Silpnas raktas kriptografijoje: apibrėžimas, pavojai ir apsauga

Sužinokite, kas yra silpnas raktas kriptografijoje, kokie pavojai kyla ir kaip apsaugoti duomenis — praktiniai patarimai, sprendimai ir gerosios praktikos.

Kriptografijoje silpnasis raktas - tai raktas, kurį naudojant su tam tikru šifru, šifras veikia nepageidaujamu būdu ir supaprastina šifro teksto išlaužimą (nulaužimą). Silpnas raktas gali lemti, kad užšifruotas turinys tampa daug lengviau atstatomas arba netgi visiškai atskleidžiamas, palyginti su situacija, kai naudojamas atsitiktinis, kryptiškai saugus raktas.

Silpni raktai paprastai sudaro labai mažą visos raktų erdvės dalį, o tai reiškia, kad jei kas nors generuoja atsitiktinį raktą pranešimui užšifruoti, silpni raktai retai sukelia saugumo problemų. Tačiau laikoma, kad geras šifro projektas yra toks, kuriame nėra silpnų raktų ("kokybiškas šifras"). Sakoma, kad šifras, neturintis silpnų raktų, turi plokščią arba tiesinę raktų erdvę.

Pavojai ir pasekmės

Silpni raktai mažina kriptografinės sistemos pasipriešinimą atakoms. Konkrečios pasekmės gali būti:

• palengvintas bruteforce arba žodynų tipo paieškų efektyvumas, nes atakos tikslas gali būti apribotas mažesniu raktų rinkiniu;
• simetrijos ar kitų savybių atskleidimas, leidžiantis atkurti pradinį tekstą be visos raktų erdvės tikrinimo;
• šifravimo protokolo kompromitacija, jeigu silpni raktai atsiranda dėl prastų raktų generavimo ar raktų tvarkymo praktikų;
• ilgos trukmės pasekmės — jeigu silpnas raktas buvo naudojamas ilgą laiką arba pakartotinai, gali būti atskleista daug daugiau duomenų.

Dažniausios silpnų raktų priežastys

• prastas atsitiktinių skaičių generatorius (RNG/CSPRNG) — jei raktai gaunami iš nenuspėjamo ar šabloninį pasikartojimą turinčio šaltinio, daugeliui raktų bus mažas entropijos lygis;
• neteisinga raktų tvarkymo politika — pakartotinis tų pačių raktų naudojimas, neteisingas saugojimas ar netinkama rotacija;
• šifro konstrukcijos trūkumai — kai kurių algoritmų raktuose egzistuoja specialios klasės (pvz., DES), kurios sukuria silpnus arba pusiau silpnus raktus;
• naudojimas trumpų arba per mažai sudėtingų raktų (mažesnė bitų raiška), todėl raktų erdvė tampa per maža;
• neteisingi parametrų pasirinkimai viešojo rakto sistemose (pvz., per mažos arba dalytos pirmtakės RSA p bei q, netinkamos kreivės parametrai ECC).

Pavyzdžiai

• DES: istorinis pavyzdys — DES turi žinomas kelias silpnų ir pusiau silpnų raktų klases (tradiciškai minima 4 silpni raktai ir 12 „pusiau silpnų“ raktų), dėl ko vėliau ir buvo pereita prie stipresnių algoritmų (pvz., AES).
• RSA: „silpni“ RSA raktai gali kilti, kai naudojami maži arba per arti esantys pirminiai skaičiai, arba kai vienas faktorius sutampa tarp kelių raktų (shared primes) — tai leidžia atstatyti privatumą sprendžiant Euklido algoritmo lygtį.
• ECC: netinkamai parinktas kreivės parametras arba nepilnai tikrinti taškai gali leisti smulkesnes atakas (pvz., small-subgroup atakas).
• Simetriniai srautų šifrai ir raktų tvarkymas: pakartotinis to paties rakto ar IV naudojimas gali sukurti efektą, kuris praktiškai išveda raktą iš saugaus rinkinio.

Kaip aptikti silpnus raktus

• raktų entropijos tikrinimas — patikrinti, ar generuojant raktus buvo pakankama entropija;
• patikros su žinomų silpnų raktų sąrašais — kai kurie algoritmai (pvz., DES) turi žinomų silpnų raktų sąrašus, kurių reikėtų vengti;
• statistiniai testai — raktų pasiskirstymo ir pasikartojimų analizė gali atskleisti problemą;
• kriptanalitinės simuliacijos — atlikti kontrolines atakas (pvz., modelines bruteforce) įtestuoto rakto erdvėje, jei įmanoma (testavimo aplinkoje).

Prevencija ir gerosios praktikos

• naudoti patikimus, kriptografiškai saugius atsitiktinių skaičių generatorius (CSPRNG);
• naudoti patikrintus, standartizuotus algoritmus ir bibliotekas (pvz., AES, RSA su rekomenduojamomis bitų reikšmėmis, ECC su patikrintomis kreivėmis), vengiant savadarbių sprendimų;
• įdiegti raktų validaciją — atmesti akivaizdžiai netinkamus ar žinomai silpnus raktus prieš juos panaudojant;
• naudoti KDF (key derivation functions) ir HSM (hardware security modules) raktų generavimui, saugojimui bei apsaugai;
• užtikrinti raktų rotaciją ir tinkamą gyvavimo laiką, bei kontroliuoti prieigos teises prie raktų;
• patikrinti viešojo rakto parametrus (pvz., RSA p ir q dydį bei jų nepriklausomumą, ECC kreivės parametrus);
• jei dirbate su senesniais algoritmais (pvz., DES), perkelti sistemas prie saugesnių alternatyvų (pvz., AES arba 3DES su tinkamu režimu, jei 3DES būtina), arba visiškai atsisakyti senų metodų.

Praktinės rekomendacijos

Jei kuriate arba administruojate kriptografines sistemas, laikykitės šių gairių:

• visada generuokite raktus naudojant patikrintą CSPRNG;
• neleiskite sistemai naudoti raktų, kurie neatlaiko validacijos testų (per mažas entropijos lygis, žinomi silpni raktai ir pan.);
• naudokite modernias bibliotekas ir palaikykite jų atnaujinimus — dažnai saugos pataisos sprendžia ir silpnų raktų aptikimą;
• reguliariai atlikite saugumo auditus ir testavimą, ypač prieš diegiant naujas kriptografines dalis.

Išvados

Silpnas raktas nėra tik teorinė problema — tai reali rizika, galinti kompromituoti duomenų konfidencialumą ir integritetą. Tinkama raktų generavimo praktika, validacija ir saugus raktų valdymas ženkliai sumažina šią riziką. Gerai suprojektuota sistema turėtų užtikrinti, kad silpnų raktų praktinis pasireiškimas būtų iš esmės neįmanomas.

Paieška pagal raidę