Seminar NXP EdgeLock Secure Enclave – Kryptodienste, Signaturen und Key Exchange

Inhaltsverzeichnis

• Einordnung und Zielsetzung
• Zielgruppe
• Voraussetzungen
• Lernziele
• Seminarinhalte
• Praxisübungen
• Technische Arbeitsmittel

Einordnung und Zielsetzung

Das Seminar behandelt die sichere und korrekte Nutzung kryptografischer Dienste der EdgeLock Secure Enclave. Hashing, MAC, symmetrische Verschlüsselung, authentisierte Verschlüsselung, Signatur, Verifikation, Zufallszahlen, Key Exchange und Schlüsselableitung werden als protokollgebundene Bausteine umgesetzt.

Der Schwerpunkt liegt auf korrekter Parametrisierung und sicherer Protokollkomposition. Algorithmuswahl allein genügt nicht: Nonces, Kodierungen, Schlüsselzweck, Fehlerbehandlung, Nebenbedingungen und Testvektoren entscheiden über die tatsächliche Sicherheit.

Die angesetzte Dauer von 3 Tagen ist erforderlich, weil die Inhalte von „Kryptografische Servicearchitektur“ bis „Teststrategie und Interoperabilität“ fachlich aufeinander aufbauen und in 5 praktischen Arbeitsszenarien geprüft werden. Eine stärkere Kürzung würde entweder die sichere Konfiguration oder die notwendigen Positiv-, Negativ- und Wiederanlauftests verdrängen.

Zielgruppe

• Embedded- und Kryptografie-Entwickler
• Security-Service- und Middleware-Entwickler
• Protokoll- und Kommunikationsintegratoren
• Tester kryptografischer Schnittstellen

Voraussetzungen

Grundlagen in symmetrischer und asymmetrischer Kryptografie, sichere C-Kenntnisse und Erfahrung mit einer EdgeLock-API oder einem NXP-SDK. Mathematische Spezialkenntnisse sind nicht erforderlich.

Lernziele

• Kryptodienste anhand des Protokollzwecks korrekt auswählen
• Schlüsselattribute, Datenformate und Puffer sicher konfigurieren
• Hash, MAC, Cipher und authentisierte Verschlüsselung fehlerfrei integrieren
• Signaturen und Verifikation mit geeigneter Kodierung umsetzen
• Key Exchange und Schlüsselableitung zweckgebunden gestalten
• Testvektoren, Negativtests und Fehlerreaktionen automatisieren

Seminarinhalte

1. Kryptografische Servicearchitektur

1. Schritt 1: Protokollschritt und benötigte Sicherheitseigenschaft bestimmen.
2. Schritt 2: geeigneten Dienst und passenden Schlüsseltyp auswählen.
3. Schritt 3: Schlüsselzweck, Eingabedaten, Ausgabedaten und Fehlerstatus spezifizieren.
4. Schritt 4: Aufruf hinter einer klaren, missbrauchsarmen Schnittstelle kapseln.

2. Zufallszahlen und Nonce-Management

1. Schritt 1: Zufall für Schlüssel, Challenges und Protokollwerte unterscheiden.
2. Schritt 2: Rückgabestatus und angeforderte Länge vollständig prüfen.
3. Schritt 3: Nonce-Eindeutigkeit und Zählerpersistenz pro Verfahren sicherstellen.
4. Schritt 4: Wiederverwendung und schwache Fallback-Zufallsquellen durch Negativtests erkennen.

3. Hashing und Streaming

1. Schritt 1: One-shot- und Streaming-Verarbeitung nach Datenmenge auswählen.
2. Schritt 2: Initialisierung, Update und Abschluss in korrekter Reihenfolge verwenden.
3. Schritt 3: Puffergrenzen und leere Eingaben testen.
4. Schritt 4: Ergebnisse mit bekannten Testvektoren vergleichen.

4. MAC und Datenursprungsschutz

1. Schritt 1: MAC-Schlüssel vom Verschlüsselungs- und Signaturschlüssel trennen.
2. Schritt 2: Nachrichtenformat und Kontextbindung definieren.
3. Schritt 3: MAC erzeugen und mit konstanter Vergleichslogik prüfen.
4. Schritt 4: verkürzte, veränderte und wiederholte Nachrichten als Negativfälle testen.

5. Symmetrische Verschlüsselung

1. Schritt 1: Modus, Padding, IV oder Nonce und Schlüssellänge festlegen.
2. Schritt 2: Datenaufteilung und Pufferverwendung korrekt implementieren.
3. Schritt 3: Fehler bei Länge, Ausrichtung und Zustandswiederverwendung behandeln.
4. Schritt 4: Vertraulichkeit nicht mit Integrität verwechseln und zusätzliche Schutzmaßnahmen bestimmen.

6. Authentisierte Verschlüsselung

1. Schritt 1: Nonce, zusätzliche authentisierte Daten und Klartext eindeutig strukturieren.
2. Schritt 2: Tag-Länge und Ausgabedarstellung zwischen Sender und Empfänger abstimmen.
3. Schritt 3: Tag vor Nutzung entschlüsselter Daten prüfen.
4. Schritt 4: falsches Tag, falsche Zusatzdaten und Nonce-Wiederverwendung gezielt testen.

7. Signaturerzeugung

1. Schritt 1: Schlüsseltyp, Hashverfahren und Signaturalgorithmus abstimmen.
2. Schritt 2: zu signierende Struktur kanonisch und versionsgebunden kodieren.
3. Schritt 3: Signatur mit nicht exportierbarem privaten Schlüssel erzeugen.
4. Schritt 4: Signaturformat und Transportkodierung eindeutig festlegen.

8. Verifikation und Vertrauensentscheidung

1. Schritt 1: öffentlichen Schlüssel oder Zertifikatskette sicher auswählen.
2. Schritt 2: Datenrekonstruktion und Kodierung exakt wiederholen.
3. Schritt 3: kryptografische Gültigkeit von Autorisierung und Gerätezustand trennen.
4. Schritt 4: ungültige Signatur ohne unnötige Detailoffenlegung ablehnen.

9. Key Exchange und Schlüsselableitung

1. Schritt 1: lokale und entfernte Schlüsselrollen sowie Kurvenparameter festlegen.
2. Schritt 2: Peer-Schlüssel auf zulässiges Format und Parameter prüfen.
3. Schritt 3: gemeinsames Geheimnis innerhalb des geschützten Pfads erzeugen.
4. Schritt 4: Folgeschlüssel mit Kontext, Richtung und Zweck ableiten.

10. Teststrategie und Interoperabilität

1. Schritt 1: bekannte Positivvektoren pro Dienst auswählen.
2. Schritt 2: Grenzwerte, falsche Parameter und manipulierte Daten automatisieren.
3. Schritt 3: Formate gegen eine unabhängige Referenzimplementierung vergleichen.
4. Schritt 4: Performance- und Fehlermessungen in die Freigabekriterien aufnehmen.

Praxisübungen

• Implementierung von Hash- und MAC-Services mit Testvektoren
• Authentisierte Verschlüsselung mit Zusatzdaten und Manipulationstests
• Signatur mit geschütztem Schlüssel und unabhängige Verifikation
• Key Exchange mit anschließender zweckgebundener Schlüsselableitung
• Automatisierte Negativtests für Nonces, Tags, Formate und Schlüsselattribute

Technische Arbeitsmittel

• NXP-Zielplattform mit EdgeLock-Kryptodiensten
• HSM-API oder plattformspezifisches SDK und C-Toolchain
• Unabhängige Testwerkzeuge für Vektoren und Formatvergleich
• Debugger, serielle Konsole und automatisiertes Testgerüst