Seminar SEGGER emSecure – RSA, ECDSA und digitale Signaturen

Das Seminar vermittelt digitale Signaturen nicht abstrakt, sondern als implementierbaren Embedded-Baustein. RSA und ECDSA werden anhand von Sicherheitsniveau, Schlüsselgröße, Laufzeit, Speicherbedarf, Plattformgrenzen und Produktlebenszyklus verglichen und praktisch in Signier- und Verifikationsabläufe eingebunden.

Inhaltsübersicht

• Lernziele und fachliche Einordnung
• Schrittweise Seminarinhalte
• Praxisübungen und Laborszenarien
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• Didaktik und Arbeitsweise

Lernziele

• Hash, Integritätsprüfung, Authentizität und digitale Signatur sauber unterscheiden.
• RSA und ECDSA für konkrete Embedded-Ziele risikobasiert auswählen.
• Schlüssel, Signaturen und Daten in geeigneten Formaten bereitstellen.
• Signier- und Verifikationsfunktionen korrekt in PC- und Embedded-Software integrieren.
• Firmwareauthentisierung und Anti-Cloning mit nachvollziehbaren Tests absichern.

Schrittweise Seminarinhalte

1. Signaturgrundlagen und Sicherheitsziele

Schwerpunkt: Hashfunktion, privater und öffentlicher Schlüssel, Authentizität, Integrität, Nichtverwechselbarkeit und Grenzen einfacher Prüfsummen.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Signaturgrundlagen und Sicherheitsziele“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Hashfunktion, privater und öffentlicher Schlüssel, Authentizität, Integrität, Nichtverwechselbarkeit und Grenzen einfacher Prüfsummen modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein korrektes Signatur- und Bedrohungsmodell dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

2. RSA-Architektur und Parameter

Schwerpunkt: Schlüssellänge, Signaturerzeugung, Verifikation, Speicherbedarf, Laufzeit, Interoperabilität und Einsatzgrenzen.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „RSA-Architektur und Parameter“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Schlüssellänge, Signaturerzeugung, Verifikation, Speicherbedarf, Laufzeit, Interoperabilität und Einsatzgrenzen modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine begründete RSA-Konfiguration dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

3. ECDSA-Architektur und Parameter

Schwerpunkt: elliptische Kurven, Schlüsselgröße, Signaturformat, Verifikation, Performance, Plattformanforderungen und Einsatzgrenzen.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „ECDSA-Architektur und Parameter“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von elliptische Kurven, Schlüsselgröße, Signaturformat, Verifikation, Performance, Plattformanforderungen und Einsatzgrenzen modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine begründete ECDSA-Konfiguration dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

4. Schlüssel- und Datenformate

Schwerpunkt: Generierung, Export, C-Quellformat, Schlüsseldatei, Signaturdatei, Byteordnung, Alignment, Versionskennzeichnung und sichere Ablage.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Schlüssel- und Datenformate“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Generierung, Export, C-Quellformat, Schlüsseldatei, Signaturdatei, Byteordnung, Alignment, Versionskennzeichnung und sichere Ablage modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis ein portables Format- und Bereitstellungskonzept dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

5. Signieren und Verifizieren in Software

Schwerpunkt: PC-Werkzeuge, API-Aufrufe, Datenstrom, Hashbildung, Fehlercodes, Puffer, Wiederholbarkeit und Testvektoren.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Signieren und Verifizieren in Software“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von PC-Werkzeuge, API-Aufrufe, Datenstrom, Hashbildung, Fehlercodes, Puffer, Wiederholbarkeit und Testvektoren modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen funktionierenden Ende-zu-Ende-Signaturworkflow dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

6. Embedded-Integration und Ressourcen

Schwerpunkt: ANSI-C-Integration, Projektstruktur, Konfiguration, Flash, RAM, Laufzeit, Hardwarebeschleunigung, Threading und Updatefähigkeit.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Embedded-Integration und Ressourcen“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von ANSI-C-Integration, Projektstruktur, Konfiguration, Flash, RAM, Laufzeit, Hardwarebeschleunigung, Threading und Updatefähigkeit modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine messbare Embedded-Portierung dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

7. Firmwareauthentisierung und Anti-Cloning

Schwerpunkt: Signatur der Firmware, öffentlicher Schlüssel im Bootloader, Geräte-UID, Produktionssignatur, OTP, Laufzeitprüfung und Fehlerreaktion.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Firmwareauthentisierung und Anti-Cloning“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Signatur der Firmware, öffentlicher Schlüssel im Bootloader, Geräte-UID, Produktionssignatur, OTP, Laufzeitprüfung und Fehlerreaktion modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis zwei getestete Sicherheitsreferenzfälle dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

Praxisübungen und Laborszenarien

• Erzeugung und Vergleich von RSA- und ECDSA-Schlüsselpaaren und Signaturen.
• Integration einer Signaturprüfung in eine Embedded-Beispielanwendung.
• Messung von Flash-, RAM- und Laufzeitbedarf auf einer Zielplattform.
• Implementierung eines Firmwareauthentisierungs- und eines Anti-Cloning-Prototyps.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Embedded-C-Entwicklung, Kryptografie- und Security Engineering, Bootloader-Entwicklung, Firmware-Architektur und technische Qualitätssicherung.

Voraussetzungen: Gute C-Kenntnisse und Embedded-Erfahrung; Grundlagen in Hashfunktionen und asymmetrischer Kryptografie sind hilfreich.

Didaktik und Arbeitsweise

Kurze Fachimpulse werden unmittelbar durch Architekturarbeit, Demonstrationen, strukturierte Implementierungsschritte, praktische Übungen und kontrollierte Fehlerfälle vertieft. Jede Übung verwendet definierte Ausgangswerte, Prüfpunkte, Negativfälle und Dokumentationsanforderungen, damit die erarbeiteten Abläufe als Entwicklungs-, Produktions- oder Betriebsstandard wiederholbar bleiben.