Verschlüsselte Übertragung von Antragsdaten
Ziel von FIT-Connect ist es, ein möglichst einfaches, sicheres und klar definiertes Vorgehen zur Einreichung von Antragsdaten zu etablieren. Deshalb erfolgt eine Übertragung von Antragsdaten mit FIT-Connect ausschließlich verschlüsselt.
Warum ist Ende-zu-Ende-Verschlüsselung wichtig?
Im Kontext von Anträgen an Behörden werden häufig personenbezogene Daten übermittelt. FIT-Connect bietet zur Absicherung der Übertragung von Antragsdaten und Antragsmetadaten eine auf asymmetrischer Kryptographie basierende Inhaltsdatenverschlüsselung. Abgesehen von denen für die Übermittlung zwingend notwendigen technischen Daten können so nur die Zielbehörde bzw. das Ziel-Fachverfahren die Antragsdaten und Antragsmetadaten entschlüsseln und lesen.
Die FIT-Connect Architektur unterstützt grundsätzlich zwei Umsetzungsvarianten für die verschlüsselte Übermittlung von Antragsdaten. Abhängig vom Schutzbedarf der zu übermittelnden Daten sollte entschieden werden, welche Umsetzungsvariante einzusetzen ist.
Besonders schutzbedürftige personenbezogene Daten dürfen nach den Vorgaben des BSI nur Ende-zu-Ende-verschlüsselt übertragen werden. Für diese Daten ist es notwendig, dass die Antragsdaten bereits auf dem Endgerät der Anwender:in verschlüsselt werden (Ende-zu-Ende-Verschlüsselung).
Für weniger kritische Daten kann alternativ auch eine Verschlüsselung der Daten im Backend des Onlinedienstes erfolgen. Diese Umsetzungsvariante bietet eine geringere Sicherheit als die Umsetzung der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung ab dem Endgerät der Antragsteller:in. Zudem erhöhen sich in dieser Umsetzungsvariante die IT-Sicherheits- und Datenschutzanforderungen an den Betrieb des Onlinedienstes, da Antragsdaten in dieser Umsetzungsvariante im Klartext durch das Backend des Onlinedienstes verarbeitet werden.
Zur Verschlüsselung von Antragsdaten im Endgerät der Antragsteller:in kann das FIT-Connect-JavaScript-SDK genutzt werden. Das SDK garantiert dabei die korrekte Implementierung der erforderlichen kryptographischen Operationen im Browser der Antragsteller:in. So verlassen sämtliche Inhaltsdaten das Endgerät der Nutzer:in immer verschlüsselt. Beispiele, wie Anträge im Rahmen von FIT-Connect verschlüsselt werden können, finden sich unter Verschlüsselung.
Exkurs: Grundlagen zur eingesetzten Verschlüsselung
Die Inhaltsdatenverschlüsselung von FIT-Connect wird mithilfe von hybrider Verschlüsselung auf Basis von JSON Web Encryption (JWE) umgesetzt. Dieser Ansatz kombiniert die Vorteile von symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung. Im Folgenden sollen die Grundlagen kurz erläutert werden.
Symmetrische Verschlüsselung
Eine Verschlüsselung wird als symmetrisch bezeichnet, wenn für die Ver- und Entschlüsselung derselbe Schlüssel verwendet wird. Das ist gleichzeitig auch der größte Nachteil der symmetrischen Verschlüsselung. Für eine sichere Kommunikation muss immer zuerst allen beteiligten Parteien der geheime Verschlüsselungsschlüssel übermittelt werden. Man spricht hier auch von einem gemeinsamen Geheimnis (shared secret). Kommt dieses abhanden oder wird beim Austausch abgefangen, ist die Sicherheit der Kommunikation nicht mehr gewährleistet. Jeder, der in Besitz dieses Schlüssels gelangt, ist im Stande, alle mit ihm verschlüsselten Nachrichten zu entschlüsseln und damit lesen zu können. Dem gegenüber steht der große Vorteil, dass es mit symmetrischer Verschlüsselung schnell und effizient möglich ist, auch große Datenmengen zu verschlüsseln.
Asymmetrische Verschlüsselung
Eine Verschlüsselung wird als asymmetrisch bezeichnet, wenn es für Ver- und Entschlüsselung im Gegensatz zur symmetrischer Verschlüsselung jeweils einen eigenen Schlüssel gibt. Die beiden Schlüssel bilden zusammen ein Schlüsselpaar, bestehend aus einem öffentlichen Schlüssel (public key) und einem geheimzuhaltenden privaten Schlüssel (private key, auch secret key). Der große Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass für eine sichere Kommunikation den sendenden Parteien nur der öffentliche Schlüssel ausgehändigt werden muss. Lediglich die zum öffentlichen Schlüssel passenden privaten Schlüssel, mit denen empfangende Nachrichten wieder entschlüsselt werden können, müssen die Nachrichten-Empfänger geheim halten. Der öffentliche Schlüssel baut bildlich gesprochen einen Schutzcontainer um die Nachricht auf, die nur der zugehörige Empfänger öffnen kann, wie z. B. bei einem Briefkasten, der auch nur vom Besitzer des passenden Briefkastenschlüssels geöffnet werden kann.
Im Vergleich zur symmetrischen Verschlüsselung sind die Schlüssel hier jedoch um ein vielfaches länger und die Ver- und Entschlüsselung von Nachrichten erfordert mehr Rechenleistung. Aus diesem Grund werden die beiden Verfahren bei der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung von FIT-Connect kombiniert (sog. hybride Verschlüsselung).
Hybride Verschlüsselung
Kombiniert man die Vorteile von symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung in einem gemeinsamen Verfahren, spricht man von einem hybriden Verschlüsselungsverfahren. Mithilfe von asymmetrischer Verschlüsselung, d. h. dem öffentlichen Schlüssel des Empfängers, verschlüsselt man dabei den symmetrischen Verschlüsselungsschlüssel und kann diesen verschlüsselten Schlüssel dann auch auf einem ungesicherten Kanal übertragen. Der symmetrische Verschlüsselungsschlüssel kann jetzt in Folge für die eigentliche Inhaltsverschlüsselung genutzt werden, welche dank symmetrischer Verfahren schnell und effizient verschlüsseln kann.
Sichere Implementierung der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung mit FIT-Connect
Die folgenden Abschnitte geben wichtige grundlegende Hinweise zur sicheren Implementierung der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung mit FIT-Connect. Konkrete Implementierungsbeispiele finden sich darüber hinaus in den Artikeln zur Verschlüsselung und Entschlüsselung von Antragsdaten. Vorgaben zu zulässigen kryptographischen Algorithmen und Schlüssellängen finden sich im Artikel Vorgaben für kryptographische Verfahren.
Herkunft und Zugehörigkeit von Schlüsseln prüfen
Wird einem Sender der öffentliche Schlüssel vom designierten Empfänger der Nachricht im Vorlauf nicht sicher und idealerweise sogar persönlich übermittelt, muss auf anderem Weg der oder die Eigentümerin eines Schlüssels ermittelt werden. Nur so kann man sicher gehen, auch den richtigen Schlüssel zu verwenden.
Für genau diesen Fall wurden digitale Zertifikate entwickelt. Digitale Zertifikate sind nichts weiter als öffentliche Schlüssel, angereichert mit beglaubigten Informationen zu seiner Herkunft und dem Eigentümer. Diese Beglaubigung von Schlüssel und Metainformationen erfolgt durch eine vertrauenswürdige dritte Person oder Institution - üblicherweise einer so genannten Zertifizierungstelle (CA - Certificate Authority) - mithilfe seiner digitalen, für Dritte prüfbaren Unterschrift.
Ein so ausgestelltes Zertifikat kann dann vom Empfänger wie eine Visitenkarte vor Beginn der verschlüsselten Kommunikation verteilt werden, da es nur öffentliche und auch prüfbare Informationen enthält.
Die für die Verschlüsselung verwendeten öffentlichen Schlüssel lassen sich so vor Verwendung anhand des zugehörigen Zertifikats aus der Verwaltungs-PKI auf Gültigkeit überprüfen. Im Artikel Überprüfen öffentlicher Schlüssel werden die zur Prüfung notwendigen Schritte näher erläutert. Behörden, die zum Empfang von Anträgen berechtigt sind, können sich, wie im Artikel Zertifikatsbeantragung beschrieben, Zertifikate aus der Verwaltungs-PKI ausstellen lassen. Für sendende Systeme ist derzeit keine Zertifikatsbeantragung notwendig.
Nicht vertrauenswürdige Schlüssel werden abgelehnt und dürfen nicht für die Verschlüsselung von Anträgen verwendet werden. Die Prüfung von Zertifikaten ist zwingend erforderlich, da sonst Angriffe wie Man-in-the-middle-Attacken möglich sind.
JSON Web Encryption und JWE Compact Serialization
Die Grundlagen zu Verschlüsselung, hybriden Verfahren und Zertifikaten finden in FIT-Connect in Form von JSON Web Encryption (JWE) bei der Verschlüsselung von Antragsdaten (Submissions) Anwendung. JWE standardisiert die einheitliche Anwendung von kryptographischen Algorithmen und die Repräsentation der dabei genutzten Datenstrukturen. Dazu nutzt FIT-Connect die JWE Compact Serialization. Die Daten innerhalb eines JWE werden möglichst sparsam kodiert und als eine kompakte, URL-sichere Zeichenkette (String) dargestellt. Der String besteht dabei aus fünf konkatenierten, durch Punkte (.) voneinander getrennten, BASE64URL kodierten Elementen:
JOSE Header- beschreibt mit welchen asymmetrischen Verfahren der symmetrische Schlüssel zur Inhaltsverschlüsselung verschlüsselt wurde und mit welchem symmetrischen Verfahren die Inhaltsdaten (Ciphertext) verschlüsselt wurdenJWE Encrypted Key- asymmetrisch verschlüsselter, symmetrischer Schlüssel zur InhaltsverschlüsselungJWE initialization vector- zufällig ausgewürfelter Initialisierungsvektor, der als Input für die symmetrische Verschlüsselung benötigt wirdJWE Ciphertext- mit dem symmetrischen Schlüssel zur Inhaltsverschlüsselung verschlüsselte InhaltsdatenJWE Authentication Tag- bei der Verschlüsselung der Inhaltsdaten zusätzlich ausgegebene Kontrolldaten zur Integritätssicherung
In unserem Anwendungsfall werden die benötigten öffentlichen Schlüssel der Empfänger mit ihren herkunftsbestätigenden Zertifikaten im System als JSON Web Key (JWK) hinterlegt und können auf Anfrage über die API von sendenden Clients abgerufen werden. Wie dieser JWK-Abruf im Detail erfolgt, wie Sie die im JWK enthaltenen Zertifikate prüfen können und wie dann mit Hilfe von JWE Antragsdaten verschlüsselt werden, wird im Artikel Verschlüsseln beschrieben. Die Entschlüsselung von Antragsdaten wird im Artikel Entschlüsseln beschrieben.