Protokollverifikation

Protokollverifikation bezeichnet die formale Analyse und den Nachweis von Eigenschaften von Kommunikationsprotokollen, insbesondere kryptografischer Sicherheitsprotokolle. Das Ziel ist zu prüfen, ob ein Protokoll bei allen zulässigen Angreiferszenarien die gewünschten Sicherheitsziele erfüllt, wie Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität und Replay-Schutz. Dabei werden oft abstrakte Modelle der Kryptografie und des Angreiferverhaltens verwendet, um die Komplexität zu beherrschen und wiederkehrende Muster offen zu legen.

Typische Ansätze umfassen formale Spezifikationen mit Logiken wie BAN-Logik oder modal-logische Formulierungen, symbolische Analyse im angewandten pi-Kalkül sowie methodische Beweise oder Modellprüfung. Moderne Verfahren nutzen Tools, die auf Symbolanalyse oder modellprüfenden Methoden basieren. Wichtige Werkzeuge sind ProVerif, der Tamarin Prover und AVISPA. ProVerif arbeitet mit dem angewandten pi-Kalkül und dem Dolev–Yao-Angreifer-Modell, um Eigenschaften wie Vertraulichkeit und Authentizität zu prüfen. Tamarin Prover verwendet Multiset-Rewriting mit zeitlichen Aspekten, um komplexe Protokolle samt zeitabhängiger Ereignisse zu analysieren. AVISPA bietet eine modeling-Sprache und verschiedene Backend-Engines für die automatische Verifikation. Strand-Space-Methoden liefern eine konzeptionelle Sichtweise auf Angriffsvektoren.

Der Verifikationsprozess umfasst in der Regel die Modellierung des Protokolls, die Definition des Angreifer-Modells, die Spezifikation Sicherheitsziele (z. B. Geheimhaltung, Authentizität, Korrespondenzprinzipien) und die Durchführung der Analyse. Herausfordernd sind Abstraktionstiefe, algebraische Eigenschaften von Kryptografie (etwa XOR oder Elliptic-Curve-Operationen) und der damit verbundene Zustandraum. Trotz Grenzen liefert die Protokollverifikation oft frühzeitige Hinweise auf Schwachstellen und unterstützt die sichere Protokollentwicklung.