C.Spreckelsen, K.Spitzer

AACHEN
Medizinische Informatik
Datensicherheit, Authentifikation und Signatur bei der
Durchführung von Online-Prüfungen
C.Spreckelsen, K.Spitzer
Institut für Med. Informatik, RWTH Aachen, Pauwelsstraße 70, 52074 Aachen. email: {cspreckelsen|spitzer}@mi.rwth-aachen.de
Ziele
Java
Servlet
Engine
- Sichere Durchführung von Online-Prüfungen.
HTTP
Server
Browser
Java
Virtual
Machine
HTTPS
Sealed Object
- Verbesserung der didaktischen Ausrichtung:
Stärkere Gewichtung von Kompetenztests [1,2],
Sealed BLOB (optional)
Datenbank
Verminderung reiner Wissensabfragen.
- Verringerung des administrativen Aufwands von
Klausuren [2].
Ansatz
Schema 1: Geschützte Datenkommunikation zwischen Client und Server.
Primäres Protokoll HTTPS. Zusätzlich gesicherte Applet-to-Servlet-Kommunikation
ermöglicht Manipulations- und Zugriffsschutz bis hin zum Datenbankeintrag selbst.
Implementiert wurde eine webbasierten Umgebung zur
Durchführung von Online-Prüfungen. Das SSL-verschlüsselte Hypertext Transfer Protocol (HTTPS) wurde
HTTPS
Sessiondaten
Sealed Object
Benutzerdaten
Sealed BLOB
Nutzdaten
dazu erweitert. Ein Testats wird zur individuellen Bearbeitung mittels Transaktionsnummern freigeschaltet.
Eine Session-Protokollierung erfolgt kontinuierlich.
Zur Absicherung gegen Datennetzausfälle werden die
Klausurdaten redundant auf Server und Client gehalten.
Eingereichte Ergebnisse werden digital signiert [2].
Implementierung
Schema 2: Verschachtelter Schutz: HTTPS übernimmt die Serverauthentifizierung und
transportiert eine Sessionidentifikation. Die Authentifizierung von Session und Benutzer
erfolgt über Java Sealed Objects. Nutzdaten lassen sich ab Client zusätzlich verschlüsseln
Studierende nutzen ein Online-Testat auf Standardbrowsern (mit Java-Plugin). Technische Basis sind
Klausurdaten
Erzeugung
eines Key-Pairs
HTML und JavaApplets. Serverseitig wird Tomcat als
1: A
2: AB
3: D
4: DE
5: ACE
6: „PMID: 15375515“
7: „Guillain-Barre syndrome“
Http-Server und Servlet-Engine verwendet. Die Persistenzschicht nutzt eine MySQL-Datenbank mittels
Public-Key
Signieren
des Testats
Private-Key
Normalisieren
der Zeichenkette
JDBC. Zur Implementierung der kryptographischen
Funktionalität wurde die Java Cryptography Extension
eingesetzt (JCE).
A;AB;D;DE;ACE;‘PMID: 15375515‘;‘Guillain-Barre syndrome‘
Berechnung
des Hashwerts
Anwendung
Die Online-Testate wurden im Querschnittsbereich
1ab024769052417cdb37a62c88635d584b481485
RIPEMD-160 Hash
Epidemiologie, Biometrie und Informatik und im OK3Private-Key
Verschlüsselung
des Hashwerts
Kurs nach alter Approbationsordnung an der medizinischen Fakultät Aachen durchgeführt.
Private-Key
Public-Key
Teilnehmerzahl im WS 2003/04: 189 Studierende,
3930febef8b4f5feb822d39dcc8bc7cc5de080b1
Teilnehmerzahl im SS 2004: 116 Studierende
Lost-Key-Signatur
Löschung
(überprüfbar am quelloffenen Programm)
Klausurdaten
1: A
2: AB
3: D
4: DE
5: ACE
6: „PMID: 15375515“
7: „Guillain-Barre syndrome“
Praxiserfahrung
Die Online-Testate fanden in Kleingruppen statt. Die
Signatur & Public Key
Gruppenstärke betrug 18 Personen.
Serverseitige Ausfälle: 0%.
Normalisieren
der Zeichenkette
Netzausfall (Router des Rechenzentrums): 7%
Verifizieren
des Testats
Fehlbedienungen: 17% Fälle (Schließen des Browsers,
J;N;J;5;1;‘PMID: 15375515‘;‘Guillain-Barre syndrome‘
Versehendliches Abschalten des Rechners) -> 2. TAN
Berechnung
des Hashwerts
Verlust an Klausurdaten: 0%
Vergleich
Literatur
[1] Veloski JJ, Rabinowitz HK, Robeson HR, Young PR. Patients don't present with five
choices: An alternative to multiple-choice tests in assessing physicians competence.
Academic Medicine 1999; 74(5): 539-546.
[2] Peterson MW, Gordon J, Elliott S, Kreiter C. Computer-based testing: initial report
Public-Key
3089ab14aa81d6bde56875fe3f16f3e075a08a31
3089ab14aa81d6bde56875fe3f16f3e075a08a31
Entschlüsselung
des Hashwerts
3930febef8b4f5feb822d39dcc8bc7cc5de080b1
of extensive use in a medical school curriculum. Teach Learn Med 2004; 16(1):51-9.
[3] Gesetz über Rahmenbedingungen für elektronische Signaturen und zur Änderung
weiterer Vorschriften. BGBl. I 2001; 22: 876-884.
Schema 3: Quittieren und Verifizieren der Klausurergebnisse. Studierende und Prüfer
nutzen zur Verifikation die selben Daten: Klausur, Signatur und (lonely) Public Key