TU Graz/ TU Graz/ Services/ News+Stories/

Kryptografin mit Vorliebe für Buntstifte

12.02.2019 | Planet research | FoE Information, Communication & Computing | Young Talents |

Von Birgit Baustädter

Kryptografin Maria Eichlseder versteckt unsere Nachrichten vor neugierigen Augen, die sie nicht mitlesen sollen. Mit ihrer Liebe zu Papier trotzt sie dem klassischen Bild einer Informatikerin.

Gerne auch mal offline: Die Forscherin arbeitet oft auf Papier und bekritzelt ihre Ausdrucke mit Buntstift. © Lunghammer – TU Graz

Die Sonne scheint durch das lange Dachflächenfenster in den ersten Stock der Inffeldgasse 16. Sie streift die Betonwände, bringt das silberne Geländer zum Glänzen und versorgt die großblättrigen Topfpflanzen mit Energie. Aus einer der vielen silbernen Bürotüren spaziert Maria Eichlseder in Richtung Kaffeeküche. „Mein Büro teile ich mit einem Kollegen. Hier ist es ruhiger“, sagt sie und wird direkt vom Rattern der Kaffeemaschine unterbrochen, die die Bohnen zu feinem Pulver zermalmt. Auch wenn die gelbe Couch in der Kaffeeküche gemütlicher ist, erzählt die 30-Jährige zuerst von ihrem Büro. Denn es hat etwas Besonderes – eine ganz besonders erfolgsversprechende Atmosphäre: 2018 hat die Wissenschafterin ihre Dissertation abgeschlossen – sub auspiciis. Genauso wie ihre beiden Kollegen, die das Büro vor ihr genutzt haben. Sub auspiciis bedeutet, nicht nur das Studium mit Bestnoten abzuschließen, sondern auch alle Oberstufenklassen und die Matura mit ausgezeichnetem Erfolg beendet zu haben.

Mittlerweile ist die Kaffeemaschine wieder still. Dampfend frischer Kaffee fließt in eine Tasse. Auf der anderen Seite der Küche strahlt ein Whiteboard im Sonnenlicht. Es ist voll beschrieben mit Zahlen, Buchstabenfolgen und Formeln. Zündende Ideen haben hier offenbar nicht einmal vor der Kaffeepause den gebührenden Respekt. Auf einer kleinen, freien Stelle zeichnet Maria Eichlseder eine Skizze, die ihre Arbeit erklärt.

Eine junge Frau steht neben einem Whiteboard und zeichnet mit schwarzem Stift eine Box. Oben steht ein M und ein Pfeil zeigt auf die Box, seitlich ein K ebenfalls mit einem Pfeil auf die Box, unten ein C mit einem Pfeil von der Box weg. In der Box steht ein E und eine rote Pyramide.

So geht Verschlüsselung: Wir bauen eine Kiste, stecken oben eine Nachricht hinein, legen einen geheimen Schlüssel dazu und schütteln kräftig. Heraus kommt die unleserlich verschlüsselte Nachricht – der Ciphertext. Sieht einfach aus, ist es aber nicht.

„Ich will Nachrichten so übertragen können, dass sie unterwegs niemand lesen oder verändern kann“, erklärt Eichlseder die Grundidee ihrer Arbeit am TU Graz-Institut für Angewandte Informationsverarbeitung und Kommunikationstechnologie. Dafür nutzt sie ein authentifiziertes Verschlüsselungsverfahren: Es stellt zum einen sicher, dass die Nachricht unleserlich und gegen Veränderungen immun übertragen wird. Zum anderen bietet es gleichzeitig eine Möglichkeit, dies zu überprüfen und zu bestätigen.

Die skizzierte Kiste symbolisiert den Algorithmus – den Cipher –, den die Forschenden schreiben und der die Anweisungen enthält, was mit der Nachricht geschehen soll. Diese Art der Verschlüsselung nennt sich symmetrische Verschlüsselung – sowohl für das Verschlüsseln als auch für das Entsperren der Nachricht ist ein geheimer Schlüssel notwendig. Der Schlüssel ist ein kleines Stück Information, das den Algorithmus vervollständigt.

Ich will Nachrichten so übertragen können, dass sie unterwegs niemand lesen oder verändern kann.

Damit der Verschlüsselungsprozess absolut sicher und zuverlässig ist, arbeitet die internationale Forschungs-Community oft jahrelang zuerst am Design und später an der Analyse neuer Algorithmen. „Ein Sprichwort lautet: Jeder und jede kann einen Algorithmus bauen, den er oder sie selbst nicht knacken kann“, verrät Eichlseder. „Deshalb ist es wichtig, auch andere Personen mit neuen Ideen und unterschiedlichen Blickwinkeln auf die eigene Arbeit loszulassen.“ Das Mittel zum Zweck sind lange, internationale Wettbewerbe. Das Team rund um Eichlseder entwickelte 2014 beispielsweise einen Algorithmus, der speziell auf CPUs mit eingeschränkten Rechenfähigkeiten stabil arbeitet und der vor allem in Zusammenhang mit smarten Gegenständen und für die Industrie 4.0 relevant ist. Der Algorithmus schlägt sich gut und ist mittlerweile unter den Finalisten der CAESAR-Challenge. Im Idealfall bringt die Competition so am Ende einen neuen Verschlüsselungsstandard hervor.

Neben dem Design neuer Algorithmen hat sich Eichlseder darauf spezialisiert, bestehende Algorithmen zu analysieren. „Mich interessiert, ob der Ciphertext (Anm.: Geheimtext) statistische Informationen preisgibt, mit denen Hacker die Nachricht entschlüsseln können“, erklärt Eichlseder. Das können zum Beispiel häufig vorkommende Zeichen sein oder aber auch nur die Zeitspanne die der Algorithmus braucht, um eine bestimmte Nachricht zu verschlüsseln.

Mit Buntstiften bewaffnet ist die Arbeit leichter

Mit einer Tasse frisch gebrühten Kaffees in der Hand schlendert die Forscherin wieder zurück in ihr Büro. Vorbei an der offenen Bürotür, hinter der Daniel Gruss, Moritz Lipp und Michael Schwarz arbeiten. Die drei Forscher haben Anfang 2018 gemeinsam mit ihrem Dissertations-Betreuer Stefan Mangard die Sicherheitslücken Meltdown und Spectre entdeckt und über Wochen die internationalen Schlagzeilen gefüllt.

Der Schreibtisch im lichten Büro der Informatikerin offenbart dann Unerwartetes: stapelweise ausgedruckte Papierseiten und ein silbernes Körberl voll mit grünen, roten, rosaroten, gelben, pinken, schwarzen, orangen, blauen und braunen Buntstiften. Sie möge die Arbeit auf Papier, erzählt Eichlseder: „Da kann ich mich und meine Ideen besser ausbreiten. Die Arbeit am Computer ist sehr linear.“ Forschungsarbeiten ihrer Kolleginnen und Kollegen liest sie ebenfalls in der gedruckten Version. Zumeist sitzend in einem schon etwas in die Jahre gekommenen Ledersessel, der gerade deshalb wahnsinnig gemütlich ist und schon ihren Bürovorgängerinnen und -vorgängern gute Dienste geleistet hat. „Manchmal lese ich auch zu Hause – mit der Katze am Schoß geht es gleich noch einmal leichter“, erzählt sie lachend.

Vielfärbige Buntstifte in einem Glas

Stifte so bunt wie ein Blumenstrauß im Frühling: Wenn sie Theorien entwickelt, Ideen skizziert oder Beweise führt, dann tut Maria Eichlseder das gerne auf Papier.

Lesestoff hat Eichlseder genug. Die Kryptografie ist ein reges Forschungsgebiet, das unzählige Publikationen hervorbringt. Ein Grund für das hohe Veröffentlichungsaufkommen ist die Art und Weise, wie in diesem Fachgebiet publiziert wird: „Wenn ich eine Sicherheitslücke finde, will ich sie sofort kommunizieren. Und nicht erst einem Verlag schicken und mit langen Verzögerungen veröffentlichen. In der Community ist es üblich, viele zeitkritische Entdeckungen auf der Onlineplattform Cryptology ePrint Archive vorab zu teilen und erst später in Journals zu veröffentlichen. So mache ich meine Ergebnisse direkt für andere nutzbar.“

Ein Blitz aus heiterem Himmel

Dass ihr Buntstiftkörberl heute auf einem Schreibtisch an der TU Graz steht, war lange Zeit nicht abzusehen. Als Schülerin interessierte sich Eichlseder für Sprachen, wollte sich mit Linguistik beschäftigen. Mit 17 traf sie metaphorisch ein Blitz aus heiterem Himmel. „Damals habe ich zum ersten Mal von der asymmetrischen Verschlüsselung gehört und war vom ersten Moment an völlig fasziniert.“ Bei der asymmetrischen Verschlüsselung wird – im Gegensatz zur vorher beschriebenen symmetrischen Verschlüsselung – ein zweigeteilter Schlüssel verwendet. Ein Teil des Schlüssels ist öffentlich bekannt und für alle sichtbar. Beliebig viele Sendende können diesen Teil nutzen, um eine Botschaft unleserlich zu machen. Der zweite Teil des Schlüssels ist nur dem Empfangenden bekannt. Nur mit diesem Teil verwandelt sich die Botschaft wieder in lesbaren Klartext. „Das war für mich so unglaublich unlogisch, dass ich mich weiter damit befassen musste. Je mehr ich in diese Welt eingetaucht bin, desto mehr habe ich erkannt, wie wichtig sie ist. Es geht in die Tiefe und hat Substanz.“

Eine junge Frau steht hinter einem Computerbildschirm und hat eine Hand auf ihn gelegt. Der Computerbildschirm ist blau und voll mit weißer Schrift.

Heute Alltag: Zu Beginn ihres Studiums hatte Maria Eichlseder erst sehr wenig selbst programmiert. Beirren ließ sie sich davon aber nicht und fand bald großen Gefallen daran.

„Geschadet hat es aber auch nicht, dass meine Mutter Physikerin und mein Vater Verbrennungsmotorenforscher ist. Beide haben mir vorgelebt, wie viel Spaß Technik und Naturwissenschaften machen können“, erzählt sie heute. Ohne große Programmierkenntnisse aus der Schule inskribierte sie für die zwei Bachelorstudien Mathematik und Informatik. „Obwohl vor allem das Programmieren für mich völliges Neuland war, machte es mir gleich vom ersten Semester Spaß und ich habe schnell nachlernen können.“ Auch davon, als Frau zur Minderheit in ihrem Studienzweig zu gehören, ließ sie sich nicht beeindrucken: „Man muss sich schon erst daran gewöhnen, oft die einzige Frau im Raum zu sein. Aber schwerer war es deshalb für mich nicht“, erzählt sie lachend. Ihrer Liebe zu Sprachen ist sie indes trotzdem treu geblieben – „zum Ausgleich“ lernte sie neben dem Studium Arabisch, Chinesisch und Russisch.

„Meine Zukunft liegt in der akademischen Forschung“

Die Kaffeetasse ist mittlerweile wieder leer. Ob die Maschine in der Institutsküche weiterhin Kaffee für Maria Eichlseder kochen wird, ist noch unsicher. Aber: „Ich möchte in Graz bleiben, wenn es eine Möglichkeit dazu gibt. Aber egal, wo es mich hin verschlägt: Meine Zukunft sehe ich in der akademischen Forschung.“

Dieses Forschungsgebiet ist im FoE „Information, Communication & Computing verankert, einem der fünf Stärkefelder der TU Graz.
Mehr Forschungsnews aus diesen Bereichen finden Sie auf Planet research.

Kontakt

Maria EICHLSEDER
Institut für Angewandte Informationsverarbeitung und Kommunikationstechnologie
Inffeldgasse 16a
8010 Graz
Tel.: +43 316 873 5503
maria.eichlsedernoSpam@tugraz.at