W2026-ITS

Organisatorisches und Anmeldung für IT-Security Workshop vom 28. September bis 9. Oktober 2026

Wenn Sie die unten genannten Themen interessant finden und in den ersten beiden Oktoberwochen Lust und Zeit haben sich damit auseinanderzusetzen, so finden Sie hier den angestrebten Zeitplan sowie die Möglichkeit sich und (optional) ein spannendes eigenes Thema anzumelden. Exklusiv für die Kommunikation der Teilnehmenden untereinander gibt es einen zugehörigen Moodle-Kurs mit Forum.

Themen (DRAFT)

PQC@OpenVPN

OpenVPN ist eine weit verbreitete Open-Source-Lösung für sichere, verschlüsselter VPNs. OpenVPN ist (anders als WireGuard) hinsichtlich vieler Aspekte konfigurierbar und bietet zahlreiche Optionen. Hier sind also bei der Administration einige Überlegungen nötig, um sichere und auch performante Einstellungen zu wählen. Hinsichtlich der Performance ist OpenVPN im Verbindungsaufbau und oft auch im Transport der eigentlichen Nutzdaten oft langsamer als WireGuard. Der Verbindungsaufbau ist in WireGuard sehr strikt spezifiziert und dadurch effizient. Dies bedeutet aber auch, dass ein Austausch der Kryptoalgorithmen in WireGuard nicht einfach möglich ist. Hier bietet OpenVPN mehr Kryptoagilität, auch wenn dies intrinsisch mit mehr Komplexität somit einer höheren Zahl an Roundtrips zum Verbindungsaufbau bezahlt wird. Häufig wird für den Aufbau des Kontrollkanals TLS verwendet, so dass zur Absicherung gegen Quantencomputer auf die ab OpenSSL >= 3.5 vorhandenen Mechanismen zurückgegriffen werden soll. OpenVPN unterstützt (derzeit bereits oder zukünftig) drei Mechanismen zur Quantensicherheit:

1. "poor man's post-quantum cryptography" in Gestalt von preshared symmetrischen Schlüsseln mit den Optionen tls-crypt, tls-crypt-v2, auf deren Basis dann die TLS-Schlüsselaushandlung ihrerseits verschlüsselt wird (in Version 2 mit nutzerindividuellen Schlüsseln). Dieser Mechanismus ist aber nicht vorwärtssicher unter dem Angreifermodell "Quantencomputer",
2. Die stärkere und wünschenswertere Methode ist die Nutzung eines hybriden Verfahren mit PQC, die dann "Perfect Forward Secrecy" garantiert. Da OpenVPN in der Regel OpenSSL als TLS-Bibliothek verwendet (siehe W2025-ITS#PQC@TLS-Handshake-Thema), sind dann X25519MLKEM768, SecP256r1MLKEM768 und SecP384r1MLKEM1024 denkbare Kandidaten, die dann mit tls-groups X25519MLKEM768 konfigurierbar sein sollen.
3. Auch eine auf PQC-basierende Authentisierung sowohl des Servers als auch der Clients in Gestalt von "Post-quantum signing/certificates" soll zukünftig möglich sein. Da aber in der Gegenwart noch keine Quantencomputer vorhanden sind die die klassischen Signaturen brechen können und eine Authentisierung nicht rückwirkend erfolgt, ist hier eher die Möglichkeit interessant, aber der Handlungsdruck nicht so immens wie bei dem Schutz der Vertraulichkeit.

Der eigentliche Transport der Nutzdaten erfolgt über den "data channel". Dieser nutzt symmetrische Kryptografie zur Verschlüsselung und Authentisierung. Wenn die Schlüsselübereinkunft quantensicher erfolgt und ausreichend starke (>= 256bit) Schlüssel genutzt, so ist der Datenkanal auch quantensicher. Hierbei sin sicher die AEAD-Chiffren CHACHA20-POLY1305 und AES-256-GCM eine solide Wahl. Während CHACHA20-POLY1305 in der Regel recht performant in Software umgesetzt werden kann und insbesondere gern auf ARM-Architekturen verwendet wird, kann AES-256-GCM seine Vorteile ausspielen, wenn AES hardwareunterstützt (z.B. durch die CPU) ist. WireGuard verwendet CHACHA20-POLY1305 für die Verschlüsselung der Nutzdaten, ist direkt im Kernel implementiert und bietet hervorragende Performance. Um hier etwas aufzuholen, hat OpenVPN das Konzept "Data Channel Offload (DCO)" an den Start gebracht, ein Kernelmodul bereitgestellt, dass die Ver- und Entschlüsselung der Datenpakete direkt im Kernel-Space ermöglicht. Von dem DCO-Kernel-Modulfür CHACHA20-POLY1305 und AES-{128,256}-GCM als Chiffren unterstützt. Versuchen Sie, für Ihren OpenVPN-{Server,Clienten} auch DCO zu verwenden und messen Sie den Performanceunterschied. Untersuchen Sie auch, ob auch mobile "OpenVPN Connect"-Clienten unterstützt werden und wie man eine ggf. nötige starke abwärtskompatible Konfiguration erreichen kann.

Links:

• OpenVPN 2.7.6
• PQC & OpenVPN
• OpenVPN Data Channel Offload (DCO)
• OpenVPN Connect – OpenVPN App

Mentoren: Wolf Müller

PQC@eduroam

Eduroam gestattet Mitarbeitenden an Bildungs- und Forschungseinrichtungen Zugang zu WLAN-Netzen der besuchten Einrichtungen und hat sich als ausgesprochen praktisch erwiesen. Um sich gegenüber dem Besuchten Netzwerk als Nutzer zu authentisieren wird in der Regel der WPA2 oder WPA3-Enterprise Mode verwendet. Insbesondere erfolgt die Authentisierung via EAP-TTLS gegenüber der Heimeinrichtung. Auch für diese Verbindung wäre ein quantensicherer Schlüsselaustausch wünschenswert. Schauen Sie sich an, an auf welche Stellen man achten müsste, um WPA3-Enterprise quantensicher zu bekommen. Bauen Sie ein en eigenes WPA3-Enterpreise Netzwerk auf und sichern sie es möglichst gut ab gegen Angriffe mit Quantencomputern ab. Orientieren Sie sich dabei an der Architektur von Eduroam an der HU, also nutzen Sie EAP-TTLS mit passwortbasierter Authentifizierung und FreeRADIUS. Inspizieren Sie Ihren Ansatz mit Wireshark.

Links:

• eduroam
• EAP-TTLS@HU
• WPA3 Specification
• Ausblick PQC, WPA4
• FreeRADIUS
• Wireshark
• Wireshark: IEEE 802.11 WLAN Decryption Keys

Mentoren: Wolf Müller

OpenVPN DCO @ {OPNsense,pfSense 2.9.0 CE}

Mit dem gerade frisch veröffentlichten pfSense 2.9.0 CE und OPNsense stehen hier zwei weit verbreitete Kandidaten für frei verfügbare auf FreeBSD-basierende Firewalllösungen mit Webkonfigurationsmöglichkeit zur Auswahl, die auch DHCP, DNS und VPN-Lösungen unterstützen. An unserem Institut fand schon an einigen Stellen pfSense Anwendung. Allerdings bietet hier die CE (also community edition) keine Unterstützung für OpenVPN mit "data channel offload" in den Kernel, so dass die Effizienz nicht so gut ist, wie sie sein könnte. Konkret ist bei pfSense das nötige Kernelmodul /boot/modules/if_ovpn.ko nicht vorhanden. Um hier (ohne zusätzliche Kosten) weiterzukommen sehe ich die folgenden Möglichkeiten:

1. Man versucht zum installierten Kernel FreeBSD 16.0-CURRENT #12 RELENG_2_9_0-n256132-d8e3138ecf52 aus den FreeBSD-Quellen ein passendes Modul selbst zu kompilieren. Allerdings ist nicht gleich offensichtlich, aus welchen Quellen das wie gelingen könnte. (Das installierte OpenVPN: OpenVPN 2.7.5 amd64-portbld-freebsd16.0 [SSL (OpenSSL)] [LZO] [LZ4] [PKCS11] [MH/RECVDA] [AEAD] [DCO] scheint bereits mit DCO-Unterstützung kompiliert zu sein. Auch ist OpenSSL: OpenSSL 3.5.7 9 Jun 2026 (Library: OpenSSL 3.5.7 9 Jun 2026) ausreichend aktuell, um auch einen quantensicheren Handshake zu realisieren.)
2. Man versucht auf die vor geraumer Zeit geforkte OPNsense Variante zu wechseln und dort OpenVPN mit DCO umzusetzen.
3. Man könnte auf WireGuard wechseln, welches in beiden *sense Varianten inzwischen konfigurierbar ist.

Schauen Sie sich die verschiedenen Ansätze an und stellen Sie diese gegenüber. Vielleicht haben Sie auch andere Ideen? Lassen Sie uns an Ihrem gewonnen Wissen teilhaben!

Links:

• pfSense CE 2.9.0
• OPNsense 26.7
• if_ovpn FreeBSD
• example for bulding in pfsense

Mentoren: Wolf Müller

OpenVPN: performant & sicher

OpenVPN ist ein sehr etabliertes und auch historisch gewachsenes VPN, welches viele Konfigurationsmöglichkeiten bietet. Das ist einerseits natürlich fantastisch, andererseits auch eine Herausforderung. Im Vergleich zu WireGuard, welches aufgrund seiner schlanken und "state of the art"-Kryptografie bereits Einzug in den Kernel gefunden hat, ist OpenVPN häufig signifikant langsamer und nicht immer sicher konfiguriert.

Können Sie hier weiterhelfen?

• So wäre es wünschenswert bereits jetzt etwas gegen Angreifer zu unternehmen, die den VPN-Verkehr aufzeichnen und später mit einem Quantencomputer entschlüsseln wollen. Weiterhin ist es wünschenswert, die Sicherheitsreserven zu erhöhen. Da Sie bei einer Authentifizierung mittels TLS-Client-Zertifikaten eine eigene PKI verwenden können, bietet es sich an, hier ECC-Schlüssel mit >400 Bit zu wählen. Weiterhin sind die Optionen --tls-crypt oder besser --tls-crypt-v2 interessant. Versuchen Sie, einen schnellen und sicheren TLS-Handshake zur Authentifizierung und Schlüsselableitung zu etablieren.
• Im zweiten Schritt müssen dann noch die eigentlichen Nutzdaten ver-/entschlüsselt werden. Um dies performant und dennoch sicher umzusetzen, können Sie zum einen versuchen, die Hardwareunterstützung für AES zu aktivieren. Aber selbst wenn Ihnen das gelingt, wird WireGuard wahrscheinlich immer noch weitaus performanter sein. Das Problem ist, dass bislang bei OpenVPN in der Regel zwischen Versenden und Empfang und der Ver-/Entschlüsselung ein aufwendiger Wechsel zwischen User- und Kernelspace erfolgt, der in WireGuard nicht erforderlich ist. Doch auch hier gibt es Hoffnung in Gestalt von "OpenVPN Data Channel Offload", welches unter Linux ein Kernelmodul "openvpn-dco" nutzt um hier die Performance deutlich zu steigern. Konkret werden die AEAD Verschlüsselungen AES-GCM-256, AES-GCM-128 und CHACHA20POLY1305 unterstützt.
• Im dritten Schritt wäre eine möglichst performante Umsetzung zum Einsatz unter den im Institut gegebenen Rahmenbedingungen wünschenswert. Hier könnte der OpenVPN-Server unter Proxmox mit möglichst Hardwareunterstützung für AES in Kombination mit DCO laufen, der Handshake sollte sicher, schnell und kompakt laufen, die Authentisierung gegen einen LDAP-Server erfolgen.

Motivation: Bei meinem OpenVPN unter Windows 10 hat sich der Downstream von 48 Mbit/s auf 182 Mbit/s (exemplarisch, nicht repräsentativ) verbessert.

Links:

• OpenVPN DCO
• OpenVPN git für openvpn 2.6.12
• Tutorial: Turn on OpenVPN DCO
• @OpenSuse
• git für ovpn-dco-win
• BSI TR-02102-2
• Proxmox

Mentoren: Wolf Müller

SMB3 @ QUIC

(innovativ, herausfordernd)

Das Netzwerkprotokoll QUIC löst (für einige Anwendungsfälle z.B. HTTP/3) klassisches TCP ab, indem es im Userspace über UDP läuft und Verschlüsselung via TLS 1.3 erzwingt. Vorteile sind beschleunigter Verbindungsaufbau (0-RTT), Verhinderung von Head-of-Line-Blocking und damit parallel laufende Streams. Weiterhin bietet QUIC Verbindungs-Migration: Da QUIC Sitzungen über eine eindeutige ID statt über IP-Adressen identifiziert, bleibt eine aktive Verbindung selbst beim Netzwerkwechsel stabil. In Kombination mit SMB3 und Samba sollte QUIC also zu einen performantes Remotedateisystem beitragen. Da "SMB over QUIC" standardmäßig über den "sicheren Web-Port UDP 443" ist eine Passage durch viele Firewalls oft möglich. Für Administratoren bedeutet diese Symbiose, dass sie ihren Nutzern weltweit einen hochsicheren, performanten und nahtlosen Zugriff auf Unternehmensdaten bereitstellen können, der sich so unkompliziert wie eine HTTPS-Webseite verhält. Probieren Sie es aus.

• QUIC: A UDP-Based Multiplexed and Secure Transport
• Using TLS to Secure QUIC
• Samba+
• QUIC in Linux Kernel

Mentoren: Wolf Müller

Umsetzung eines PQC-Verfahrens im Rahmen des CNG Frameworks

(spannend, aber anspruchsvoll)

Post-Quanten-Kryptografie befindet sich derzeit im Prozess der Standardisierung und es werden viele Demo-Anwendungen umgesetzt. Statt jede Anwendung einzeln zu modifizieren und Support für diese neuen Verfahren einzubauen, bietet das MS CNG Framework die Möglichkeit, Module global im Betriebssystem zu ergänzen. Anwendungen, die die entsprechenden System-Routinen verwenden, erhalten werden damit PQC-fähig ohne modifiziert werden zu müssen.

Aufgaben:

• Einarbeitung in das CNG-Framework
• Analyse des Beispielcodes (C++)
• Auswahl eines geeigneten PQC-Verfahrens (z.B. Dilithium https://pq-crystals.org/index.shtml)
• Implementierung von CNG Cryptographic Algorithm Provider sowie Signature/Encryption Provider

Links:

• Understanding Cryptographic Providers
• SDK mit Dokumentation und Beispiel-Code
• 2024 standardisierte PQC: FIPS 203, 204 und 205
• Skizze Microsoft CNG

Mentoren: Wolf Müller, Frank Morgner, Holger Eble

PQC@FIDO2

Auch wenn FIDO2 ein Verfahren zur starken Authentisierung ist und somit nicht durch das "store now, decrypt later"-Szenario bedroht ist, so ist es sicher eine gute Idee auch an dieser Stelle bereits über die Verwendung von quantenresistenten verfahren nachzudenken. So sind ist der Plan ja die FIDO-Sticks eine lange Zeit als hardwaresichere Platform zu nutzen. Konkret wurde mit OpenSK einer in Rust geschriebenen Open-Source-Implementierung ein Prototyp vorgelegt, der die Signaturalgorithmen (klassisch) ECDSA und (PQC) Dilithium zu einer Hybridsignatur kombiniert, wobei die Signaturerstellung in einem akzeptablen Zeitrahmen auf dem FIDO-Stick erfolgt. Versuchen Sie diese Implementierung auf der Plattform Nordic nRF52840-DK zum laufen zu bringen, wie es in dem Abstract des Papers angeregt wird: "We publish an open-source implementation of our scheme at hybrid-pqc so that other researchers can reproduce our results on a nRF52840 development kit." Hierzu sollten Sie vielleicht erst einmal versuchen die klassische OpenSK-Version mit CTAP zu testen, um dann zu verstehen, wie man auf dem Stick das Erzeugen eines Schlüsselpaars anstößt. Erst im nächsten Schritt wird der Testaufbau dann auf die hybride Version erweitert.

Links:

• Golem Artikel
• Paper
• hybrid-pqc Code
• OpenSK
• nRF52840-DK

Mentoren: Wolf Müller

Krypto-Agilität@OpenLDAP

Am Institut für Informatik, wird das ldaps-Protokoll verwendet, um Nutzer zu authentisieren. Die OpenLDAP-Server des Instituts sind redundant und synchronisieren die Nutzeraccounts untereinander. ldaps ist im Grunde ldap über TLS und wird in der Regel auf dem TCP-Port 636 bereitgestellt. Aktuell ist die TLS-Verbindung mit RSA-Schlüsseln ≤ 2048-Bit Länge mit einem eigenen Trustanker abgesichert, hier soll erst einmal eine Migration auf elliptische Kurven mit großer Schlüssellänge also Ed448 oder ECDSA mit ≤ 500 Bit erfolgen. Diese Migration soll aber im laufenden Betrieb möglich sein, da sonst für einen gewissen Zeitraum zu viele Systeme den Dienst unterbrechen müssten. Es soll also ein Parallelbetrieb der RSA- und "elliptic curve"-Variante möglich sein. Wenn Sie hierfür eine Lösung gefunden haben können Sie versuchen im nächsten Schritt zu schauen ob auch ein Parallelbetrieb einer "elliptic curve"- mit einer quantensicheren ML-DSA-Variante möglich ist. Herangehen:

1. Installieren Sie Ubuntu 24.06 LTS (als virtuelle Maschine)
2. Installieren Sie OpenLDAP@Ubuntu
3. Erstellen Sie je einen Satz von {RSA,ed448}-basierten CA + Serverzertifikat
4. slapd ist unter Ubuntu gegen GnuTLS gelinkt.
   1. Versuchen Sie mit gnutls-serv einen TLS-Server im Parallelbetrieb aufzusetzen.
   2. Versuchen Sie sich auf diesen Server mit gnutls-cli und openssl s_client" durch geeignete Wahl der Cipher als Parameter auf die eine als auch auf die andere Variante zu verbinden.
5. Passen Sie die Konfiguration für slapd.conf an, um den Parallelbetrieb für OpenLDAP zu ermöglichen.
6. Versuchen Sie für die neue Variante einen möglichst sichern Handshake, TLS 1.3 mit starkem Keyagreement zu konfigurieren. (Ist hier mit der in Ubuntu 24.4 bereitgestellten Version auch schon ein quantensicheres Keyagreement möglich?)

Links:

• Ubuntu 26.04 LTS
• Install OpenLDAP@Ubuntu
• man 5 slapd.conf
• gnutls-serv
• gnutls-cli
• openssl s_client
• GnuTLS: priority strings
• GnuTLS: ciphersuites

Mentoren: Wolf Müller