen Hashes kann in vier Wochen ein passender Klartext gefunden werden. Bei starken Hashwerten mit Salt hätte dieser Angriff über 3000 Jahre gedauert.

Wie kann ich 'Kryptografisch unsichere Speicherung' verhindern?

Eine Übersicht über alle Tücken unsicherer Kryptografie liegt weit außerhalb des Rahmens der Top 10. Für alle vertraulichen Daten sollten Sie zumindest:

Die Bedrohungen betrachten, vor denen Sie die Daten schützen wollen (z. B. Innen- und Außentäter) und sicherstellen, dass diese Daten angemessen durch Verschlüsselung geschützt werden.
Sicherstellen, dass ausgelagerte Datensicherungen verschlüsselt sind und die Schlüssel getrennt verwaltet und gesichert werden.
Sicherstellen, dass angemessene, starke Algorithmen und Schlüssel verwendet und verwaltet werden.
Sicherstellen, dass Passwörter mit einem starken Algorithmus und einem angemessenen Salt gehasht werden.
Sicherstellen, dass alle Schlüssel und Passwörter vor unberechtigtem Zugriff geschützt sind.

JAVA
Test

Verteidigungs-Option 1 gegen 'Kryptografisch unsichere Speicherung':

Beispiel für das sichere Hashen von Passwörtern. Um die Sicherheit zu erhöhen sollte jedes Passwort mit einem Zufallswert (Salt) berechnet und möglichst viele Iterationen beim Hashing genutzt werden. Geheime Schlüssel sollten natürlich nicht wie im Beispiel im Quellcode stehen.

 
String password = "Password";

// salt anlegen und mit zufälligen Bytes befüllen
byte[] salt = new byte[8];
(new SecureRandom()).nextBytes(salt);

// Hash-Generator anlegen (verwendeter Algorithmus ist SHA-256)
// und mit salt initialisieren (=> höhere Sicherheit gegen Angriffe)
MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
digest.reset();
digest.update(salt);

byte[] input = digest.digest(password.getBytes("UTF-8"));

// Hash in mehreren Iterationen (n = 100.000) berechnen
// mehr Iterationen verlangsamen Angriffe (signifikant?)
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
   digest.reset();
   input = digest.digest(input);
}
// am Ende der Iterationen enthält input den berechneten Hash

Und dies ist ein einfaches Beispiel für die Veschlüsselung von Texten, hier mit dem AES-128 Algorithmus. Die Auswahl an Verschlüsselungsparametern wie beispielsweise Algorithmus, Ciphermodus oder Schlüssellänge ist groß. Bei der Wahl der Parameter kommt es dabei immer auf die jeweiligen Daten und die Anwendung an. Geheime Schlüssel sollten natürlich nicht wie im Beispiel im Quellcode stehen.

 
// CBC Cipher immer mit einem zufällig erzeugten 
// Initialization Vector (IV) initialisieren (Länge 16 Byte)
byte[] ivBytes = new byte[16];
(new SecureRandom()).nextBytes(ivBytes);

// den Schlüssel erzeugen
SecretKeySpec key = new SecretKeySpec("My128bitMastrKey".getBytes(), "AES");

// Container für die Verschlüsselungs Parameter
IvParameterSpec paramSpec = new IvParameterSpec(ivBytes); 

// Chiffrierer erzeugen und initialisieren
// Algorithmus: AES
// Modus: CBC
// Padding: PKCS5Padding
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, paramSpec); 

// Verschlüsselung durchführen
byte[] encrypted = cipher.doFinal(plainText.getBytes());

Verteidigungs-Option 2 gegen 'Kryptografisch unsichere Speicherung':

Geheime Schlüssel sollten natürlich nicht wie im nebenstehenden Beispiel im Quellcode stehen. Um Schlüssel sicher, aber auch gleichzeitig einfach zugänglich und austauschbar aufzubewahren empfiehlt sich eine spezielle Schlüsseldatei, wie beispielweise der Java KeyStore. In dieser Datei werden die Schlüssel mit einem MasterKey gesichert, die Datei selbst sollte getrennt von den verschlüsselten Daten abgelegt werden:

 
char[] password = getMasterKey(); 
byte[] salt = new byte[20]; 
// salt mit zufälligen Bytes befüllen
(new SecureRandom()).nextBytes(salt);

// neuen Schlüssel erzeugen 
SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBKDF2WithHmacSHA1");
PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(password, salt, 1000, 128);
SecretKey mySecretKey = factory.generateSecret(pbeKeySpec);

// neuen KeyStore für symmetrische Schlüssel erzeugen 
KeyStore ks = KeyStore.getInstance("JCEKS");
ks.load(null, null);

// Schlüssel speichern
KeyStore.ProtectionParameter passwordProtection = 
     new KeyStore.PasswordProtection(password);
KeyStore.SecretKeyEntry entry = new KeyStore.SecretKeyEntry(mySecretKey);
ks.setEntry("beispielkey", entry, passwordProtection);

// KeyStore in Datei speichern 
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("SecretKeyStoreDatei");
ks.store(fos,password);
fos.close();

Verteidigungs-Option 3 gegen 'Kryptografisch unsichere Speicherung':

Grundsätzlich gibt es bei der Verschlüsselung immer viele Wahlmöglichkeiten. Die Benutzung der ESAPI erleichtert die Handhabung ungemein, da neben einer großen Bandbreite an Verschlüsselungs-, Hash-, und Signaturalgorithmen auch Methoden für die Schlüsselerzeugung- und verwaltung unterstüzt werden. Die Verschlüsselung eines Textes beispielsweise reduziert sich dann zu:

 
CipherText ciphertext = 
   ESAPI.encryptor().encrypt( new PlainText(myplaintext) );

Verteidigungs-Option 1 gegen 'Verlust der Vertraulichkeit sensibler Daten':

Unzureichende Absicherung der Transportschicht

Um die Verschlüsselung auf der Transportebene sollte sich der Entwickler nie selbst kümmern, sondern dies immer dem Webserver überlassen:

Im J2EE-Deployment-Descriptor der Anwendung (= web.xml) ist die folgende Konfiguration vorzunehmen, um sicherzustellen, dass nur ausschließlich über https kommuniziert wird:

 
<security-constraint>
   <web-resource-collection>
     <web-resource-name>Protected Context</web-resource-name>
     <url-pattern>/*</url-pattern>
   </web-resource-collection>
   <!-- auth-constraint an dieser Stelle für Authentisierung  -->
   <user-data-constraint>
      <transport-guarantee>CONFIDENTIAL</transport-guarantee>
   </user-data-constraint>
</security-constraint>

Für Session-Cookies ist immer das Attribute SECURE zu setzen:

 
<session-config> 
   <cookie-config> 
      <secure>
         true
      </secure> 
   </cookie-config> 
</session-config>

In der Server-Configuration ist sicherzustellen, dass nur TLS und SSL3 unterstützt werden. Das Speichern von vertraulichen Inhalten am Client oder auf einem Proxy kann über den Header Cache-Control verhindert werden:

    Header set Cache-Control "no-cache, no store, must-revalidate"

Weitere Hinweise im Transport Layer Protection Cheat Sheet

Verteidigungs-Option 1a gegen 'Unzureichende Absicherung der Transportschicht':

Die Sicherheitskonfiguration unter Option 1 hat noch eine Schwachstelle, so das MITM (Man In The Middle attack) nicht zuverlässig verhindert wird. MITM erzeugt einen Zertifikatsfehler am Client, der üblicherweise aber (durch den Anwender) ignoriert wird. Deshalb wurde der HTTP-Header "HTTP Strict Transport Security (HSTS)" eingeführt. Damit werden kompatible Browser (Firefox, Chrome, Opera aber bisher NICHT IE) angewiesen, dass

der Browser den http-Request ausschließlich über https verschickt (auch falls die Seite mit http aufgerufen wird).
der Anwender Zertifikatsfehler im Browser nicht mehr ignorieren kann.

Konfiguration im Apache:

    Header set Strict-Transport-Security "max-age=16070400; includeSubDomains"

Da der HSTS-Header nur über https übermittelt wird ist zusätzlich ein Redirect nötig:

  <VirtualHost *:80>
      ServerAlias *
      RewriteEngine On
      RewriteRule ^(.*)$ https://%{HTTP_HOST}$1 [redirect=301]
  </VirtualHost>

Quellen:

HTTP_Strict_Transport_Security

AppSecTutorial Series - Episode 4

Referenzen

OWASP

Einen umfangreicheren Überblick über die Anforderungen und die hierbei zu vermeidenden Probleme gibt es unter ASVS requirements on Cryptography (V7). Des Weiteren:

Andere

Verteidigungs-Option 1 gegen 'Kryptografisch unsichere Speicherung': tbd Text	Verteidigungs-Option 2 gegen 'Kryptografisch unsichere Speicherung': tbd Text
Verteidigungs-Option gegen 'Kryptografisch unsichere Speicherung': tbd Text
Auswirkung(en) auf den Benutzer (ganze Breite) Text	Referenzen