Die Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen als zuständige Behörde gemäß § 3 des Signaturgesetzes (SigG) vom 16. Mai 2001 (BGBl. I S. 876), das zuletzt durch Artikel 4 des Gesetzes vom 17. Juli 2009 (BGBl. I S. 2091) geändert worden ist, veröffentlicht gemäß Anlage 1 Abschnitt 1 Nummer 2 der Signaturverordnung (SigV) vom 16. November 2001 (BGBl. I S. 3074), die zuletzt durch die Verordnung vom 15. November 2010 (BGBl. I S. 1542) geändert worden ist, im Bundesanzeiger eine Übersicht über die Algorithmen und zugehörigen Parameter, die zur Erzeugung von Signaturschlüsseln, zum Hashen zu signierender Daten oder zur Erzeugung und Prüfung qualifizierter elektronischer Signaturen als geeignet anzusehen sind, sowie den Zeitpunkt, bis zu dem die Eignung jeweils gilt.

Vorbemerkung:

Wie in den Vorjahren werden im Folgenden geeignete Algorithmen und Schlüssellängen für den Zeitraum der kommenden sieben Jahre anstatt des in der SigV vorgesehenen Mindestzeitraums von sechs Jahren aufgeführt. Das heißt konkret, dass geeignete Algorithmen und Schlüssellängen bis Ende 2020 statt bis Ende 2019 aufgeführt sind. Im Allgemeinen sind solche längerfristigen Prognosen schwer möglich. Die vorliegende Übersicht über geeignete Algorithmen unterscheidet sich von der zuletzt veröffentlichten Übersicht vom 20. Februar 2013 (BAnz AT 27.03.2013 B4) im Wesentlichen in folgenden Punkten:

1.

In Abschnitt 7.2 wird als Planung für die nähere Zukunft angekündigt, dass die Eignung verschiedener Funktionalitätsklassen von Zufallsgeneratoren für die Verwendung in Verfahren zur Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen insgesamt (dies betrifft die Klassen der alten Version der AIS20/31) oder für spezifische Anwendungen nicht über 2020 hinaus verlängert werden wird. Für Zertifizierungsdiensteanbieter können darüber hinaus in Abschnitt 7.2, Auflistungspunkt 2 angekündigte Änderungen schon im Jahr 2015 relevant werden.

2.

Mittelfristig wird angestrebt, nur noch PTG.3- und DRG.4-Zufallsgeneratoren zuzulassen (siehe Abschnitt 7.2).

3.

In der weiteren Planung wird angestrebt, in allen Verfahren im Zusammenhang der Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen ein Sicherheitsniveau von 120 Bit zu etablieren (siehe Abschnitt 7.4).

4.

Daneben wurde die Struktur von Kapitel 4 überarbeitet.

5.

Die Eignung von PKCS#1-v1_5-Signaturen wird bis Ende 2016 verlängert.

Anwender, künftige Anwender oder potentielle Anwender von Nyberg-Rueppel-Signaturen werden weiterhin um diesbezügliche Rückmeldung an die Bundesnetzagentur oder das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik bis zum 30. Juni 2014 gebeten. Es ist geplant, bei Ausbleiben solcher Rückmeldungen aus der Öffentlichkeit die Eignung dieses Verfahrens auslaufen zu lassen.

Die Sicherheit einer qualifizierten elektronischen Signatur hängt entscheidend von der Stärke der zugrunde liegenden Algorithmen ab. Im Folgenden werden Algorithmen genannt, die für qualifizierte elektronische Signaturen mindestens für die kommenden sieben Jahre (d. h. bis Ende 2020) als geeignet anzusehen sind.

Darüber hinaus werden Empfehlungen aufgeführt, die dazu dienen, zukünftigen Entwicklungen im Bereich der kryptographischen Algorithmen und zugehörigen Parameter, die sich heute schon abzeichnen und in Zukunft an Bedeutung zunehmen könnten, zu begegnen. Diese als Empfehlung formulierten Angaben dienen dazu, dem „Interesse der Planungssicherheit der interessierten Hersteller, Dienstleister und Anwender“ Rechnung zu tragen (vgl. Roßnagel/Pordesch: Kommentierung des SigG [33]). Es besteht zum jetzigen Zeitpunkt jedoch keine Pflicht, diese Empfehlungen umzusetzen. Neben Empfehlungen beinhaltet der Algorithmenkatalog Bemerkungen, die seinem besseren Verständnis dienen und einen rein informativen Charakter haben.

Die bitgenauen Spezifikationen findet man in den entsprechenden Standards verschiedener Organisationen (ISO, IEC, NIST, IEEE usw.). Ebenso wie patentrechtliche Fragen und Definitionen der mathematischen Begriffe sind diese Spezifikationen nicht Gegenstand der vorliegenden Veröffentlichung. Informationen hierzu findet man in der einschlägigen Literatur (Lehrbücher, Tagungsbände von Konferenzen etc.) und im Internet.

In dieser Veröffentlichung werden die wichtigsten praxisrelevanten Algorithmen betrachtet, deren kryptographische Eigenschaften aufgrund der heute vorliegenden Ergebnisse langjähriger Diskussionen und Analysen am besten eingeschätzt werden können. Die Liste dieser Algorithmen wird gemäß der weiteren Entwicklung der kryptologischen Forschung und den Erfahrungen mit praktischen Realisierungen von Signaturverfahren aktualisiert und bei Bedarf ergänzt werden.

Auf die Sicherheit einer konkreten Implementierung in Hard- und Software wird hier nicht eingegangen. Diese wird im Rahmen der Untersuchung nach § 15 Absatz 7 und § 17 Absatz 4 SigG festgestellt.

1 Kryptographische Anforderungen

1.1 Hashfunktionen

1.2 Signaturverfahren

1.3 Schlüsselerzeugung

2 Geeignete Hashfunktionen

3 Geeignete Signaturverfahren

3.1 RSA-Verfahren

3.2 DSA

4 Erzeugung von Zufallszahlen

4.1 Anforderungen an die Eignung von Zufallsgeneratoren

4.2 Empfehlungen zur Verwendung von Zufallsgeneratoren

5 Zeitraum und Verfahren zur langfristigen Datensicherung

6 Nicht mehr geeignete kryptographische Algorithmen

7 Ausblick auf künftige Entwicklungen

7.1 Langfristige Streichung wenig genutzter Algorithmen aus dem Algorithmenkatalog

7.2 Weiterentwicklung der Anforderungen an Zufallsgeneratoren

7.3 Weiterentwicklung der Anforderungen an RSA-Signaturen

7.4 Mittelfristige Anhebung des generellen Sicherheitsniveaus der Verfahren zur Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen

8 Ohne Sicherheitsgründe abgekündigte Algorithmen

Literatur

Nach Anlage 1 Abschnitt I Nummer 2 SigV sind folgende Algorithmen festzulegen:

–

Ein Algorithmus zum Hashen von Daten (eine Hashfunktion), der die zu signierenden Daten auf einen Hashwert, d. h. eine Bitfolge vorgegebener Länge, reduziert. Signiert werden dann nicht die Daten selbst, sondern stattdessen jeweils ihr Hashwert.

–

Ein asymmetrisches Signaturverfahren, das aus einem Signieralgorithmus und einem Verifizieralgorithmus besteht. Das Signaturverfahren hängt ab von einem Schlüsselpaar, bestehend aus einem privaten (d. h. geheimen) Schlüssel zum Signieren (gemäß § 2 Nummer 4 SigG als Signaturschlüssel zum Erzeugen einer Signatur bezeichnet) und dem dazugehörigen öffentlichen Schlüssel zum Verifizieren der Signatur (gemäß § 2 Nummer 5 SigG als Signaturprüfschlüssel zur Überprüfung einer Signatur bezeichnet).

–

Ein Verfahren zur Erzeugung von Schlüsselpaaren für Signaturverfahren.

1.1 Hashfunktionen

Beim Signieren und Verifizieren wird der Hashwert der zu signierenden Daten gewissermaßen wie ein ,digitaler Fingerabdruck‘ benutzt. Damit hierbei keine Sicherheitslücke entsteht, muss die Hashfunktion H folgenden Kriterien genügen:

–

H muss kollisionsresistent sein; d. h., es ist praktisch unmöglich, Kollisionen zu finden. (Zwei unterschiedliche digitale Dokumente, die durch H auf denselben Hashwert abgebildet werden, bilden eine Kollision.)

–

H muss eine Einwegfunktion sein; d. h., es ist praktisch unmöglich, zu einem gegebenen Bitstring aus dem Wertebereich ein Urbild bzgl. H zu finden.

Die Existenz von Kollisionen ist unvermeidbar. Bei der praktischen Anwendung kommt es jedoch nur darauf an, dass es, wie oben verlangt, praktisch unmöglich ist, Kollisionen (bzw. Urbilder) zu finden.

1.2 Signaturverfahren

Niemand anders als der Besitzer des Signaturschlüssels darf in der Lage sein, Signaturen zu erzeugen, die bei einer Prüfung mit dem zugehörigen Signaturprüfschlüssel als gültig bewertet werden. Insbesondere bedeutet dies, dass es praktisch unmöglich sein muss, den Signaturschlüssel aus dem (öffentlichen) Signaturprüfschlüssel zu berechnen. Allgemeiner darf es praktisch nicht möglich sein, mit Kenntnis des Signaturprüfschlüssels und Beispielen von Signaturen gültige Signaturen zu neuen Dokumenten zu erzeugen, ohne den Signaturschlüssel zu nutzen.

1.3 Schlüsselerzeugung

Die verschiedenen Signaturverfahren benötigen Schlüssel mit gewissen Eigenschaften, die sich aus dem jeweiligen konkreten Verfahren ergeben. Im Folgenden werden weitere einschränkende Bedingungen festgelegt, deren Nichtbeachtung zu Schwächen führen könnte. Zusätzlich wird generell verlangt, dass Schlüssel nach den unter Abschnitt „4. Erzeugung von Zufallszahlen“ genannten Maßnahmen zufällig erzeugt werden.

Die beiden Hashfunktionen SHA-1 und RIPEMD-160 sind bis Ende 2015 nur noch für die Prüfung qualifizierter Zertifikate geeignet.

Die folgenden Hashfunktionen der SHA-2-Familie sind geeignet, ein langfristiges Sicherheitsniveau zu gewährleisten:

–

SHA-256, SHA-512/256, SHA-384, SHA-512 [2].

Dabei sind SHA-256 und SHA-512/256 Hashfunktionen mit einer Hashwertlänge von 256 Bit, während SHA-384 und SHA-512 jeweils 384 respektive 512 Bit lange Hashwerte erzeugen. SHA-512/256 entspricht SHA-512 mit einem auf 256 Bit abgeschnittenen Hashwert und einem anders als bei SHA-512 definierten Initialisierungsvektor. Insgesamt sind SHA-512/256, SHA-384 und SHA-512 hinsichtlich ihrer Implementierung und damit auch hinsichtlich aller Implementierungsaspekte (z. B. Performanz auf verschiedenen Plattformen) fast identisch.

Für SHA-512/256 wird eine gleiche Widerstandsfähigkeit gegen klassische generische Angriffe auf Kollisionsresistenz und Einwegeigenschaften erwartet wie für SHA-256. Aufgrund des größeren inneren Zustandes und der erhöhten Rundenanzahl von SHA-512/256 verglichen mit SHA-256 ist ein etwas verbesserter Sicherheitsspielraum gegen künftige kryptoanalytische Fortschritte zu erwarten. Ein weiterer theoretischer Vorteil ist eine gegenüber SHA-256 verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Multikollisions-Angriffe wie in [36].

Diese vier Hashfunktionen sind (mindestens) in den kommenden sieben Jahren, d. h. bis Ende 2020, für die Anwendung bei qualifizierten elektronischen Signaturen geeignet. Die Hashfunktion SHA-224 [2] ist bis Ende 2015 für die Anwendung bei qualifizierten elektronischen Signaturen geeignet.

Die folgende Tabelle fasst die Eignung der Hashfunktionen zusammen.

Tabelle 1: Geeignete Hashfunktionen

Die Hashfunktion SHA-1 war bis Ende 2010 zur Erzeugung qualifizierter Zertifikate zugelassen, sofern in die Erzeugung der Seriennummer Zufall mit mindestens 20 Bit Entropie eingeflossen ist. Auch wenn bei der SHA-2-Familie nach gegenwärtigem Kenntnisstand hierfür keine Notwendigkeit besteht, wird dennoch empfohlen, dies auch dort als eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme zu verwenden.

Bemerkung:

–

Ob in die Erzeugung eines qualifizierten Zertifikats tatsächlich mindestens 20 Bit Entropie eingeflossen sind, kann im Rahmen der Prüfung des qualifizierten Zertifikats mittels einer Signaturanwendungskomponente gemäß § 2 Nummer 11 Buchstabe b SigG nicht festgestellt werden. Die Anforderung ist vielmehr vom Zertifizierungsdiensteanbieter in seinem Betrieb zu erfüllen.

Im Jahr 1977 haben Rivest, Shamir und Adleman das nach ihnen benannte RSA-Verfahren [9] zum Erzeugen und Verifizieren digitaler Signaturen explizit beschrieben. Im Jahr 1984 hat ElGamal [8] ein weiteres Signaturverfahren vorgeschlagen. Eine Variante dieses ElGamal-Verfahrens ist der vom National Institute of Standards and Technology (NIST) publizierte Digital Signature Standard (DSS) [1], der den Digital Signature Algorithm (DSA) spezifiziert. Daneben gibt es Varianten des DSA, die auf Punktegruppen E(K) elliptischer Kurven über endlichen Körpern K basieren, wobei K entweder der Restklassenkörper modulo einer Primzahl p ist oder ein endlicher Körper der Charakteristik 2.

Folgende Signaturverfahren sind zur Erfüllung der Anforderungen nach § 17 Absatz 1 bis 3 SigG geeignet:

1.

RSA-Verfahren [21],

2.

DSA [1], [4],

3.

DSA-Varianten basierend auf elliptischen Kurven:

–

EC-DSA [1], [4], [5], [10],

–

EC-KCDSA, EC-GDSA [4],

–

Nyberg-Rueppel-Signaturen [6].

Für weitere (nicht normative) Informationen zu ECDSA und ECGDSA siehe auch die Abschnitte 4.2.1 und 4.2.2 von [37].

Die Sicherheit der oben genannten Verfahren beruht dabei entsprechend auf:

1.

dem Faktorisierungsproblem für ganze Zahlen,

2.

dem Problem der Berechnung diskreter Logarithmen in der multiplikativen Gruppe von F_p oder

3.

dem Diskreten-Logarithmus-Problem in einer elliptischen Kurve über einem Restklassenkörper modulo einer Primzahl p oder einem Körper der Charakteristik 2.

Um festzulegen, wie groß die Systemparameter bei diesen Verfahren zu wählen sind, um deren Sicherheit zu gewährleisten, müssen zum einen die besten heute bekannten Algorithmen zum Faktorisieren ganzer Zahlen bzw. zum Berechnen diskreter Logarithmen (in den oben genannten Gruppen) betrachtet und zum anderen die Leistungsfähigkeit der heutigen Rechnertechnik berücksichtigt werden. Um eine Aussage über die Sicherheit für einen bestimmten zukünftigen Zeitraum zu machen, muss außerdem eine Prognose für die künftige Entwicklung der beiden genannten Aspekte zugrunde gelegt werden, vgl. [12], [26], [35]. Solche Prognosen sind nur für relativ kurze Zeiträume sinnvoll (und können sich natürlich jederzeit aufgrund unvorhersehbarer Entwicklungen als falsch erweisen).

Im Folgenden bezeichnen wir mit der Bitlänge r einer Zahl x > 0 diejenige ganze Zahl r mit der Eigenschaft 2^r–1 ≤ x < 2^r.

Die Sicherheit der einzelnen Verfahren ist (mindestens) für die kommenden sieben Jahre, d. h. bis Ende 2020, bei der im Folgenden festgelegten Wahl der Parameter gewährleistet.

3.1 RSA-Verfahren

Der Parameter n muss eine Länge von mindestens 1976 Bit haben. Empfohlen werden 2048 Bit.

Die folgende Tabelle fasst die minimalen Bitlängen zusammen.

Tabelle 2: Geeignete Schlüssellängen für RSA-Verfahren

Die Primfaktoren p und q von n sollten die gleiche Größenordnung haben, aber nicht zu dicht beieinander liegen:

ε₁ < | log₂(p) – log₂(q) | < ε₂.

Als Anhaltspunkte für die Werte ε₁ und ε₂ werden hier ε₁ ≈ 0,1 und ε₂ ≈ 30 vorgeschlagen. Die Primfaktoren p und q müssen unter Beachtung der genannten Nebenbedingungen zufällig und unabhängig voneinander erzeugt werden.

Der öffentliche Exponent e wird unter der Nebenbedingung ggT(e, (p−1)(q−1)) = 1 unabhängig von n gewählt. Der zugehörige geheime Exponent d wird dann in Abhängigkeit von dem vorher festgelegten e berechnet, sodass ed ≡ 1 mod kgV(p−1, q−1) gilt. Es wird empfohlen, e ≥ 2¹⁶ + 1 zu wählen. Perspektivisch ist der Abschnitt 7.3 zu beachten.

Bemerkungen:

–

Die Forderung, dass p und q starke Primzahlen sein müssen (d. h. p−1 und q−1 haben große Primfaktoren etc.), erscheint im Hinblick auf die besten heute bekannten Faktorisierungsalgorithmen nicht mehr ausreichend begründet und daher verzichtbar.

–

Der öffentliche Exponent e kann zufällig gewählt werden. Auf der anderen Seite haben kleine öffentliche Exponenten den Vorteil, dass die Verifikation einer Signatur sehr schnell durchgeführt werden kann. Das hier verlangte Verfahren (zuerst Wahl von e, danach Wahl von d) soll gewährleisten, dass kleine geheime Exponenten ausgeschlossen werden können, siehe z. B. [18].

–

In [3], Table 3-2 werden für 2048-Bit RSA eine Unter- und eine Obergrenze für e spezifiziert (2¹⁶ + 1 ≤ e < 2²⁵⁶).

Der Hashwert muss vor der Anwendung des geheimen Exponenten d auf die Bitlänge des Moduls formatiert werden. Das Formatierungsverfahren ist dabei sorgfältig zu wählen, siehe [13]. Bis 2020 geeignete Verfahren sind:

–

RSA: „Signature Schemes with Appendix“ PSS aus [14] Abschnitt 8.1 und 9.1,

–

„DSI according to ISO/IEC 9796-2 with random number“ [15],

–

„digital signature scheme 2“ und „digital signature scheme 3“ aus [19].

Das Formatierungsverfahren RSA: „Signature Schemes with Appendix“ PKCS#1-v1_5 aus [14] Abschnitt 8.2 und 9.2 ist noch bis Ende 2016 geeignet. Für Zertifikatssignaturen ist das PKCS#1-v1_5-Format darüber hinaus bis Ende 2017 geeignet. Gleiche verlängerte Fristen (bis 2017) gelten für durch Zertifizierungsdiensteanbieter ausgestellte qualifizierte Zeitstempel und OCSP-Statusmeldungen.

Es wird aber empfohlen, dieses Verfahren nicht mehr zu verwenden. Der Beweiswert der erstellten Signaturen ist bis Ende 2020 gegeben.

Bemerkung:

–

Die Realisierung eines Formatierungsverfahrens – z. B. die Form der Arbeitsteilung zwischen einer Chipkarte, auf der die Potenzierung mit dem geheimen Schlüssel durchgeführt wird, und dem Hintergrundsystem – ist für die Sicherheit durchaus relevant und muss im Rahmen der Prüfung technischer Komponenten nach § 15 Absatz 7 und § 17 Absatz 4 SigG untersucht werden.

–

Bei Verwendung von Verfahren, die einen zufälligen Salt-Wert von variabler Länge benötigen, wird empfohlen, die Länge des Salt-Wertes entsprechend der Länge der Hashfunktion zu wählen.

Zur Erzeugung der Primfaktoren siehe z. B. [1] und [5]. Insbesondere muss bei Nutzung eines probabilistischen Primzahltests mit hinreichender Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen sein, dass p oder q in Wirklichkeit zusammengesetzte Zahlen sind. Als obere Schranke für diese Wahrscheinlichkeit wird der Wert 2^–100 (siehe [1]; vergleiche aber auch [5] und [16]) empfohlen.

3.2 DSA

Die Bitlänge von p beträgt mindestens 2048 Bit. Bis Ende 2015 muss die Bitlänge des Parameters q mindestens 224 Bit betragen. Ab Anfang 2016 sind für q mindestens 256 Bit notwendig. Die folgende Tabelle fasst die Bitlängen für den DSA zusammen.

Tabelle 3: Geeignete Schlüssellängen für DSA

Bemerkungen:

–

Zur Erzeugung von p und der weiteren Parameter siehe [1]; die Wahrscheinlichkeit, dass p oder q zusammengesetzt sind, soll kleiner als 2^–100 sein.

–

In FIPS-186 [1] werden konkrete Werte für die Bitlängen von p und q vorgegeben.

–

Relativ kurze Bitlängen des Parameters q erlauben die Konstruktion von „Kollisionen“ im Sinne von Vaudenay [11] bei der Parametergenerierung. Diese Kollisionen haben jedoch in der Praxis der qualifizierten Signaturen keine Bedeutung. Soll dessen ungeachtet die Möglichkeit, diese Kollisionen konstruieren zu können, grundsätzlich ausgeschlossen werden, muss q größer als der maximal mögliche Hashwert sein.

3.2a) DSA-Varianten basierend auf Gruppen E(F_p)

Um die Systemparameter festzulegen, werden eine elliptische Kurve E und ein Punkt P auf E(F_p) erzeugt, sodass folgende Bedingungen gelten:

–

Es ist ord(P) = q mit einer von p verschiedenen Primzahl q.

–

Für r₀ ∶= min(r : q teilt p^r−1) gilt r₀> 10⁴.

–

Die Klassenzahl der Hauptordnung, die zum Endomorphismenring von E gehört, ist mindestens 200.

Für den Parameter p gibt es keine Einschränkungen. Die Länge von q muss mindestens 224 Bit betragen, und ab Anfang 2016 sind für q mindestens 250 Bit erforderlich.

Die folgende Tabelle fasst die Bitlängen für DSA-Varianten basierend auf Gruppen E(F_p) zusammen.

Tabelle 4: Geeignete Schlüssellängen für DSA-Varianten in E(F_p)

Bemerkung:

–

Die untere Abschätzung für r₀ hat den Sinn, Attacken auszuschließen, die auf einer Einbettung der von P erzeugten Untergruppe in die multiplikative Gruppe eines Körpers F_p r beruhen. In der Regel (bei zufälliger Wahl der elliptischen Kurve) ist diese Abschätzung erfüllt, denn r₀ ist die Ordnung von p (mod q) in F_q* und hat deshalb im Allgemeinen sogar dieselbe Größenordnung wie q. Im Idealfall sollte r₀ explizit bestimmt werden, was allerdings die etwas aufwändige Faktorisierung von q−1 voraussetzt. Demgegenüber ist r₀> 10⁴ wesentlich schneller zu verifizieren und wird in diesem Zusammenhang als ausreichend angesehen. Für weitere Erläuterungen zu den Bedingungen und Beispielkurven siehe [20] und [23].

–

Die Hashwerte müssen, falls ihre Bitlänge die von q übersteigt, auf die Bitlänge von q gekürzt werden. Dazu wird [10] eine geeignete Anzahl niederwertiger Bits abgeschnitten. Vergleiche auch die entsprechende Bemerkung im nächsten Abschnitt. Im Hinblick auf „Kollisionen“ im Sinne von [11] gelten die in Abschnitt 3.2 für DSA formulierten Bemerkungen hier ebenso. Die Verifikation der am Beginn dieses Abschnitts angegebenen Bedingungen an die Systemparameter bedeutet einen gewissen Aufwand. Es liegt daher nahe, Kurven zu verwenden, die bereits auf ihre Eignung hin untersucht wurden. Die in [23] angegebenen Kurven brainpoolP256r1, brainpoolP256t1, brainpoolP320r1, brainpoolP320t1, brainpoolP384r1, brainpoolP384t1, brainpoolP512r1 und brainpoolP512t1 sind geeignet bis Ende 2020.

3.2b) DSA-Varianten basierend auf Gruppen E(F_2 m)

Um die Systemparameter festzulegen, werden eine elliptische Kurve E und ein Punkt P auf E(F_2 m) erzeugt, sodass folgende Bedingungen gelten:

–

m ist prim.

–

E(F_2 m) ist nicht über F₂ definierbar (d. h. die j-Invariante der Kurve liegt nicht in F₂).

–

Es ist ord(P) = q mit q prim.

–

Für r₀ ∶= min(r : q teilt 2^mr-1) gilt r₀> 10⁴.

–

Die Klassenzahl der Hauptordnung, die zum Endomorphismenring von E gehört, ist mindestens 200.

An den Parameter m werden keine Bedingungen gestellt. Ab Anfang 2016 sind für q mindestens 250 Bit erforderlich.

Die folgende Tabelle fasst die Bitlängen für DSA-Varianten basierend auf Gruppen E(F_2 m) zusammen.

Tabelle 5: Geeignete Schlüssellängen für DSA-Varianten in elliptischen Kurven über Körpern der Charakteristik 2

Bemerkungen:

–

In Bezug auf die oben erwähnten ,Kollisionen’ im Sinne von [11] gilt für die auf elliptischen Kurven basierenden Verfahren dasselbe wie für DSA.

–

Ist bei der Berechnung der zweiten Signaturkomponente s die Bitlänge des Hashwerts größer als die Bitlänge des Moduls q, werden in [10] die überzähligen niederwertigen (rechten) Bits des Hashwerts abgeschnitten. Dies betrifft DSA und DSA-Varianten, die auf Gruppen E(F_p) oder E(F_2 m) basieren.

–

Bei DSA und bei elliptischen Kurven könnte die Wahl bestimmter, ganz spezieller Parameter möglicherweise dazu führen, dass das Verfahren schwächer ist als bei einer zufälligen Wahl der Parameter. Unabhängig davon, wie gravierend man diese Bedrohung einschätzt, kann man dem „Unterschieben“ schwacher Parameter vorbeugend dadurch begegnen, dass bei der Konstruktion der Parameter eine geeignete Einwegfunktion, d. h. eine der oben genannten Hashfunktionen, angewandt wird und die Parameter zusammen mit einer nachvollziehbaren entsprechenden Berechnung übergeben werden. Konkrete Vorschläge sind in [1], [10], [20] und [23] zu finden.

–

Der Leitfaden [28] (Anlage zu [29]) definiert Minimalanforderungen zur Resistenz von Implementierungen elliptischer Kurven über F_p gegenüber Seitenkanalangriffen.

Zur Erzeugung von Systemparametern für Signaturverfahren und zur Schlüsselgenerierung werden Zufallszahlen benötigt. Bei DSA-ähnlichen Signaturverfahren wird bei der Generierung jeder Signatur eine neue Zufallszahl benötigt. Für diese Zwecke müssen geeignete Zufallszahlengeneratoren eingesetzt werden.

Die ehemaligen mathematisch-technischen Anlagen [30] und [31] zur AIS 20 [7] bzw. AIS 31 [17] wurden im September 2011 durch die mathematisch-technische Anlage [32] ersetzt. Die für den Algorithmenkatalog relevanten Funktionalitätsklassen wurden (unter neuem Namen) im Wesentlichen beibehalten, und es sind neue Funktionalitätsklassen hinzugekommen, u. a. hybride deterministische Zufallszahlengeneratoren (Funktionalitätsklasse DRG.4) und hybride physikalische Zufallszahlengeneratoren (Funktionalitätsklasse PTG.3).

Neben Zufallszahlengeneratoren, die nach den neuen Evaluierungskriterien [32] evaluiert werden, können auch weiterhin Zufallszahlengeneratoren eingesetzt werden, die nach den alten Evaluierungskriterien evaluiert wurden. Soweit für den Algorithmenkatalog relevant, stellt die nachfolgende Tabelle den neuen Funktionalitätsklassen die entsprechenden alten Funktionalitätsklassen gegenüber. Dies sind keine exakten 1-1-Beziehungen, da die Anforderungen der Funktionalitätsklassen zwar sehr ähnlich, aber nicht identisch sind. Die Anforderungen an die neuen Funktionalitätsklassen sind in einzelnen Aspekten weitergehend.

Tabelle 6: Gegenüberstellung der alten und neuen Funktionalitätsklassen für Zufallsgeneratoren nach AIS20/31

Bemerkungen:

–

Hybride Zufallszahlengeneratoren vereinen Sicherheitseigenschaften von deterministischen und physikalischen Zufallszahlengeneratoren.

–

Die Sicherheit eines hybriden deterministischen Zufallszahlengenerators der Klasse DRG.4 beruht in erster Linie auf der Komplexität des deterministischen Anteils, welcher der Klasse DRG.3 angehört. Während der Nutzung des Zufallszahlengenerators wird zusätzlich immer wieder neuer Zufall hinzugefügt. Dies kann (z. B.) in regelmäßigen Abständen oder auf die Anforderung einer Applikation hin erfolgen.

–

Hybride physikalische Zufallszahlengeneratoren der Klasse PTG.3 besitzen neben einer starken Rauschquelle eine starke kryptographische Nachbearbeitung mit Gedächtnis.

–

PTG.3 stellt die stärkste Funktionalitätsklasse in [32] dar.

–

Die Konformität zur Funktionalitätsklasse PTG.3 kann mit einem PTG.2-konformen Zufallsgenerator mit geeigneter kryptographischer Nachbearbeitung mit Gedächtnis erreicht werden (vgl. [32], Abschnitt 4.5, Paragraph 304 und Punkt PTG 3.6 in FCS_RNG 1.1, Paragraph 305).

4.1 Anforderungen an die Eignung von Zufallsgeneratoren

Allgemeine Anforderungen

Grundsätzlich werden Zufallszahlengeneratoren als geeignet angesehen, die einer der folgenden Klassen angehören:

–

Physikalische Zufallszahlengeneratoren: P2 (mit Resistenz gegen hohes Angriffspotential), PTG.2, PTG.3.

–

Deterministische Zufallszahlengeneratoren: DRG.3, DRG.4 mit mindestens 100 Bit Seed-Entropie (siehe [32], Absatz 248 und auch [32], Absatz 332, insbesondere die letzte Zeile von Tabelle 12). Daneben K4 (Resistenz gegen hohes Angriffspotential) mit mindestens 100 Bit Seed-Entropie.

Randbedingungen und Spezialfälle

Für deterministische Zufallsgeneratoren der Klassen DRG.3 und DRG.4 bezieht sich die Forderung nach mindestens 100 Bit Seed-Entropie auf die Min-Entropie des Seeds, siehe auch [32], Absatz 332, Tabelle 12. Wird der deterministische Zufallsgenerator durch eine PTG.2-konforme physikalische Zufallsquelle initialisiert, dann kann zur Abschätzung der Min-Entropie auf die in Absatz 332 von [32] wiedergegebenen Kriterien zurückgegriffen werden.

Zur Erzeugung qualifizierter elektronischer Signaturen (keine Zertifikatssignaturen) kann ein deterministischer Zufallszahlengenerator der Klasse DRG.2 oder K3 hoch verwendet werden, sofern der Antragsteller nachvollziehbar begründen kann, dass das Fehlen der DRG.3-spezifischen bzw. der K4-spezifischen Eigenschaft (enhanced backward secrecy) in den vorgesehenen Einsatzszenarien keine zusätzlichen Sicherheitsrisiken impliziert. Auch in diesem Fall ist eine Seed-Entropie von mindestens 100 Bit sicherzustellen (siehe [32], Absatz 248 und 332 wie oben).

Sind die Anforderungen an die Zufallszahlengeneratoren nicht erfüllt, muss das entsprechende Verfahren zur qualifizierten elektronischen Signatur als potentiell unsicher angesehen werden.

Eine aussagekräftige Bewertung eines Zufallszahlengenerators setzt umfassende Erfahrungen voraus. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) verfügt über solche Erfahrungen. Bei Bedarf kann in diesem Zusammenhang auf das Know-how des BSI zurückgegriffen werden.

Bemerkungen:

–

Die Ableitung von Signaturschlüsseln, Ephemeralschlüsseln und Primzahlen (für RSA) aus den erzeugten Zufallszahlen soll mit geeigneten Algorithmen erfolgen (zu elliptischen Kurven vgl. [28], Abschnitt 5.2 und 5.5.1). Vereinfacht gesagt, sollte einem potentiellen Angreifer so wenig Information über die abgeleiteten (geheim zu haltenden) Werte zur Verfügung stehen wie möglich. Im Idealfall treten alle Werte innerhalb des jeweilig zulässigen Wertebereichs mit derselben Wahrscheinlichkeit auf, und verschiedene Zufallszahlen sollten zumindest keine praktisch ausnutzbaren Zusammenhänge aufweisen.

–

Ebenso wie die Signaturalgorithmen kann auch die Erzeugung geheim zu haltender Signaturschlüssel, Ephemeralschlüssel und Primzahlen Ziel von Seitenkanalangriffen werden ([27], [28] etc.). Dieser Aspekt wird in [32] explizit angesprochen.

–

Auch im Hinblick auf Implementierungsangriffe vereinen hybride Zufallszahlengeneratoren Sicherheitseigenschaften von deterministischen und physikalischen Zufallszahlengeneratoren.

4.2 Empfehlungen zur Verwendung von Zufallsgeneratoren

Im Gegensatz zu den in Abschnitt 4.1 wiedergegebenen Anforderungen sind die im vorliegenden Abschnitt aufgeführten Empfehlungen zur Verwendung von Zufallsgeneratoren in Signaturerstellungseinheiten nicht bindend. Ihre Befolgung wird aber im Sinne des Zieles, ein hohes Sicherheitsniveau für alle Anwender qualifizierter elektronischer Signaturen zu erreichen, als sinnvoll erachtet.

Zertifizierungsdiensteanbietern wird empfohlen, für die Erzeugung ihrer Langzeitschlüssel und für die Erzeugung von Ephemeralschlüsseln in DSA-ähnlichen Verfahren einen Zufallsgenerator zu verwenden, der der Klasse PTG.3 oder DRG.4 angehört (PTG.3 dabei auf Grund des höheren Sicherheitsniveaus dieser Klasse prinzipiell bevorzugt).

Zur Erzeugung von Ephemeralschlüsseln (DSA, ECDSA, ECGDSA, ECKDSA) wird empfohlen, einen Zufallszahlengenerator zu wählen, der einer der folgenden Klassen angehört: PTG.3, DRG.3, DRG.4 oder K4 hoch (vgl. auch [28]). Hintergrund ist, dass Zufallszahlen, die von PTG.2- oder P2-konformen Zufallszahlengeneratoren erzeugt wurden, z. B. gewisse Schiefen aufweisen können. Es sind gegenwärtig keine Angriffe bekannt, die dies ausnutzen könnten. Vielmehr ist dies eine grundsätzliche Sicherheitsmaßnahme. Bei Verwendung eines deterministischen Zufallsgenerators wird eine Seed-Entropie von 120 Bit oder mehr empfohlen.

Soweit für die Erzeugung von Padding-Werten in den als geeignet eingestuften RSA-Signaturverfahren Zufallszahlen benötigt werden, wird die Verwendung von Zufallsgeneratoren der Funktionalitätsklassen NTG.1, PTG.2, PTG.3, DRG.2, DRG.3, DRG.4, P2, K3 oder K4 nach [32] empfohlen.

Es wird allen Betroffenen empfohlen, die in Abschnitt 7.2 beschriebenen Planungen hinsichtlich der Weiterentwicklung der vorliegenden Bekanntmachung frühzeitig zu berücksichtigen.

Damit eine qualifizierte elektronische Signatur auch nach Überschreiten der Eignungsfrist eines Algorithmus, auf dessen Sicherheit die Signatur beruht, ihren Beweiswert erhält und sicher verifiziert werden kann, müssen vor Überschreiten dieser Frist geeignete Maßnahmen nach § 17 SigV getroffen werden. Dazu gehören qualifizierte Zeitstempel, die rechtzeitig vor Überschreiten der Frist erzeugt werden und deren Sicherheit auf längerfristig geeigneten Algorithmen beruht. Vor Überschreiten der Eignungsfrist eines Algorithmus, auf dessen Sicherheit ein solcher qualifizierter Zeitstempel beruht, muss dann dieser wiederum mit einem qualifizierten Zeitstempel längerfristiger Sicherheit versehen werden und so weiter. Die Technische Richtlinie [34] befasst sich mit der langfristigen Beweiswerterhaltung kryptographisch signierter Dokumente.

Statt für jedes einzelne qualifiziert signierte elektronische Datum einen Zeitstempel zu erzeugen, bietet es sich aus Effizienzgründen an, einen einzigen qualifizierten Zeitstempel jeweils für mehrere qualifiziert signierte elektronische Daten zugleich zu erzeugen. Ein geeignetes Verfahren dieser Art ist die Erzeugung sogenannter Evidence Records für die qualifizierten elektronischen Signaturen gemäß [22]. Bei der Erzeugung eines solchen Evidence Records wird unter anderem ein Hashbaum erstellt. Für die dafür verwendete Hashfunktion wird hier sowohl die Kollisionsresistenz als auch die Einwegeigenschaft verlangt. Es sind dieselben Algorithmen hierfür geeignet wie für die Erzeugung qualifizierter elektronischer Signaturen. Auch die Eignungsfristen sind identisch.

In diesem Abschnitt sind alle kryptographischen Algorithmen mit Schlüssellängen und Parametergrößen aufgeführt, die jemals zur Erstellung von qualifizierten elektronischen Signaturen und qualifizierten Zertifikaten geeignet waren und diese Eignung inzwischen aber verloren haben. Diese Algorithmen werden auch weiterhin zur Prüfung von Signaturen oder Zertifikaten benötigt. Dazu müssen diese Algorithmen von den Signaturanwendungskomponenten unterstützt werden.

Die nachfolgenden Tabellen enthalten den letzten Zeitpunkt, an dem der jeweilige Algorithmus mit der angegebenen Schlüssellänge bzw. Parametergröße zur Erzeugung qualifizierter elektronischer Signaturen und qualifizierter Zertifikate geeignet war bzw. eine Übergangsfrist endete. (Bei RSA 1024 und SHA-1 wurden Übergangsfristen von 3 bzw. 6 Monaten eingeräumt.) Bei den Hashfunktionen werden zusätzlich die Zeitpunkte angegeben, an denen die Eignung zur Prüfung qualifizierter elektronischer Zertifikate erlischt, d. h., bis kurz vor diesem Zeitpunkt ist zur Erhaltung des Beweiswertes für qualifizierte Zertifikate keine Maßnahme nach Kapitel 5 notwendig. Andere Daten besitzen dagegen keine gültige qualifizierte elektronische Signatur mehr, falls nicht vor Ablauf der angegebenen Eignungsfristen geeignete Maßnahmen zur Erhaltung des Beweiswertes der Signaturen ergriffen wurden.

Hashfunktionen

Tabelle 7: Nicht mehr geeignete Hashfunktionen

RSA

Tabelle 8: Nicht mehr geeignete RSA-Schlüssellängen

DSA

Tabelle 9: Nicht mehr geeignete DSA-Parameter

DSA-Varianten basierend auf Gruppen E(F_p)

Tabelle 10: Nicht mehr geeignete EC-Parameter über F_p

DSA-Varianten basierend auf Gruppen E(F_2 m)

Tabelle 11: Nicht mehr geeignete EC-Parameter über binären Körpern

In diesem Kapitel soll kurz eingegangen werden auf die künftige Weiterentwicklung der vorliegenden Bekanntmachung. Ziel dieses Abschnittes ist es damit einerseits, die Planungssicherheit für Anwender, Zertifizierungsdiensteanbieter und Hersteller von Hard- und Software für die Erstellung und Prüfung qualifizierter elektronischer Signaturen zu erhöhen, und andererseits, den genannten Gruppen eine frühzeitige Rückmeldung zu geplanten Änderungen in der vorliegenden Bekanntmachung zu ermöglichen.

7.1 Langfristige Streichung wenig genutzter Algorithmen aus dem Algorithmenkatalog

Es ist vorgesehen, künftig Algorithmen die Eignung zur Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen auch ohne Vorliegen bekannter Sicherheitsschwächen zu entziehen, wenn davon ausgegangen wird, dass die Verfahren keine oder fast keine praktische Bedeutung haben. Dieser Schritt beruht auf der allgemeinen Überlegung, dass diese Algorithmen im Allgemeinen wesentlich weniger intensiv kryptoanalytisch untersucht wurden bzw. werden, als es für Algorithmen der Fall ist, die tatsächlich breite Anwendung finden.

Dieses Verfahren wird in keinem Fall zu einer Streichung eines Algorithmus vor Ablauf der in dieser Bekanntmachung angegebenen Eignungsfristen führen. Außerdem wird die Streichung eines Algorithmus aus solchen Gründen an dieser Stelle mit einem Vorlauf von etwa 18 Monaten angekündigt werden, um der Öffentlichkeit Gelegenheit zur Kommentierung zu geben. Algorithmen, deren Abkündigung auf diesem Wege beschlossen wurde, werden zukünftig in Abschnitt 8 dieser Bekanntmachung aufgelistet.

Zurzeit wird erwogen, folgendes Verfahren auf diese Weise auslaufen zu lassen:

–

Nyberg-Rueppel-Signaturen [6], [19].

Ehemalige, gegenwärtige und (potentielle) zukünftige Anwender von Nyberg-Rueppel-Signaturen werden bis zum 30. Juni 2014 um Rückmeldung hierzu an die Bundesnetzagentur und an das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik gebeten, genauer an die folgenden beiden Adressen:

Bundesnetzagentur
Referat IS 15
Postfach 80 01
D-55003 Mainz

Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik
Referat K 22
Postfach 20 03 63
D-53133 Bonn

7.2 Weiterentwicklung der Anforderungen an Zufallsgeneratoren

Für den Algorithmenkatalog 2015 werden sich folgende Änderungen im Bereich der Eignung von Zufallsgeneratoren ergeben:

1.

Die Eignung von Zufallsgeneratoren der Funktionalitätsklassen nach [31] wird nicht über das Jahr 2020 hinaus verlängert werden. Grundsätzlich ausgenommen sein werden von dieser Regelung hoheitliche Dokumente, sofern sie vor 2015 ausgegeben wurden und eine Funktion zur Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen enthalten. Die in diesen Karten im Kontext der QES-Anwendung genutzten Zufallsgeneratoren werden als geeignet betrachtet werden, bis die Karte ihre Gültigkeit als hoheitliches Dokument verliert.

2.

In gut begründeten Ausnahmefällen kann auch für Anwendungen außerhalb des Bereichs hoheitlicher Dokumente die Einführung von Ausnahmeregelungen mit ähnlichem Zeithorizont zum Auslaufen der Eignung von Zufallsgeneratoren erwogen werden, die nur über eine Zertifizierung nach [31] verfügen. Mindestens ist hierbei überzeugend darzulegen, dass der Austausch von Signaturkarten bis zum Jahr 2020, die vor 2015 bereits ausgegeben wurden und die die alten Funktionalitätsklassen benutzen, einen großen Aufwand bedeuten würde. Insbesondere muss nachgewiesen werden, dass die Karten eine wesentliche weitere Funktionalität neben der Signaturkartenfunktion besitzen, die über das Jahr 2020 hinausreicht, und dass ein Austausch bis 2020 insbesondere aufgrund dieser zusätzlichen Funktionalität mit großen Aufwänden verbunden wäre. Entsprechende Kommentierungen werden bis zum 31. Oktober 2014 an die in Abschnitt 7.1 angegebenen Adressen erbeten.

3.

Für Zertifizierungsdiensteanbieter wird die Verwendung von Zufallsgeneratoren der Funktionalitätsklassen PTG.3 und DRG.4 im Grundsatz ab 2015 verpflichtend werden sowohl allgemein bei der Erzeugung von Langzeitschlüsseln als auch bei der Erzeugung von Ephemeralschlüsseln für DSA-ähnliche Verfahren. Davon ausgenommen sein werden in bestehenden Systemen von Zertifizierungsdiensteanbietern zur Erzeugung von Zufallszahlen eingesetzte Produkte und Systemkomponenten: diese können weiterbetrieben werden, bis ihre Eignung nach Maßgabe der allgemeinen Anforderungen an die Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen ausläuft oder eine Erneuerung der Bestätigung dieser Produkte und Systemkomponenten notwendig wird.

4.

Die Eignung der Funktionalitätsklasse PTG.2 wird für die Erstellung von Ephemeralschlüsseln in DSA-ähnlichen Verfahren nicht über das Jahr 2020 hinaus verlängert werden. Ausnahmeregelungen sind entsprechend zu den Spiegelpunkten 1 und 2 vorgesehen.

Mittelfristig ist geplant, allgemein nur noch Zufallsgeneratoren als geeignet anzusehen, die den Funktionalitätsklassen PTG.3 und DRG.4 angehören.

7.3 Weiterentwicklung der Anforderungen an RSA-Signaturen

Es ist vorgesehen, beim Einsatz von RSA-Signaturen die Verwendung von öffentlichen Exponenten, die kleiner als 2¹⁶+1 oder größer als 2²⁵⁶ sind, ab dem Jahr 2021 nicht mehr zu gestatten.

7.4 Mittelfristige Anhebung des generellen Sicherheitsniveaus der Verfahren zur Erstellung qualifizierter elektronischer Signaturen

Es ist geplant, in Verfahren zur Erzeugung qualifizierter elektronischer Signaturen perspektivisch insgesamt ein Sicherheitsniveau von 120 Bit zu etablieren. Dies hätte insbesondere folgende Konsequenzen:

–

Für Signaturverfahren, für die die besten bekannten Angriffe auf dem Problem der Faktorisierung großer Zahlen oder auf dem Problem der Berechnung diskreter Logarithmen in endlichen Körpern beruhen (RSA und DSA) werden Schlüssellängen von mindestens 3 000 Bit verpflichtend werden.

–

Für deterministische Zufallsgeneratoren werden eine Min-Entropie des Seeds von 120 Bit und eine Größe des internen Zustandes von 240 Bit verpflichtend werden.

Ein Datum für das Inkrafttreten entsprechender Regelungen steht noch nicht fest. Es ist derzeit nicht vorgesehen, vor dem Algorithmenkatalog 2017 ein Sicherheitsniveau von 120 Bit in der vorliegenden Bekanntmachung verbindlich zu verankern.

Zurzeit gibt es keine vormals zur Erstellung oder Prüfung digitaler elektronischer Signaturen geeigneten Verfahren, die ohne negative Erkenntnisse zur Sicherheit aus der Liste der geeigneten Verfahren entfernt worden sind oder deren Streichung aus der Liste der geeigneten Verfahren beschlossen wurde.