Kriptográfiai oktatóanyag

Az információ létfontosságú szerepet játszik az üzleti, kormányzati és katonai műveletekben, és a rossz kezekbe kerülő információk bevételkiesést vagy rosszabbat okozhatnak. A kommunikáció biztonságossá tétele érdekében a szervezetek kriptográfiát alkalmaznak az információk titkosítására – azaz nem ember által olvasható formátumba alakítják azokat, majd vissza.

Ebben a kriptográfiával és hálózati biztonsággal foglalkozó cikkben megtudhatja, hogyan működik a kriptográfia, és hogyan védheti meg az információkat rossz kezektől.

Mi az a titkosítás?

A kriptográfia olyan technikák tanulmányozása és alkalmazása, amelyek elrejtik az információk valódi jelentését azáltal, hogy azokat nem ember által olvasható formátumba, majd visszaalakítják.

Vegyünk egy példát. Az „I IMÁDOM ALMÁT” üzenet elküldéséhez minden betűt az ábécé harmadik betűjével kell helyettesíteni, így kapjuk a „K NQXG CRRNGU” üzenetet. Az elolvasásához a címzettnek három betűt hátra kell lépnie, az alábbiak szerint.

Az információk ember által nem olvasható formába öntését nevezzük titkosítás, és ennek megfordítását nevezzük dekódolásA titkosított eredményt a következő néven ismerjük: rejtjel.

A visszafejtés egy titkos kulcsot használ, amelyet csak a jogos címzettek ismernek. Mivel a kulcs szükséges, a kommunikáció biztonságos marad akkor is, ha egy támadó elfogja a titkosított kódot, ami enélkül értelmetlen.

A kriptográfia jellemzői

Egy kriptográfiai rendszert az alábbi jellemzők alapján ítélnek meg.

Jellemző	Mit jelent
Algoritmus	A transzformációt végrehajtó publikált matematikai eljárás.
Titoktartás	Csak a kulcs birtokosai olvashatják a védett adatokat.
Integrity	Az adatokban bekövetkező bármilyen változás észrevehető.
rugalmasság	A rendszer különböző kulcsméretekhez és fenyegetettségi szintekhez igazodik.
Az interoperabilitás	Különböző rendszerek és szállítók cserélnek védett adatokat.
Hitelesítés	Egy üzenet eredete bizonyítható.
Bővíthetőség	A teljesítmény a növekvő adatmennyiséggel együtt is kitart.
Kulcskezelés	A kulcsok generálása, tárolása, forgatása és biztonságos eltávolítása történik.

A kriptográfia alkalmazásai

Ezek a jellemzők olyan mindennapi szolgáltatásokká válnak, amelyekre az emberek észrevétlenül támaszkodnak.

Alkalmazás	Hogyan használják a kriptográfiát
TLS titkosítás	Védi a böngésző és a webhely közötti forgalmat.
Jelszótárolás	Sózott hasheket tárol olvasható jelszavak helyett.
Online banki szolgáltatások	Biztosítja a tranzakciókat és ellenőrzi a bankot.
Cryptocurrency	Tranzakciókat ír alá és hash-ekkel összekapcsolja a blokkokat.
Titkosított e-mail	Az üzenetek tartalmát bizalmasan kezeli átvitel és tárolás közben.
Digital aláírások	Bizonyítja a szerzőséget és azt, hogy a dokumentum változatlan maradt.
Biztonságos üzenetküldés	Végponttól végpontig terjedő titkosítást alkalmaz az eszközök között.
E-kereskedelem	Védi a kártyaadatokat a fizetés során.

Mi az a kriptoanalízis?

A kriptoanalízis az üzenetek titkosítására használt kulcs nélküli visszafejtésének művészete. Matematikai elemzést és algoritmusokat alkalmaz a rejtjelek megfejtésére, és mind a rendszerek feltörésére, mind védekezően annak mérésére használják, hogy egy algoritmus mennyi védelmet nyújt.

A kriptoanalízis támadás sikere a következőktől függ:

• A rendelkezésre álló idő mennyisége
• Számítási teljesítmény elérhető
• Tárolókapacitás elérhető

A következők a leggyakrabban tárgyalt kriptoanalízis támadások:

• Nyers erőszakos támadás – a nyílt szöveg vagy kulcs minden lehetséges kombinációját kipróbálja, mindegyiket titkosítja, és összehasonlítja az eredeti titkosírással.
• Szótár támadás — szólistát használ a sima szöveg vagy a kulcs egyeztetéséhez. Leginkább akkor használják, amikor feltörni a titkosított jelszavakat.
• Szivárványasztal támadás – összehasonlítja a titkosított szöveget az előre kiszámított hash-ekkel, hogy egyezéseket találjon. Az egyes tárolt jelszavak sózása érvényteleníti a titkosítást.

Mi az a kriptológia?

A kriptográfia a kriptográfiát és a kriptoanalízist ötvöző ernyőterület. Mindkét fél számít: egy algoritmus csak akkor megbízható, ha a kriptoanalitikusok megpróbálták feltörni, de nem sikerült.

Titkosítás Algorithms

Az alábbi algoritmusok ismételten megjelennek a biztonsági munkákban. Figyeljük meg, melyek maradnak jóváhagyva, és melyek csak a régi rendszerekben maradnak fenn.

• MD5 – a Message-Digest 5 rövidítése, 128 bites hash értékeket állít elő. Az MD5 egy hash függvény, nem pedig titkosítás, tehát tervezésileg nem fordítható vissza. Nem ütközésálló – két különböző bemenet ugyanazt a hash-t eredményezheti –, és nem alkalmas jelszavakhoz vagy aláírásokhoz.
• SHA – a Secure Hash Algorithm (Biztonságos Hash Algoritmus) rövidítése, ez a család az üzenetek tömörített reprezentációit generálja, amelyeket üzenetkivonatnak nevezünk:
  • SHA-0: 160 bites hash értékeket állít elő. Egy jelentős hiba miatt visszavonták, és SHA-1-gyel helyettesítették.
  • SHA-1: 160 bites hash értékeket állít elő. 2017-ben demonstráltak egy gyakorlati ütközést, és a NIST nem engedélyezte digitális aláírásokhoz, ezért kerülendő.
  • SHA-2: hat függvényből álló család, beleértve az SHA-256-ot és az SHA-512-t, amelyek 32, illetve 64 bites szavakon dolgoznak. Mindkettő továbbra is engedélyezett.
  • SHA-3: 2015-ben szabványosították, korábban Keccak néven ismert, de az SHA-2 biztonsági mentéseként eltérő belső kialakítást használ.
• AES – az Advanced Encryption Standard (Advanced Encryption Standard) egy szimmetrikus blokkrejtjel, amely ma a legtöbb tárolt és továbbított adatot védi 128, 192 és 256 bites kulcsokkal. Ez váltotta fel a DES-t, és az új rendszerek alapértelmezett titkosítása.
• RC4 — egy adatfolyam-rejtjel, amely egykor elterjedt volt a Secure Sockets Layer (SSL) és a Wired Equivalent Privacy (WEP) protokollokban. Mindkét protokoll elavult, és az RFC 7465 2015-ben betiltotta az RC4 használatát a TLS minden verziójában. Tanítási példaként maradt fenn itt.
• gömbhal — egy kulcsos szimmetrikus blokkrejtjel, amelyet hagyományosan jelszavakhoz és fájlokhoz használtak. 64 bites blokkmérete miatt az AES a jobb modern választás.

A NIST 2024 augusztusában tette közzé első posztkvantum szabványait – az ML-KEM-et a kulcscseréhez, az ML-DSA-t és az SLH-DSA-t az aláírásokhoz –, amelyek fokozatosan felváltják a mai nyilvános kulcsú algoritmusokat.

Hackelési feladat: Hogyan hozzunk létre titkosítást a Cryptool segítségével

Ebben a gyakorlati CrypTool feladatban egy egyszerű titkosítást hozol létre RC4-gyel, majd nyers erő analízissel visszaállítod, feltételezve, hogy a kulcs 24 bites. A lényeg az, hogy bemutasd, miért nem nyújt valódi védelmet egy rövid kulcs és egy hibás titkosítás.

Az RC4 Stream Cipher létrehozása

1. lépés) Töltse le és telepítse a CrypTool-t

A CrypTool 1 egy nyílt forráskódú kriptográfiai oktatási eszköz. Az aktív fejlesztés azóta a CrypTool 2-re helyeződött át, de az 1.4.42-es kiadás továbbra is fut. Windows és megfelel az alábbi képernyőképeknek. Töltse le innen cryptool.org.

2. lépés) Nyissa meg a CrypTool-t, és cserélje ki a szöveget

A titkosítandó kifejezés a következő: Soha ne becsülje alá egy időben gazdag és pénzszegény gyerek elszántságátA kulcs 00 00 00.

• Nyisd meg a CrypTool 1-et.

• Cserélje ki a szöveget a fenti kifejezésre.

3. lépés) Titkosítsa a szöveget

• Kattintson a Titkosítás/Visszafejtés menüre.

• Mutasson a Szimmetrikus (modern) elemre, majd válassza az RC4 lehetőséget.

4. lépés) Válassza ki a titkosítási kulcsot

• Kulcshossznak válassz 24 bitet.
• Állítsa az értéket 00 00 00-ra.
• Kattintson a Titkosítás gombra az alábbi adatfolyam-rejtjel előállításához.

Az adatfolyam titkosításának megtámadása

5. lépés) Indítsa el az elemzést

• Kattintson az Elemzés menüre.

• Mutasson a Szimmetrikus titkosítás (modern) elemre, majd válassza az RC4 lehetőséget.

• A feltételezés egy 24 bites titkos kulcs, ezért a kulcshossznak válassza a 24 bitet.
• Kattintson a Start gombra.

• Jegyzet: A szükséges idő a használt gép feldolgozási kapacitásától és a kulcs hosszától függ. Egy hosszabb kulcshoz több időre van szükség, ezért a modern kulcsok 128 bitesek vagy hosszabbak.

6. lépés) Az eredmények elemzése

• Az elemzés befejezése után a jelöltkulcsok a következőképpen rangsorolva jelennek meg.

• Jegyzet: Az alacsonyabb entrópiaérték általában a helyes eredményt jelzi, bár egy magasabb is lehet helyes.
• Jelölje ki az értelmes szövegként olvasható sort, majd kattintson a Kijelölés elfogadása gombra.

GYIK