Samouczek kryptografii

Informacje odgrywają kluczową rolę w biznesie, rządzie i operacjach wojskowych, a w niepowołanych rękach mogą kosztować dochody, a nawet więcej. Aby zabezpieczyć komunikację, organizacja wykorzystuje kryptologię do szyfrowania informacji – przekształcania ich w format nieczytelny dla człowieka i z powrotem.

W tym artykule poświęconym kryptografii i bezpieczeństwu sieci dowiesz się, jak działa kryptologia i jak chronić informacje przed dostaniem się w niepowołane ręce.

Co to jest kryptografia?

Kryptografia to nauka i zastosowanie technik, które ukrywają prawdziwe znaczenie informacji poprzez przekształcanie ich do formatów nieczytelnych dla człowieka i odwrotnie.

Rozważmy przykład. Aby wysłać „KOCHAM JABŁKA”, zastępujemy każdą literę trzecią z rzędu literą alfabetu, co daje „K NQXG CRRNGU”. Aby odczytać tekst, odbiorca cofa się o trzy litery, jak pokazano poniżej.

Przekształcenie informacji w formę nieczytelną dla człowieka nazywa się szyfrowanie, a odwrócenie tego nazywa się odszyfrowywanieZaszyfrowany wynik jest znany jako szyfr.

Deszyfrowanie wykorzystuje tajny klucz znany tylko uprawnionym odbiorcom. Ponieważ klucz jest wymagany, komunikacja pozostaje bezpieczna nawet po przechwyceniu szyfru przez atakującego, co bez niego nie miałoby sensu.

Cechy kryptografii

System kryptograficzny oceniany jest na podstawie poniższych cech.

Cecha	Co to znaczy
Algorytm	Opublikowana procedura matematyczna wykonująca transformację.
Poufność	Tylko posiadacze klucza mogą odczytać chronione dane.
Integrity	Każda zmiana danych jest wykrywalna.
Zdolność adaptacji	Schemat dostosowuje się do różnych rozmiarów kluczy i poziomów zagrożenia.
Interoperacyjność	Różne systemy i dostawcy wymieniają się chronionymi danymi.
Uwierzytelnianie	Można udowodnić pochodzenie wiadomości.
Skalowalność	Wydajność utrzymuje się na tym samym poziomie, mimo że ilość danych rośnie.
Zarządzanie kluczami	Klucze są generowane, przechowywane, obracane i oddawane do recyklingu w bezpieczny sposób.

Zastosowania kryptografii

Cechy te stają się codziennymi usługami, na które ludzie polegają, nie zdając sobie z tego sprawy.

Zastosowanie	Jak wykorzystuje się kryptografię
Szyfrowanie TLS	Chroni ruch pomiędzy przeglądarką i witryną internetową.
Przechowywanie haseł	Przechowuje zasolone skróty zamiast czytelnych haseł.
Bankowość internetowa	Zabezpiecza transakcje i weryfikuje bank.
kryptowaluta	Podpisuje transakcje i łączy bloki za pomocą haszy.
Zaszyfrowana wiadomość e-mail	Zapewnia prywatność treści wiadomości podczas przesyłania i przechowywania.
Digicałe podpisy	Udowadnia autorstwo i to, że dokument pozostał niezmieniony.
Bezpieczne przesyłanie wiadomości	Stosuje szyfrowanie typu end-to-end pomiędzy urządzeniami.
E-commerce	Chroni dane karty podczas realizacji transakcji.

Co to jest kryptoanaliza?

Kryptoanaliza to sztuka odszyfrowywania wiadomości bez użycia klucza użytego do ich zaszyfrowania. Wykorzystuje analizę matematyczną i algorytmy do rozszyfrowania szyfrów i jest wykorzystywana zarówno do włamywania się do systemów, jak i, w celach obronnych, do pomiaru poziomu ochrony oferowanej przez algorytm.

Sukces ataku kryptoanalizacyjnego zależy od:

• Dostępna ilość czasu
• Dostępna moc obliczeniowa
• Dostępna pojemność

Poniżej przedstawiono powszechnie omawiane ataki kryptoanalizy:

• Brutalny atak — próbuje każdej możliwej kombinacji tekstu jawnego lub klucza, szyfrując każdą z nich i porównując ją z oryginalnym szyfrem.
• Atak słownikowy — używa listy słów, aby dopasować tekst jawny lub klucz. Używa się jej głównie podczas próby łamać zaszyfrowane hasła.
• Atak na tęczowy stół — porównuje szyfrogram z wstępnie obliczonymi skrótami, aby znaleźć dopasowania. Dodanie soli do każdego zapisanego hasła powoduje jego unieważnienie.

Czym jest kryptologia?

Kryptologia to dziedzina parasolowa łącząca kryptografię i kryptoanalizę. Obie połowy mają znaczenie: algorytm jest wiarygodny dopiero wtedy, gdy kryptoanalitycy podjęli już nieudaną próbę jego złamania.

Szyfrowanie Algorithms

Poniższe algorytmy pojawiają się wielokrotnie w pracach nad bezpieczeństwem. Zwróć uwagę, które z nich pozostają zatwierdzone, a które przetrwają tylko w starszych systemach.

• MD5 — skrót od Message-Digest 5, generuje 128-bitowe wartości skrótu. MD5 to funkcja skrótu, a nie szyfrowanie, więc nie można go odwrócić z założenia. Nie jest odporny na kolizje – dwa różne dane wejściowe mogą wygenerować ten sam skrót – i nie nadaje się do haseł ani podpisów.
• SHA — skrót od Secure Hash Algorithm, rodzina ta generuje skondensowane reprezentacje wiadomości, zwane skrótem wiadomości:
  • SHA-0: generuje 160-bitowe wartości skrótu. Został wycofany z powodu istotnej wady i zastąpiony algorytmem SHA-1.
  • SHA-1: generuje 160-bitowe wartości skrótu. W 2017 roku zademonstrowano praktyczną kolizję, a NIST zakazał jej stosowania w podpisach cyfrowych, więc należy jej unikać.
  • SHA-2: rodzina sześciu funkcji, w tym SHA-256 i SHA-512, działających odpowiednio na słowach 32-bitowych i 64-bitowych. Obie pozostają zatwierdzone.
  • SHA-3:znormalizowany w 2015 r. i wcześniej znany jako Keccak, wykorzystuje inną wewnętrzną konstrukcję jako kopię zapasową SHA-2.
• AES — Advanced Encryption Standard to symetryczny szyfr blokowy chroniący większość danych w spoczynku i w ruchu, z kluczami 128-, 192- i 256-bitowymi. Zastąpił on DES i jest domyślnym szyfrem w nowych systemach.
• RC4 — szyfr strumieniowy, niegdyś powszechny w Secure Sockets Layer (SSL) i Wired Equivalent Privacy (WEP). Oba protokoły są przestarzałe, a RFC 7465 zabraniał stosowania RC4 w każdej wersji TLS w 2015 roku. Zachował się on tutaj jako przykład edukacyjny.
• Blowfish — symetryczny szyfr blokowy z kluczem, używany historycznie do szyfrowania haseł i plików. Jego 64-bitowy rozmiar bloku sprawia, że ​​AES jest lepszym wyborem we współczesnym świecie.

Patrząc w przyszłość, w sierpniu 2024 r. NIST opublikował swoje pierwsze standardy postkwantowe — ML-KEM do wymiany kluczy, ML-DSA i SLH-DSA do podpisów — które stopniowo zastąpią obecne algorytmy klucza publicznego.

Aktywność hakerska: Jak stworzyć szyfr za pomocą narzędzia CrypTool

W tym praktycznym ćwiczeniu z CrypTool utworzysz prosty szyfr RC4, a następnie odzyskasz go metodą brute-force, zakładając, że klucz ma 24 bity. Celem jest pokazanie, dlaczego krótki klucz i złamany szyfr nie zapewniają realnej ochrony.

Tworzenie szyfru strumieniowego RC4

Krok 1) Pobierz i zainstaluj CrypTool

CrypTool 1 to edukacyjne narzędzie open source do kryptologii. Aktywny rozwój przeniósł się już do CrypTool 2, ale wersja 1.4.42 nadal działa. Windows i pasuje do poniższych zrzutów ekranu. Pobierz ze strony cryptool.org.

Krok 2) Otwórz CrypTool i zamień tekst

Fraza do zaszyfrowania to Nigdy nie lekceważ determinacji dzieciaka, który ma mnóstwo czasu i brakuje pieniędzyKlucz to 00 00 00.

• Otwórz CrypTool 1.

• Zastąp tekst frazą powyżej.

Krok 3) Zaszyfruj tekst

• Kliknij menu Szyfruj/Odszyfruj.

• Wskaż opcję Symetryczna (nowoczesna), a następnie wybierz opcję RC4.

Krok 4) Wybierz klucz szyfrujący

• Wybierz 24 bity jako długość klucza.
• Ustaw wartość na 00 00 00.
• Kliknij Szyfruj, aby wygenerować poniższy szyfr strumieniowy.

Atakowanie szyfru strumieniowego

Krok 5) Rozpocznij analizę

• Kliknij menu Analiza.

• Wskaż opcję Szyfrowanie symetryczne (nowoczesne), a następnie wybierz RC4.

• Zakładamy, że klucz tajny ma długość 24 bitów, dlatego wybierz długość klucza 24 bity.
• Kliknij przycisk Start.

• Uwaga: Czas potrzebny na to zależy od mocy obliczeniowej używanej maszyny i długości klucza. Dłuższy klucz wymaga więcej czasu, dlatego współczesne klucze mają 128 bitów lub więcej.

Krok 6) Przeanalizuj wyniki

• Po zakończeniu analizy kandydackie klucze zostaną uporządkowane w następujący sposób.

• Uwaga: Niższa wartość entropii zwykle wskazuje na poprawny wynik, choć wyższa może być również prawidłowa.
• Zaznacz wiersz zawierający sensowny tekst, a następnie kliknij opcję Zaakceptuj wybór.

FAQ