Die Sicherheit digitaler Kommunikation ist heute wichtiger denn je, insbesondere angesichts der zunehmenden Vernetzung kleiner, ressourcenbeschränkter Geräte im Internet der Dinge (IoT). RFC 8152 definiert einen essenziellen Standard namens COSE (CBOR Object Signing and Encryption), der speziell für die sichere Datenübertragung über das effiziente und schlanke Datenformat CBOR konzipiert wurde. COSE stellt eine Reihe moderner Methoden zur Verfügung, mit denen Objekte signiert, verschlüsselt und authentifiziert werden können. Dabei wurde großer Wert darauf gelegt, dass die Mechanismen besonders für kleine Geräte mit begrenzten Speicherkapazitäten und Rechenressourcen geeignet sind. COSE bildet die Schnittstelle zur modernen Verschlüsselung auf Basis von CBOR (Concise Binary Object Representation), einem effizienten Binärformat zur Datenserialisierung.
Im Gegensatz zu JSON, auf dem die ebenfalls verbreitete JOSE-Familie (JSON Object Signing and Encryption) basiert, erlaubt CBOR eine direkte, kompakte Kodierung binärer Daten ohne Umweg über base64, was zu einer signifikanten Reduzierung der Datenmenge führt. RFC 8152 beschreibt, wie COSE als Protokoll Signaturen, Message Authentication Codes und Verschlüsselungen handhabt, ebenso wie die Repräsentation kryptographischer Schlüssel mittels CBOR. Ein primäres Ziel von COSE ist die Bereitstellung eines einheitlichen und konsistenten Formats für sicherheitsrelevante Nachrichten. Dabei werden Strukturen geschaffen, die verschiedene Schutzniveaus und -arten kombinieren können, sodass sowohl Einzelsignaturen direkt auf Payloads als auch komplexe mehrschichtige verschlüsselte Nachrichten mit mehreren Empfängern realisierbar sind. Die COSE-Nachrichten nutzen dabei immer ein Arrayformat, dessen erstes Element die geschützten Header-Parameter als binär kodierte CBOR-Map enthält.
Danach folgen ungeschützte Header als offenes Map-Objekt und anschließend die eigentlichen Inhalte, also Klartext oder verschlüsselte Daten. Ein wesentlicher Aspekt ist die Unterteilung in „protected“ und „unprotected“ Headerfelder. Geschützte Header sind in der Signatur oder Verschlüsselung mit eingeschlossen und können somit nicht unbemerkt verändert werden. Unprotected Header verfügen über keine kryptografische Absicherung und sind vor allem zur Mitnahme von Metadaten gedacht, die im Verlauf der Kommunikation geprüft oder verarbeitet werden müssen, aber nicht Bestandteil der Sicherheit sind. Die Vielfalt der in RFC 8152 behandelten Algorithmen ist bemerkenswert.
Für Signaturen unterstützt COSE unter anderem ECDSA mit verschiedenen Kurven und Hash-Funktionen, sowie die neueren Edwards-Kurven-basierten EdDSA-Signaturen. Diese bieten nicht nur verbesserte Sicherheit, sondern auch Performancevorteile in vielen Umgebungen. Für symmetrische Authentifizierungsverfahren sind HMACs mit SHA-Varianten sowie AES-basierte MAC-Verfahren spezifiziert. Die Inhaltsverschlüsselung kann mit modernen Algorithmen wie AES-GCM oder AES-CCM erfolgen, die gleichzeitig Authentizität und Vertraulichkeit gewährleisten. Eine besondere Erwähnung verdienen ChaCha20 und Poly1305 als alternative AEAD-Algorithmen, die besonders für Systeme ohne Hardwarebeschleunigung von AES interessant sind.
Für den Austausch der verschlüsselten Schlüssel oder MAC-Schlüssel verwendet COSE verschiedene Schlüsselverteilungsverfahren, die in Klassen wie direct (direkter Schlüsselgebrauch), key wrap (Schlüsselverpackung mit symmetrischen Algorithmen), key agreement (z.B. ECDH auf elliptischen Kurven) und key transport (asymmetrische Verschlüsselung) eingeteilt sind. Dabei bestehen flexible Möglichkeiten, Schlüsselmaterial zu erzeugen, zu verteilen und sicher zu verarbeiten. Ein modernes Key-Derivation-Verfahren (HKDF) wird verwendet, um aus gemeinsamen Geheimnissen Schlüssel abzuleiten, die für die eigentliche Verschlüsselung eingesetzt werden.
Die Verwendung eines Kontextobjekts bindet diese Schlüssel klar an Einsatzbereiche und verhindert die Wiederverwendung in falschem Kontext. Ein weiteres Plus von COSE ist die Unterstützung für externe authentifizierte Daten. Damit können zusätzliche Kontextinformationen, die nicht im Payload enthalten sind – wie Netzwerkprotokollheader oder Transaktionsmetadaten – in die Signatur- oder MAC-Berechnung einbezogen werden, um die Übertragungsintegrität sicherzustellen. Dies ist beispielsweise bei Protokollen wie CoAP besonders relevant, da sie Metadata enthalten, die zwar vom Transport getrennt sind, jedoch die Sicherheit der Gesamtnachricht beeinflussen. Neben den algorithmischen Details regelt RFC 8152 auch Kodierungsregeln und stellt sicher, dass COSE-Nachrichten für verschiedenste Implementierungen interoperabel bleiben.
So schreibt es die Verwendung kanonischer CBOR-Darstellungen vor, bei der z.B. Map-Schlüssel eindeutig und in bestimmter Reihenfolge kodiert werden, um signaturrelevante Differenzen auszuschließen. Auch legt es klare Vorgaben zu IANA-Registrierungen von Algorithmen, Parametern, Header-Feldern und Medien-Typen fest, wodurch die Erweiterbarkeit des Standards für zukünftige kryptographische Methoden gewährleistet ist. Die Sicherheitsüberlegungen in RFC 8152 sind umfassend und adressieren typische Fallstricke bei der Verwendung kryptographischer Methoden.
Dazu gehören die korrekte Trennung von Schlüsseln zur Verhinderung von Key-Reuse-Angriffen, die Sicherstellung der Einzigartigkeit von Initialisierungsvektoren, die sorgfältige Wahl von Algorithmen je nach Anwendungsfall, und die Empfehlung, Schlüssel und Algorithmen eindeutig zu binden. Zudem wird darauf hingewiesen, dass Schlüsselmanagement und Vertrauen im Umgang mit kryptographischem Material große Bedeutung haben und nicht vernachlässigt werden dürfen. RFC 8152 ist eine zentrale Referenz für Entwickler und Sicherheitsarchitekten, die sichere und effiziente Kommunikationsprotokolle für IoT, eingebettete Systeme, mobile Geräte oder verteilte Systeme entwickeln möchten. Die Modularität von COSE erlaubt es, den Standard flexibel an verschiedene Bedürfnisse anzupassen und somit in Bereichen mit unterschiedlichen Ressourcenanforderungen eine hohe Sicherheit zu gewährleisten. Neben der theoretischen Definition verfügt RFC 8152 auch über umfangreiche Praxisbeispiele, die konkrete COSE-Nachrichten in der CBOR-Diagnostiknotation zeigen.
Diese Beispiele erleichtern das Verständnis und die Implementierung, da typische Anwendungsfälle wie einfache Einzelsignaturen, Mehrfachsignaturen, verschlüsselte Inhalte mit mehreren Empfängern oder MACs demonstriert werden. Zusammenfassend stellt COSE einen modernen, effizienten und flexiblen Standard für binär kodierte, kryptographisch gesicherte Nachrichten dar. Seine Entwicklung berücksichtigt die Anforderungen heutiger und zukünftiger Kommunikationssysteme, die auf kleinen Geräten, niedrigen Bandbreiten und heterogenen Netzwerken basieren. Durch die Kombination von CBOR als schlankem Datenmodell mit robusten Kryptoalgorithmen und klar definierten Nachrichtentypen trägt COSE wesentlich dazu bei, die Sicherheit des digitalen Austauschs in einer vernetzten Welt sicherzustellen.
