Jak mohou kryptografické techniky, jako jsou digitální podpisy a šifrování, pomoci zajistit integritu a důvěrnost dat uložených na nedůvěryhodných serverech?
Kryptografické techniky jsou zásadní pro zajištění integrity a důvěrnosti dat uložených na nedůvěryhodných serverech. Mezi primární metody používané k dosažení těchto cílů patří digitální podpisy a šifrování. Tyto techniky poskytují robustní mechanismy pro ochranu dat před neoprávněným přístupem, manipulací a zajišťují, že data zůstanou nezměněná a autentická.
Digitální podpisy
Digitální podpisy jsou kryptografické protokoly, které poskytují prostředky pro ověření pravosti a integrity digitálních zpráv nebo dokumentů. Jsou digitálním ekvivalentem ručně psaných podpisů nebo razítek, ale jsou mnohem bezpečnější. Digitální podpisy používají kryptografii veřejného klíče (také známou jako asymetrická kryptografie) k vytvoření jedinečného podpisu pro digitální dokument.
Jak fungují digitální podpisy
1. Generování klíčů: Proces začíná vygenerováním dvojice klíčů – soukromého a veřejného klíče. Soukromý klíč je uchováván v tajnosti vlastníkem, zatímco veřejný klíč je distribuován ostatním.
2. Podpis: Když chce vlastník podepsat dokument, použije k vygenerování podpisu svůj soukromý klíč. To se provádí aplikací kryptografické hašovací funkce na dokument, aby se vytvořila hašovací hodnota (řetězec bajtů s pevnou velikostí, který jedinečně reprezentuje data). Soukromý klíč se pak použije k zašifrování této hodnoty hash, čímž se vytvoří digitální podpis.
3. Ověření: K ověření podpisu použije příjemce veřejný klíč podepisujícího. Příjemce dešifruje podpis pomocí veřejného klíče, aby získal hodnotu hash. Poté nezávisle vypočítají hodnotu hash přijatého dokumentu a porovnají ji s dešifrovanou hodnotou hash. Pokud se dvě hodnoty hash shodují, podpis je ověřen, což znamená, že dokument nebyl pozměněn a je autentický.
Zajištění integrity a autenticity
- Integrita: Digitální podpisy zajišťují, že data nebyla od doby podpisu změněna. Jakákoli úprava dat bude mít za následek jinou hodnotu hash, což způsobí selhání procesu ověření.
- Pravost: Digitální podpisy ověřují identitu podepisujícího. Protože podpis může vytvořit pouze vlastník soukromého klíče, příjemce si může být jistý, že data podepsal legitimní vlastník.
Příklad
Zvažte scénář, kdy společnost ukládá citlivé smlouvy na nedůvěryhodný cloudový server. Každá smlouva je podepsána pomocí soukromého klíče společnosti. Když klient získá smlouvu, může použít veřejný klíč společnosti k ověření podpisu. Pokud je podpis platný, klient si může být jistý, že smlouva nebyla manipulována a je skutečně od společnosti.
Šifrování
Šifrování je proces převodu dat ve formátu prostého textu do nečitelného formátu zvaného šifrový text pomocí kryptografického algoritmu a šifrovacího klíče. Pouze ti, kteří vlastní dešifrovací klíč, mohou převést šifrovaný text zpět na čitelný prostý text. Šifrování zajišťuje, že data zůstanou důvěrná, i když jsou uložena na nedůvěryhodném serveru.
Druhy šifrování
1. Symetrické šifrování: Při symetrickém šifrování se pro šifrování i dešifrování používá stejný klíč. Tato metoda je efektivní a vhodná pro šifrování velkého množství dat. Klíč však musí být bezpečně sdílen mezi odesílatelem a příjemcem.
- Příklad: Advanced Encryption Standard (AES) je široce používaný symetrický šifrovací algoritmus. Společnost může použít AES k zašifrování své databáze před jejím uložením na nedůvěryhodný server. K datům mají přístup pouze uživatelé s dešifrovacím klíčem.
2. Asymetrické šifrování: Asymetrické šifrování využívá dvojici klíčů – veřejný klíč pro šifrování a soukromý klíč pro dešifrování. Tato metoda je bezpečnější pro výměnu klíčů, ale je výpočetně náročnější a pomalejší než symetrické šifrování.
- Příklad: RSA (Rivest-Shamir-Adleman) je populární asymetrický šifrovací algoritmus. Uživatel může zašifrovat citlivé e-maily pomocí veřejného klíče příjemce a zajistit, že pouze příjemce může e-mail dešifrovat pomocí svého soukromého klíče.
Zajištění důvěrnosti
- Údaje v klidu: Šifrování zajišťuje, že data uložená na nedůvěryhodném serveru zůstanou důvěrná. I když neoprávněná strana získá přístup k úložišti, nemůže číst zašifrovaná data bez dešifrovacího klíče.
- Data v tranzitu: Šifrování také chrání data při přenosu po sítích. Transport Layer Security (TLS) je příkladem protokolu, který používá šifrování k zabezpečení dat při přenosu a zajišťuje, že je nemohou zachytit a přečíst neoprávněné strany.
Kombinace digitálních podpisů a šifrování
Pro maximální bezpečnost se digitální podpisy a šifrování často používají společně. Tato kombinace zajišťuje integritu i důvěrnost dat.
1. Šifrování dat: Nejprve jsou data šifrována pomocí symetrického nebo asymetrického šifrování. Tento krok zajišťuje, že data zůstanou důvěrná a nemohou být čtena neoprávněnými stranami.
2. Podepisování zašifrovaných dat: Šifrovaná data jsou poté podepsána pomocí digitálního podpisu. Tento krok zajišťuje, že se šifrovanými daty nebylo manipulováno, a ověřuje identitu odesílatele.
Příklad pracovního postupu
1. PŘÍPRAVA: Společnost chce ukládat citlivé finanční záznamy na nedůvěryhodném cloudovém serveru.
2. Šifrování: Záznamy jsou šifrovány pomocí AES (symetrické šifrování), aby byla zajištěna důvěrnost.
3. Podpis: Šifrované záznamy jsou poté podepsány pomocí soukromého klíče společnosti, aby byla zajištěna integrita a autenticita.
4. Skladování: Podepsané a zašifrované záznamy jsou uloženy na cloudovém serveru.
5. Načítání a ověřování: Když jsou záznamy načteny, příjemce nejprve ověří digitální podpis pomocí veřejného klíče společnosti. Pokud je podpis platný, příjemce pak dešifruje záznamy pomocí dešifrovacího klíče.
Tento pracovní postup zajišťuje, že i když neoprávněná strana získá přístup ke cloudovému serveru, nemůže číst ani měnit záznamy. K záznamům mohou přistupovat a ověřovat je pouze oprávněné strany s příslušným dešifrovacím klíčem a veřejným klíčem.
Praktické úvahy
- Správa klíčů: Efektivní správa klíčů je důležitá pro bezpečnost kryptografických systémů. Klíče musí být bezpečně generovány, distribuovány, ukládány a v případě potřeby odvolány. Kompromis klíčů může vést k poruše zabezpečení.
- Výběr algoritmu: Výběr kryptografických algoritmů a velikostí klíčů by měl být založen na současných osvědčených postupech a standardech. Algoritmy, které jsou dnes považovány za bezpečné, se mohou v budoucnu stát zranitelnými kvůli pokrokům ve výpočetním výkonu a kryptoanalýze.
- Výkon: Kryptografické operace mohou být výpočetně náročné. Měl by být zvážen dopad na výkon, zejména u rozsáhlých systémů nebo systémů s požadavky v reálném čase.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Kryptografické techniky, jako jsou digitální podpisy a šifrování, jsou základními nástroji pro zajištění integrity a důvěrnosti dat uložených na nedůvěryhodných serverech. Digitální podpisy poskytují prostředky k ověření pravosti a integrity dat a zajišťují, že nebyly změněny a pocházejí z legitimního zdroje. Šifrování zajišťuje, že data zůstanou důvěrná a nemohou je číst neoprávněné strany, i když získají přístup k úložišti. Kombinací těchto technik mohou organizace chránit svá data před neoprávněným přístupem a manipulací, a to i při použití nedůvěryhodných úložných serverů.
Další nedávné otázky a odpovědi týkající se Pokročilé zabezpečení počítačových systémů EITC/IS/ACSS:
- Jaké jsou některé výzvy a kompromisy spojené s implementací hardwarových a softwarových zmírnění útoků načasování při zachování výkonu systému?
- Jakou roli hraje prediktor větve v útocích na časování CPU a jak s ním mohou útočníci manipulovat, aby unikli citlivé informace?
- Jak může programování v konstantním čase pomoci zmírnit riziko útoků načasování v kryptografických algoritmech?
- Co je spekulativní provádění a jak přispívá ke zranitelnosti moderních procesorů vůči útokům načasování, jako je Spectre?
- Jak útoky načasování využívají odchylky v době provádění k odvození citlivých informací ze systému?
- Jak se liší koncept konzistence vidlice od konzistence načítání a úpravy a proč je konzistence vidlic považována za nejsilnější dosažitelnou konzistenci v systémech s nedůvěryhodnými úložnými servery?
- Jaké jsou výzvy a potenciální řešení pro implementaci robustních mechanismů řízení přístupu k zabránění neoprávněným úpravám ve sdíleném souborovém systému na nedůvěryhodném serveru?
- Jaký význam má udržování konzistentního a ověřitelného protokolu operací v kontextu nedůvěryhodných úložných serverů a jak toho lze dosáhnout?
- Co jsou byzantské servery a jak představují hrozbu pro bezpečnost úložných systémů?
- Jak protokoly jako STARTTLS, DKIM a DMARC přispívají k zabezpečení e-mailů a jaké jsou jejich příslušné role při ochraně e-mailové komunikace?
Zobrazit další otázky a odpovědi v EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security