Fingerprints play an important role in biometrics and cryptography. Their creation might be based on one-way hash functions, which should usually also be collision-resistant. But users tend to draw less attention at those fingerprints - so an attacker might hand out a similar fingerprint in order to spoof identity. The main ideas for creating such 'fuzzy fingerprints' and the creation algorithm itself are discussed in this lecture. The demonstration of the tool, that produces fuzzy fingerprints shows the practical background of this technique. / Fingerabdrücke besitzen sowohl in der Kryptographie als auch in der Biometrie eine große Bedeutung. In kryptographischen Anwendungen werden diese durch Einweg-Hash-Verfahren erzeugt, die für bestimmte Anwendungen auch kollisionsresitent sein müssen. In der Praxis schenken Benutzer diesen Fingerprints weit weniger Aufmerksamkeit - oft genügt es nur hinreichend ähnliche Fingerprints auszugeben, um die Nutzer zu täuschen Die Kriterien, die dabei erfüllt sein müssen und die Erzeugung dieser "Fuzzy Fingerprints" sind Hauptbestandteil dieses Vortrags. Durch die Demonstration eines Tools im praktischen Einsatz wird dieser abgeschlossen.

Die Nutzung des Internet für sicherheitskritische Anwendungen erfordert kryptographische Schutzmechanismen. IP Security (IPsec) definiert dafür geeignete Protokolle. Diese Arbeit gibt einen Überblick über IPsec. Eine IPsec-Implementierung für Linux (FreeS/WAN) wird auf Erweiterbarkeit und Praxistauglichkeit untersucht. / Using the Internet in security-critical areas requires cryptographic protection, for which IP Security (IPsec) defines suitable protocols. This paper gives an overview of IPsec. A Linux implementation of IPsec is examined under the aspects of extendability and usability.

Die heutige Informationsgesellschaft hat die Formen des menschlichen Handelns in vielen Bereichen des taeglichen Lebens veraendert. Die Moeglichkeit, Informationen über das Internet auszutauschen, draengt konventionelle Kommunikationsformen immer mehr in den Hintergrund. Gerade in den Bereichen eBusiness und ePayment, welche aufgrund der zunehmenden Globalisierung unabdingbar sind, spielen dabei die Sicherheit und die Authentitaet der uebertragenen Daten eine wichtige Rolle. Meine Seminararbeit stellt den Data Encryption Standard (DES) in seiner Funktionsweise vor, diskutiert kritisch dessen Sicherheit und gibt einen Ausblick auf neue Verschluesselungstechnologien, welche im Begriff sind, den Data Encryption Standard und seine verschiedenen Versionen abzuloesen.

Fingerprints play an important role in biometrics and cryptography. Their creation might be based on one-way hash functions, which should usually also be collision-resistant. But users tend to draw less attention at those fingerprints - so an attacker might hand out a similar fingerprint in order to spoof identity. The main ideas for creating such 'fuzzy fingerprints' and the creation algorithm itself are discussed in this lecture. The demonstration of the tool, that produces fuzzy fingerprints shows the practical background of this technique. / Fingerabdrücke besitzen sowohl in der Kryptographie als auch in der Biometrie eine große Bedeutung. In kryptographischen Anwendungen werden diese durch Einweg-Hash-Verfahren erzeugt, die für bestimmte Anwendungen auch kollisionsresitent sein müssen. In der Praxis schenken Benutzer diesen Fingerprints weit weniger Aufmerksamkeit - oft genügt es nur hinreichend ähnliche Fingerprints auszugeben, um die Nutzer zu täuschen Die Kriterien, die dabei erfüllt sein müssen und die Erzeugung dieser "Fuzzy Fingerprints" sind Hauptbestandteil dieses Vortrags. Durch die Demonstration eines Tools im praktischen Einsatz wird dieser abgeschlossen.

Die Nutzung des Internet für sicherheitskritische Anwendungen erfordert kryptographische Schutzmechanismen. IP Security (IPsec) definiert dafür geeignete Protokolle. Diese Arbeit gibt einen Überblick über IPsec. Eine IPsec-Implementierung für Linux (FreeS/WAN) wird auf Erweiterbarkeit und Praxistauglichkeit untersucht. / Using the Internet in security-critical areas requires cryptographic protection, for which IP Security (IPsec) defines suitable protocols. This paper gives an overview of IPsec. A Linux implementation of IPsec is examined under the aspects of extendability and usability.

Die Arbeit befasst sich mit der Verbesserung und Erweiterung eines bestehenden Softwareprojektes zum Streaming von JPEG-Bildern per RTP. In diesem Projekt werden JPEG-Bilder aus MJPEG-Dateien von einem Server zum Client übertragen. Um eine fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten, soll zuvor die Eignung der Dateien für eine solche geprüft werden. Die entsprechenden Anforderungen finden sich in RFC 2435, welcher die Übertragung von JPEG-Bildern per RTP standardisiert. Zur Automatisierung der Überprüfung wurde diese in einem eigenen Programm implementiert. Weitere Verbesserungen wurden hinsichtlich der Ausführbarkeit des Projektes auf verschiedener Hardware getroffen. So wurden interne Algorithmen verbessert, um auch auf schwächerer Hardware einen flüssigen Ablauf zu ermöglichen. Außerdem wurde die Kompatibilität der RTSP-Implementierung im Projekt mit jener im VLC Media Player hergestellt. Zuletzt wurde das Softwareprojekt hinsichtlich der Verschlüsselung der Übertragung erweitert. Die Grundlage dafür legt die Anlayse von Anforderungen an die Verschlüsselung von Mediendaten. Es wurden zwei verschiedene Verfahren betrachtet und implementiert: Zum einen das weitverbreitete SRTP-Protokoll, zum anderen eine eigene JPEG-Verschlüsselung. Anschließend wurde die Komplexität der Entwicklung eines Verschlüsselungsverfahrens gezeigt, indem das selbst ent wickelte Verfahren durch einen Ersetzungsangriff gebrochen wurde. / This work deals with the improvement and extension of an existing software project for streaming JPEG images via RTP. In the project JPEG images are read in from MJPEG files and transmitted from a server to a client. To guarantee a faultless transmission the fitness of the files for transmission should be checked. The corresponding requirements can be found in RFC 2435 in which the transmission of JPEG images via RTP is standardized. An automation of this verification is realized in an own program. Further improvements are done in regard to the executability of the project on different hardware. Internal algorithms are improved to get a smooth execution even on weaker hardware. Additionally the compatibility of the implementation of RTSP in the project with that in the VLC Media Player is established. Finally the software project is extended in terms of the encryption of the transmission. The requirements of media data encryption are analyzed and used as the base for the following considerations. There are two operations which were examined and implemented: On the one hand the SRTP protocoll which is widely used. On the other hand an own JPEG encryption. Following that the complexity of developing an own encryption method is shown by breaking the developed JPEG encryption with a replacement attack.

Rapide Fortschritte in der Netzwerk- und Speichertechnologie haben dazu geführt, dass Informationen über viele verschiedene Quellen wie z.B. Personal Computer oder Datenbanken verstreut sind. Weil diese Informationen oft auch sehr heterogen sind, wurde gleichzeitig die Entwicklung effektiver Softwaretechniken zur Datensammlung und -integration vorangetrieben. Diese werden beispielsweise in Online-Katalogen von Bibliotheken oder in Internetsuchmaschinen eingesetzt und ermöglichen eine breitgefächerte Suche von Informationen unterschiedlichster Art und Herkunft. In sensiblen Anwendungsgebieten kann der Einsatz solcher Techniken aber zu einer Gefährdung der Privatsphäre der Datenhalter führen. Bei der Erforschung häufig auftretender Krankheiten beispielsweise sammeln und analysieren Wissenschaftler Patientendaten, um Muster mit hohem Erkrankungspotenzial zu erkennen. Dazu werden von den Forschern möglichst präzise und vollständige Daten benötigt. Der Patient hat dagegen großes Interesse am Schutz seiner persönlichen Daten. Dieser Interessenkonflikt zwischen Datenhaltern und Nutzern tritt auch in anderen Konstellationen wie beispielsweise in Internetdiensten auf, die die Eingabe von persönlichen Finanz- und Steuerdaten erfordern. Oft kann ein qualitativ höherwertiger Dienst angeboten werden, wenn persönliche Informationen preisgegeben werden. Über die hierzu notwendige Abwägung von Datenschutz und Dienstqualität sind sich nicht alle Datenhalter im Klaren und neigen zu Extremverhalten wie der Übermittlung aller persönlicher Daten oder gar keiner. Diese Dissertation erforscht den Grenzbereich zwischen den scheinbar konträren Interessen von Datenhaltern und Dienstnutzern. Dabei werden insbesondere die technischen Möglichkeiten zur Modellierung und Beschreibung dieses Bereiches betrachtet. Die erarbeiteten Techniken sollen den beteiligten Parteien ermöglichen, den bestehenden Konflikt unter Einbeziehung ihrer Präferenzen zur beiderseitigen Zufriedenheit zu lösen. Die Beiträge dieser Dissertation sind im Einzelnen: - Eine Klassifizierung von Dienstarchitekturen im Hinblick auf Datenschutzprobleme Verschiedene Dienstarchitekturen werden nach ihrer Datenschutzproblematik klassifiziert. Für jede Kategorie werden praktische Anwendungen erläutert. - Entwurf, Analyse und Implementierung einer verschlüsselungsbasierten Dienstarchitektur in einer nicht vertrauenswürdigen 2-Parteien-Umgebung Es werden Gründe für Vertrauen von Datenhaltern in Anbieter von netzbasierten Diensten dargestellt. Für Fälle, in denen dieses Vertrauen alleine nicht ausreicht, wird eine Datenschutz garantierende Dienstarchitektur abgeleitet, die auf einem modifizierten Verschlüsselungsalgorithmus basiert. Wichtige Datenbankoperationen und arithmetische Elemente werden auf die verschlüsselten Daten übertragen und in beispielhaften Diensten zum Einsatz gebracht. - Entwurf, Analyse und Implementierung einer aggregationsbasierten Dienstarchitektur in einer nicht vertrauenswürdigen 3-Parteien-Umgebung Am Beispiel eines den Datenschutz verletzenden Gesundheitsberichts wird gezeigt, wie Methoden des Operations Research dazu eingesetzt werden können, aus veröffentlichten Statistiken enge Intervalle für vertrauliche numerische Daten abzuleiten ("Intervallinferenz"). Zur Lösung des Interessenkonflikts zwischen Datenhaltern und Dienstnutzern wird die Verwendung eines sogenannten Datenschutzmediators vorgeschlagen. Dessen Kernkomponente ist die "Audit & Aggregate" Methodologie, die das Auftreten von Intervallinferenz aufdecken und verhindern kann. - Quantifizierung der Datenschutzabwägungen und Schlussfolgerungen für den elektronischen Handel Es werden verschiedene Ansätze zur Quantifizierung der Datenschutzabwägungen betrachtet und Schlussfolgerungen für den elektronischen Handel gezogen. Zusammengefasst versucht diese Arbeit, (a) die Wahrnehmung von Datenhaltern und Dienstnutzern für den bestehenden Interessenkonflikt zu erhöhen, (b) einen Rahmen zur Modellierung der Datenschutzabwägungen bereitzustellen und (c) Methoden zu entwickeln, die den Interessenkonflikt zur beiderseitigen Zufriedenheit beilegen können. / Recent developments in networking and storage technology have led to the dissemination of information over many different sources such as personal computers or corporate and public databases. As these information sources are often distributed and heterogeneous, effective tools for data collection and integration have been developed in parallel. These tools are employed e.g. in library search catalogues or in Internet search engines to facilitate information search over a wide range of different information sources. In more sensitive application areas however, the privacy of the data holders can be compromised. In medical disease research for example, scientists collect and analyze patient data for epidemiological characterizations and for the construction of predictive models. Whereas the medical researchers need patient data at the highest level of detail, patients are only willing to provide data when their privacy is guaranteed. This conflict of interest between the data holders and the users occurs in many different settings, for example in the use of web-based services that require confidential input data such as financial or tax data. The more accurate and rich the provided private information, the higher the quality of the provided service. Not all data holders are aware of this trade-off and for lack of knowledge tend to the extremes, i.e. provide no data or provide it all. This thesis explores the borderline between the competing interests of data holders and service users. In particular, we investigate the technical opportunities to model and describe this borderline. These techniques allow the two opposing parties to express their preferences and to settle the conflict with a solution that is satisfactory to both. The specific contributions of this thesis are the following: - Privacy classification of service architectures We present a privacy classification of different service architectures after the number of involved parties and the reactivity of the data provision. For each class, we provide examples of practical applications and explain their relevance by discussing preceding cases of real-world privacy violations. - Design, analysis and implementation of an encryption-based service architecture in an untrusted two-party environment We analyze the foundations of trust in web-based services and point out cases where trust in the service provider alone is not enough e.g. for legal requirements. For these cases, we derive a new privacy-preserving architecture that is based on an adapted homomorphic encryption algorithm. We map important database and arithmetic operations from plain data to encrypted data, and we present sample services that can be carried out within the framework. - Design, analysis and implementation of an aggregation-based service architecture in an untrusted three-party environment Using a privacy-compromising health report as a running example through the thesis, we show how mathematical programming can be used to derive tight intervals for confidential data fields from non-critical aggregated data. We propose a new class of privacy mediators that settle the conflict between data holders and service users. A core component is the "audit & aggregate" methodology that detects and limits this kind of disclosure called interval inference. - Quantification of the privacy trade-off and implications for electronic commerce and public policy We analyze several frameworks to quantify the trade-off between data holders and service users. We also discuss the implications of this trade-off for electronic commerce and public policy. To summarize, this thesis aims to (a) increase data holders'' and service users'' awareness of the privacy conflict, (b) to provide a framework to model the trade-off and (c) to develop methods that can settle the conflict to both parties'' satisfaction.

Cloud computing has brought great benefits in cost and flexibility for provisioning services. The greatest challenge of cloud computing remains however the question of security. The current standard tools in access control mechanisms and cryptography can only partly solve the security challenges of cloud infrastructures. In the recent years of research in security and cryptography, novel mechanisms, protocols and algorithms have emerged that offer new ways to create secure services atop cloud infrastructures. This report provides introductions to a selection of security mechanisms that were part of the "Cloud Security Mechanisms" seminar in summer term 2013 at HPI. / Cloud Computing hat deutliche Kostenersparnisse und verbesserte Flexibilität bei der Bereitstellung von Computer-Diensten ermöglicht. Allerdings bleiben Sicherheitsbedenken die größte Herausforderung bei der Nutzung von Cloud-Diensten. Die etablierten Mechanismen für Zugriffskontrolle und Verschlüsselungstechnik können die Herausforderungen und Probleme der Sicherheit von Cloud-Infrastrukturen nur teilweise lösen. In den letzten Jahren hat die Forschung jedoch neue Mechanismen, Protokolle und Algorithmen hervorgebracht, welche neue Möglichkeiten eröffnen die Sicherheit von Cloud-Anwendungen zu erhöhen. Dieser technische Bericht bietet Einführungen zu einigen dieser Mechanismen, welche im Seminar "Cloud Security Mechanisms" im Sommersemester 2013 am HPI behandelt wurden.

Die heutige Informationsgesellschaft hat die Formen des menschlichen Handelns in vielen Bereichen des taeglichen Lebens veraendert. Die Moeglichkeit, Informationen über das Internet auszutauschen, draengt konventionelle Kommunikationsformen immer mehr in den Hintergrund. Gerade in den Bereichen eBusiness und ePayment, welche aufgrund der zunehmenden Globalisierung unabdingbar sind, spielen dabei die Sicherheit und die Authentitaet der uebertragenen Daten eine wichtige Rolle. Meine Seminararbeit stellt den Data Encryption Standard (DES) in seiner Funktionsweise vor, diskutiert kritisch dessen Sicherheit und gibt einen Ausblick auf neue Verschluesselungstechnologien, welche im Begriff sind, den Data Encryption Standard und seine verschiedenen Versionen abzuloesen.

A vast number of online services is based on users contributing their personal information. Examples are manifold, including social networks, electronic commerce, sharing websites, lodging platforms, and genealogy. In all cases user privacy depends on a collective trust upon all involved intermediaries, like service providers, operators, administrators or even help desk staff. A single adversarial party in the whole chain of trust voids user privacy. Even more, the number of intermediaries is ever growing. Thus, user privacy must be preserved at every time and stage, independent of the intrinsic goals any involved party. Furthermore, next to these new services, traditional offline analytic systems are replaced by online services run in large data centers. Centralized processing of electronic medical records, genomic data or other health-related information is anticipated due to advances in medical research, better analytic results based on large amounts of medical information and lowered costs. In these scenarios privacy is of utmost concern due to the large amount of personal information contained within the centralized data. We focus on the challenge of privacy-preserving processing on genomic data, specifically comparing genomic sequences. The problem that arises is how to efficiently compare private sequences of two parties while preserving confidentiality of the compared data. It follows that the privacy of the data owner must be preserved, which means that as little information as possible must be leaked to any party participating in the comparison. Leakage can happen at several points during a comparison. The secured inputs for the comparing party might leak some information about the original input, or the output might leak information about the inputs. In the latter case, results of several comparisons can be combined to infer information about the confidential input of the party under observation. Genomic sequences serve as a use-case, but the proposed solutions are more general and can be applied to the generic field of privacy-preserving comparison of sequences. The solution should be efficient such that performing a comparison yields runtimes linear in the length of the input sequences and thus producing acceptable costs for a typical use-case. To tackle the problem of efficient, privacy-preserving sequence comparisons, we propose a framework consisting of three main parts. a) The basic protocol presents an efficient sequence comparison algorithm, which transforms a sequence into a set representation, allowing to approximate distance measures over input sequences using distance measures over sets. The sets are then represented by an efficient data structure - the Bloom filter -, which allows evaluation of certain set operations without storing the actual elements of the possibly large set. This representation yields low distortion for comparing similar sequences. Operations upon the set representation are carried out using efficient, partially homomorphic cryptographic systems for data confidentiality of the inputs. The output can be adjusted to either return the actual approximated distance or the result of an in-range check of the approximated distance. b) Building upon this efficient basic protocol we introduce the first mechanism to reduce the success of inference attacks by detecting and rejecting similar queries in a privacy-preserving way. This is achieved by generating generalized commitments for inputs. This generalization is done by treating inputs as messages received from a noise channel, upon which error-correction from coding theory is applied. This way similar inputs are defined as inputs having a hamming distance of their generalized inputs below a certain predefined threshold. We present a protocol to perform a zero-knowledge proof to assess if the generalized input is indeed a generalization of the actual input. Furthermore, we generalize a very efficient inference attack on privacy-preserving sequence comparison protocols and use it to evaluate our inference-control mechanism. c) The third part of the framework lightens the computational load of the client taking part in the comparison protocol by presenting a compression mechanism for partially homomorphic cryptographic schemes. It reduces the transmission and storage overhead induced by the semantically secure homomorphic encryption schemes, as well as encryption latency. The compression is achieved by constructing an asymmetric stream cipher such that the generated ciphertext can be converted into a ciphertext of an associated homomorphic encryption scheme without revealing any information about the plaintext. This is the first compression scheme available for partially homomorphic encryption schemes. Compression of ciphertexts of fully homomorphic encryption schemes are several orders of magnitude slower at the conversion from the transmission ciphertext to the homomorphically encrypted ciphertext. Indeed our compression scheme achieves optimal conversion performance. It further allows to generate keystreams offline and thus supports offloading to trusted devices. This way transmission-, storage- and power-efficiency is improved. We give security proofs for all relevant parts of the proposed protocols and algorithms to evaluate their security. A performance evaluation of the core components demonstrates the practicability of our proposed solutions including a theoretical analysis and practical experiments to show the accuracy as well as efficiency of approximations and probabilistic algorithms. Several variations and configurations to detect similar inputs are studied during an in-depth discussion of the inference-control mechanism. A human mitochondrial genome database is used for the practical evaluation to compare genomic sequences and detect similar inputs as described by the use-case. In summary we show that it is indeed possible to construct an efficient and privacy-preserving (genomic) sequences comparison, while being able to control the amount of information that leaves the comparison. To the best of our knowledge we also contribute to the field by proposing the first efficient privacy-preserving inference detection and control mechanism, as well as the first ciphertext compression system for partially homomorphic cryptographic systems.