Das Internet war ein Segen für das Leben vieler Menschen auf der Welt und eröffnete neue und unerwähnte Möglichkeiten. Die wachsende Verfügbarkeit von Rechenressourcen gestattete es, Daten in einem solchen Umfang zu sammeln, kompilieren, speichern und zu verarbeiten, sowie diese zu interpretieren, wie es in der in der Vergangenheit nicht vorstellbar gewesen ist. Die Kombination aus Internet und Rechenleistung hat zu einer Welt geführt, in der jedes Jahr mehr Daten erzeugt werden als jemals zuvor und zum Nutzen der gesamten Gesellschaft gesammelt werden können. Doch hinter all dem Glanz lauern auch Gefahren. Hierzu zählt die Verletzung des Datenschutzes und der Privatsphäre, welche verschiedensten Arten auftreten kann: neugierige Firmenangehörige, gehackte Datenbanken und der staatliche Eingriff von zentralisierten Behörden auf die Internet-Infrastruktur.

Secure Multi-Party Computation (MPC) ist ein kryptografisches Werkzeug für datenschutzfreundliche Berechnungen. MPC ermöglicht es mehreren Entitäten gemeinsame Berechnungen auf Basis ihrer privaten Eingaben durchzuführen und dabei nur das Endergebnis offenzulegen. Obwohl die theoretischen Grundlagen für die Variante mit zwei Parteien, die Two-Party Computation (2PC), bereits in den 1980er Jahren bekannt wurden, hat die MPC trotz seiner Vorteile noch keine breite Anwendung gefunden. MPC kann nicht nur verwendet werden um Daten sicher zu verarbeiten, sondern auch, wenn kryptografische Daten wie Signierschlüssel sicher aufbewahrt werden sollen.

In dieser Arbeit nutzen wir MPC zur Absicherung der Internet-Infrastruktur. Während MPC bereits in vielen Applikationen Anwendung findet, so wurde es bisher noch nicht für die Absicherung von Internet-Infrastrukturen benutzt. Um MPC praxistauglich darzustellen, müssen mehrere Herausforderungen in dieser Arbeit besprochen werden. Zunächst stellen wir fest, dass die praktische Leistung von 2PC durch den Einsatz verschiedener Transportschichtprotokolle verbessert werden kann. Auf Basis dieser Beobachtung entwickeln wir ein Framework, das die Integration von Transportschichtprotokollen in 2PC-Implementierungen automatisiert. Wir zeigen durch umfangreiche Evaluierungen, dass die Effizienz, die durch die Verwendung besserer Transportschichtprotokolle gewonnen wird, manchmal viel größer ist als die, die durch die Verwendung stärkerer Sicherheitsannahmen erreicht werden kann.

Im zweiten Teil wird auf ein anwendungsnahes Sicherheitsproblem eingegangen, bei dem Mechanismen zur Absicherung grundlegender Protokolle der Internet-Infrastruktur, wie Routing und Domain-Name-System, auf zentralisierte Autoritäten angewiesen sind. Insbesondere werden Signaturschlüssel, die in Sicherheitsmechanismen für die Internet-Infrastruktur von Domain-Besitzern und Besitzern von Internet-Nummern-Ressourcen gehalten werden sollten, stattdessen an zentralisierte Behörden ausgelagert. Dennoch, Schwachstellen sowie Interessenkonflikte machen oft die Vertrauensvoraussetzungen für praktische Zwecke ungeeignet. Wir ersetzen das Vertrauen in zentralisierte Autoritäten durch den Entwurf von Systemen, die MPC verwenden und dadurch Vertrauen erwecken.

Schließlich entwerfen und implementieren wir effiziente Schwellwert-Signaturprotokolle, eine spezifische Instanz von MPC, die wir zur Verbesserung der Sicherheit der Internet-Infrastruktur einsetzen. Unser Entwurf verwendet eine generische Transformation, um im Wesentlichen jedes MPC-Protokoll in ein ebenso sicheres und effizientes Protokoll zu verwandeln, das Signaturen in einer Schwellwert-Umgebung berechnet. Unser Entwurf ist der erste, der eine Vorverarbeitung unterstützt (unabhängig von der zu signierenden Nachricht und dem Schlüssel, der zum Signieren verwendet wird), was für die praktische Effizienz entscheidend ist, da es im Vergleich zum Ansatz, bei dem zentrale Behörden für die Schlüssel zuständig sind, nur minimalen Overhead verursacht.