Alates mai 2020. aastast on Venemaal ametlikult müügil WD My Book välist kõvaketas, mis toetab 256-bitist AES riistvaralist krüpteerimist. Seoses seadusandlike piirangutega oli varem selliseid seadmeid võimalik osta vaid välismaistest elektroonikapoest või "hallilt" turult, kuid nüüd saab kaitstud salvestisse koos Western Digitali kolmeaastase garantiiga soetada iga soovija. Selle märkimisväärse sündmuse puhul otsustasime teha väikese ekskursiooni ajaloosse ja uurida, kuidas Advanced Encryption Standard tekkis ning millega see teiste lahendustega võrreldes nii hea on.
Pikka aega oli USA ametlikuks sümmeetrilise krüpteerimise standardiks DES (Data Encryption Standard – andmete krüpteerimise standard), mille töötas välja IBM ja mis lisati föderaalse teabe töötlemise standardite nimekirja 1977. aastal (FIPS 46-3). Algoritmi aluseks oli uurimisprojekti käigus saadud töö, mille koodnimi oli Lucifer. Kui 15. mail 1973 kuulutas USA rahvuslik standardibüroo välja konkursi, mille eesmärk oli luua krüpteerimisstandardi riigiasutustele, liitus Ameerika korporatsioon krüptograafilise võidujooksuga Lucifer'i kolmanda versiooniga, millel oli uuendatud Feistel'i võrk. Koos teiste kandidaatidega pidi see aga alistuma, kuna ükski esitatud algoritm ei vastanud NBS-i ekspertide jaole tingimustele.
Loomulikult ei saanud IBM lihtsalt kaotamisega leppida: kui 27. augustil 1974 konkursi korraldati, esitas Ameerika korporatsioon uuesti oma taotluse, esitades täiustatud versiooni Lucifer'ist. Seekord ei olnud žüriil ühtegi pretensiooni: pärast vigade põhjalikku uurimist suutis IBM kõik puudused edukalt kõrvaldada, nii et kurta polnud millegi üle. Kindla võiduga muutus Lucifer nimeks DES ning juba 17. märtsil 1975 avaldati see föderaalses registris.
Kuid avatud sümpoosionide käigus, mis korraldati 1976. aastal, et arutada uut krüptograafilist standardit, sai DES, ekspertide seas, tõsist kriitikat. Selle põhjuseks olid muudatused, mille tegid algoritmisse NSA spetsialistid: peamiselt lühendati võtme pikkust 56 bitini (esialgu toetas Lucifer 64- ja 128-bitiseid võtmeid) ning muudeti ka plokkide permutatsiooni loogikat. Krüptograafide arvates ei olnud "parandustel" mõtet ja ainsaks, mida rahvuslik julgeolekule asutus saavutas muudatuste rakendamisega, oli võimalus vabalt lugeda salastatud dokumente.
Seoses nimetatud süüdistustega loodi USA Senati juurde erikomisjon, mille eesmärk oli kontrollida NSA tegevuse põhjendatust. 1978. aastal avaldati uurimise tulemuste põhjal aruanne, milles teatati järgmistest asjaoludest:
- NSA esindajad osalesid DES-i täiustamises ainult kaudselt, samal ajal kui nende panus puudutas ainult plokkide permutatsiooni töö muutmist;
- DES-i lõplik versioon osutus ründe- ja krüptograafilise analüüsi suhtes tugevamaks kui algne, nii et sisseviidud muudatused olid põhjendatud;
- 56-bitine võtme pikkus on enamiku rakenduste jaoks rohkem kui piisav, kuna sellise krüpteerimise murdmiseks on vaja superkompuutrit, mille maksimaalne hind on vähemalt mitu kümned miljonit dollarit, ning kuna tavalisel kurjategijal ja isegi professionaalsetel häkkeritel ei ole selliseid ressursse, siis pole muretsemiseks põhjust.
Komisjoni järeldused said osaliselt kinnitatud 1990. aastal, kui Iisraeli krüptograafid Eli Biham ja Adi Shamir, töötades diferentsiaalse krüptoanalüüsi sõnastuse kallal, viisid läbi ulatusliku uurimise plokkide algoritmide üle, sealhulgas DES-i. Teadlased leidsid, et uus permutatsioonide mudel osutus palju rünnakute suhtes vastupidavamaks kui algne ning seega aitas NSA tõepoolest kõrvalda palju nõrkusi algoritmis.
Adi Shamir
Samal ajal osutus võtme pikkuse piirang probleemiks, ja veelgi tõsisemaks, nagu 1998. aastal tõestas seda veenvalt kodanikühendus Electronic Frontier Foundation (EFF) eksperimendi DES Challenge II raames, mida korraldas RSA Laboratory. Eriti DES-i murdmise jaoks ehitati superarvuti, mille kodeeringuks sai EFF DES Cracker, mille loomisega tegelesid John Gilmore, EFF-i kaasasutaja ja DES Challenge projektijuht, ja Paul Kocher, Cryptography Researchi asutaja.
EFF DES Cracker protsessor
Nende välja töötatud süsteem suutis edukalt leida võtme krüpteeritud näidise jaoks, kasutades lihtsat proovimise meetodit, vaid 56 tunni jooksul, st vähem kui kolme päeva jooksul. Selleks vajas DES Cracker umbes veerandi kõigist võimalikest kombinatsioonidest kontrollimist, mis tähendab, et isegi kõige halvemates tingimustes kuluks krüptimise murdmisele umbes 224 tundi, st mitte rohkem kui 10 päeva. Samal ajal maksis superarvuti, arvestades selle projekteerimiskulusid, vaid 250 000 dollarit. Pole raske arvata, et tänapäeval on sarnaseid krüpteerimisi murda veelgi lihtsam ja odavam: pealegi on riistvara muutunud palju võimsamaks ning tänu internetitehnoloogiate arengule ei pea häkker enam vajalikku varustust ostma või rentima — piisab vaid nakatunud viirusega arvutite botneti loomisest.
See eksperiment näitas selgelt, kui moraalselt aegunud on DES. Ja kuna sel ajal kasutati algoritmi peaaegu 50% andmete krüpteerimise lahendustes (EFF-i hinnangul), oli küsimus alternatiivi leidmisest muutunud äärmiselt teravaks.
Uued väljakutsed — uus konkurss
Õiguste kohaselt tuleb öelda, et otsingud Data Encryption Standard'i asenduse leidmiseks algasid peaaegu samaaegselt EFF DES Cracker'i ettevalmistamisega: Ameerika Ühendriikide riiklik standardite ja tehnoloogia instituut (NIST) kuulutas 1997. aastal välja krüpteerimisalgoritmide konkursi, mille eesmärk oli leida uus "kuldstandard" krüptoturvalisusele. Ja kui varasematel aegadel korraldati analoogne üritus vaid "oma ringis", siis, meenutades 30 aasta tagust ebaõnnestumist, otsustas NIST teha konkursi täiesti avatuks: osalema said tulla kõik ettevõtted ja eraisikud, sõltumata asukohast või kodakondsusest.
Selline lähenemine õigustas end juba kandidaatide valimise etapil: Advanced Encryption Standard'i konkursile esitati kandidaate nii maailmakuulsatelt krüptoloogidelt (Ross Anderson, Eli Biham, Lars Knudsen) kui ka väikestelt IT-ettevõtetelt, mis spetsialiseerusid küberjulgeolekule (Counterpane), suurtest korporatsioonidest (Saksa Deutsche Telekom) ja haridusasutustest (Leuveni Katoliku Ülikool, Belgia), samuti idufirmadelt ja väikestelt ettevõtetelt, millest vähesed olid teada väljaspool nende riike (näiteks Costa Rica Tecnologia Apropriada Internacional).
Huvitav on see, et seekord kehtestas NIST ka ainult kaks põhitingimust osalevate algoritmide jaoks:
- andmepaki suurus peab olema fikseeritud 128 bitti;
- algoritm peab toetama vähemalt kolme võtme suurust: 128, 192 ja 256 bitti.
Sellise tulemuse saavutamine oli suhteliselt lihtne, kuid nagu öeldakse, on kurat detailides: kõrvalnõudeid oli palju rohkem ja neile vastamine oli oluliselt keerulisem. Samas, just nende alusel viisid NIST-i arvustajad läbi kandidaatide valiku. Millistele kriteeriumidele pidi vastama konkursil osaleja:
- võime taluda kõiki krüptoanalüütilisi rünnakuid, mis olid konkursi toimumise ajal teada, sealhulgas kõrvalkanalite rünnakuid;
- nõrkade ja ekvivalentsete krüpteerimisvõtmete puudumine (ekvivalentsetena mõistetakse selliseid võtmeid, millel on kuigi olulised erinevused, kuid mis toovad kaasa identsete krüptide saamise);
- krüpteerimise kiirus on stabiilne ja umbes sama kõikidel aktuaalsetel platvormidel (8- kuni 64-bitised);
- mitmeprotsessoriliste süsteemide optimeerimine, operatsioonide paralleelne töötlemine;
- minimaalsed nõuded mälumahtudele;
- puuduvad piirangud kasutamiseks standardsetes stsenaariumides (nt. räsifunktsioonide, PSD ja muu sarnase alusena);
- algoritmi struktuur peab olema põhjendatud ja kergesti mõistetav.
Viimane punkt võib tunduda kummaline, kuid mõeldes sellele, ei ole see ilma mõtteta, sest hästi struktureeritud algoritmi on palju lihtsam analüüsida, lisaks on seda raskem varjata "tagaukse" abil, mille kaudu arendaja saaks piiramatu juurdepääsu krüpteeritud andmetele.
Advanced Encryption Standard konkursile esitamiste vastuvõtmine kestis poolteist aastat. Osales kokku 15 algoritmi:
- CAST-256, mille töötas välja Kanada ettevõte Entrust Technologies, põhinedes CAST-128-l, mille loonud Karl A. Adams ja Stafford Tavares;
- Crypton, loodud Korea Vabariigi ettevõtte Future Systems krüptolooge Che Hong Lim'i poolt, mis tegeleb küberturbe valdkonnaga;
- DEAL, mille kontseptsiooni esitas algselt Taani matemaatik Lars Knudsen, hiljem arendas tema ideid Richard Outerbridge, kes ka esitas osalemise taotluse konkursil;
- DFC, Pariisi kõrgema hariduse kooli, Prantsuse Rahvusliku Teadusuurimiskeskuse (CNRS) ja telekommunikatsiooni ettevõtte France Telecom ühine projekt;
- E2, arendatud Jaapani suurima telekommunikatsiooni ettevõtte Nippon Telegraph and Telephone toimetusel;
- FROG, Costa Rica ettevõtte Tecnologia Apropriada Internacional töö;
- HPC, Ameerika krüptolooge ja matemaatik Richard Shreppel'i leiutis Arizonalaste Ülikoolist;
- LOKI97, loodud Austraalia krüptograafide Laurence Browni ja Jennifer Seberri poolt;
- Magenta, loodud Michael Jacobsoni ja Klaus Huberiga Saksamaa telekommunikatsiooni ettevõtte Deutsche Telekom AG jaoks;
- IBM MARS, mille loomisel osales Don Coppersmith, üks Lucifer'i autoritest;
- RC6, kirjutatud Ron Rivesti, Matt Robshaw ja Ray Sidney poolt spetsiaalselt AES konkursi jaoks;
- Rijndael, loodud Vincent Rijmen ja Joan Daemen, Löwen'i katoliiklikust ülikoolist;
- SAFER+, California ettevõtte Cylink koostöös Armeenia Rahvusliku Teadusakadeemiaga arendatud.
- Serpent, mille lõid Ross Anderson, Eli Biham ja Lars Knudsen;
- Twofish, loodud Bruce Schneier'i uurimisgrupi poolt krüptograafilise algoritmi Blowfish põhjal, mille Bruce ette pani juba 1993. aastal.
Esimese vooru tulemuste põhjal valiti välja 5 finalisti, kelle hulka kuulusid Serpent, Twofish, MARS, RC6 ja Rijndael. Žüriiliikmed leidsid pea igast loetletud algoritmist puudusi, välja arvatud ühest. Kes siis osutus võitjaks? Venitame intriigi veidi ja vaatame esmalt iga nimetatud lahenduse peamisi eeliseid ja puudusi.
MARS
Kuni «sõjajumala» puhul märkisid eksperdid, et krüptimise ja dekrüptimise protseduur oli identne, kuid sellega piirdusid ka tema eelised. IBM-i algoritm osutus üllatavalt ressursinõudlikuks, mistõttu ei sobinud see piiratud ressursside tingimustes töötamiseks. Probleeme esines ka arvutuste paralleelse töötlemisega. MARS vajas tõhusaks tööks 32-bitiste korrutamiste ja muundamiste riistvaralist toetust, mis omakorda piiras toetatavate platvormide loetelu.
MARS oli samuti piisavalt haavatav aja- ja energiatarbimise rünnakute suhtes, tal oli probleeme võtmete „üle peenestamise“ ning tema ülemäärane keerukus raskendas arhitektuuri analüüsi ja tõi kaasa lisaprobleeme praktilise rakendamise etapis. Ühesõnaga, teiste finalistide seas oli MARS tõeline tagaplaan.
RC6
Algoritm päris osa muudatusi oma eelkäijalt RC5, mis oli varem põhjalikult uuritud, mis koos lihtsa ja arusaadava struktuuriga tegi selle ekspertidele täiesti läbipaistvaks ja välistas „tagasissepandud koodide“ olemasolu. Lisaks näitas RC6 rekordilisi andmete töötlemise kiirus, olles 32-bitiste platvormide jaoks, ning krüptimise ja dekrüptimise protseduurid olid selles täiesti identsed.
Siiski olid algoritmil samad probleemid, mis ülalmainitud MARS-il: haavatavus kõrvalkanalite rünnakute suhtes, sõltuvus 32-bitiste operatsioonide toetusest ning probleemid paralleelse töötlemise, võtmete laiendamise ja riistvararessursside nõudlikkuse osas. Seetõttu ei kvalifitseerunud see võitjaks.
Twofish
Twofish osutus üsna kiireks ja hästi optimeerituks töötamiseks madala jõudlusega seadmetes, suutis suurepäraselt toime tulla võtme laiendamisega ja pakkus mitmeid rakenduse võimalusi, mis võimaldas selle täpset kohandamist konkreetsetele ülesannetele. Samuti olid "kaks kala" haavatavad rünnakute suhtes kõrvalkanalite kaudu (eriti ajakulu ja energiatarbimise osas), ei sobinud eriti mitme protsessoriga süsteemidega ja olid liigse keerukuse tõttu, mis mõjutas ka võtme laiendamise kiirus, millest käesolev tekst räägib.
Serpent
Algoritm oli lihtsa ja arusaadava struktuuriga, mis lihtsustas selle auditi protsessi, ei olnud nõudlik riistvaralistele ressurssidele, toetas võtme laiendamist "rea ajal" ja oli võrreldes oma konkurentidega suhteliselt lihtne muudetav, mis eristab seda kasulikult teistest algoritmidest. Siiski oli Serpent põhimõtteliselt kõige aeglasem finaalist, lisaks sellele olid andmete krüptimise ja dekrüptimise protseduurid selles kardinaalselt erinevad ja nõudsid põhimõtteliselt erinevaid rakenduste lähenemisviise.
Rijndael
Rijndael osutus erakordselt lähedaseks ideaalile: algoritm rahuldas täielikult NIST-i nõudeid, samas ei jäädes alla, vaid kogumomaduste poolest silmanähtavalt ületades oma konkurente. Rijndaelil oli vaid kaks nõrkust: haavatavus energiatarbimisrünnakute suhtes võtme laiendamise protseduuri puhul, mis on üsna spetsiifiline stsenaarium, ja teatud probleemid võtme "rea ajal" laiendamisega (see mehhanism töötas piiranguteta vaid kahe konkurendi – Serpent ja Twofish – puhul). Lisaks olid ekspertide hinnangul Rijndaelil veidi madalamad krüptoloogilised varud kui Serpentil, Twofishil ja MARS-il, kuid see kompenseeriti suurepäraselt resistentsusega enamikule kõrvalkanalirünnakute tüüpidele ning laia rakendusvõimaluste spektriga.
Kategooria
Serpent
Twofish
MARS
RC6
Rijndael
Krüptoloogiline vastupidavus
+
+
+
+
+
Krüptoloogilise vastupidavuse reserv
++
++
++
+
+
Krüptimise kiirus tarkvaralisel rakendusel
—
±
±
+
+
Võtme laiendamise kiirus tarkvaralisel rakendusel
±
—
±
±
+
Suured ressursid omavad nutikardid
+
+
—
±
++
Piiratud ressurssidega nutikardid
±
+
—
±
++
Riistvaraline rakendus (FPGA)
+
+
—
±
+
Riistvaraline rakendus (spetsiaalne mikrokiip)
+
±
—
—
+
Ajavahemike ja energiatarbimise rünnakute kaitse
+
±
—
—
+
Energiatarbelustestide kaitse võtme laiendamise protsessis
±
±
±
±
—
Energiatarbelustestide kaitse nutikate kaartide rakendustes
±
+
—
±
+
Võime võtme laiendamiseks 'otse' viibimist
+
+
±
±
±
Erinevate teostusvõimaluste olemasolu (ilma ühilduvuse kadumiseta)
+
+
±
±
+
Paralleelsete arvutuste võimalus
±
±
±
±
+
Omade omaduste kokkuvõttes oli Rijndael kaugelt konkurentidest üle, mistõttu lõpphääletuse tulemus osutus täiesti loogiliseks: algoritm saavutas kindla võidu, saades 86 häält 'teen' ja vaid 10 'vastu'. Serpent saavutas väärika teise koha 59 häälega, samas kui Twofish asus kolmandale kohale, saades 31 žürii liikme toetuse. Järgnesid RC6, mis sai 23 häält, ja MARS, mis loogiliselt oli viimases kohas, saavutades vaid 13 häält 'teen' ja 83 'vastu'.
2. oktoobril 2000 kuulutati Rijndael AES konkursi võitjaks, muutes traditsiooniliselt nime Advanced Encryption Standard'iks, mille all ta on praegu tuntud. Standardiseerimisprotsess kestis umbes aasta: 26. novembril 2001 lisati AES föderaalsesse teabe töötlemise standardite nimekirja, saades indeksi FIPS 197. Uut algoritmi hinnati kõrgelt ka NSA-s ja alates 2003. aasta juunist tunnustas Ameerika Ühendriikide rahvuslik julgeolekutele asutus AES 256-bitiste krüptovõtmetega piisavalt usaldusväärseks dokumentide kaitsmiseks, mis on klassifitseeritud 'täiesti salajaseks'.
WD My Book välised andmekandjad, mis toetavad AES-256 riistvaralist krüptimist
Kombineeritud kõrge usaldusväärsuse ja jõudluse tõttu on Advanced Encryption Standard kiiresti saavutanud ülemaailmse tunnustuse, olles üks kõige populaarsematest sümmeetriliste krüptimisalgoritmidest ja sisenenud mitmesse krüptograafilisse teeki (OpenSSL, GnuTLS, Linuxi Crypto API jne). Tänapäeval kasutatakse AES-i laialdaselt nii ettevõtete kui ka kasutajatasandi rakendustes, ja selle tugi on realiseeritud paljudes erinevates seadmetes. Eriti riistvaralist AES-256 krüptimist kasutatakse Western Digitali My Book-seeria välistes andmekandjates, et tagada salvestatud andmete kaitse. Uurime neid seadmeid lähemalt.
WD My Book'i lauajas kõvasid kettaid on kuus mudelit erineva mahutavusega: 4, 6, 8, 10, 12 ja 14 terabaiti, mis võimaldab valida seadme, mis sobib teie vajadustega kõige paremini. Vaikimisi kasutavad välised HDD-d failisüsteemi exFAT, mis tagab ühilduvuse laia valiku opsüsteemidega, sealhulgas Microsoft Windows 7, 8, 8.1 ja 10, samuti Apple macOS versiooniga 10.13 (High Sierra) ja uuematega. Linuxi opsüsteemi kasutajad saavad kõvaketast ühendada exfat-nofuse draiveriga.
My Book'i ühendamine arvutiga toimub kiire USB 3.0 liidese kaudu, mis on tagasiühilduv USB 2.0-ga. See võimaldab faile edastada maksimaalsel kiirusel, kuna USB SuperSpeed läbilaskevõime on 5 Gbit/s (st 640 MB/s), mida on rohkem kui piisavalt. Samuti tagab tagasipööratav ühilduvus praktiliselt igasuguste seadmete toe, mis on välja antud viimase 10 aasta jooksul.
Kuigi My Book ei vaja lisaprogrammide installimist tänu automaatse seadme tuvastamise ja konfigureerimise Plug and Play tehnoloogiale, soovitame siiski kasutada WD Discovery’i tarkvarapaketti, mis on igas seadmes kaasas.
Komplekti kuuluvad järgmised rakendused:
WD Drive Utilities
Programm võimaldab saada teavet seadme hetkeolukorra kohta S.M.A.R.T. andmete põhjal ja kontrollida kõvaketast rikutud sektorite olemasolu osas. Lisaks võimaldab Drive Utilities kiiresti kustutada kõik teie My Book'is salvestatud andmed: failid ei hävitatakse lihtsalt, vaid kirjutatakse täielikult üle mitu korda, nii et nende taastamine pärast protseduuri ei õnnestu.
WD Backup
Kasutades seda utiliiti, on võimalik seadistada varundamine vastavalt kindlale ajakavale. Tuleb märkida, et WD Backup toetab töötlust Google Drive'i ja Dropboxiga, võimaldades valida varundamise loomisel igasuguseid «allikas-sihtkoht» kombinatsioone. Seega saate seadistada automaatse andmete ülekanne My Book'ist pilve või importida vajalikud failid ja kaustad nimetatud teenustest kas välistesse ketastele või kohalikku masinasse. Lisaks sellele on ette nähtud sünkroonimise võimalus Facebooki kontoga, mis võimaldab automaatselt luua varukoopiaid teie profiilis olevatest fotodest ja videodest.
WD Security
Just selle utiliidi abil on võimalik piirata juurdepääsu salvestusseadmele parooliga ja hallata andmete krüpteerimist. Kõik, mis selleks on vajalik, on parooli määramine (selle maksimaalne pikkus võib olla kuni 25 tähemärki), pärast mida krüpteeritakse kogu teave kettal, ning salvestatud failidele saavad ligi vaid need, kes teavad paroolifraasi. WD Security võimaldab mugavalt luua usaldusväärsete seadmete nimekirja, millega ühendamisel My Book avatakse automaatselt.
Rõhutame, et WD Security pakub vaid mugavat visuaalset liidest krüptograafilise kaitse haldamiseks, samas kui andmete krüpteerimist teostab väline salvestusseade riistvara tasandil. Selline lähenemine tagab mitmeid olulisi eeliseid, sealhulgas:
- krüpteerimisvõtmete loomise eest vastutab riistvaraline juhuslike arvude generaator, mitte pseudojuhuslik arvugeneraator, mis aitab saavutada kõrget entropiat ja suurendada nende krüptograafilist vastupidavust;
- krüpteerimise ja dekodeerimise protsessi käigus ei laadita krüptograafilisi võtmeid arvuti vahemälu ning ei looda ajutisi koopiaid töödeldavatest failidest süsteemi ketta peidetud kaustades, mis aitab minimeerida nende tabamise tõenäosust;
- failide töötlemise kiirus ei sõltu kliendi seadme jõudlusest;
- pärast kaitse aktiveerimist toimub failide krüpteerimine automaatselt, „režiimis”, ilma et kasutaja peaks täiendavaid toiminguid tegema.
Kõik ülaltoodud tagab andmete turvalisuse ja peaaegu täielikult välistab konfidentsiaalse teabe varguse. Koos salvestusseadmest tulenevate täiendavate võimalustega teeb see My Bookist ühe parima kaitstud salvestusruumi, mis on saadaval Venemaa turul.
Allikas: habr.com
