Cryptografie-tutorial

Informatie speelt een cruciale rol in het bedrijfsleven, de overheid en militaire operaties, en informatie in de verkeerde handen kan leiden tot omzetverlies of erger. Om communicatie te beveiligen, gebruikt een organisatie cryptografie om informatie te versleutelen – deze om te zetten in een voor mensen onleesbare vorm en vervolgens weer terug.

In dit artikel over cryptografie en netwerkbeveiliging leer je hoe cryptografie werkt en hoe je kunt voorkomen dat informatie in verkeerde handen valt.

Wat is cryptografie?

Cryptografie is de studie en toepassing van technieken die de werkelijke betekenis van informatie verbergen door deze om te zetten in voor mensen onleesbare formaten en weer terug.

Neem bijvoorbeeld het volgende. Om "IK HOU VAN APPELS" te versturen, vervang je elke letter door de derde opeenvolgende letter van het alfabet, wat resulteert in "K NQXG CRRNGU". Om dit te lezen, gaat de ontvanger drie letters terug, zoals hieronder weergegeven.

Het omzetten van informatie in een vorm die niet door mensen leesbaar is, wordt genoemd encryptieen het omkeren ervan wordt genoemd decryptieHet versleutelde resultaat staat bekend als een cijfer.

Voor decryptie wordt een geheime sleutel gebruikt die alleen bekend is bij de rechtmatige ontvangers. Omdat de sleutel vereist is, blijft de communicatie veilig, zelfs als een aanvaller de versleutelde tekst onderschept, wat zonder de sleutel immers zinloos zou zijn.

Kenmerken van cryptografie

Een cryptografisch systeem wordt beoordeeld op de onderstaande kenmerken.

Kenmerk	Wat het betekent
Algoritme	De gepubliceerde wiskundige procedure die de transformatie uitvoert.
Vertrouwelijkheid	Alleen degenen die de sleutel bezitten, kunnen de beveiligde gegevens lezen.
Integrity	Elke wijziging in de gegevens is detecteerbaar.
Aanpassingsvermogen	Het schema past zich aan verschillende sleutelgroottes en dreigingsniveaus aan.
Interoperabiliteit	Verschillende systemen en leveranciers wisselen beschermde gegevens uit.
authenticatie	De herkomst van een bericht kan worden bewezen.
Schaalbaarheid	De prestaties blijven stabiel, zelfs bij toenemende datavolumes.
Sleutelbeheer	Sleutels worden op een veilige manier gegenereerd, opgeslagen, geroteerd en buiten gebruik gesteld.

Toepassingen van cryptografie

Die eigenschappen worden alledaagse diensten waar mensen op vertrouwen zonder het te beseffen.

Toepassing	Hoe cryptografie wordt gebruikt
TLS-codering	Beschermt het verkeer tussen een browser en een website.
Wachtwoordopslag	Slaat versleutelde hashes op in plaats van leesbare wachtwoorden.
Online bankieren	Beveiligt transacties en verifieert de bank.
Cryptovaluta	Ondertekent transacties en koppelt blokken met hashes.
Versleutelde e-mail	Zorgt ervoor dat de inhoud van berichten privé blijft tijdens verzending en opslag.
Digital handtekeningen	Bewijst het auteurschap en dat een document ongewijzigd is gebleven.
Veilige berichtenuitwisseling	Past end-to-end-encryptie toe tussen apparaten.
E-commerce	Beschermt kaartgegevens tijdens het afrekenen.

Wat is cryptoanalyse?

Cryptanalyse is de kunst van het decoderen van berichten zonder de sleutel die gebruikt is om ze te versleutelen. Het maakt gebruik van wiskundige analyses en algoritmen om versleutelingen te ontcijferen en wordt gebruikt om systemen te kraken en, ter verdediging, om te meten hoeveel bescherming een algoritme biedt.

Het succes van een cryptanalyse-aanval hangt af van:

• Hoeveelheid beschikbare tijd
• Rekenkracht beschikbaar
• Opslagcapaciteit beschikbaar

De volgende cryptoanalyse-aanvallen worden vaak besproken:

• Brute aanval — probeert elke mogelijke combinatie van de platte tekst of sleutel, versleutelt elke combinatie en vergelijkt deze met de oorspronkelijke versleuteling.
• Woordenboekaanval — gebruikt een woordenlijst om de platte tekst of de sleutel te matchen. Het wordt vooral gebruikt wanneer men probeert om versleutelde wachtwoorden kraken.
• Regenboogtafelaanval — vergelijkt de versleutelde tekst met vooraf berekende hashes om overeenkomsten te vinden. Het toevoegen van een zoutwaarde aan elk opgeslagen wachtwoord maakt het onbruikbaar.

Wat is cryptologie?

Cryptologie is het overkoepelende vakgebied dat cryptografie en cryptanalyse combineert. Beide onderdelen zijn belangrijk: een algoritme wordt pas als betrouwbaar beschouwd als cryptanalisten hebben geprobeerd het te kraken en daarin zijn mislukt.

Encryptie Algorithms

De onderstaande algoritmen duiken regelmatig op in beveiligingsonderzoek. Let op welke nog steeds goedgekeurd zijn en welke alleen nog in verouderde systemen voorkomen.

• MD5 MD5 staat voor Message-Digest 5 en produceert 128-bits hashwaarden. MD5 is een hashfunctie en geen... encryptieHet is dus per definitie niet omkeerbaar. Het is niet bestand tegen botsingen — twee verschillende invoerwaarden kunnen dezelfde hash opleveren — en is ongeschikt voor wachtwoorden of handtekeningen.
• SHA — deze algoritmefamilie, een afkorting voor Secure Hash Algorithm, genereert gecondenseerde representaties van een bericht, een zogenaamde berichtsamenvatting:
  • SHA-0: produceert 160-bits hashwaarden. Het werd vanwege een significante fout teruggetrokken en vervangen door SHA-1.
  • SHA-1Deze functie produceert hashwaarden van 160 bits. In 2017 werd een praktische botsing aangetoond, waarna NIST het gebruik ervan voor digitale handtekeningen verbood. Vermijd deze functie dus.
  • SHA-2Een familie van zes functies, waaronder SHA-256 en SHA-512, die respectievelijk werken met 32-bits en 64-bits woorden. Beide zijn nog steeds goedgekeurd.
  • SHA-3Deze methode, gestandaardiseerd in 2015 en voorheen bekend als Keccak, maakt gebruik van een ander intern ontwerp als back-up voor SHA-2.
• AES — De Advanced Encryption Standard (AES) is de symmetrische blokversleuteling die tegenwoordig de meeste data in rust en tijdens transport beschermt, met sleutels van 128, 192 en 256 bits. Het verving DES en is de standaard voor nieuwe systemen.
• RC4 — een stroomcijfer dat ooit veel voorkwam in Secure Sockets Layer (SSL) en Wired Equivalent Privacy (WEP). Beide protocollen zijn verouderd en RFC 7465 verbood RC4 in alle versies van TLS in 2015. Het wordt hier bewaard als een voorbeeld ter illustratie.
• Blowfish — een sleutelgebaseerde symmetrische blokversleuteling die van oudsher werd gebruikt voor wachtwoorden en bestanden. De blokgrootte van 64 bits maakt AES de betere moderne keuze.

Vooruitkijkend publiceerde NIST in augustus 2024 zijn eerste post-kwantumstandaarden: ML-KEM voor sleuteluitwisseling, ML-DSA en SLH-DSA voor digitale handtekeningen. Deze zullen de huidige publieke-sleutelalgoritmen geleidelijk vervangen.

Hackactiviteit: Hoe maak je een versleuteling met CrypTool?

In deze praktische CrypTool-oefening maak je een eenvoudige versleuteling met RC4 en kraak je deze vervolgens met een brute-force-analyse, ervan uitgaande dat de sleutel 24 bits lang is. Het doel is om aan te tonen waarom een ​​korte sleutel en een gebroken versleuteling geen echte bescherming bieden.

Het RC4-streamcijfer maken

Stap 1) Download en installeer CrypTool

CrypTool 1 is een open-source educatief hulpmiddel voor cryptologie. De actieve ontwikkeling is inmiddels overgegaan naar CrypTool 2, maar versie 1.4.42 draait nog steeds op CrypTool 1. Windows en komt overeen met de onderstaande schermen. Download het van cryptool.org.

Stap 2) Open CrypTool en vervang de tekst.

De te versleutelen zin is Onderschat nooit de vastberadenheid van een kind dat tijdrijk is en weinig geld heeftDe sleutel is 00 00 00.

• Open CrypTool 1.

• Vervang de tekst door de bovenstaande zin.

Stap 3) Versleutel de tekst

• Klik op het menu Versleutelen/Ontsleutelen.

• Wijs naar Symmetrisch (modern) en selecteer vervolgens RC4.

Stap 4) Selecteer de versleutelingssleutel

• Selecteer 24 bits als sleutellengte.
• Stel de waarde in op 00 00 00.
• Klik op Versleutelen om de onderstaande stroomcodering te genereren.

Het stroomcijfer aanvallen

Stap 5) Start de analyse

• Klik op het menu Analyse.

• Wijs naar Symmetrische versleuteling (modern) en selecteer vervolgens RC4.

• Er wordt uitgegaan van een geheime sleutel van 24 bits, dus kies 24 bits als sleutellengte.
• Klik op Start.

• Let op: De benodigde tijd hangt af van de verwerkingscapaciteit van de gebruikte machine en de lengte van de sleutel. Een langere sleutel duurt langer, daarom zijn moderne sleutels 128 bits of langer.

Stap 6) Analyseer de resultaten

• Na afloop van de analyse worden de kandidaatsleutels in de volgende volgorde weergegeven.

• Let op: Een lagere entropiewaarde duidt meestal op het juiste resultaat, hoewel een hogere waarde ook juist kan zijn.
• Selecteer de regel die als zinnige tekst wordt gelezen en klik vervolgens op 'Selectie accepteren'.

Veelgestelde vragen