Ako môžu kryptografické techniky, ako sú digitálne podpisy a šifrovanie, pomôcť zabezpečiť integritu a dôvernosť údajov uložených na nedôveryhodných serveroch?
Kryptografické techniky sú základom zabezpečenia integrity a dôvernosti údajov uložených na nedôveryhodných serveroch. Primárne metódy používané na dosiahnutie týchto cieľov zahŕňajú digitálne podpisy a šifrovanie. Tieto techniky poskytujú robustné mechanizmy na ochranu údajov pred neoprávneným prístupom, manipuláciou a zabezpečujú, že údaje zostanú nezmenené a autentické.
Digitálne podpisy
Digitálne podpisy sú kryptografické protokoly, ktoré poskytujú prostriedky na overenie pravosti a integrity digitálnych správ alebo dokumentov. Sú digitálnym ekvivalentom ručne písaných podpisov alebo pečatí, ale sú oveľa bezpečnejšie. Digitálne podpisy používajú kryptografiu s verejným kľúčom (známu aj ako asymetrická kryptografia) na vytvorenie jedinečného podpisu pre digitálny dokument.
Ako fungujú digitálne podpisy
1. Generovanie kľúčov: Proces začína vygenerovaním páru kľúčov – súkromného kľúča a verejného kľúča. Súkromný kľúč uchováva vlastník v tajnosti, zatiaľ čo verejný kľúč distribuuje ostatným.
2. podpis: Keď chce vlastník podpísať dokument, použije na vygenerovanie podpisu svoj súkromný kľúč. To sa dosiahne aplikáciou kryptografickej hašovacej funkcie na dokument, aby sa vytvorila hašovacia hodnota (reťazec bajtov s pevnou veľkosťou, ktorý jedinečne reprezentuje údaje). Súkromný kľúč sa potom použije na zašifrovanie tejto hodnoty hash, čím sa vytvorí digitálny podpis.
3. Overenie: Na overenie podpisu používa príjemca verejný kľúč podpisovateľa. Príjemca dešifruje podpis pomocou verejného kľúča, aby získal hodnotu hash. Potom nezávisle vypočítajú hodnotu hash prijatého dokumentu a porovnajú ju s dešifrovanou hodnotou hash. Ak sa dve hodnoty hash zhodujú, podpis sa overí, čo znamená, že dokument nebol pozmenený a je autentický.
Zabezpečenie integrity a autentickosti
- integrita: Digitálne podpisy zaisťujú, že údaje neboli po ich podpise zmenené. Akákoľvek úprava údajov bude mať za následok inú hodnotu hash, čo spôsobí zlyhanie procesu overenia.
- Pravosť: Digitálne podpisy overujú identitu podpisovateľa. Keďže podpis môže vytvoriť iba vlastník súkromného kľúča, príjemca si môže byť istý, že údaje podpísal legitímny vlastník.
Príklad
Zvážte scenár, v ktorom spoločnosť ukladá citlivé zmluvy na nedôveryhodný cloudový server. Každá zmluva sa podpisuje pomocou súkromného kľúča spoločnosti. Keď klient získa zmluvu, môže použiť verejný kľúč spoločnosti na overenie podpisu. Ak je podpis platný, klient si môže byť istý, že zmluva nebola falšovaná a je skutočne od spoločnosti.
Šifrovanie
Šifrovanie je proces prevodu údajov vo formáte obyčajného textu do nečitateľného formátu nazývaného šifrový text pomocou šifrovacieho algoritmu a šifrovacieho kľúča. Iba tí, ktorí vlastnia dešifrovací kľúč, môžu previesť šifrovaný text späť na čitateľný čistý text. Šifrovanie zaisťuje, že údaje zostanú dôverné, aj keď sú uložené na nedôveryhodnom serveri.
Typy šifrovania
1. Symetrické šifrovanie: Pri symetrickom šifrovaní sa na šifrovanie aj dešifrovanie používa rovnaký kľúč. Táto metóda je efektívna a vhodná na šifrovanie veľkého množstva údajov. Kľúč však musí byť bezpečne zdieľaný medzi odosielateľom a príjemcom.
- Príklad: Advanced Encryption Standard (AES) je široko používaný symetrický šifrovací algoritmus. Spoločnosť môže použiť AES na zašifrovanie svojej databázy pred jej uložením na nedôveryhodný server. K údajom majú prístup iba tí, ktorí majú dešifrovací kľúč.
2. Asymetrické šifrovanie: Asymetrické šifrovanie využíva pár kľúčov – verejný kľúč na šifrovanie a súkromný kľúč na dešifrovanie. Táto metóda je bezpečnejšia pre výmenu kľúčov, ale je výpočtovo náročnejšia a pomalšia ako symetrické šifrovanie.
- Príklad: RSA (Rivest-Shamir-Adleman) je populárny asymetrický šifrovací algoritmus. Používateľ môže zašifrovať citlivé e-maily pomocou verejného kľúča príjemcu, čím sa zabezpečí, že iba príjemca môže dešifrovať e-mail pomocou svojho súkromného kľúča.
Zabezpečenie dôvernosti
- Údaje v pokoji: Šifrovanie zaisťuje, že údaje uložené na nedôveryhodnom serveri zostanú dôverné. Aj keď neoprávnená strana získa prístup k úložisku, nemôže čítať zašifrované údaje bez dešifrovacieho kľúča.
- Údaje v tranzite: Šifrovanie tiež chráni dáta pri ich prenose cez siete. Transport Layer Security (TLS) je príkladom protokolu, ktorý používa šifrovanie na zabezpečenie prenosu údajov, čím sa zabezpečí, že ich nemôžu zachytiť a prečítať neoprávnené strany.
Kombinácia digitálnych podpisov a šifrovania
Pre maximálnu bezpečnosť sa digitálne podpisy a šifrovanie často používajú spoločne. Táto kombinácia zabezpečuje integritu aj dôvernosť údajov.
1. Šifrovanie údajov: Po prvé, údaje sú šifrované pomocou symetrického alebo asymetrického šifrovania. Tento krok zaisťuje, že údaje zostanú dôverné a nemôžu ich prečítať neoprávnené strany.
2. Podpisovanie šifrovaných údajov: Zašifrované údaje sa potom podpíšu pomocou digitálneho podpisu. Tento krok zabezpečuje, že so zašifrovanými údajmi nebolo manipulované, a overuje identitu odosielateľa.
Príklad pracovného postupu
1. Príprava: Spoločnosť chce ukladať citlivé finančné záznamy na nedôveryhodný cloudový server.
2. Šifrovanie: Záznamy sú šifrované pomocou AES (symetrické šifrovanie), aby sa zabezpečila dôvernosť.
3. podpis: Zašifrované záznamy sú potom podpísané pomocou súkromného kľúča spoločnosti, aby sa zabezpečila integrita a autentickosť.
4. Uskladnenie: Podpísané a zašifrované záznamy sú uložené na cloudovom serveri.
5. Načítanie a overenie: Keď sa záznamy načítajú, príjemca najprv overí digitálny podpis pomocou verejného kľúča spoločnosti. Ak je podpis platný, príjemca potom dešifruje záznamy pomocou dešifrovacieho kľúča.
Tento pracovný postup zabezpečuje, že aj keď neoprávnená strana získa prístup ku cloudovému serveru, nemôže čítať ani meniť záznamy. Prístup k záznamom a ich overenie majú iba oprávnené strany s príslušným dešifrovacím kľúčom a verejným kľúčom.
Praktické úvahy
- Správa kľúčov: Efektívna správa kľúčov je dôležitá pre bezpečnosť kryptografických systémov. Kľúče musia byť bezpečne generované, distribuované, uchovávané a v prípade potreby odvolané. Kompromis kľúčov môže viesť k zlyhaniu zabezpečenia.
- Výber algoritmu: Výber kryptografických algoritmov a veľkostí kľúčov by mal byť založený na súčasných osvedčených postupoch a štandardoch. Algoritmy, ktoré sa dnes považujú za bezpečné, sa môžu v budúcnosti stať zraniteľnými v dôsledku pokroku vo výpočtovom výkone a kryptoanalýze.
- výkon: Kryptografické operácie môžu byť výpočtovo náročné. Mal by sa zvážiť vplyv na výkon, najmä v prípade rozsiahlych systémov alebo systémov s požiadavkami v reálnom čase.
záver
Kryptografické techniky, ako sú digitálne podpisy a šifrovanie, sú základnými nástrojmi na zabezpečenie integrity a dôvernosti údajov uložených na nedôveryhodných serveroch. Digitálne podpisy poskytujú prostriedky na overenie pravosti a integrity údajov a zabezpečujú, že neboli zmenené a pochádzajú z legitímneho zdroja. Šifrovanie zaisťuje, že údaje zostanú dôverné a nemôžu ich prečítať neoprávnené strany, aj keď získajú prístup k úložisku. Kombináciou týchto techník môžu organizácie chrániť svoje údaje pred neoprávneným prístupom a manipuláciou, a to aj pri používaní nedôveryhodných úložných serverov.
Ďalšie nedávne otázky a odpovede týkajúce sa Pokročilá bezpečnosť počítačových systémov EITC/IS/ACSS:
- Aké sú niektoré z výziev a kompromisov pri implementácii hardvérových a softvérových obmedzení proti útokom načasovanie pri zachovaní výkonu systému?
- Akú úlohu hrá prediktor vetvy pri útokoch na časovanie CPU a ako s ním môžu útočníci manipulovať, aby unikli citlivé informácie?
- Ako môže programovanie v konštantnom čase pomôcť zmierniť riziko útokov na načasovanie v kryptografických algoritmoch?
- Čo je špekulatívne vykonávanie a ako prispieva k zraniteľnosti moderných procesorov voči útokom na čas, ako je Spectre?
- Ako využívajú útoky načasovanie variácie času vykonávania na odvodenie citlivých informácií zo systému?
- Ako sa koncepcia konzistencie vidlice líši od konzistencie načítania a úpravy a prečo sa konzistencia vidlice považuje za najsilnejšiu dosiahnuteľnú konzistenciu v systémoch s nedôveryhodnými úložnými servermi?
- Aké sú výzvy a potenciálne riešenia pre implementáciu robustných mechanizmov kontroly prístupu na zabránenie neoprávneným úpravám v zdieľanom súborovom systéme na nedôveryhodnom serveri?
- Aký význam má udržiavanie konzistentného a overiteľného protokolu operácií v kontexte nedôveryhodných úložných serverov a ako to možno dosiahnuť?
- Čo sú byzantské servery a ako predstavujú hrozbu pre bezpečnosť úložných systémov?
- Ako protokoly ako STARTTLS, DKIM a DMARC prispievajú k bezpečnosti e-mailov a aké sú ich príslušné úlohy pri ochrane e-mailovej komunikácie?
Pozrite si ďalšie otázky a odpovede v časti EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security