Φροντιστήριο κρυπτογραφίας

Οι πληροφορίες διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στις επιχειρήσεις, την κυβέρνηση και τις στρατιωτικές επιχειρήσεις, και οι πληροφορίες που βρίσκονται σε λάθος χέρια μπορούν να κοστίσουν έσοδα ή και χειρότερα. Για να ασφαλίσουν την επικοινωνία, ένας οργανισμός χρησιμοποιεί κρυπτογραφία για να κρυπτογραφήσει πληροφορίες — μετατρέποντάς τες σε μη αναγνώσιμη από τον άνθρωπο μορφή και αντίστροφα.

Σε αυτό το άρθρο για την κρυπτογραφία και την ασφάλεια δικτύων, θα μάθετε πώς λειτουργεί η κρυπτολογία και πώς να κρατάτε τις πληροφορίες μακριά από λάθος χέρια.

Τι είναι η κρυπτογραφία;

Η κρυπτογραφία είναι η μελέτη και η εφαρμογή τεχνικών που αποκρύπτουν την πραγματική σημασία των πληροφοριών, μετατρέποντάς τες σε μη αναγνώσιμες από τον άνθρωπο μορφές και αντίστροφα.

Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα. Για να στείλετε τη φράση «ΑΓΑΠΩ ΤΑ ΜΗΛΑ», αντικαθιστάτε κάθε γράμμα με το τρίτο συνεχόμενο γράμμα του αλφαβήτου, παράγοντας έτσι το «K NQXG CRRNGU». Για να το διαβάσει, ο παραλήπτης κάνει ένα βήμα πίσω τρία γράμματα, όπως φαίνεται παρακάτω.

Η μετατροπή πληροφοριών σε μη αναγνώσιμη από τον άνθρωπο μορφή ονομάζεται κρυπτογράφησηκαι η αντιστροφή της ονομάζεται αποκρυπτογράφησηΤο κρυπτογραφημένο αποτέλεσμα είναι γνωστό ως κρυπτογράφημα.

Η αποκρυπτογράφηση χρησιμοποιεί ένα μυστικό κλειδί που είναι γνωστό μόνο στους νόμιμους παραλήπτες. Επειδή το κλειδί είναι απαραίτητο, η επικοινωνία παραμένει ασφαλής ακόμα και όταν ένας εισβολέας υποκλέψει τον κρυπτογράφο, κάτι που δεν έχει νόημα χωρίς αυτό.

Χαρακτηριστικά της Κρυπτογραφίας

Ένα κρυπτογραφικό σύστημα κρίνεται με βάση τα παρακάτω χαρακτηριστικά.

Χαρακτηριστικό	Τι σημαίνει
Αλγόριθμος	Η δημοσιευμένη μαθηματική διαδικασία που εκτελεί τον μετασχηματισμό.
Εμπιστευτικότητα	Μόνο οι κάτοχοι του κλειδιού μπορούν να διαβάσουν τα προστατευμένα δεδομένα.
Integrity	Οποιαδήποτε αλλαγή στα δεδομένα είναι ανιχνεύσιμη.
Ικανότητα προσαρμογής	Το σχέδιο συντονίζεται σε διαφορετικά μεγέθη κλειδιών και επίπεδα απειλής.
Διαλειτουργικότητα	Διαφορετικά συστήματα και προμηθευτές ανταλλάσσουν προστατευμένα δεδομένα.
Πιστοποίηση	Η προέλευση ενός μηνύματος μπορεί να αποδειχθεί.
Απεριόριστες δυνατότητες	Η απόδοση διατηρείται καθώς αυξάνονται οι όγκοι δεδομένων.
Διαχείριση κλειδιών	Τα κλειδιά δημιουργούνται, αποθηκεύονται, εναλλάσσονται και αποσύρονται με ασφάλεια.

Εφαρμογές Κρυπτογραφίας

Αυτά τα χαρακτηριστικά γίνονται καθημερινές υπηρεσίες στις οποίες οι άνθρωποι βασίζονται χωρίς να το καταλαβαίνουν.

Εφαρμογή	Πώς χρησιμοποιείται η κρυπτογραφία
Κρυπτογράφηση TLS	Προστατεύει την κίνηση μεταξύ ενός προγράμματος περιήγησης και ενός ιστότοπου.
Αποθήκευση κωδικού πρόσβασης	Αποθηκεύει αλατισμένα hashes αντί για αναγνώσιμους κωδικούς πρόσβασης.
Ηλεκτρονική τραπεζική	Ασφαλίζει τις συναλλαγές και επαληθεύει την τράπεζα.
Εκπαίδευσης	Υπογράφει συναλλαγές και συνδέει μπλοκ με hashes.
κρυπτογραφημένων μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου	Διατηρεί το περιεχόμενο των μηνυμάτων ιδιωτικό κατά τη μεταφορά και την αποθήκευση.
Digiυπογραφές	Αποδεικνύει την πατρότητα και ότι ένα έγγραφο δεν έχει αλλάξει.
Ασφαλής ανταλλαγή μηνυμάτων	Εφαρμόζει κρυπτογράφηση από άκρο σε άκρο μεταξύ συσκευών.
Ηλεκτρονικό εμπόριο	Προστατεύει τα στοιχεία της κάρτας κατά την ολοκλήρωση της αγοράς.

Τι είναι η Κρυπτανάλυση;

Η κρυπτανάλυση είναι η τέχνη της αποκρυπτογράφησης μηνυμάτων χωρίς το κλειδί που χρησιμοποιείται για την κρυπτογράφησή τους. Εφαρμόζει μαθηματική ανάλυση και αλγόριθμους για την αποκρυπτογράφηση κρυπτογραφημάτων και χρησιμοποιείται τόσο για την παραβίαση συστημάτων όσο και, αμυντικά, για τη μέτρηση της προστασίας που προσφέρει ένας αλγόριθμος.

Η επιτυχία μιας επίθεσης κρυπτανάλυσης εξαρτάται από:

• Ποσότητα διαθέσιμου χρόνου
• Διαθέσιμη υπολογιστική ισχύς
• Διαθέσιμη χωρητικότητα αποθήκευσης

Οι ακόλουθες είναι οι πιο συχνά συζητούμενες επιθέσεις κρυπτανάλυσης:

• Βίαιη επίθεση — δοκιμάζει κάθε πιθανό συνδυασμό του απλού κειμένου ή του κλειδιού, κρυπτογραφώντας τον καθένα και συγκρίνοντάς τον με τον αρχικό κρυπτογράφο.
• Λεξικό επίθεση — χρησιμοποιεί μια λίστα λέξεων για να αντιστοιχίσει είτε το απλό κείμενο είτε το κλειδί. Χρησιμοποιείται κυρίως όταν προσπαθείτε να σπάσει κρυπτογραφημένους κωδικούς πρόσβασης.
• Επίθεση στο τραπέζι του ουράνιου τόξου — συγκρίνει το κρυπτογραφημένο κείμενο με προ-υπολογισμένα hashes για να βρει αντιστοιχίες. Η προσθήκη κάθε αποθηκευμένου κωδικού πρόσβασης το ακυρώνει.

Τι είναι η Κρυπτολογία;

Η κρυπτολογία είναι ο ευρύτερος τομέας που συνδυάζει την κρυπτογραφία και την κρυπτανάλυση. Και τα δύο μισά έχουν σημασία: ένας αλγόριθμος είναι αξιόπιστος μόνο όταν οι κρυπταναλυτές έχουν προσπαθήσει και αποτύχει να τον παραβιάσουν.

κρυπτογράφηση Algorithms

Οι παρακάτω αλγόριθμοι εμφανίζονται επανειλημμένα σε εργασίες ασφαλείας. Σημειώστε ποιοι παραμένουν εγκεκριμένοι και ποιοι επιβιώνουν μόνο σε παλαιότερα συστήματα.

• MD5 — συντομογραφία του Message-Digest 5, παράγει τιμές κατακερματισμού 128-bit. Το MD5 είναι μια συνάρτηση κατακερματισμού και όχι κρυπτογράφηση, επομένως δεν μπορεί να αντιστραφεί εκ κατασκευής. Δεν είναι ανθεκτικό σε συγκρούσεις — δύο διαφορετικές είσοδοι μπορούν να παράγουν το ίδιο hash — και είναι ακατάλληλο για κωδικούς πρόσβασης ή υπογραφές.
• SHA — συντομογραφία του Secure Hash Algorithm, αυτή η οικογένεια δημιουργεί συμπυκνωμένες αναπαραστάσεις ενός μηνύματος, που ονομάζεται σύνοψη μηνύματος:
  • SHA-0: παράγει τιμές κατακερματισμού 160-bit. Αποσύρθηκε λόγω ενός σημαντικού ελαττώματος και αντικαταστάθηκε από το SHA-1.
  • SHA-1: παράγει τιμές κατακερματισμού 160-bit. Μια πρακτική σύγκρουση αποδείχθηκε το 2017 και το NIST το απαγόρευσε για ψηφιακές υπογραφές, οπότε αποφύγετε το.
  • SHA-2: μια οικογένεια έξι συναρτήσεων, συμπεριλαμβανομένων των SHA-256 και SHA-512, που λειτουργούν με λέξεις 32-bit και 64-bit αντίστοιχα. Και οι δύο παραμένουν εγκεκριμένες.
  • SHA-3: τυποποιήθηκε το 2015 και παλαιότερα γνωστό ως Keccak, χρησιμοποιεί διαφορετικό εσωτερικό σχεδιασμό ως αντίγραφο ασφαλείας του SHA-2.
• AES — το Advanced Encryption Standard είναι το συμμετρικό μπλοκ κρυπτογράφημα που προστατεύει τα περισσότερα δεδομένα που βρίσκονται σε ακινησία και σε μεταφορά σήμερα, με κλειδιά 128, 192 και 256 bit. Αντικατέστησε το DES και είναι το προεπιλεγμένο για τα νέα συστήματα.
• RC4 — ένα κρυπτογράφημα ροής που κάποτε ήταν συνηθισμένο στο Secure Sockets Layer (SSL) και στο Wired Equivalent Privacy (WEP). Και τα δύο πρωτόκολλα είναι ξεπερασμένα και το RFC 7465 απαγόρευσε το RC4 σε κάθε έκδοση του TLS το 2015. Επιβιώνει εδώ ως διδακτικό παράδειγμα.
• Blowfish — ένα συμμετρικό κρυπτογράφημα μπλοκ με κλειδί που χρησιμοποιείται ιστορικά για κωδικούς πρόσβασης και αρχεία. Το μέγεθος μπλοκ 64 bit καθιστά το AES την καλύτερη σύγχρονη επιλογή.

Κοιτώντας μπροστά, το NIST δημοσίευσε τα πρώτα του μετα-κβαντικά πρότυπα τον Αύγουστο του 2024 — το ML-KEM για την ανταλλαγή κλειδιών, το ML-DSA και το SLH-DSA για τις υπογραφές — τα οποία θα αντικαταστήσουν σταδιακά τους σημερινούς αλγόριθμους δημόσιου κλειδιού.

Δραστηριότητα Hacking: Πώς να δημιουργήσετε ένα Cipher χρησιμοποιώντας το CrypTool

Σε αυτήν την πρακτική άσκηση CrypTool, δημιουργείτε έναν απλό κρυπτογράφημα με RC4 και στη συνέχεια τον ανακτάτε με ανάλυση ωμής βίας, υποθέτοντας ότι το κλειδί είναι γνωστό ότι είναι 24 bit. Το θέμα είναι να δείξετε γιατί ένα σύντομο κλειδί και ένα σπασμένο κρυπτογράφημα δεν προσφέρουν πραγματική προστασία.

Δημιουργία του RC4 Stream Cipher

Βήμα 1) Λήψη και εγκατάσταση του CrypTool

Το CrypTool 1 είναι ένα εκπαιδευτικό εργαλείο ανοιχτού κώδικα για την κρυπτολογία. Η ενεργή ανάπτυξη έχει έκτοτε μεταφερθεί στο CrypTool 2, αλλά η έκδοση 1.4.42 εξακολουθεί να εκτελείται. Windows και ταιριάζει με τις παρακάτω οθόνες. Κατεβάστε το από cryptool.org.

Βήμα 2) Ανοίξτε το CrypTool και αντικαταστήστε το κείμενο

Η φράση για την κρυπτογράφηση είναι Μην υποτιμάτε ποτέ την αποφασιστικότητα ενός παιδιού που είναι πλούσιο σε χρόνο και φτωχό σε μετρητάΤο κλειδί είναι 00 00 00.

• Ανοίξτε το CrypTool 1.

• Αντικαταστήστε το κείμενο με την παραπάνω φράση.

Βήμα 3) Κρυπτογραφήστε το κείμενο

• Κάντε κλικ στο μενού Κρυπτογράφηση/Αποκρυπτογράφηση.

• Τοποθετήστε το δείκτη του ποντικιού στην επιλογή Συμμετρική (σύγχρονη) και, στη συνέχεια, επιλέξτε RC4.

Βήμα 4) Επιλέξτε το κλειδί κρυπτογράφησης

• Επιλέξτε 24 bit ως μήκος κλειδιού.
• Ορίστε την τιμή σε 00 00 00.
• Κάντε κλικ στην επιλογή Κρυπτογράφηση για να δημιουργήσετε το παρακάτω κρυπτογράφημα ροής.

Επίθεση στο Stream Cipher

Βήμα 5) Ξεκινήστε την ανάλυση

• Κάντε κλικ στο μενού Ανάλυση.

• Τοποθετήστε τον δείκτη του ποντικιού στην επιλογή Συμμετρική κρυπτογράφηση (σύγχρονη) και, στη συνέχεια, επιλέξτε RC4.

• Η υπόθεση είναι ένα μυστικό κλειδί 24 bit, επομένως επιλέξτε 24 bit ως μήκος κλειδιού.
• Κάντε κλικ στο κουμπί Έναρξη.

• Σημείωση: Ο χρόνος που απαιτείται εξαρτάται από την ικανότητα επεξεργασίας του μηχανήματος που χρησιμοποιείται και από το μήκος του κλειδιού. Ένα μεγαλύτερο κλειδί χρειάζεται περισσότερο χρόνο, γι' αυτό και τα σύγχρονα κλειδιά έχουν μήκος 128 bit ή περισσότερο.

Βήμα 6) Ανάλυση των αποτελεσμάτων

• Όταν ολοκληρωθεί η ανάλυση, τα υποψήφια κλειδιά εμφανίζονται ταξινομημένα ως εξής.

• Σημείωση: Μια χαμηλότερη τιμή εντροπίας συνήθως υποδεικνύει το σωστό αποτέλεσμα, αν και μια υψηλότερη μπορεί να είναι σωστή.
• Επιλέξτε τη γραμμή που διαβάζεται ως λογικό κείμενο και, στη συνέχεια, κάντε κλικ στην επιλογή Αποδοχή επιλογής.

Συχνές Ερωτήσεις