Veranstaltung/LabAccess: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 29. November 2014, 22:18 Uhr

LABOR - Access control
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Beginn	2006/07/25 07:00:00 PM
Ende
Ort	LABOR e.V., Rottstr. 31, 44793 Bochum
Verantwortlich
Publikum
Schlagworte
Art	talk
Rahmenveranstaltung
Export	iCalendar-Datei

Kurzbeschreibung:

Kran	Diese Seite befindet sich noch im Aufbau bzw. wird gerade heftig überarbeitet. Vorsicht: Herumliegende Gedankenfetzen! Dieser Banner ist hier dokumentiert.

!!! Achtung, dieses Projekt wird nun als AnonAccess fortgeführt !!!

Abstract[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Seite beschreibt den Aufbau, die Verfahren und den Stand der Implementierung des zukünftigen Labor-Zugangssystems.

Vorstellung des "Stands der Dinge"[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Folgendes soll im Vortrag kurz (oder in Länge "on demand") behandelt werden:

Was das Ganze soll
Designkriterien
Sicherheitsanforderungen/Sicherheitsprobleme
Wie es geplant ist
Was existiert
Was zu tun ist

Was es bis jetzt gibt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

die Protokolle sind nahezu fertig (allerdings noch nicht geschrieben oder implementiert)
die Datenstrukturen sind fast fertig designed
die kryptographischen Primitiven sind bereits implementiert, nur der PRNG muss nochmal kurz überarbeitet werden, und der XTEA geht noch ein wenig kleiner.

Der grundlegende Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das System besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten, dem Token-Holder und der Main-Unit, welche sich wiederum aus Terminal und Main-Unit zusammensetzt. Der Token-Holder wird nach derzeitigen Planungen als I²C-Speicherchipkarte im ID-00 Format realisiert. Stark vereinfacht arbeite das System mit Einweg-Tokens, wobei eine berechtigte Karte ein Einweg-Token enthält, welches von der Main-Unit ausgelesen und überprüft wird. Handelt es sich um ein gültiges Token, so generiert die Main-Unit ein neues Einweg-Token und legt dieses auf der Karte ab.

Der Token-Holder (Chipkarte)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine Speicherchipkarte mit I²C-Bus dient als Speicherort für ein oder mehrere der im nachfolgenden beschriebenen Datenobjekte, welche jeweils die für die Autorisierung an einer SU notwendigen Daten enthalten. Damit ist es möglich mit einer einzelnen Karte verschiedenen Objekte zu steuern, die an verschiedenen SUs hängen.

UserEntity structure
Name	Beschreibung	Größe des Datenobjektes	Labels
ASN.1 Header	Headerinformationen nach ASN.1 zur Bildung logischer Datenobjekte	?	<struct>
Version ID	gibt den Versionsstand der nachfolgenden LabAccess-Struktur an	min. 8 Bit = 1 Byte (?)	<struct>
Entity ID	Spezifiziert das Zugangssystem zu welchem dieses Datensatz gehört	16 Bit = 2 Byte
User ID	User ID für die Entity	16 Bit = 2 Byte
Token	das Einwegtoken	256 Bit = 32 Byte	<sec>
Flags	diverse Flags	?
Start-Date	Datum, ab wann der Zugang gültig ist	?
Stop-Date	Datum, bis wann der Zugang gültig ist	?
PIN-HMAC	Ein HMAC, mit dem sich die PIN validieren lässt	256 Bit = 32 Byte	<sec>
HMAC	HMAC über die vorrangegangenen Daten ab einschl. ASN.1 Header, zum Schutz gegen Manipulation	256 Bit = 32 Byte	<sec>

Die Security-Unit (SU)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Security-Unit ist das Herz des Zugangssystems. Diese Einheit führt die eigenliche Autorisierung und die damit verbundenen Überprüfungen durch.

Hardwarekomponenten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach derzeitiger Planung setzt sich die SU aus folgenden Hardwarekomponenten zusammen:

Microcontroller (ATmega32)
I²C EEPROMS für die User-Database
I²C Thermosensor (zur Zufallsgewinnung und überwachung der Betriebstemperatur)
Realtime-Clock (mögl. I²C Anbindung)
Diodenschaltung zur Nutzung physikalischen Zufalls
Serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit Terminal
von Außen zugänglich Taster für gewisse Steuerfunktionen
evtl. Display zur Statusanzeige

Hardwaredokumentation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der werte Herr Erbauer hielt es leider nicht für nötig der Nachwelt die Schaltpläne offen zu legen oder sonst irgendwie etwas zu dokumentieren, daher sind folgende Beschreibungen unvollständig und wahrscheinlich in Teilen nicht richtig.

Die folgenden Angaben sind aus prokeliger Reverseengineererei entstanden, weil sich jemand zur Aufgabe gemacht hat, die Unendliche Geschichte (aka Zugangssystem, aka Z-Wort) endlich mal zuende zu schreiben.

Panel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

ATmega 32

2x8 PIN Connector zum Cardreader[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

(pinbelegung undokumentiert)

2x13 PIN Connector zum Panel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zur Ansteuerung der Buttons & Anzeigen

(Pinbelegung undokumentiert)

6 Federklemmen zum Anschluss an die Master Control Unit[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pinbelegung:

 1 GND
 2 VCC IN (über Diode zum Eingang des 7805)
 3 GND
 4 RXD (über Widerstand) an PD0 des Atmegas
 5 TXD (über Widerstand) an PD1 des ATmegas
 6 unbelegt

Master Control[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

An Alle Power-Pins kommt an den jeweils Roten das positive Potential, an den grauen ist Ground.

Alle Pins sind in Leserichtung der jeweiligen Labels daneben gezählt, also von Links nach Rechts.

PWR IN[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

12 V zum und vom Akku (Große Buchse Oben) und Klemme unten für den Power-Eingang.

Cardreader (R0/R1)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

R0 und R1 sind Cardreader out/inputs, deren Pinne 1 bis 3 jeweils wie folgt beschaltet sind:

 1 GND
 2 VCC (12V, bzw. je nach PWR IN)
 3 GND

R0 ist an Pinnen 4 und 5 wie folgt verbunden:

 4 INT0/PD3 (über Optokoppler und Spannungsteiler)
 5 INT1/PD2 ( " )

...und R1 ist so verbunden:

 4 PD1/TXD
 5 PD0/RXD

Angeschlossen ist nur R1, da ein zweites Kartenterminal an der Tür unten nun nicht mehr benötigt wird weil eben diese Tür nicht mehr existiert ;)

Anschluss für Schloss "L"[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pinbelegung wie folgt:

 1 VCC (12V, bzw. == VCC IN)
 2 PC2
 3 PC3
 4 PC4
 5 PC6
 6 GND
 7 PA7 (ADC7) (IR Sender)
 8 Über Spannungsteiler gegen VCC (5V) an PA1 (IR Receiver)

Nummer 8 ist demnach wohl an den Fototransistor des Schlosses gekoppelt und #7 dann wahrscheinlich der Eingang des Optokopplers...

Schloss[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der SUB-D Stecker am Schloss ist wie folgt belegt (Nummerierung gem. Beschriftung auf dem Stecker)

 1 Vermutlich GND, auf jeden Fall sind beide Dioden dran
 2 IR-Sender
 3 IR-Receiver
 4 unbelegt
 5 Braun (Motor)
 
 6 Blau (Motor)
 7 Weiss (Motor)
 8 Orange (Motor)
 9 Rot (Motor)

Bei dem Schrittmotor handelt es sich um einen "Mitsumi M35SP-7N". Wenn jemand ein Datenblatt dafür haben sollte, oder weiss wofür die Farben stehen, bitte melden oder hier rein schreiben.

Keys[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die SU benötigt folgende Keys

Name	Kürzel	Typ	Länge	Zweck
LabAccess-Current-Signingkey	Kcs	HMAC-Key	256 Bit (?)	signieren der Daten der UserEntity ...

Das Terminal[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kommunikation zwischen Terminal und SU[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Kommunikation zwischen Terminal und SU läuft unter anderem über den qport-tiny der Sicherheit im Sinne von security gewährleistet.

kryptographisch Funktionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die verwendeten kryprographischen Funktionen stammen aus der AVR-Crypto-Lib welche gegenwärtig auch im SVN liegt. Als kryptographische Funktionen kommen zum Einsatz:

Hashfunktion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als sichere Hashfunktion dient SHA-256 gemäß FIPS 180-2.

HMAC[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es wird HMAC-SHA256 gemäß RFC 2104 verwendet.

PRNG[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der PRNG ist eine "Eigenkonstruktion" und benutzt ganz viel SHA-256. Sollte auf jeden Fall nochmal genau betrachtet werden. Das derzeitige Design sieht ähnlich dem folgendem aus:

Die aktuelle Version gibts gerade nur in ASCII-Art:

*                      ################################################################################################
*                      #                                                                                              #
*                      #         +---------------------------+                                                        #
*                      #         |                           |                             +---+                      #
*                      #         V                           |                             |   |                      #
*                      #      (concat)                       |                             |   V                      #
*  +---------------+   #    o---------o             (xor)+---------+      o---------o      | o----o     o---------o   #    +--------------+
*  | entropy Block | -----> | sha-256 | --(offset)-<     | rndCore | ---> | sha-256 | --+--+-| +1 |---> | sha-256 | -----> | random Block |
*  +---------------+   #    o---------o             (xor)+---------+      o---------o   |    o----o     o---------o   #    +--------------+
*                      #                                 (xor) (xor)                    |                             #
*                      #                                   ^     ^                      |                             #
*                      #                                    \   /                       |                             #
*                      #                                   (offset)---------------------+                             #
*                      #                                                                                              #
*                      ################################################################################################

Eine Legende wird noch folgen, aber schon mal folgende Tipps am Rande:

H: Hashfunktion
||: Konkatenierung
+ im Kreis: XOR-Verknüpfung

Der Code kann unter [1] eingesehen werden.

Die Initialisierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Managment[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das System wird lokal verwaltet, d.h. die Administration der Accounts (erzeugen, sperren, ...) findet am Gerät selbst statt.

Operationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die folgende Tabelle zeigt, welche Funktionen geplant sind und wie die entsprechende Rechtevergabe gedacht ist.

Opertaionen
Operation	Beschreibung	Requirements
MainOpen	Tür öffnen	<valid card>
AddUser	neuen Benutzer Anlegen	<valid admin card + pin>
RemUser	Benutzer löschen	2*<valid admin card + pin>
AddAdmin	Benutzer zum Admin machen	2*<valid admin card + pin>
RemAdmin	Admin Rechte entziehen	2*<valid admin card + pin>
KeyMigration	Keys aus dem Gerät extrahieren	3*<valid admin card + pin>

Mögliche Angriffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weitere Ideen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Statt der I²C-Karte als Token eine LED-Lampe mit bidirektionaler Kommunikation über die LED verwenden. Ist ein cooles Bastelprojekt, wurde z.B. hier schon mal entwickelt.

FAQ[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Q:Warum keine intelligente Karte mit cooler Krypto drauf?

A:Weil die 'n Haufen Geld kosten (etwa Faktor 20), und komplizierter in der Ansteuerung sind (wobei sich das durchaus machen ließe).

Q:Dann können die Karten aber doch einfach kopiert werden?

A:Ja, es ist durchaus möglich, von einer Karte 100 Kopien zu erstellen, und mit jeder von denen kann man dann in's Labor. Doch wenn man mit einer sich am Gerät angemeldet hat, werden alle anderen ungültig.

Q: Wann können all die vielen Leute die jetzt keinen Schlüssel haben endlich ins Labor, bzw. wann ist es endlich fertig?

A: Es ist fertig, wenn es fertig ist. Wir arbeiten drann. Habt Geduld!

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-'''!!! Achtung, diese Seite ist unfertig !!!'''
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+'''!!! Achtung, dieses Projekt wird nun als [[AnonAccess]] fortgeführt !!!'''
 ==Abstract==
@@ Zeile 63: / Zeile 81: @@
 * Diodenschaltung zur Nutzung physikalischen Zufalls
 * Serielle Schnittstelle zur Kommunikation mit Terminal
-* von Aussen zugänglich Taster für gewisse Steuerfunktionen
+* von Außen zugänglich Taster für gewisse Steuerfunktionen
 * evtl. Display zur Statusanzeige
@@ Zeile 78: / Zeile 96: @@
 Zur Ansteuerung der Buttons & Anzeigen
-(pinbelegung undokumentiert)
+(Pinbelegung undokumentiert)
 ===== 6 Federklemmen zum Anschluss an die Master Control Unit =====
@@ Zeile 112: / Zeile 130: @@
 PD1/TXD
 PD0/RXD
+Angeschlossen ist nur R1, da ein zweites Kartenterminal an der Tür unten nun nicht mehr benötigt wird weil eben diese Tür nicht mehr existiert ;)
 =====Anschluss für Schloss "L"=====
 Pinbelegung wie folgt:
@@ Zeile 120: / Zeile 141: @@
 PC6
 GND
-PA7 (ADC7)
+PA7 (ADC7) (IR Sender)
-Über Spannungsteiler gegen VCC (5V) an PA1
+Über Spannungsteiler gegen VCC (5V) an PA1 (IR Receiver)
 Nummer 8 ist demnach wohl an den Fototransistor des Schlosses gekoppelt und #7 dann wahrscheinlich der Eingang des Optokopplers...
@@ Zeile 129: / Zeile 150: @@
 Vermutlich GND, auf jeden Fall sind beide Dioden dran
-IR-Receiver
+IR-Sender
-IR-Sender
+IR-Receiver
 unbelegt
 Braun (Motor)
@@ Zeile 145: / Zeile 166: @@
 {| {{Prettytable}}
 ! Name !! Kürzel !! Typ !! Länge !! Zweck
-|-
-| Foogle-Longterm-Key || Kfl || XTEA-Secretkey || 128 Bit
-| Austauch der temporären Schlüssel für das Foogleport Protokoll
-|-
-| Foogle-Shortterm-KEy || Kfs || XTEA-Secretkey || 128 Bit
-| Verschlüsselung der Daten beim Austausch über den Foogleport
 |-
 | LabAccess-Current-Signingkey || Kcs || HMAC-Key || 256 Bit (?)
@@ Zeile 159: / Zeile 174: @@
 ==Das Terminal==
-==Kommunikation zwischen Terminal und SU (foogleport)==
+==Kommunikation zwischen Terminal und SU==
+Die Kommunikation zwischen Terminal und SU läuft unter anderem über den [[qport-tiny]] der Sicherheit im Sinne von security gewährleistet.
 ==kryptographisch Funktionen==
-Die verwendeten kryprographischen Funktionen stammen aus der [[crypto-avr-lib]] welche gegenwärtig auch im SVN liegt.
+Die verwendeten kryprographischen Funktionen stammen aus der [[AVR-Crypto-Lib]] welche gegenwärtig auch im SVN liegt.
 Als kryptographische Funktionen kommen zum Einsatz:
 ===Hashfunktion===
-Als sichere Hashfuinktion dient '''SHA-256''' gemäß FIPS 180-2.
+Als sichere Hashfunktion dient '''SHA-256''' gemäß FIPS 180-2.
 ===HMAC===
@@ Zeile 174: / Zeile 189: @@
 ===PRNG===
 Der PRNG ist eine "Eigenkonstruktion" und benutzt ganz viel SHA-256. Sollte auf jeden Fall nochmal genau betrachtet werden.
-Das derzeitige Design sieht folgendermaßen aus:
+Das derzeitige Design sieht ähnlich dem folgendem aus:
 [[Bild:PRNG1.png]]
-Eine Legende wird noch folgen, aber schonmal folgende Tipps am Rande:
+Die aktuelle Version gibts gerade nur in ASCII-Art:
+ *                      ################################################################################################
+ *                      #                                                                                              #
+ *                      #         +---------------------------+                                                        #
+ *                      #         |                           |                             +---+                      #
+ *                      #         V                           |                             |   |                      #
+ *                      #      (concat)                       |                             |   V                      #
+ *  +---------------+   #    o---------o             (xor)+---------+      o---------o      | o----o     o---------o   #    +--------------+
+ *  | entropy Block | -----> | sha-256 | --(offset)-<     | rndCore | ---> | sha-256 | --+--+-| +1 |---> | sha-256 | -----> | random Block |
+ *  +---------------+   #    o---------o             (xor)+---------+      o---------o   |    o----o     o---------o   #    +--------------+
+ *                      #                                 (xor) (xor)                    |                             #
+ *                      #                                   ^     ^                      |                             #
+ *                      #                                    \   /                       |                             #
+ *                      #                                   (offset)---------------------+                             #
+ *                      #                                                                                              #
+ *                      ################################################################################################
+Eine Legende wird noch folgen, aber schon mal folgende Tipps am Rande:
 *H: Hashfunktion
 *||: Konkatenierung
 *+ im Kreis: XOR-Verknüpfung
-===Symmetrische Verschlüsselung===
-Zur symmetrischen Verschlüsselung wird '''XTEA''' eingesetzt. Er findet in mindestens zwei Modi Verwendung (CBC und der andere steht noch nicht fest).
+Der Code kann unter [https://www.das-labor.org/trac/browser/microcontroller-2/crypto-lib/prng.c] eingesehen werden.
 ==Die Initialisierung==
@@ Zeile 214: / Zeile 251: @@
 ==Mögliche Angriffe==
-==Tor öffnen mit dem Handy==
-Dazu musst Du einfach das Programm toroeffner_addnumber auf roulette
-ausfuehren und Deine Nummer in die Liste eintragen:
-  toroeffner_addnumber deinenummer deinname
-Wobei die Nummer OHNE Laendervorwahl und OHNE Sonderzeichen eingetragen
-werden muss -> also z.B.:
-  toroeffner_addnumber 02323424242 hanswurst
-Ein Name oder Pseudonym ist fuer die Wartbarkeit der Liste leider erforderlich.
-Eintraege ohne Pseudonym oder Name werden kommentarlos geloescht.
-Die Nummern werden gehashed gespeichert.
-Die Telefonnummer für den Toröffner ist: (Bochum)/54729-62
 ==Weitere Ideen==
-Statt der I2C-Karte als Token eine LED-Lampe mit bidirektionaler Kommunikation über die LED verwenden. Ist ein cooles Bastelprojekt, wurde z.B. [http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/FinalProjects/s2006/bcr6/final_report/index.html hier] schon mal entwickelt.
+Statt der I²C-Karte als Token eine LED-Lampe mit bidirektionaler Kommunikation über die LED verwenden. Ist ein cooles Bastelprojekt, wurde z.B. [http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/FinalProjects/s2006/bcr6/final_report/index.html hier] schon mal entwickelt.
 ==FAQ==
@@ Zeile 242: / Zeile 263: @@
 *'''Q:''' Wann können all die vielen Leute die jetzt keinen Schlüssel haben endlich ins Labor, bzw. wann ist es endlich fertig?
 '''A:''' Es ist fertig, wenn es fertig ist. Wir arbeiten drann. Habt Geduld!
+[[Kategorie:Veranstaltung]]