Off-the-Record Messaging (OTR, ) ist ein Protokoll zur Nachrichtenverschlüsselung beim Instant Messaging. Es regelt die laufende Aktualisierung und Verwaltung kurzlebiger Sitzungsschlüssel.

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 (Prinzip der glaubhaften Abstreitbarkeit, englisch plausible deniability). 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 Advanced Encryption Standard (AES), des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs und der kryptographischen Hashfunktion SHA-1. Es stehen eine Programmbibliothek und zahlreiche Instant-Messaging-Programme zur Verfügung, welche das Protokoll entweder direkt oder über Zusatzmodule nutzen können.

Ziele des Projektes 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 Der folgende Abschnitt stellt vereinfacht die Funktion des OTR-Protokolls in Version 2 dar.

Überblick Während ihrer Kommunikation miteinander wählen Alice und Bob private Schlüssel beziehungsweise . Jeweils zwei, zum Beispiel und , werden zur Erzeugung eines gemeinsamen Geheimnisses mittels des Diffie-Hellman-Schlüsselaustauschs verwendet. Aus diesem Geheimnis werden die Schlüssel und berechnet.

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. dient zur Authentifizierung einer einzelnen Nachricht mittels der Streuwertfunktion SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1), die als Message Authentication Code (MAC) verwendet wird.

Beim Senden von Nachrichten werden neue private Schlüssel beziehungsweise 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 und eine Primitivwurzel modulo mit benötigt. Alle Exponentiationen erfolgen dann modulo dieser Primzahl.

Initialisierung Zu Beginn eines Gesprächs müssen initiale Schlüssel ausgetauscht werden und die Authentizität der Gesprächsteilnehmer überprüft werden, das heißt 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 umgesetzt: Alice und Bob wählen private Schlüssel respektive (min. 320 Bit lang), tauschen die dazugehörigen öffentlichen Schlüssel beziehungsweise aus und erhalten durch das Diffie-Hellman-Verfahren ein gemeinsames Geheimnis . Mittels kann nun ein sicherer Kanal geschaffen werden, über den 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 SHA-256-HMAC authentifiziert.

Senden einer Nachricht Angenommen, Alice möchte an Bob die Nachricht schicken. Sie führt dabei folgende Schritte aus: Alice wählt ihren letzten von Bob empfangenen Diffie-Hellman-Schlüssel . Dabei gilt der Schlüssel von Bob als empfangen, wenn dieser für eine Nachricht verwendet hat, die Alice empfangen hat oder zuvor mittels AKE (siehe Abschnitt zuvor) ausgetauscht wurde, was offensichtlich nur im Fall sein kann. Falls Alices neuester Diffie-Hellman-Schlüssel ist, erzeugt sie zufällig einen neuen Schlüssel von mindestens 320 Bit Länge. Sei 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. Das gemeinsame Diffie-Hellman-Geheimnis kann nun (modulo ) als berechnet werden. Berechne den AES-Schlüssel , wobei die ersten 128 Bit des SHA-1-Hashwerts von bezeichnet. wurde zuvor in ein bestimmtes Datenformat gebracht und um ein Byte erweitert. Berechne den MAC-Schlüssel als den 160-Bit-SHA-1-Hashwert von . Für den später verwendeten Counter Mode wird ein Zähler benötigt, der so gewählt wird, dass das Tripel während des gesamten Nachrichtenaustauschs mit Bob nie doppelt vorkommt. Die Nachricht wird nun mithilfe des AES-Algorithmus im Counter Mode verschlüsselt. Als Schlüssel dienen dazu und der eben gewählte Zähler . Die so verschlüsselte Nachricht heiße . Die verschlüsselte Nachricht , , und einige kryptographisch unwichtige Teile wie die Versionsnummer des Protokolls werden zu zusammengefasst und davon der Message Authentication Code unter Verwendung des Schlüssels berechnet. Hierbei bezeichne den Keyed-Hash Message Authentication Code (HMAC) unter Verwendung der Hashfunktion SHA-1 und des Schlüssels . und alle nicht mehr verwendeten MAC-Schlüssel werden an Bob über einen unsicheren Kanal geschickt.

Empfangen einer Nachricht Bob empfängt die weiter oben erzeugten Daten von Alice und führt folgende Schritte durch: Bob hat entweder bereits durch eine alte Nachricht von Alice oder per AKE erhalten. Dadurch kann er dasselbe Diffie-Hellman-Geheimnis durch berechnen, wobei und die in enthaltenen Indizes bezeichnen. Ebenso kann er wie Alice und berechnen. Mithilfe von berechnet er und vergleicht den erhaltenen Wert mit dem von Alice übermittelten. Dadurch ist die Authentizität der Nachricht geprüft und gegen einen Mittelsmannangriff geschützt. Mithilfe von und , welches in dem durch Alice versandten enthalten ist, entschlüsselt er die Nachricht mit dem AES-Algorithmus in Counter Mode und erhält zurück. Dies funktioniert, da AES symmetrisch ist, also zum Ver- und Entschlüsseln denselben Schlüssel verwendet.

Überprüfung der Ziele 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 gewählt hat. Da mithilfe dieses Schlüssels die nächste Nachricht und damit auch der nächste Schlüssel 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 signiert. Da zum Erzeugen der MAC-Schlüssel das gemeinsame Geheimnis 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 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 Eine computergestützte Kryptoanalyse des Protokolls in der Version 2 wurde von der Stanford University durchgeführt, wobei mehrere Schwachstellen entdeckt wurden: Durch einen Mittelsmannangriff ist es möglich, auf eine ältere Version des Protokolls (zum Beispiel Version 1) zu wechseln, um so deren Schwachstellen auszunutzen. Weiterhin ist die Abstreitbarkeit im starken Sinne, das heißt, dass jeder eine Nachricht hätte signieren können, bei einem Angreifer mit vollständiger Kontrolle über das Netzwerk nicht mehr gegeben. Dieser kann die veröffentlichten 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 Referenzimplementierung

Als Referenzimplementierung des Protokolls steht von den beiden Entwicklern, Ian Goldberg und Nikita Borisov, eine Programmbibliothek namens libotr zur Verfügung. Sie ist als freie Software auch im Quelltext veröffentlicht und unter den Bedingungen der GNU Lesser General Public License (LGPL) lizenziert. Mit der Bibliothek wird ein Toolkit zum Fälschen von Nachrichten geliefert. Die Entwickler stellen auch ein Plugin für Pidgin zur Verfügung. Letztere unterstehen beide den Bedingungen der GNU General Public License (GPL).

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