Matematika je veřejně dostupná. Algoritmy jsou také otevřené všem. Zprávy mezi dvěma lidmi však můžete učinit zcela soukromými. Jak? Používají sdílený klíč.
To je podstata symetrického šifrování.
Říká se tomu „symetrický“, protože odesílatel i příjemce mají přesně stejnou úroveň přístupu. Každý má klíče. Pokud ji druhá strana ztratí, dveře zprávy se navždy zamknou. Jakmile to útočník má, otevřou se dveře všem.
Od starověkých metod k moderním standardům
Toto není nová technologie. Jeho kořeny sahají až do starověku.
Vzpomeňte si na Caesarovu šifru. Posouvá znaky o zadaný počet pozic. Nebo Polybiovo náměstí. Přiřaďte značky k souřadnicím. V té době se bezpečnost spoléhala na utajení metod. Pokud nepřítel nedokáže text zašifrovat, nemůže ho přečíst.
Tento přístup selhal.
Moderní šifrování tento scénář obrací. Přestaňte skrývat algoritmy a začněte skrývat své klíče. To odpovídá Kerkhoffsovu principu formulovanému v 19. století. Uvádí, že kryptografický systém musí být bezpečný, i když jsou všechny informace o systému (kromě klíče) veřejně dostupné.
Tento algoritmus může být publikován v učebnicích. Podrobnosti jsou k dispozici v open source kódu. Dokud je klíč držen v tajnosti, výměna dat zůstává tajná.
Symetrické šifrování rozděluje data do dvou hlavních sad.
- Block Ciphers : Zpracovávají data v pevných blocích. AES (Advanced Encryption Standard) je zde králem. Zpracovává bloky bitů a zašifruje je do šifrovaného textu.
- Streamové šifry : Zpracovávají data jako nepřetržitý proud. RC4 je běžný příklad, ale v posledních letech došlo k problémům.
Účelem těchto algoritmů je míchání a rozptylování. Statistické útoky selžou, protože důkladně promíchají data. Vzory jsou skryté. Klíč neuhodnete, aniž byste vyzkoušeli všechny možné kombinace.
DES (Data Encryption Standard) V 70. letech došlo k pokusu toto formalizovat. Jednalo se o první hlavní mezinárodní standard. Počítače jsou však stále rychlejší a rychlejší. 56bitové klíče DES jsou zranitelné vůči útokům hrubou silou. V roce 2001 byl nahrazen AES. jaký je závěr? Bezpečnost je neustále se pohybující cíl.
Problém s distribucí klíčů
Na tomto sdíleném tajemství závisí celý systém.
Šifrování je k ničemu, pokud se klíč dostane do rukou neoprávněné osoby. Zabezpečení se hroutí. Tím se dostáváme k nejtěžší části symetrického šifrování: k bezpečnému získání klíčů pro obě strany.
Protokoly jako Diffie-Hellman s tím mohou pomoci. Technicky se ale jedná o techniku asymetrického šifrování. V praxi se často zaměňují. K bezpečné výměně symetrických klíčů používáme asymetrický přístup. Po přenosu klíčů přecházíme na symetrické šifrování pro vlastní přenos dat.
Proč? Rychlost.
Symetrické šifrování je výpočetně levnější. Data zpracovává velmi rychle. Asymetrické šifrování je náročné na zdroje. Je příliš pomalý pro velké soubory nebo streamování. Proto můžete použít rychlou metodu, abyste udělali většinu práce.
Ale je tu problém.
S rostoucím počtem uživatelů se správa klíčů stává logistickou noční můrou. Toto je klíčový problém distribuce.
Pokud chce Alice poslat zprávu Bobovi, potřebuje Bobův jedinečný klíč. Pokud bude chtít Charliemu ještě poslat zprávu, bude potřebovat další klíč. Pro sadu n lidí potřebujete n(n-1)/2 unikátní klíče. Počet klíčů roste exponenciálně.
To je důvod, proč je symetrické šifrování tak účinné v uzavřených skupinách. Banky toho využívají. Používají to vojenské sítě. Tyto skupiny jsou buď malé, nebo mají centralizované systémy pro řízení chaosu generování a distribuce klíčů. Nebyl navržen pro podporu otevřených sítí.
Délka klíče a odolnost proti hrubé síle
Ne všechny klíče jsou stejné.
Délka klíče určuje, jak dlouho útočníkovi trvá uhodnout klíč. To je odolnost proti útokům hrubou silou. Zkoušejí každou kombinaci, dokud nenajdou tu správnou.
Moderní specializovaný hardware dokáže prolomit 56bitové klíče používané v DES během několika hodin. Toto je zastaralý standard.
128bitové klíče poskytují spolehlivou ochranu. Zvládnou aktuální výpočetní výkon. Přestože jsou 256bitové klíče pro většinu aplikací příliš velké, poskytují zabezpečení pro budoucnost.
Nastavení je třeba aktualizovat. Zlepšuje se výpočetní výkon. Degradace algoritmů. Držet se starých standardů vás prostě neochrání. Budete zranitelní.
Výhodou symetrického šifrování je jeho účinnost. Nevýhodou je logistika. Zvýšení rychlosti jde na úkor složitější správy klíčů.
Tohle je dohoda. Nemůžete zvládnout všechno. Existují nástroje k vybudování bezpečnosti, ale musíte si je poskládat sami.
Proč symetrické šifrování stále funguje online
Asymetrické šifrování zajišťuje handshake. Je to velmi pomalé. Je to velmi náročné na zdroje. To ale řeší původní problém spolehlivosti. Po navázání relace začíná hlavní práce. Zde vstupuje do hry symetrické šifrování.
Nezobrazuje se v adresním řádku prohlížeče. Název algoritmu se nezobrazuje. Ale je to tam. TLS vyjednává dočasné symetrické klíče při každém načtení stránky přes HTTPS. Infrastruktura veřejného klíče byla modernizována. Symetrické klíče jsou zodpovědné za přenos dat. Zpracovávejte velké objemy dat rychlostí linky. S tímto hybridním modelem se videohovory nezdržují a odeslání online formuláře se nezpozdí o 5 sekund. Rovnováha mezi bezpečností a výkonem.
Upřímnost a důvěrnost jsou stejně důležité
Šifrování skryje data. To nedokazuje, že nebyly změněny. Zde vstupují do hry ověřovací kódy zpráv (MAC).
MACy používají stejný sdílený klíč. Odesílatel vytvoří štítek. Příjemce to zkontroluje. Pokud se změní byť jen jeden bit zprávy, ověření značky selže. Příjemce ví, že data byla poškozena nebo s nimi bylo manipulováno. Toto je důležitá vrstva. Samotné utajení nestačí. Musíte se ujistit, že dostáváte přesně to, co jste odeslali.
Bolest hlavy při správě klíčů
Symetrické šifrování je rychlé. Má to ale zjevné nevýhody. Problém distribuce klíčů.
Pokud Alice a Bob sdílejí soukromý klíč, je bezpečný. Máme přidat Charlieho? Nyní potřebujete tři klíče. Chcete přidat milion uživatelů? Počet klíčů roste exponenciálně. Řízení tohoto cyklu (výroba, distribuce, oběh, sběr) je logistickou noční můrou. Pokud je ohrožen jeden klíč, je ohrožen celý kanál.
Organizace v této oblasti často selhávají. Klíč je zakódován ve skriptu. Staré klíče zůstávají v databázi dlouho po vypršení platnosti. Vyžaduje se vojenská disciplína. Bez toho jsou i ty nejvýkonnější algoritmy na světě k ničemu, protože ke klíčům mají přístup nesprávní lidé.
Kvantový stín
Hardware se neustále vyvíjí. Moorův zákon se zpomaluje, ale specializace se zrychluje. Kvantový výpočetní vstup.
Shorův algoritmus ohrožuje RSA a ECC. Symetrické algoritmy jsou však flexibilnější. Groverův algoritmus účinně snižuje sílu klíče na polovinu. 128bitové klíče jsou stejně bezpečné před kvantovými útoky jako 64bitové klíče. 256bitové klíče jsou stále bezpečné. Přešli jsme tedy na AES-256 a uložili delší klávesy v symetrickém režimu. To není panika. Jedná se o plánovaný přechod.
Budoucnost sdílených tajemství
Výzkum nikdy nekončí. Testují se nová symetrická primitiva. ChaCha20 překonává AES v mobilních prostředích. Běží rychleji na zařízeních bez hardwarové akcelerace. Implementace zabezpečení informací se stává jednodušší.
Cíl je jasný. Důvěrnost. nahoru. Pružnost. účinnost. Adaptace protokolu. Algoritmy se neustále vyvíjejí. Klíčové manažerské postupy se posilují. Internet nikdy nekončí. Jen buďte opatrnější.
