Kas yra kriptografinis protokolas: apibrėžimas ir pavyzdžiai

Sužinokite, kas yra kriptografinis protokolas: apibrėžimas, pagrindinės savybės (autentifikacija, raktų apsikeitimas, šifravimas) ir pavyzdžiai (SSL, Diffie‑Hellman).

Kriptografinis protokolas (dar vadinamas šifravimo protokolu arba saugumo protokolu) - tai abstraktus arba jau egzistuojantis protokolas, kuris atlieka su saugumu susijusią funkciją ir taiko kriptografinius metodus.

Protokole aprašoma, kaip kriptografiniai algoritmai turėtų būti naudojami informacijai apsaugoti. Protokolo aprašyme turi būti pateikta išsami informacija apie visas duomenų struktūras ir atvaizdavimus, taip pat visa informacija apie tai, kaip protokolą naudoti programomis. Tai apima žingsnius, žinutes, laukiamus laukus, raktų formatus, reikalingus parametrus ir prielaidų sąrašą (pvz., kokie laukai yra vieši, o kurie turi būti slapti).

Kriptografiniai protokolai plačiai naudojami saugiam taikomųjų programų lygmens duomenų perdavimui, siekiant apsaugoti perduodamus pranešimus. Kriptografinis protokolas paprastai turi bent keletą iš šių savybių:

• Pagrindinė karta.
• Subjekto autentiškumo patvirtinimas.
• Pagrindinis susitarimas.
• Simetrinis perduodamų pranešimų šifravimas naudojant sutartą sukurtą raktą.

Terminas kriptografinis protokolas vartojamas įvairiai. Pavyzdžiui, kriptografinių taikomųjų programų protokolai dažnai naudoja vieną ar kelis pagrindinius raktų apsikeitimo protokolus, kurie taip pat kartais patys vadinami "kriptografiniais protokolais", pavyzdžiui, Secure Sockets Layer (SSL), kuris naudoja vadinamąjį Diffie-Hellman raktų apsikeitimo protokolą. Diffie-Hellman gali būti laikomas išbaigtu kriptografiniu protokolu, skirtu kitoms taikomosioms programoms.

Ką turi užtikrinti kriptografinis protokolas?

Siekiant aiškumo, toliau pateikiami pagrindiniai saugumo tikslai, kuriuos dažnai įgyvendina kriptografiniai protokolai:

• Konfidencialumas (slaptumas) — užtikrina, kad tik įgaliotos šalys gali perskaityti pranešimo turinį.
• Taisyklingumas ir vientisumas — apsaugo nuo duomenų klastojimo ar atsitiktinių pakeitimų; dažnai įgyvendinama per MAC arba skaitmeninius parašus.
• Autentifikacija — leidžia patikrinti šalių, su kuriomis vyksta ryšys, tapatybę.
• Nepaneigiamumas (non-repudiation) — suteikia galimybę įrodyti, kad konkreti šalis atliko tam tikrą veiksmą (pvz., pasirašė pranešimą).
• Atsparumas pakartojimui (replay protection) — apsaugo nuo seno pranešimo pakartotinio panaudojimo.
• Raktų valdymas ir viešosios/privatiosios informacijos apsauga — apima raktų generavimą, saugojimą, keitimąsi ir naikinimą.
• Forward secrecy (tolimesnis slaptumas) — užtikrina, kad ilgainiui kompromituotas ilgalaikis raktas neišduos praeities užšifruotų sesijų turinio.

Pavyzdžiai ir įprastos taikymo srities programos

Yra daug žinomų kriptografinių protokolų ir protokolų rinkinių, kuriuos naudoja kasdienės sistemos:

• Tinklų saugumas: TLS/SSL (pvz., SSL/TLS) naudojamas saugiems HTTP ryšiams (HTTPS).
• Nuotolinės komandinės eilutės ir failų perkėlimas: SSH.
• Tinklų lygmens apsauga: IPsec (saugi VPN jungtis).
• Paštas ir failų šifravimas: PGP / OpenPGP, S/MIME.
• Autentifikacija: Kerberos (tinklų autentifikacijos protokolas).
• Privatūs pokalbiai ir žinučių sauga: Signal protokolas, OTR.
• Belieka wireless apsauga: WPA2 / WPA3 (tinklo ryšio autentifikacija ir šifravimas).

Protokolo projektavimo ir analizės aspektai

Kriptografinių protokolų kūrimas reikalauja ne tik pasirinkti stiprius algoritmus, bet ir apgalvoti, kaip šie algoritmai sąveikauja. Dėl to dažnai taikomi formalūs analizės metodai:

• Simbolinė analizė (pvz., modeliai, kurie tikrina logines savybes), leidžia aptikti logines spragas (pvz., galimus MITM atakos taškus).
• Skaitinė arba kompiutacinė analizė vertina kriptografinių primityvų saugumą esant realiems kriptoanalizės metodams.
• Provable security — bandymai įrodyti protokolo saugumą, grindžiant priimančiomis prielaidomis (pvz., tam tikrų funkcijų sunkumu).

Bendros klaidos ir tipinės atakos

Daug saugumo incidentų kyla ne dėl pačių matematikos spragų, o dėl klaidų protokolo projekte ar implementacijoje:

• Man-in-the-middle (MITM) — atakierius perima ar pakeičia žinutes tarp šalių.
• Downgrade atakos — priversti šalis naudoti silpnesnį šifravimą ar senesnę protokolo versiją.
• Replay atakos — pakartotinai siunčiami seni pranešimai, jei nėra apsaugos nuo pakartojimų.
• Šalutinių kanalų (side-channel) atakos — pvz., laiko analize arba energijos vartojimo tyrinėjimu atskleidžiami raktai.
• Neteisingas atsitiktinių skaičių generatoriaus naudojimas — silpni raktai dėl prastos entropijos.
• Neteisinga raktų valdymo politika — raktų per ilgai nekintantys galiojimo terminai, netinkamas atšaukimas ar saugojimas.

Geros praktikos rekomendacijos

• Naudoti patikrintas ir viešai audituotas protokolo versijas (pvz., TLS 1.3 vietoje senesnių TLS/SSL versijų).
• Pasikliauti gerai ištirtais primityvais ir jų parametrų rekomendacijomis (raktų ilgiai, kripto kuritai).
• Užtikrinti patikimą atsitiktinių skaičių generavimą ir raktų saugojimą (pvz., HSM, TPM).
• Atliekant įdiegimą laikytis laiko konstantiškumo praktikų, kad būtų išvengta šoninių kanalų atakų.
• Reguliariai atlikti išorinius saugumo audit'us ir formalias analizės procedūras, imtis testavimo (pen-test) ir kodo peržiūrų.

Santrauka

Kriptografinis protokolas yra išsamus taisyklių rinkinys, nurodantis, kaip naudoti kriptografinius metodus siekiant užtikrinti saugumą informacinių sistemų sąveikoje. Sėkmė priklauso ne tik nuo pasirinktos matematikos, bet ir nuo kruopščios projekto dokumentacijos, tinkamo raktų valdymo, teisingos implementacijos bei nuolatinės analizės ir atnaujinimų.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra kriptografinis protokolas?

K: Kokios yra kai kurios kriptografinio protokolo savybės?

K: Kaip naudojami kriptografiniai protokolai?

K: Ar yra išbaigto kriptografinio protokolo pavyzdys?

K: Ar protokolo aprašyme pateikiama išsami informacija apie duomenų struktūras ir atvaizdus?

K: Ar į aprašymą taip pat įtraukiama išsami informacija apie tai, kaip protokolą panaudoti programomis?

Paieška pagal raidę