Kryptografian opetusohjelma

Tiedolla on elintärkeä rooli liike-elämässä, hallinnossa ja sotilasoperaatioissa, ja vääriin käsiin joutunut tieto voi maksaa tuloja tai aiheuttaa pahempaa. Viestinnän turvaamiseksi organisaatio käyttää kryptologiaa tiedon salaamiseen – muuntamalla sen ei-ihmisluettavaan muotoon ja päinvastoin.

Tässä kryptografiaa ja verkkoturvallisuutta käsittelevässä artikkelissa opit, miten kryptografia toimii ja miten tiedot pidetään poissa vääristä käsistä.

Mikä on salaus?

Kryptografia on sellaisten tekniikoiden tutkimista ja soveltamista, jotka piilottavat tiedon todellisen merkityksen muuttamalla sen ei-ihmisluettavaan muotoon ja takaisin.

Tarkastellaan esimerkkiä. Lähettääksesi viestin ”I LOVE APPLES” korvaat jokaisen kirjaimen aakkosten kolmannella peräkkäisellä kirjaimella, jolloin tuloksena on ”K NQXG CRRNGU”. Lukemaan sen vastaanottajan on astuttava kolme kirjainta taaksepäin, kuten alla on esitetty.

Tiedon muuttamista ei-ihmisen luettavissa olevaan muotoon kutsutaan salaus, ja sen kääntämistä kutsutaan salauksenSalattua tulosta kutsutaan nimellä salakirjoitus.

Salauksen purkamisessa käytetään salaista avainta, joka on vain laillisten vastaanottajien tiedossa. Koska avain on pakollinen, viestintä pysyy suojattuna, vaikka hyökkääjä sieppaisi salauksen, mikä ei ole järkevää ilman sitä.

Kryptografian ominaisuudet

Kryptografista järjestelmää arvioidaan alla olevien ominaisuuksien perusteella.

Ominaisuus	Mitä se tarkoittaa
algoritmi	Julkaistu matemaattinen menetelmä, joka suorittaa muunnoksen.
Luottamuksellisuus	Vain avaimen haltijat voivat lukea suojattuja tietoja.
Integrity	Kaikki dataan tehdyt muutokset ovat havaittavissa.
Sopeutumiskyky	Järjestelmä mukautuu eri avainkokoihin ja uhkatasoihin.
Interoperability	Eri järjestelmät ja toimittajat vaihtavat suojattuja tietoja.
Authentication	Viestin alkuperä voidaan todistaa.
skaalautuvuus	Suorituskyky pysyy yllä datamäärien kasvaessa.
Avaintenhallinta	Avaimet luodaan, tallennetaan, kierrätetään ja poistetaan turvallisesti.

Kryptografian sovellukset

Näistä ominaisuuksista tulee arkipäiväisiä palveluita, joihin ihmiset luottavat huomaamattaan.

Hakemus	Kuinka kryptografiaa käytetään
TLS-salaus	Suojaa selaimen ja verkkosivuston välistä liikennettä.
Salasanan tallennus	Tallentaa suolattuja tiivisteitä luettavien salasanojen sijaan.
Verkkopankki	Suojaa tapahtumat ja varmentaa pankin.
kryptovaluutta	Allekirjoittaa transaktiot ja linkittää lohkot tiivisteillä.
Salattu sähköposti	Pitää viestien sisällön yksityisenä siirron ja tallennuksen aikana.
Digitalleja allekirjoituksia	Todistaa tekijänoikeuden ja sen, että asiakirjaa ei ole muutettu.
Suojattu viestintä	Käyttää päästä päähän -salausta laitteiden välillä.
Verkkokaupan	Suojaa korttitietoja kassalla.

Mikä on kryptaanalyysi?

Kryptoanalyysi on viestien salauksen purkamisen taito ilman niiden salaamiseen käytettyä avainta. Se soveltaa matemaattista analyysia ja algoritmeja salauskoodien tulkitsemiseen, ja sitä käytetään sekä järjestelmien murtautumiseen että puolustustarkoituksessa algoritmin tarjoaman suojan mittaamiseen.

Kryptoanalyysihyökkäyksen onnistuminen riippuu:

• Käytettävissä oleva aika
• Laskentateho käytettävissä
• Varastointikapasiteettia saatavilla

Yleisimmin käsitellyt kryptoanalyysihyökkäykset ovat seuraavat:

• Brute force hyökkäys — kokeilee kaikkia mahdollisia selkotekstin tai avaimen yhdistelmiä, salaa jokaisen ja vertaa sitä alkuperäiseen salaukseen.
• Sanakirjahyökkäys — käyttää sanalistaa joko selkotekstin tai avaimen löytämiseksi. Sitä käytetään enimmäkseen yritettäessä murtaa salattuja salasanoja.
• Sateenkaaripöytähyökkäys — vertaa salattua tekstiä ennalta laskettuihin tiivisteisiin löytääkseen osumia. Kunkin tallennetun salasanan suolaaminen kumoaa sen.

Mikä on kryptologia?

Kryptologia on kryptografian ja kryptoanalyysin yhdistävä ala. Molemmilla puoliskolla on merkitystä: algoritmiin luotetaan vasta, kun kryptoanalyytikot ovat yrittäneet ja epäonnistuneet murtamaan sen.

Salaus Algorithms

Alla olevat algoritmit esiintyvät toistuvasti tietoturvatyössä. Huomaa, mitkä niistä pysyvät hyväksyttyinä ja mitkä säilyvät vain vanhoissa järjestelmissä.

• MD5 — lyhenne sanoista Message-Digest 5, se tuottaa 128-bittisiä hajautusarvoja. MD5 on hajautusfunktio eikä salaus, joten sitä ei voida peruuttaa rakenteensa puolesta. Se ei ole törmäysnkestävä – kaksi eri syötettä voi tuottaa saman tiivisteen – eikä sovellu salasanoille tai allekirjoituksille.
• SHA — lyhenne sanoista Secure Hash Algorithm. Tämä algoritmiperhe luo tiivistettyjä esityksiä viestistä, joita kutsutaan viestitiivisteeksi:
  • SHA-0: tuottaa 160-bittisiä hajautusarvoja. Se poistettiin käytöstä merkittävän virheen vuoksi ja korvattiin SHA-1:llä.
  • SHA-1: tuottaa 160-bittisiä hajautusarvoja. Käytännön törmäys esiteltiin vuonna 2017, ja NIST kielsi sen käytön digitaalisissa allekirjoituksissa, joten sitä kannattaa välttää.
  • SHA-2Kuuden funktion perhe, mukaan lukien SHA-256 ja SHA-512, jotka käsittelevät 32- ja 64-bittisiä sanoja. Molemmat ovat edelleen hyväksyttyjä.
  • SHA-3: standardoitu vuonna 2015 ja aiemmin nimellä Keccak tunnettu, se käyttää erilaista sisäistä suunnittelua SHA-2:n varmuuskopiona.
• AES — Advanced Encryption Standard on symmetrinen lohkosalauksen menetelmä, joka suojaa nykyään useimpia tietoja sekä tallennetussa että siirrettävässä tilassa 128-, 192- ja 256-bittisillä avaimilla. Se korvasi DES:n ja on uusien järjestelmien oletusarvoinen salausmenetelmä.
• RC4 — jonosalaus, joka oli aikoinaan yleinen Secure Sockets Layerissa (SSL) ja Wired Equivalent Privacyssa (WEP). Molemmat protokollat ​​ovat vanhentuneita, ja RFC 7465 kielsi RC4:n kaikissa TLS-versioissa vuonna 2015. Se on säilynyt tässä opetusesimerkkinä.
• Blowfish — avaimellinen symmetrinen lohkosalaus, jota on käytetty historiallisesti salasanojen ja tiedostojen salaamiseen. Sen 64-bittinen lohkokoko tekee AES:stä paremman nykyaikaisen vaihtoehdon.

Tulevaisuutta ajatellen NIST julkaisi elokuussa 2024 ensimmäiset post-kvanttistandardinsa – ML-KEM avaintenvaihtoon, ML-DSA ja SLH-DSA allekirjoituksiin – jotka korvaavat vähitellen nykyiset julkisen avaimen algoritmit.

Hakkerointitehtävä: Salauksen luominen CryptToolilla

Tässä käytännön CrypTool-harjoituksessa luot yksinkertaisen salauksen RC4:llä ja palautat sen sitten raa'alla voimalla tehtävällä analyysillä olettaen, että avain on 24-bittinen. Tarkoituksena on osoittaa, miksi lyhyt avain ja rikkinäinen salaus eivät tarjoa todellista suojaa.

RC4-virtasalauksen luominen

Vaihe 1) Lataa ja asenna CryptTool

CrypTool 1 on avoimen lähdekoodin kryptologian opetustyökalu. Aktiivinen kehitys on sittemmin siirtynyt CrypTool 2:een, mutta versio 1.4.42 toimii edelleen. Windows ja vastaa alla olevia näyttöjä. Lataa se osoitteesta kryptool.org.

Vaihe 2) Avaa CryptTool ja korvaa teksti

Salattava lause on Älä koskaan aliarvioi aikarikkaan ja rahaköyhän lapsen päättäväisyyttäAvain on 00 00 00.

• Avaa CryptTool 1.

• Korvaa teksti yllä olevalla lausekkeella.

Vaihe 3) Salaa teksti

• Napsauta Salaa/pura salaus -valikkoa.

• Osoita Symmetrinen (moderni) -kohtaa ja valitse sitten RC4.

Vaihe 4) Valitse salausavain

• Valitse avaimen pituudeksi 24 bittiä.
• Aseta arvoksi 00 00 00.
• Napsauta Salaa luodaksesi alla olevan jonosalauksen.

Hyökkääminen Stream Cipheriin

Vaihe 5) Aloita analyysi

• Napsauta Analyysi-valikkoa.

• Osoita Symmetrinen salaus (moderni) -kohtaan ja valitse sitten RC4.

• Oletuksena on 24-bittinen salainen avain, joten valitse avaimen pituudeksi 24 bittiä.
• Napsauta Käynnistä-painiketta.

• Huomautus: Kuluva aika riippuu käytettävän koneen prosessointikapasiteetista ja avaimen pituudesta. Pidempi avain kestää kauemmin, minkä vuoksi nykyaikaiset avaimet ovat 128 bittiä tai enemmän.

Vaihe 6) Analysoi tulokset

• Kun analyysi on valmis, ehdokasavaimet näkyvät paremmuusjärjestyksessä seuraavasti.

• Huomautus: Alempi entropia-arvo yleensä osoittaa oikean tuloksen, vaikka korkeampikin voi olla oikea.
• Valitse rivi, joka on ymmärrettävää tekstiä, ja napsauta sitten Hyväksy valinta.

UKK