Krüptograafia õpetus
Oliver Jones
⚡ Nutikas kokkuvõte
Krüptograafia kaitseb teavet, muutes selle inimesele loetamatuks vormiks, mida saab tagasi pöörata ainult õige võtme omanik, ning see leht käsitleb selle funktsioone, rakendusi, algoritme ja praktilist CrypTooli harjutust.
Informatsioonil on äri-, valitsus- ja sõjalistes operatsioonides ülioluline roll ning valedesse kätesse sattunud informatsioon võib maksta tulu või tekitada veelgi hullemaid tagajärgi. Suhtluse turvaliseks muutmiseks kasutab organisatsioon informatsiooni krüptograafiat – teisendades selle inimloetamatusse vormingusse ja tagasi.
Selles krüptograafiat ja võrguturvalisust käsitlevas artiklis saate teada, kuidas krüptoloogia töötab ja kuidas hoida teavet valede käte eest.
Mis on krüptograafia?
Krüptograafia on selliste tehnikate uurimine ja rakendamine, mis varjavad teabe tegelikku tähendust, muutes selle inimloetamatuks vorminguks ja tagasi.
Võtame näiteks ühe lause „MA ARMASTAN ÕUNU“ saatmiseks asendatakse iga täht tähestiku kolmanda järjestikuse tähega, mille tulemuseks on „K NQXG CRRNGU“. Selle lugemiseks astub saaja kolm tähte tagasi, nagu allpool näidatud.
Informatsiooni viimist inimloetavale kujule nimetatakse krüpteerimistja selle tagasipööramist nimetatakse dekrüpteerimineKrüpteeritud tulemust nimetatakse a-ks. salakiri.
Dekrüpteerimiseks kasutatakse salajast võtit, mis on teada ainult seaduslikele saajatele. Kuna võti on vajalik, jääb side turvaliseks isegi siis, kui ründaja šifri pealt kuulab, mis ilma selleta poleks mõttekas.
Krüptograafia omadused
Krüptograafilist süsteemi hinnatakse allpool loetletud omaduste põhjal.
| tunnusjoon | Mida see tähendab |
|---|---|
| Algoritm | Avaldatud matemaatiline protseduur, mis teisendust teeb. |
| Konfidentsiaalsus | Kaitstud andmeid saavad lugeda ainult võtme omanikud. |
| Integrity | Igasugune andmete muudatus on tuvastatav. |
| Kohanemisvõime | Skeem kohandub erinevate võtmesuuruste ja ohutasemetega. |
| Koostalitlusvõime | Erinevad süsteemid ja müüjad vahetavad kaitstud andmeid. |
| Autentimine | Sõnumi päritolu on võimalik tõestada. |
| Skaalautuvus | Jõudlus püsib andmemahtude kasvades sama. |
| Võtmehaldus | Võtmeid genereeritakse, salvestatakse, vahetatakse ja kustutatakse ohutult. |
Krüptograafia rakendused
Need omadused muutuvad igapäevasteks teenusteks, millele inimesed märkamatult toetuvad.
| taotlus | Kuidas krüptograafiat kasutatakse |
|---|---|
| TLS-krüptimine | Kaitseb brauseri ja veebisaidi vahelist liiklust. |
| Parooli salvestamine | Salvestab loetavate paroolide asemel soolatud räsisid. |
| Online pangandus | Turvab tehingud ja kontrollib panka. |
| Cryptocurrency | Allkirjastab tehingud ja seob plokid räsi abil. |
| Krüptitud e-post | Hoiab sõnumi sisu edastamise ja salvestamise ajal privaatsena. |
| Digital allkirjad | Tõendab autorlust ja dokumendi muutmata jätmist. |
| Turvaline sõnumside | Rakendab seadmete vahel otsast lõpuni krüptimist. |
| E-kaubandus | Kaitseb kaardiandmeid kassas. |
Mis on krüptoanalüüs?
Krüptoanalüüs on sõnumite dekrüpteerimise kunst ilma nende krüpteerimiseks kasutatava võtmeta. See rakendab šifrite dešifreerimiseks matemaatilist analüüsi ja algoritme ning seda kasutatakse nii süsteemide sissemurdmiseks kui ka kaitse eesmärgil algoritmi pakutava kaitse mõõtmiseks.
Krüptoanalüüsi rünnaku edu sõltub:
- Olemasolev aeg
- Arvutusvõimsus saadaval
- Saadaval salvestusmaht
Järgnevalt on toodud levinumad krüptoanalüüsi rünnakud:
- Toore jõu rünnak — proovib kõiki võimalikke tavalise teksti või võtme kombinatsioone, šifreerides igaüks neist ja võrreldes seda algse šifriga.
- Sõnaraamatu rünnak — kasutab sõnaloendit, et leida vaste kas lihttekstile või võtmele. Seda kasutatakse enamasti siis, kui püütakse leida krüptitud paroolide murdmine.
- Vikerkaarelaua rünnak — võrdleb krüptitud teksti eelnevalt arvutatud räsiväärtustega, et leida vasteid. Iga salvestatud parooli soolamine tühistab selle.
Mis on krüptoloogia?
Krüptoloogia on krüptograafiat ja krüptoanalüüsi ühendav valdkond. Mõlemad pooled on olulised: algoritmi usaldatakse alles siis, kui krüptoanalüütikud on proovinud seda lahti murda ja ebaõnnestunud.
Krüpteerimine Algorithms
Allolevad algoritmid esinevad turvatöödes korduvalt. Pange tähele, millised jäävad heakskiidetuks ja millised säilivad ainult pärandsüsteemides.
- MD5 — lühend sõnast Message-Digest 5, genereerib 128-bitiseid räsiväärtusi. MD5 on pigem räsifunktsioon kui krüpteerimist, seega ei saa seda konstruktsiooniliselt tagasi pöörata. See ei ole kokkupõrkekindel – kaks erinevat sisendit võivad tekitada sama räsi – ning ei sobi paroolide ega allkirjade jaoks.
- SHA — lühend sõnadest Secure Hash Algorithm, see algoritmide perekond genereerib sõnumist lühendatud esitusi, mida nimetatakse sõnumi kokkuvõtteks:
- SHA-0: toodab 160-bitiseid räsiväärtusi. See võeti olulise vea tõttu tagasi ja asendati SHA-1-ga.
- SHA-1: toodab 160-bitiseid räsiväärtusi. Praktilist kokkupõrget demonstreeriti 2017. aastal ja NIST keelas selle digitaalallkirjade puhul, seega tuleks seda vältida.
- SHA-2Kuue funktsiooniga perekond, mis sisaldab SHA-256 ja SHA-512, töötades vastavalt 32- ja 64-bitiste sõnadega. Mõlemad on endiselt heaks kiidetud.
- SHA-3: standardiseeritud 2015. aastal ja varem tuntud kui Keccak, kasutab see SHA-2 varukoopiana erinevat sisemist disaini.
- AES — Täiustatud krüpteerimisstandard (Advanced Encryption Standard) on sümmeetriline plokkšiffer, mis kaitseb tänapäeval enamikku andmeid nii puhkeolekus kui ka edastamisel, kasutades 128-, 192- ja 256-bitiseid võtmeid. See asendas DES-i ja on uute süsteemide jaoks vaikeväärtus.
- RC4 — voogšiffer, mis oli kunagi levinud Secure Sockets Layeris (SSL) ja Wired Equivalent Privacy's (WEP). Mõlemad protokollid on aegunud ja RFC 7465 keelas RC4 kasutamise kõigis TLS-i versioonides alates 2015. aastast. See on siin säilinud õppenäitena.
- Keraka — võtmega sümmeetriline plokkšiffer, mida on ajalooliselt kasutatud paroolide ja failide jaoks. Selle 64-bitine ploki suurus teeb AES-ist parema tänapäevase valiku.
Tulevikku vaadates avaldas NIST oma esimesed postkvantstandardid 2024. aasta augustis – võtmevahetuse jaoks ML-KEM, allkirjade jaoks ML-DSA ja SLH-DSA –, mis asendavad järk-järgult tänapäevaseid avaliku võtme algoritme.
Häkkimisülesanne: kuidas luua šifrit CryptTooli abil
Selles praktilises CrypTooli harjutuses lood RC4 abil lihtsa šifri ja seejärel taastad selle toore jõu analüüsi abil, eeldades, et võti on teadaolevalt 24-bitine. Mõte on näidata, miks lühike võti ja katkine šiffer ei paku tegelikku kaitset.
RC4 Stream Cipheri loomine
1. samm) Laadige alla ja installige CrypTool
CrypTool 1 on avatud lähtekoodiga krüptoloogia õppevahend. Aktiivne arendus on sellest ajast alates kolinud CrypTool 2 peale, kuid versioon 1.4.42 töötab endiselt. Windows ja vastab allolevatele ekraanipiltidele. Laadige see alla aadressilt krüptoool.org.
2. samm) Avage CrypTool ja asendage tekst
Krüpteeritav fraas on Ärge kunagi alahinnake lapse otsusekindlust, kes on ajarikas ja rahavaeneVõti on 00 00 00.
- Ava CryptTool 1.
- Asenda tekst ülaltoodud fraasiga.
Samm 3) Krüpteeri tekst
- Klõpsake menüüd Krüpti/dekrüpti.
- Osutage valikule Sümmeetriline (moodne) ja seejärel valige RC4.
4. samm) Valige krüpteerimisvõti
- Valige võtme pikkuseks 24 bitti.
- Määrake väärtuseks 00 00 00.
- Alloleva voo šifri loomiseks klõpsake nuppu „Krüpti”.
Voo šifri ründamine
5. samm) Alustage analüüsi
- Klõpsake menüüd Analüüs.
- Osutage valikule Sümmeetriline krüptimine (moodne) ja seejärel valige RC4.
- Eeldatakse 24-bitist salajast võtit, seega valige võtme pikkuseks 24 bitti.
- Klõpsake nuppu Start.
- Märge: Kuluv aeg sõltub kasutatava masina töötlemisvõimsusest ja võtme pikkusest. Pikem võti võtab kauem aega, mistõttu on tänapäevased võtmed 128 bitti või pikemad.
6. samm) Analüüsige tulemusi
- Kui analüüs lõpeb, kuvatakse kandidaatvõtmed järgmiselt järjestatud kujul.
- Märge: Madalam entroopia väärtus näitab tavaliselt õiget tulemust, kuigi kõrgem võib olla õige.
- Valige rida, mis loeb mõistliku tekstina, ja seejärel klõpsake nuppu Nõustu valikuga.
