A kriptográfiai technikák alapvető fontosságúak a nem megbízható szervereken tárolt adatok integritásának és bizalmasságának biztosításában. Az e célok eléréséhez használt elsődleges módszerek közé tartozik a digitális aláírás és a titkosítás. Ezek a technikák robusztus mechanizmusokat biztosítanak az adatok védelmére a jogosulatlan hozzáféréssel és manipulációval szemben, valamint biztosítják, hogy az adatok változatlanok és hitelesek maradjanak.
Digitális aláírások
A digitális aláírások olyan kriptográfiai protokollok, amelyek lehetővé teszik a digitális üzenetek vagy dokumentumok hitelességének és integritásának ellenőrzését. Ezek a kézzel írott aláírások vagy pecsétek digitális megfelelői, de sokkal biztonságosabbak. A digitális aláírások nyilvános kulcsú kriptográfiát (más néven aszimmetrikus titkosítást) használnak, hogy egyedi aláírást hozzanak létre egy digitális dokumentumhoz.
Hogyan működnek a digitális aláírások
1. Kulcsgenerálás: A folyamat egy kulcspár – egy privát kulcs és egy nyilvános kulcs – generálásával kezdődik. A privát kulcsot a tulajdonos titokban tartja, míg a nyilvános kulcsot szétosztják másoknak.
2. Aláírás: Amikor a tulajdonos alá akar írni egy dokumentumot, a privát kulcsát használja az aláírás létrehozásához. Ez úgy történik, hogy kriptográfiai hash függvényt alkalmaznak a dokumentumra, hogy létrehozzanak egy hash értéket (egy rögzített méretű bájtsort, amely egyedileg reprezentálja az adatokat). Ezután a titkos kulcsot használják ennek a hash-értéknek a titkosításához, létrehozva a digitális aláírást.
3. Igazolás: Az aláírás ellenőrzéséhez a címzett az aláíró nyilvános kulcsát használja. A címzett a nyilvános kulccsal dekódolja az aláírást a hash érték megszerzéséhez. Ezután önállóan kiszámítják a fogadott dokumentum hash értékét, és összehasonlítják a dekódolt hash értékkel. Ha a két hash érték egyezik, az aláírás ellenőrzésre kerül, jelezve, hogy a dokumentumot nem módosították és hiteles.
Az integritás és az eredetiség biztosítása
- Sértetlenség: A digitális aláírás biztosítja, hogy az adatok aláírásuk óta nem változtak. Az adatok bármilyen módosítása eltérő hash-értéket eredményez, ami az ellenőrzési folyamat sikertelenségét okozza.
- Hitelesség: A digitális aláírások ellenőrzik az aláíró személyazonosságát. Mivel csak a privát kulcs tulajdonosa hozhatja létre az aláírást, a címzett biztos lehet benne, hogy az adatokat a jogos tulajdonos írta alá.
Példa
Fontolja meg azt a forgatókönyvet, amelyben egy vállalat bizalmas szerződéseket tárol egy nem megbízható felhőkiszolgálón. Minden szerződést a cég privát kulcsával írnak alá. Amikor az ügyfél lekér egy szerződést, használhatja a cég nyilvános kulcsát az aláírás ellenőrzésére. Ha az aláírás érvényes, az ügyfél biztos lehet abban, hogy a szerződést nem manipulálták, és valóban a cégtől származik.
Titkosítás
A titkosítás az egyszerű szöveges adatok olvashatatlan, titkosított szövegnek nevezett formátummá alakításának folyamata kriptográfiai algoritmus és titkosítási kulcs segítségével. Csak azok alakíthatják vissza a titkosított szöveget, akik rendelkeznek a visszafejtési kulccsal, olvasható egyszerű szöveggé. A titkosítás biztosítja, hogy az adatok bizalmasak maradjanak, még akkor is, ha azokat nem megbízható szerveren tárolják.
Titkosítás típusai
1. Szimmetrikus titkosítás: A szimmetrikus titkosításnál ugyanazt a kulcsot használják a titkosításhoz és a visszafejtéshez. Ez a módszer hatékony és alkalmas nagy mennyiségű adat titkosítására. A kulcsot azonban biztonságosan meg kell osztani a küldő és a címzett között.
- Példa: Az Advanced Encryption Standard (AES) egy széles körben használt szimmetrikus titkosítási algoritmus. A vállalat az AES segítségével titkosíthatja adatbázisát, mielőtt egy nem megbízható szerveren tárolná. Csak azok férhetnek hozzá az adatokhoz, akik rendelkeznek a visszafejtő kulccsal.
2. Aszimmetrikus titkosítás: Az aszimmetrikus titkosítás egy kulcspárt használ – egy nyilvános kulcsot a titkosításhoz és egy privát kulcsot a visszafejtéshez. Ez a módszer biztonságosabb a kulcscseréhez, de számításilag intenzívebb és lassabb, mint a szimmetrikus titkosítás.
- Példa: Az RSA (Rivest-Shamir-Adleman) egy népszerű aszimmetrikus titkosítási algoritmus. A felhasználó titkosíthatja az érzékeny e-maileket a címzett nyilvános kulcsával, így biztosítva, hogy csak a címzett tudja visszafejteni az e-mailt a privát kulcsával.
A titoktartás biztosítása
- Adatok nyugalmi állapotban: A titkosítás biztosítja, hogy a nem megbízható szerveren tárolt adatok bizalmasak maradjanak. Még ha illetéktelen fél hozzáfér a tárolóhoz, nem tudja elolvasni a titkosított adatokat a visszafejtési kulcs nélkül.
- Adattovábbítás: A titkosítás a hálózaton keresztül továbbított adatokat is védi. A Transport Layer Security (TLS) egy példa egy olyan protokollra, amely titkosítást használ az adatok továbbítása során, biztosítva, hogy azokat illetéktelen felek ne tudják elfogni és elolvasni.
A digitális aláírás és a titkosítás kombinálása
A maximális biztonság érdekében a digitális aláírást és a titkosítást gyakran együtt használják. Ez a kombináció biztosítja az adatok integritását és bizalmasságát.
1. Adatok titkosítása: Először is, az adatokat szimmetrikus vagy aszimmetrikus titkosítással titkosítják. Ez a lépés biztosítja, hogy az adatok bizalmasak maradjanak, és illetéktelen felek ne tudják elolvasni.
2. Titkosított adatok aláírása: A titkosított adatokat ezután digitális aláírással írják alá. Ez a lépés biztosítja, hogy a titkosított adatokat nem manipulálták, és ellenőrzi a feladó személyazonosságát.
Példa munkafolyamat
1. Előkészítés: Egy vállalat érzékeny pénzügyi nyilvántartásokat szeretne tárolni egy nem megbízható felhőkiszolgálón.
2. Titkosítás: A rekordok titkosítása AES (szimmetrikus titkosítás) használatával történik a titkosság biztosítása érdekében.
3. Aláírás: A titkosított rekordokat ezután a vállalat privát kulcsával írják alá az integritás és a hitelesség biztosítása érdekében.
4. Tárolás: Az aláírt és titkosított rekordokat a felhőkiszolgáló tárolja.
5. Visszakeresés és ellenőrzés: A rekordok lekérésekor a címzett először a vállalat nyilvános kulcsával ellenőrzi a digitális aláírást. Ha az aláírás érvényes, a címzett dekódolja a rekordokat a visszafejtési kulcs segítségével.
Ez a munkafolyamat biztosítja, hogy még ha egy illetéktelen fél hozzáférjen is a felhőkiszolgálóhoz, ne tudja elolvasni vagy módosítani a rekordokat. Csak a megfelelő visszafejtési kulccsal és nyilvános kulccsal rendelkező felek férhetnek hozzá és ellenőrizhetik a rekordokat.
Gyakorlati szempontok
- Kulcskezelés: A hatékony kulcskezelés fontos a kriptográfiai rendszerek biztonsága szempontjából. A kulcsokat biztonságosan kell előállítani, elosztani, tárolni, és szükség esetén vissza kell vonni. A kulcsok veszélyeztetése a biztonság meghibásodásához vezethet.
- Algoritmus kiválasztása: A kriptográfiai algoritmusok és kulcsméretek kiválasztásának a jelenlegi legjobb gyakorlatokon és szabványokon kell alapulnia. A ma biztonságosnak tekintett algoritmusok a jövőben sebezhetővé válhatnak a számítási teljesítmény és a kriptoanalízis fejlődése miatt.
- teljesítmény: A kriptográfiai műveletek számításigényesek lehetnek. Figyelembe kell venni a teljesítményre gyakorolt hatást, különösen a nagyméretű rendszerek vagy a valós idejű követelményeket támasztó rendszerek esetében.
Következtetés
A titkosítási technikák, például a digitális aláírások és a titkosítás alapvető eszközök a nem megbízható szervereken tárolt adatok integritásának és bizalmasságának biztosításához. A digitális aláírások lehetőséget biztosítanak az adatok hitelességének és sértetlenségének ellenőrzésére, biztosítva, hogy azok nem módosultak, és törvényes forrásból származnak. A titkosítás biztosítja, hogy az adatok bizalmasak maradjanak, és jogosulatlan felek ne olvashassák azokat, még akkor sem, ha hozzáférnek a tárolóhoz. E technikák kombinálásával a szervezetek megvédhetik adataikat a jogosulatlan hozzáféréstől és manipulációtól, még akkor is, ha nem megbízható tárolókiszolgálókat használnak.
További friss kérdések és válaszok ezzel kapcsolatban EITC/IS/ACSS fejlett számítógépes rendszerek biztonsága:
- Milyen kihívásokkal és kompromisszumokkal jár az időzítési támadások elleni hardveres és szoftveres csökkentés végrehajtása a rendszer teljesítményének megőrzése mellett?
- Milyen szerepet játszik az elágazás-előrejelző a CPU-időzítési támadásokban, és hogyan manipulálhatják a támadók érzékeny információk kiszivárogtatása érdekében?
- Hogyan segíthet az állandó idejű programozás csökkenteni az időzítési támadások kockázatát a kriptográfiai algoritmusokban?
- Mi az a spekulatív végrehajtás, és hogyan járul hozzá a modern processzorok sebezhetőségéhez az olyan időzítési támadásokkal szemben, mint a Spectre?
- Hogyan használják ki az időzítési támadások a végrehajtási idő változásait, hogy érzékeny információkat vonjanak ki a rendszerből?
- Miben különbözik a fork konzisztencia fogalma a lekérés-módosítás konzisztenciától, és miért tekintik a fork konzisztenciát a legerősebb elérhető konzisztenciának a nem megbízható tárolószervereket tartalmazó rendszerekben?
- Melyek a kihívások és a lehetséges megoldások a robusztus hozzáférés-felügyeleti mechanizmusok megvalósításához, amelyek megakadályozzák a jogosulatlan módosításokat egy nem megbízható kiszolgálón lévő megosztott fájlrendszerben?
- A nem megbízható tárolószerverek kapcsán mi a jelentősége a konzisztens és ellenőrizhető műveleti napló fenntartásának, és hogyan érhető el ez?
- Mik azok a bizánci szerverek, és hogyan jelentenek veszélyt a tárolórendszerek biztonságára?
- Hogyan járulnak hozzá az olyan protokollok, mint a STARTTLS, DKIM és DMARC az e-mailek biztonságához, és mi a szerepük az e-mailes kommunikáció védelmében?
További kérdések és válaszok az EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security webhelyen