BIN431: Angewandte Kryptografie

Wahlpflicht-Module

BIN431: Angewandte Kryptografie

Kurzporträt BIN431: Angewandte Kryptografie
Worum geht es? Kryptografie schützt gespeicherte und übertragene Informationen vor unberechtigtem Zugriff und Manipulation. Das Modul behandelt, wie kryptografische Verfahren funktionieren, wie sie eingesetzt werden und welche Fehler ihre Schutzwirkung beeinträchtigen. Anwendungsszenarien reichen von eingebetteten Systemen bis zu Webanwendungen.
Wofür braucht man es? Kryptografie ist Grundlage vieler Sicherheitsmechanismen in Software, Kommunikation, Updates und Identitätsprüfung. Wer digitale Systeme entwickelt oder prüft, muss Verfahren passend auswählen, Schlüssel korrekt behandeln und Fehlkonfigurationen erkennen können.
Wieso ist es interessant? Kryptografische Verfahren wirken oft unsichtbar, entscheiden aber über Vertrauen in digitale Systeme. Das Modul zeigt, warum kleine Details wie Zufall, Parameter oder Nonce-Wiederverwendung große Auswirkungen haben und wie sich Schutzwirkung fachlich beurteilen lässt.
Modulverantwortung

Prof. Dr. Nils Kopal

Lehrperson(en)

Prof. Dr. Nils Kopal

Verwendbarkeit

Bachelor Informatik

Fächergruppe

Informatik

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Wintersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 2 Ü | - P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Applied Cryptography

Empfohlene Voraussetzungen
  • BIN008: Grundlagen der IT-Sicherheit: Sicherheitsziele, Bedrohungen, Schutzmaßnahmen.
  • BIN301: Logik, Diskrete Strukturen und Lineare Algebra: diskrete Strukturen, modulare Arithmetik, Wahrscheinlichkeitsrechnung.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Mit erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, die kryptografische Absicherung digitaler Systeme anforderungsgerecht zu gestalten, fachgerecht umzusetzen und ihre Wirksamkeit systematisch zu beurteilen.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Sicherheitsanforderungen und Bedrohungsannahmen aus Anwendungsszenarien ableiten,
  • mathematische und konzeptionelle Grundlagen symmetrischer und asymmetrischer Verfahren erläutern,
  • Hashfunktionen, Message Authentication Codes, digitale Signaturen und Schlüsselaustauschverfahren einordnen,
  • kryptografische Verfahren und Parameter anhand von Sicherheitsniveau, Einsatzzweck und Leistungsanforderungen auswählen,
  • Demonstratoren mit etablierten kryptografischen Bibliotheken entwickeln,
  • Schlüssel, Nonces, Initialisierungsvektoren, Salt und Zufallswerte sachgerecht verwenden,
  • Konfigurationen und Implementierungen auf typische kryptografische Fehler untersuchen,
  • Passwortspeicherung, Schlüsselmanagement, Schlüsselrotation, abgesicherte Updates, Postquantenkryptografie und kryptografische Agilität einordnen.
WOZU

Die Studierenden nutzen diese Kompetenzen, um die Sicherheit bestehender digitaler Systeme hinsichtlich ihrer kryptografischen Absicherung fachlich fundiert zu bewerten. Das Modul schafft Grundlagen für sichere Ausführungsumgebungen, ethisches Hacken und das Capstone-Projekt IT-Sicherheit.

Inhalte
  • Begriffe der Kryptologie, Kryptografie und Kryptoanalyse
  • Historische Verfahren und mathematische Grundlagen
  • Symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung
  • Betriebsarten, authentifizierte Verschlüsselung und Schlüsselaustausch
  • Hashfunktionen, Message Authentication Codes und digitale Signaturen
  • Zufall, Entropie, Schlüsselmanagement, Nonces, Initialisierungsvektoren und Salt
  • Sichere Verwendung kryptografischer Bibliotheken und Schnittstellen
  • Auswahl von Verfahren und Parametern für eingebettete Systeme bis Webanwendungen
  • Typische Implementierungs- und Konfigurationsfehler
  • Kryptografische Absicherung signierter Software- und Firmwareupdates
  • Kryptografische Agilität, Verfahrensmigration und Grundlagen der Postquantenkryptografie
Prüfungsvorleistung

Keine angegeben.

Prüfungsleistung

Computergestützte Klausurarbeit (120 Minuten). Das Prüfungskonzept überprüft Verständnis, Auswahl, Analyse und Begründung kryptografischer Verfahren und kann Berechnungs-, Analyse-, Bewertungs- und Entwurfsaufgaben enthalten.

Literatur
  • Christof Paar, Jan Pelzl: Understanding Cryptography. Springer, 2010.
  • Jean-Philippe Aumasson: Serious Cryptography. 2. Auflage, No Starch Press, 2024.
  • David Wong: Real-World Cryptography. Manning, 2021.
  • Jonathan Katz, Yehuda Lindell: Introduction to Modern Cryptography. 3. Auflage, CRC Press, 2020.
  • Niels Ferguson, Bruce Schneier, Tadayoshi Kohno: Cryptography Engineering. Wiley, 2010.
  • Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: Technische Richtlinien zur Kryptografie. BSI, aktuelle Fassung.