Melyek az egyszer használatos pad korlátai, és miért nem tartják praktikusnak a legtöbb valós alkalmazásban?
Az egyszeri pad (OTP) egy elméletileg feltörhetetlen titkosítás, feltéve, hogy bizonyos feltételek teljesülnek. Először Frank Miller írta le 1882-ben, később pedig Gilbert Vernam önállóan újra feltalálta 1917-ben. Az OTP mögött meghúzódó alapelv egy véletlenszerű kulcs használata, amely olyan hosszú, mint maga az üzenet, amelyet azután kombinálnak az egyszerű szöveges üzenettel. az XOR (exkluzív VAGY) művelet. Elméleti tökéletessége ellenére az OTP-nek jelentős korlátai vannak, amelyek miatt a legtöbb valós alkalmazásban nem használható.
Először is, a valóban véletlenszerű kulcs követelménye, amely addig tart, amíg az üzenet lényeges korlátozást jelent. Az ilyen kulcsok biztonságos előállítása és elosztása óriási kihívás. A gyakorlatban nehéz valódi véletlenszerűséget generálni. A legtöbb véletlenszám-generátor pszeudo-véletlen sorozatokat állít elő, amelyek determinisztikusak, és potenciálisan megjósolhatók, ha ismert az algoritmus vagy a mag. A valódi véletlenszerűséghez általában olyan fizikai folyamatok szükségesek, mint például a radioaktív bomlás vagy a termikus zaj, amelyek nem könnyen hozzáférhetőek vagy nem praktikusak nagyszabású felhasználáshoz.
Másodszor, a kulcs biztonságos elosztása problémás. Az OTP biztonságának megőrzéséhez a kulcsot meg kell osztani a küldő és a címzett között egy biztonságos csatornán keresztül, amelyet nem lehet elfogni vagy feltörni. Ez a követelmény lényegében tagadja a kriptográfia azon előnyét, hogy biztonságos kommunikációt biztosít egy nem biztonságos csatornával szemben. Ha rendelkezésre áll egy biztonságos csatorna a kulcs terjesztésére, akkor az is felhasználható magának az üzenetnek a továbbítására, ami redundánssá teszi az OTP-t.
Ezenkívül minden billentyűt csak egyszer kell használni (innen ered az "egyszeri" elnevezés). A kulcs újrafelhasználása az OTP-titkosításban katasztrofális a biztonság szempontjából. Ha ugyanazt a kulcsot használják több üzenet titkosításához, a támadó ismert egyszerű szöveges támadást hajthat végre a kulcs kikövetkeztetése érdekében, és ezt követően visszafejtheti az ezzel a kulccsal titkosított összes üzenetet. Az egyes üzenetekhez tartozó egyedi kulcsokra vonatkozó követelmény tovább bonyolítja a kulcskezelést, így nem praktikus olyan környezetekben, ahol nagy mennyiségű adatot kell titkosítani.
A kulcsok tárolása és kezelése is jelentős kihívásokat jelent. Mivel a kulcsnak olyan hosszúnak kell lennie, mint az üzenet, a kulcsok biztonságos tárolása jelentős erőforrásokat igényel. Például, ha valaki titkosítani szeretne egy 1 GB-os fájlt, egy 1 GB-os kulcsot biztonságosan kell előállítani, tárolni és terjeszteni. Ez a legtöbb valós alkalmazás esetében nem kivitelezhető, különösen olyan esetekben, amikor nagy mennyiségű adatot rendszeresen titkosítanak és továbbítanak.
Egy másik korlát az emberi hibákra való hajlam. Biztonsága szempontjából fontos az OTP helyes megvalósítása. Az előírt módszertől való bármilyen eltérés, mint például a nem megfelelő kulcsgenerálás, nem biztonságos kulcstárolás vagy a kulcsok újrafelhasználása, az egész titkosítási rendszert veszélyeztetheti. Tekintettel az OTP összetettségére és szigorú követelményeire, a hibátlan megvalósítás biztosítása kihívást jelent, és hajlamos az emberi hibákra.
Továbbá az OTP semmilyen hitelesítési formát nem biztosít. Bár biztosítja az üzenet titkosságát, nem ellenőrzi a feladó személyazonosságát vagy az üzenet sértetlenségét. A modern kriptográfiai rendszerekben a hitelesítés kritikus komponens, és ennek hiánya az OTP-ben további kriptográfiai mechanizmusok alkalmazását teszi szükségessé a kommunikáció teljes biztonsága érdekében.
E korlátok ellenére az OTP-t továbbra is olyan speciális niche-alkalmazásokban használják, ahol a követelményei teljesíthetők. Például történelmileg a diplomáciai és katonai kommunikációban használták, ahol a kulcsok biztonságos elosztása és kezelése szigorúan ellenőrizhető. Ilyen körülmények között az OTP abszolút biztonsága felülmúlja gyakorlati kihívásait.
Az OTP kivitelezhetetlenségének illusztrálására vegyünk egy egyszerű példát. Tegyük fel, hogy Alice egy 100 MB-os fájlt szeretne küldeni Bobnak az OTP használatával. Először létre kell hoznia egy 100 MB-os véletlenszerű kulcsot, amelyet azután a 100 MB fájllal XOR-re használ a titkosított szöveg előállításához. Ezt a 100 MB-os kulcsot biztonságosan el kell küldeni Bobnak, mielőtt dekódolhatná a rejtjelezett szöveget. Ha Alice és Bob rendszeresen szeretne kommunikálni, akkor minden üzenethez új 100 MB-os kulcsra van szükségük, ami hatalmas mennyiségű kulcsadatot eredményez, amelyet biztonságosan kell előállítani, tárolni és továbbítani.
Ezzel szemben a modern kriptográfiai rendszerek, például a szimmetrikus kulcs-algoritmusokat (pl. AES) vagy aszimmetrikus kulcs-algoritmusokat (pl. RSA) alkalmazó rendszerek lényegesen rövidebb kulcsokat használnak, amelyek biztonságosan kezelhetők és kisebb ráfordítással terjeszthetők. Ezek a rendszerek további funkciókat is biztosítanak, mint például a hitelesítés, az integritás ellenőrzése és a letagadhatatlanság, amelyek elengedhetetlenek a valós alkalmazások biztonságos kommunikációjához.
Bár az egyszeri pad továbbra is érdekes és elméletileg tökéletes titkosítási módszer marad, gyakorlati korlátai, beleértve a valóban véletlenszerű kulcsok szükségességét, a biztonságos kulcselosztást, az egyes üzenetekhez egyedi kulcsokat és a hitelesítés hiányát, alkalmatlanná teszik a legtöbb valós titkosításhoz. világ alkalmazások. A modern kriptográfiai rendszerek praktikusabb és átfogóbb megoldást kínálnak a kommunikáció biztosítására.
További friss kérdések és válaszok ezzel kapcsolatban Az EITC/IS/CCF klasszikus kriptográfiai alapismeretek:
- Bevezették a nyilvános kulcsú titkosítást a titkosításban való használatra?
- Egy adott kriptográfiai protokoll összes lehetséges kulcsának halmazát kulcstérnek nevezik a kriptográfiában?
- Egy eltolós titkosírásban az ábécé végén lévő betűket az ábécé elején lévő betűkkel helyettesítik-e a moduláris aritmetika szerint?
- Mit kell tartalmaznia egy blokkrejtjelnek Shannon szerint?
- A DES protokollt az AES kriptoszisztémák biztonságának javítása érdekében vezették be?
- A blokkrejtjelek biztonsága a zavaró és diffúziós műveletek sokszori kombinálásától függ?
- Titokban kell tartani a titkosítási és visszafejtési funkciókat ahhoz, hogy a kriptográfiai protokoll biztonságos maradjon?
- Használható-e a kriptoanalízis biztonságos kommunikációra egy nem biztonságos kommunikációs csatornán keresztül?
- Az internet, a GSM és a vezeték nélküli hálózatok a nem biztonságos kommunikációs csatornák közé tartoznak?
- Hatékony-e a kimerítő kulcskeresés a helyettesítő rejtjelekkel szemben?
További kérdések és válaszok az EITC/IS/CCF Klasszikus kriptográfiai alapismeretekben