Урок по криптография

Информацията играе жизненоважна роля в бизнеса, правителството и военните операции, а информацията в неправилни ръце може да струва приходи или дори по-лошо. За да осигури комуникацията, организацията използва криптология, за да шифрова информация – трансформирайки я във формат, който не може да се чете от човек, и обратно.

В тази статия за криптография и мрежова сигурност ще научите как работи криптологията и как да предпазите информацията от неправилни ръце.

Какво е криптография?

Криптографията е изучаването и прилагането на техники, които скриват истинското значение на информацията, като я трансформират в нечетливи за човека формати и обратно.

Да разгледаме един пример. За да изпратите „ОБИЧАМ ЯБЪЛКИ“, замествате всяка буква с третата поредна буква от азбуката, получавайки „K NQXG CRRNGU“. За да го прочете, получателят отстъпва три букви назад, както е показано по-долу.

Преобразуването на информацията във форма, която не е четлива за човек, се нарича криптиране, а обръщането му се нарича декриптиранеКриптираният резултат е известен като шифър.

Декриптирането използва секретен ключ, известен само на легитимните получатели. Тъй като ключът е необходим, комуникацията остава защитена дори когато атакуващ прихване шифъра, което няма смисъл без него.

Характеристики на криптографията

Криптографската система се оценява по характеристиките, посочени по-долу.

Особеност	Какво означава
алгоритъм	Публикуваната математическа процедура, извършваща трансформацията.
Поверителност	Само притежателите на ключа могат да четат защитените данни.
Integrity	Всяка промяна в данните е откриваема.
Приспособимост	Схемата се настройва към различни размери на ключове и нива на заплаха.
Оперативна съвместимост	Различни системи и доставчици обменят защитени данни.
заверка	Произходът на съобщението може да бъде доказан.
скалируемост	Производителността се запазва с нарастването на обемите данни.
Управление на ключовете	Ключовете се генерират, съхраняват, ротират и пенсионират безопасно.

Приложения на криптографията

Тези характеристики се превръщат в ежедневни услуги, на които хората разчитат, без да забелязват.

Приложение	Как се използва криптографията
TLS криптиране	Защитава трафика между браузър и уебсайт.
Съхранение на парола	Съхранява солени хешове вместо четими пароли.
Онлайн банкиране	Осигурява сигурност на транзакциите и проверява банката.
Cryptocurrency	Подписва транзакции и свързва блокове с хешове.
Шифрован имейл	Запазва съдържанието на съобщенията поверително при пренос и съхранение.
Digiталски подписи	Доказва авторството и че документът е непроменен.
Сигурни съобщения	Прилага криптиране от край до край между устройствата.
E-търговия	Защитава данните на картата по време на плащане.

Какво е криптоанализ?

Криптоанализът е изкуството да се дешифрират съобщения без ключа, използван за тяхното криптиране. Той прилага математически анализ и алгоритми за дешифриране на шифри и се използва както за пробиване на системи, така и, в защита, за измерване на степента на защита, която предлага даден алгоритъм.

Успехът на криптоанализа зависи от:

• Налично време
• Налична изчислителна мощност
• Наличен капацитет за съхранение

Следните са често обсъжданите криптоанализ атаки:

• Атака с груба сила — опитва всяка възможна комбинация от открития текст или ключ, шифрирайки всяка една и сравнявайки я с оригиналния шифър.
• Атака на речника — използва списък с думи, за да съпостави или открития текст, или ключа. Използва се най-вече, когато се опитвате да кракване на криптирани пароли.
• Rainbow table атака — сравнява шифрования текст с предварително изчислени хешове, за да намери съвпадения. Посоляването на всяка съхранена парола го обезсилва.

Какво е криптология?

Криптологията е общата област, обединяваща криптографията и криптоанализа. И двете половини са важни: на един алгоритъм се има доверие само след като криптоаналитиците са се опитали и са се провалили да го разбият.

Encryption Algorithms

Алгоритмите по-долу се появяват многократно в работата по сигурността. Обърнете внимание кои остават одобрени и кои оцеляват само в наследени системи.

• MD5 — съкращение от Message-Digest 5, то генерира 128-битови хеш стойности. MD5 е хеш функция, а не криптиране, така че по дизайн не може да бъде обърнат. Не е устойчив на колизии — два различни входа могат да генерират един и същ хеш — и е неподходящ за пароли или подписи.
• SHA — съкращение от Secure Hash Algorithm (алгоритъм за сигурен хеш), това семейство генерира кондензирани представяния на съобщение, наречени дайджест на съобщение:
  • SHA-0: произвежда 160-битови хеш стойности. Беше оттеглен поради сериозен недостатък и заменен от SHA-1.
  • SHA-1: произвежда 160-битови хеш стойности. Практически сблъсък беше демонстриран през 2017 г. и NIST го забрани за цифрови подписи, така че го избягвайте.
  • SHA-2: семейство от шест функции, включително SHA-256 и SHA-512, работещи съответно с 32-битови и 64-битови думи. И двете остават одобрени.
  • SHA-3: стандартизиран през 2015 г. и известен преди като Keccak, той използва различен вътрешен дизайн като резервно копие на SHA-2.
• AES — Advanced Encryption Standard е симетричният блоков шифър, който защитава повечето данни в покой и по време на пренос днес, със 128-, 192- и 256-битови ключове. Той замени DES и е шифърът по подразбиране за новите системи.
• RC4 — поточен шифър, някога често срещан в Secure Sockets Layer (SSL) и Wired Equivalent Privacy (WEP). И двата протокола са остарели, а RFC 7465 забранява RC4 във всяка версия на TLS през 2015 г. Той е оцелял тук като учебен пример.
• Blowfish — ключов симетричен блоков шифър, използван исторически за пароли и файлове. 64-битовият му размер на блока прави AES по-добрия съвременен избор.

В перспектива, NIST публикува първите си постквантови стандарти през август 2024 г. — ML-KEM за обмен на ключове, ML-DSA и SLH-DSA за подписи — които постепенно ще заменят днешните алгоритми с публичен ключ.

Хакерска дейност: Как да създадете шифър с помощта на CrypTool

В това практическо упражнение с CrypTool ще създадете прост шифър с RC4 и след това ще го възстановите чрез груба сила анализ, приемайки, че ключът е известен като 24-битов. Целта е да се покаже защо краткият ключ и разбитият шифър не предлагат реална защита.

Създаване на RC4 Stream Cipher

Стъпка 1) Изтеглете и инсталирайте CrypTool

CrypTool 1 е образователен инструмент с отворен код за криптология. Активната разработка оттогава се премести в CrypTool 2, но версия 1.4.42 все още работи на... Windows и съответства на екраните по-долу. Изтеглете го от cryptool.org.

Стъпка 2) Отворете CrypTool и заменете текста

Фразата за криптиране е Никога не подценявайте решимостта на дете, което е богато на време и бедно на париКлючът е 00 00 00.

• Отворете CrypTool 1.

• Заменете текста с горната фраза.

Стъпка 3) Шифроване на текста

• Щракнете върху менюто Шифроване/Дешифриране.

• Посочете към Симетрично (модерно) и след това изберете RC4.

Стъпка 4) Изберете ключа за криптиране

• Изберете 24 бита като дължина на ключа.
• Задайте стойността на 00 00 00.
• Щракнете върху „Шифроване“, за да генерирате стрийминг шифъра по-долу.

Атакуване на потоковия шифър

Стъпка 5) Започнете анализа

• Щракнете върху менюто Анализ.

• Посочете Симетрично криптиране (модерно) и след това изберете RC4.

• Предположението е 24-битов секретен ключ, така че изберете 24 бита като дължина на ключа.
• Щракнете върху Старт.

• Забележка: Времето, необходимо за обработка, зависи от капацитета на използваната машина и от дължината на ключа. По-дълъг ключ отнема повече време, поради което съвременните ключове са 128 бита или повече.

Стъпка 6) Анализирайте резултатите

• Когато анализът приключи, кандидат-ключовете се показват подредени както следва.

• Забележка: По-ниската стойност на ентропията обикновено показва правилния резултат, въпреки че по-високата може да е правилна.
• Изберете реда, който се чете като разумен текст, след което щракнете върху „Приеми селекцията“.

Въпроси и Отговори