Matematyka jest ogólnodostępna. Algorytmy są również otwarte dla wszystkich. Możesz jednak sprawić, że wiadomości między dwiema osobami będą całkowicie prywatne. Jak? Używają wspólnego klucza.
Na tym polega istota szyfrowania symetrycznego.
Nazywa się to „symetrycznym”, ponieważ zarówno nadawca, jak i odbiorca mają dokładnie ten sam poziom dostępu. Każdy ma klucze. Jeśli druga strona ją zgubi, drzwi do wiadomości zostaną zamknięte na zawsze. Gdy atakujący już go zdobędzie, drzwi otworzą się dla wszystkich.
Od starożytnych metod po nowoczesne standardy
To nie jest nowa technologia. Jej korzenie sięgają czasów starożytnych.
Zapamiętaj szyfr Cezara. Przesuwa znaki o określoną liczbę pozycji. Albo plac Polibiusza. Dopasuj znaki do współrzędnych. W tamtym czasie bezpieczeństwo polegało na utrzymywaniu metod w tajemnicy. Jeśli wróg nie może zaszyfrować tekstu, nie będzie mógł go przeczytać.
To podejście nie powiodło się.
Nowoczesne szyfrowanie odwraca ten scenariusz. Przestań ukrywać algorytmy i zacznij ukrywać swoje klucze. Odpowiada to zasadzie Kerkhoffa sformułowanej w XIX wieku. Stanowi ona, że system kryptograficzny musi być bezpieczny nawet wtedy, gdy wszystkie informacje o systemie (z wyjątkiem klucza) są publicznie dostępne.
Algorytm ten może być publikowany w podręcznikach. Szczegóły są dostępne w otwartym kodzie źródłowym. Dopóki klucz jest utrzymywany w tajemnicy, wymiana danych pozostaje tajna.
Szyfrowanie symetryczne dzieli dane na dwa główne zestawy.
- Szyfry blokowe : Przetwarzają dane w stałych blokach. AES (Advanced Encryption Standard) jest tutaj królem. Przetwarza bloki bitów i szyfruje je w zaszyfrowany tekst.
- Szyfry strumieniowe : przetwarzają dane w postaci ciągłego strumienia. RC4 jest częstym przykładem, ale w ostatnich latach napotkał problemy.
Celem tych algorytmów jest mieszanie i rozpraszanie. Ataki statystyczne kończą się niepowodzeniem, ponieważ dokładnie tasują dane. Wzory są ukryte. Nie możesz odgadnąć klucza bez wypróbowania wszystkich możliwych kombinacji.
DES (standard szyfrowania danych) W latach 70. XX wieku podjęto próbę sformalizowania tego. Był to pierwszy poważny standard międzynarodowy. Jednak komputery stają się coraz szybsze. 56-bitowe klucze DES są podatne na ataki typu brute-force. W 2001 roku został zastąpiony przez AES. Jaki jest wniosek? Bezpieczeństwo jest stale poruszającym się celem.
Problem z dystrybucją klucza
Cały system zależy od tego wspólnego sekretu.
Szyfrowanie jest bezużyteczne, jeśli klucz dostanie się w ręce nieupoważnionej osoby. Bezpieczeństwo się rozpada. To prowadzi nas do najtrudniejszej części szyfrowania symetrycznego: bezpiecznego uzyskania kluczy dla obu stron.
Mogą w tym pomóc protokoły takie jak Diffie-Hellman. Ale technicznie jest to technika szyfrowania asymetrycznego. W praktyce często są one mylone. Stosujemy podejście asymetryczne, aby bezpiecznie wymieniać klucze symetryczne. Po przesłaniu kluczy przechodzimy na szyfrowanie symetryczne w celu faktycznego przesyłania danych.
Dlaczego? Prędkość.
Szyfrowanie symetryczne jest tańsze obliczeniowo. Bardzo szybko przetwarza dane. Szyfrowanie asymetryczne wymaga dużych zasobów. Jest zbyt wolny dla dużych plików lub przesyłania strumieniowego. Dlatego możesz użyć szybkiej metody, aby wykonać większość pracy.
Ale jest problem.
Wraz ze wzrostem liczby użytkowników zarządzanie kluczami staje się logistycznym koszmarem. Jest to kluczowy problem dystrybucji.
Jeśli Alicja chce wysłać wiadomość do Boba, potrzebuje unikalnego klucza Boba. Jeśli nadal chce wysłać wiadomość do Charliego, będzie potrzebować kolejnego klucza. Dla zestawu n osób potrzebujesz n(n-1)/2 unikalnych kluczy. Liczba kluczy rośnie wykładniczo.
Dlatego szyfrowanie symetryczne jest tak skuteczne w grupach zamkniętych. Banki z tego korzystają. Korzystają z niego sieci wojskowe. Grupy te są albo małe, albo posiadają scentralizowane systemy zarządzania chaosem związanym z generowaniem i dystrybucją kluczy. Nie został zaprojektowany do obsługi sieci otwartych.
Długość klucza i odporność na brutalną siłę
Nie wszystkie klucze są sobie równe.
Długość klucza określa, ile czasu zajmuje atakującemu odgadnięcie klucza. Jest to odporność na ataki brutalną siłą. Próbują każdej kombinacji, aż znajdą tę właściwą.
Nowoczesny, specjalistyczny sprzęt potrafi złamać 56-bitowe klucze używane w DES w ciągu kilku godzin. To przestarzały standard.
Klucze 128-bitowe zapewniają niezawodną ochronę. Dają sobie radę z obecną mocą obliczeniową. Chociaż klucze 256-bitowe są zbyt duże dla większości aplikacji, zapewniają bezpieczeństwo przyszłościowe.
Ustawienia wymagają aktualizacji. Zwiększa się moc obliczeniowa. Degradacja algorytmów. Trzymanie się starych standardów po prostu Cię nie ochroni. Będziesz bezbronny.
Zaletą szyfrowania symetrycznego jest jego wydajność. Wadą jest logistyka. Wzrost szybkości odbywa się kosztem bardziej złożonego zarządzania kluczami.
To jest umowa. Nie da się opanować wszystkiego. Istnieją narzędzia do budowania bezpieczeństwa, ale musisz sam poskładać elementy w całość.
Dlaczego szyfrowanie symetryczne nadal działa online
Szyfrowanie asymetryczne zapewnia uścisk dłoni. To bardzo powolne. To bardzo wymaga zasobów. Ale to rozwiązuje pierwotny problem niezawodności. Po nawiązaniu sesji rozpoczyna się główna praca. Tutaj właśnie wchodzi w grę szyfrowanie symetryczne.
Nie pojawia się w pasku adresu przeglądarki. Nazwa algorytmu nie jest wyświetlana. Ale to tam jest. TLS negocjuje tymczasowe klucze symetryczne za każdym razem, gdy strona jest ładowana przez HTTPS. Zmodernizowano infrastrukturę klucza publicznego. Za transmisję danych odpowiadają klucze symetryczne. Przetwarzaj duże ilości danych z szybkością linii. Dzięki temu modelowi hybrydowemu rozmowy wideo nie opóźniają się, a przesyłanie formularzy online nie jest opóźnione o 5 sekund. Równowaga pomiędzy bezpieczeństwem i wydajnością.
Uczciwość i poufność są równie ważne
Szyfrowanie ukrywa dane. Nie oznacza to jednak, że nie zostały one zmienione. Tutaj w grę wchodzą kody uwierzytelniania wiadomości (MAC).
Komputery MAC używają tego samego klucza współdzielonego. Nadawca tworzy etykietę. Odbiorca to sprawdza. Jeśli choć jeden fragment wiadomości ulegnie zmianie, tag nie przejdzie weryfikacji. Odbiorca wie, że dane zostały uszkodzone lub naruszone. To ważna warstwa. Sama tajemnica nie wystarczy. Musisz mieć pewność, że otrzymasz dokładnie to, co wysłałeś.
Ból głowy związany z zarządzaniem kluczami
Szyfrowanie symetryczne jest szybkie. Ale ma oczywiste wady. Problem z dystrybucją klucza.
Jeśli Alicja i Bob dzielą wspólny klucz prywatny, jest on bezpieczny. Czy powinniśmy dodać Charliego? Teraz potrzebujesz trzech kluczy. Chcesz dodać milion użytkowników? Liczba kluczy rośnie wykładniczo. Zarządzanie tym cyklem (produkcja, dystrybucja, obrót, zbiórka) to logistyczny koszmar. Jeśli jeden klucz zostanie naruszony, cały kanał będzie zagrożony.
Organizacje często zawodzą na tym polu. Klucz jest zakodowany w skrypcie. Stare klucze pozostają w bazie danych długo po wygaśnięciu. Wymagana jest dyscyplina wojskowa. Bez tego nawet najpotężniejsze algorytmy na świecie będą bezużyteczne, ponieważ dostęp do kluczy uzyskają niewłaściwe osoby.
Kwantowy cień
Sprzęt stale się rozwija. Prawo Moore’a zwalnia, ale specjalizacja przyspiesza. Dane wejściowe obliczeń kwantowych.
Algorytm Shora zagraża RSA i ECC. Algorytmy symetryczne są jednak bardziej elastyczne. Algorytm Grovera skutecznie zmniejsza siłę klucza o połowę. Klucze 128-bitowe są tak samo zabezpieczone przed atakami kwantowymi, jak klucze 64-bitowe. Klucze 256-bitowe są nadal bezpieczne. Przeszliśmy więc na AES-256 i przechowywaliśmy dłuższe klucze w trybie symetrycznym. To nie jest panika. To jest zaplanowane przejście.
Przyszłość wspólnych tajemnic
Badania nigdy się nie kończą. Testowane są nowe symetryczne prymitywy. ChaCha20 przewyższa AES w środowiskach mobilnych. Działa szybciej na urządzeniach bez akceleracji sprzętowej. Wdrażanie bezpieczeństwa informacji staje się łatwiejsze.
Cel jest jasny. Poufność. w górę. Elastyczność. efektywność. Dostosowanie protokołu. Algorytmy stale się rozwijają. Umacniają się kluczowe praktyki zarządzania. Internet nigdy się nie kończy. Po prostu bądź bardziej ostrożny.
