🥇Најдобро во класата: Историјата на стандардот за енкрипција AES

Од мај 2020 година, во Русија започна официјалната продажба на надворешните хард дискови WD My Book кои поддржуваат хардверско шифрирање AES со 256-битен клуч. Поради законски ограничувања, претходно таквите уреди можеа да се купат само во странски онлајн продавници за електроника или на „сивиот“ пазар, но сега секој може да се здобие со заштитен погон со гаранција од 3 години од Western Digital. Во чест на овој значаен настан, решивме да направиме кратка екскурзија во историјата и да откриеме како се појави Напредниот стандард за шифрирање и зошто е толку добар во споредба со конкурентните решенија.

Долго време, официјален стандард за симетрично шифрирање во Соединетите Држави беше DES (Стандард за шифрирање на податоци), развиен од IBM и вклучен во листата на Федерални стандарди за обработка на информации во 1977 година (FIPS 46-3). Алгоритмот се заснова на случувања добиени за време на истражувачки проект со кодно име Луцифер. Кога на 15 мај 1973 година, Националното биро за стандарди на САД објави конкурс за создавање стандард за шифрирање за владините агенции, американската корпорација влезе во криптографската трка со третата верзија на Луцифер, која користеше ажурирана мрежа на Фејстел. И, заедно со другите конкуренти, не успеа: ниту еден од алгоритмите поднесени на првиот конкурс не ги исполни строгите барања формулирани од експерти на NBS.

Се разбира, IBM не можеше едноставно да го прифати поразот: кога натпреварот беше рестартиран на 27 август 1974 година, американската корпорација повторно поднесе апликација, презентирајќи ја подобрената верзија на Луцифер. Овој пат жирито немаше ниту една жалба: откако изврши компетентна работа на грешките, IBM успешно ги отстрани сите недостатоци, така што немаше што да се жали. Откако освои убедлива победа, Луцифер го промени своето име во DES и беше објавен во Федералниот регистар на 17 март 1975 година.

Меѓутоа, за време на јавните симпозиуми организирани во 1976 година за да се дискутира за новиот криптографски стандард, DES беше силно критикуван од експертската заедница. Причината за ова беа промените направени во алгоритмот од специјалисти на NSA: особено, должината на клучот беше намалена на 56 бита (првично Луцифер поддржуваше работа со 64- и 128-битни клучеви), а логиката на блоковите за пермутација беше променета . Според криптографите, „подобрувањата“ биле бесмислени и единственото нешто кон што се стремела Агенцијата за национална безбедност со спроведувањето на модификациите е да може слободно да ги прегледува шифрираните документи.

Во врска со овие обвинувања, беше формирана специјална комисија под Сенатот на САД, чија цел беше да ја потврди валидноста на акциите на НСА. Во 1978 година, по истрагата беше објавен извештај, во кој беше наведено следново:

Претставниците на НСА учествуваа во финализирањето на DES само индиректно, а нивниот придонес се однесуваше само на промените во работата на пермутационите блокови;
финалната верзија на DES се покажа како поотпорна на хакирање и криптографска анализа од оригиналната, па промените беа оправдани;
клучната должина од 56 бита е повеќе од доволна за огромното мнозинство на апликации, бидејќи за кршење на таква шифра би бил потребен суперкомпјутер кој чини најмалку неколку десетици милиони долари, а бидејќи обичните напаѓачи, па дури и професионалните хакери немаат такви ресурси, нема што да се грижите.

Заклучоците на комисијата беа делумно потврдени во 1990 година, кога израелските криптографи Ели Бихам и Ади Шамир, работејќи на концептот на диференцијална криптоанализа, спроведоа голема студија за блок алгоритми, вклучувајќи го и DES. Научниците заклучија дека новиот модел на пермутација бил многу поотпорен на напади од оригиналниот, што значи дека НСА всушност помогнала да се приклучат неколку дупки во алгоритмот.

Ади Шамир

Во исто време, ограничувањето на должината на клучот се покажа како проблем, а притоа многу сериозен, што беше убедливо докажано во 1998 година од јавната организација Electronic Frontier Foundation (EFF) како дел од експериментот DES Challenge II. спроведено под покровителство на RSA Laboratory. Суперкомпјутер беше направен специјално за кршење на DES, со кодно име EFF DES Cracker, кој беше создаден од Џон Гилмор, ко-основач на EFF и директор на проектот DES Challenge и Пол Кочер, основач на Cryptography Research.

Процесор EFF DES Cracker

Системот што го развиле успеал успешно да го пронајде клучот за шифриран примерок со употреба на брутална сила за само 56 часа, односно за помалку од три дена. За да го направите ова, DES Cracker требаше да провери околу четвртина од сите можни комбинации, што значи дека дури и при најнеповолни околности, хакирањето би траело околу 224 часа, односно не повеќе од 10 дена. Во исто време, цената на суперкомпјутерот, земајќи ги предвид средствата потрошени за неговиот дизајн, изнесуваше само 250 илјади долари. Не е тешко да се погоди дека денес е уште полесно и поевтино да се пробие таков код: не само што хардверот стана многу помоќен, туку и благодарение на развојот на интернет технологиите, хакерот не мора да купува или изнајмува неопходна опрема - сосема е доволно да се создаде ботнет од компјутери заразени со вирус.

Овој експеримент јасно покажа колку DES е застарен. И бидејќи во тоа време алгоритмот се користеше во речиси 50% од решенијата во областа на шифрирање на податоци (според истата проценка на EFF), прашањето за наоѓање алтернатива стана попритисно од кога било.

Нови предизвици - нова конкуренција

Да бидеме фер, треба да се каже дека потрагата по замена за Стандардот за шифрирање на податоци започна речиси истовремено со подготовката на EFF DES Cracker: Американскиот Национален институт за стандарди и технологија (NIST) уште во 1997 година објави лансирање на Конкурс за алгоритам за шифрирање дизајниран да идентификува нов „златен стандард“ за криптобезбедноста. И ако во старите денови сличен настан се одржуваше исклучиво „за нашиот народ“, тогаш, имајќи го предвид неуспешното искуство од пред 30 години, NIST одлучи да го направи натпреварот целосно отворен: секоја компанија и секој поединец може да учествува во тоа, без оглед на локацијата или државјанството.

Овој пристап се исплатеше дури и во фазата на избор на апликанти: меѓу авторите кои се пријавија за учество на натпреварот за напреден стандард за шифрирање беа светски познатите криптолози (Рос Андерсон, Ели Бихам, Ларс Кнудсен) и мали ИТ компании специјализирани за сајбер безбедност (Counterpane ) , и големите корпорации (германски Дојче Телеком) и образовните институции (КУ Левен, Белгија), како и почетните и малите фирми за кои малкумина слушнале надвор од нивните земји (на пример, Tecnologia Apropriada Internacional од Костарика).

Интересно, овој пат NIST одобри само два основни барања за алгоритми за учество:

податочниот блок мора да има фиксна големина од 128 бита;
алгоритмот мора да поддржува најмалку три големини на клучеви: 128, 192 и 256 бита.

Постигнувањето на таков резултат беше релативно едноставно, но, како што велат, ѓаволот е во деталите: имаше многу повеќе споредни барања и беше многу потешко да се исполнат. Во меѓувреме, врз нивна основа, рецензентите на NIST ги избраа натпреварувачите. Еве кои критериуми требаше да ги исполнуваат кандидатите:

способност да се издржат какви било криптоаналитички напади познати во времето на натпреварот, вклучително и напади преку канали од трети страни;
отсуство на слаби и еквивалентни клучеви за шифрирање (еквивалентни значи оние клучеви кои, иако имаат значителни разлики едни од други, доведуваат до идентични шифри);
брзината на шифрирање е стабилна и приближно иста на сите тековни платформи (од 8 до 64-битни);
оптимизација за повеќепроцесорски системи, поддршка за паралелизација на операции;
минимални барања за количината на RAM меморија;
нема ограничувања за употреба во стандардни сценарија (како основа за конструирање хаш функции, PRNG итн.);
Структурата на алгоритмот мора да биде разумна и лесно разбирлива.

Последната точка можеби изгледа чудна, но ако размислите за тоа, има смисла, бидејќи добро структуриран алгоритам е многу полесен за анализа, а исто така е многу потешко да се сокрие „обележувач“ во него, со помош на што програмер може да добие неограничен пристап до шифрирани податоци.

Прифаќањето на апликациите за натпреварот Advanced Encryption Standard траеше година и половина. Во него учествуваа вкупно 15 алгоритми:

CAST-256, развиен од канадската компанија Entrust Technologies врз основа на CAST-128, создадена од Карлајл Адамс и Стафорд Таварес;
Криптон, создаден од криптологот Чае Хун Лим од јужнокорејската компанија за сајбер безбедност Future Systems;
DEAL, чиј концепт првично беше предложен од данскиот математичар Ларс Кнудсен, а подоцна неговите идеи беа развиени од Ричард Аутербриџ, кој се пријави за учество на натпреварот;
DFC, заеднички проект на Париската школа за образование, францускиот национален центар за научни истражувања (CNRS) и телекомуникациската корпорација France Telecom;
E2, развиен под покровителство на најголемата јапонска телекомуникациска компанија, Nippon Telegraph and Telephone;
FROG, замисла на костариканската компанија Tecnologia Apropriada Internacional;
HPC, измислен од американскиот криптолог и математичар Ричард Шрепел од Универзитетот во Аризона;
LOKI97, создаден од австралиските криптографи Лоренс Браун и Џенифер Себери;
Магента, развиена од Мајкл Јакобсон и Клаус Хубер за германската телекомуникациска компанија Дојче Телеком АГ;
МАРС од IBM, во чие создавање учествуваше Дон Коперсмит, еден од авторите на Луцифер;
RC6, напишана од Рон Ривест, Мет Робшо и Реј Сиднеј специјално за натпреварот AES;
Rijndael, создадена од Винсент Рејмен и Јохан Дамен од Католичкиот универзитет во Лувен;
SAFER+, развиен од калифорниската корпорација Cylink заедно со Националната академија на науките на Република Ерменија;
Змија, создадена од Рос Андерсон, Ели Бихам и Ларс Кнудсен;
Twofish, развиен од истражувачката група на Брус Шнајер врз основа на криптографскиот алгоритам Blowfish предложен од Брус уште во 1993 година.

Врз основа на резултатите од првиот круг, беа идентификувани 5 финалисти, меѓу кои Serpent, Twofish, MARS, RC6 и Rijndael. Членовите на жирито најдоа недостатоци во речиси секој од наведените алгоритми, освен еден. Кој беше победникот? Ајде малку да ја прошириме интригата и прво да ги разгледаме главните предности и недостатоци на секое од наведените решенија.

MARS

Во случајот со „богот на војната“, експертите го забележаа идентитетот на постапката за шифрирање и дешифрирање на податоците, но тука беа ограничени неговите предности. Алгоритмот на IBM беше изненадувачки жеден за моќ, што го прави несоодветен за работа во средини со ограничени ресурси. Проблеми имаше и со паралелизирање на пресметките. За да работи ефективно, MARS бараше хардверска поддршка за 32-битно множење и ротација на променливи битови, што повторно наметна ограничувања на листата на поддржани платформи.

МАРС, исто така, се покажа дека е доста ранлив на напади со тајминг и напојување, имаше проблеми со проширувањето на клучот при летот, а неговата прекумерна сложеност ја отежна анализата на архитектурата и создаде дополнителни проблеми во фазата на практична имплементација. Накратко, во споредба со другите финалисти, МАРС изгледаше како вистински аутсајдер.

RC6

Алгоритмот наследи некои од трансформациите од неговиот претходник, RC5, кои беа темелно истражени претходно, кои, во комбинација со едноставна и визуелна структура, го направија целосно транспарентен за експертите и го елиминираше присуството на „обележувачи“. Покрај тоа, RC6 демонстрираше брзина на обработка на податоци на 32-битни платформи, а процедурите за шифрирање и дешифрирање беа имплементирани апсолутно идентично.

Сепак, алгоритмот ги имаше истите проблеми како и гореспоменатиот МАРС: имаше ранливост на напади од страничниот канал, зависност од перформансите од поддршката за 32-битни операции, како и проблеми со паралелно пресметување, проширување на клучот и барања за хардверски ресурси. . Во овој поглед, тој во никој случај не беше погоден за улогата на победник.

Твофиш

Се покажа дека Twofish е доста брз и добро оптимизиран за работа на уреди со мала моќност, направи одлична работа со проширување на клучевите и понуди неколку опции за имплементација, што овозможи суптилно да се прилагоди на одредени задачи. Во исто време, „двете риби“ се покажа дека се ранливи на напади преку странични канали (особено, во однос на времето и потрошувачката на енергија), не беа особено пријателски расположени со мултипроцесорски системи и беа премногу сложени, кои, патем , исто така влијаеше на брзината на проширување на клучот.

Змија

Алгоритмот имаше едноставна и разбирлива структура, што значително ја поедностави неговата ревизија, не беше особено баран за моќта на хардверската платформа, имаше поддршка за проширување на копчињата во лет и беше релативно лесен за модификација, што го направи да се издвојува од неговите противници. И покрај ова, Serpent беше, во принцип, најбавниот од финалистите, згора на тоа, процедурите за шифрирање и дешифрирање информации во него беа радикално различни и бараа фундаментално различни пристапи за имплементација.

Рајндаел

Рајндаел се покажа како исклучително блиску до идеалот: алгоритмот целосно ги исполни барањата на NIST, додека не е инфериорен, а во однос на севкупноста на карактеристиките, значително супериорен во однос на неговите конкуренти. Реиндал имаше само две слабости: ранливост на нападите на потрошувачката на енергија на процедурата за проширување на клучот, што е многу специфично сценарио, и одредени проблеми со проширувањето на клучот при летот (овој механизам работеше без ограничувања само за двајца конкуренти - Serpent и Twofish) . Покрај тоа, според експертите, Реиндал имал малку помала маргина на криптографска сила од Serpent, Twofish и MARS, што, сепак, било повеќе од компензирано со неговата отпорност на огромното мнозинство на видови напади од странични канали и широк опсег. на опции за имплементација.

Категорија

Змија

Твофиш

MARS

RC6

Рајндаел

Криптографска сила

Резерва за криптографска сила

Брзина на шифрирање кога се имплементира во софтвер

Брзина на проширување на клучот кога се имплементира во софтвер

Паметни картички со голем капацитет

Паметни картички со ограничени ресурси

Хардверска имплементација (FPGA)

Хардверска имплементација (специјализиран чип)

Заштита од време на извршување и напади на моќ

Заштита од напади на потрошувачка на енергија на процедурата за проширување на клучот

Заштита од напади на потрошувачка на енергија на имплементации на паметни картички

Способност да се прошири клучот во лет

Достапност на опции за имплементација (без губење на компатибилност)

Можност за паралелно пресметување

Во однос на севкупноста на карактеристиките, Рајндал беше со глава и рамена над своите конкуренти, па резултатот од последното гласање се покажа како сосема логичен: алгоритмот извојува убедлива победа, добивајќи 86 гласа за и само 10 против. Serpent го зазеде респектабилното второ место со 59 гласови, додека Twofish беше на третата позиција: 31 член на жирито се залагаа за тоа. По нив следуваше RC6, освојувајќи 23 гласа, а МАРС природно заврши на последното место добивајќи само 13 гласа за и 83 против.

На 2 октомври 2000 година, Ријндаел беше прогласен за победник на натпреварот AES, традиционално менувајќи го своето име во Напреден стандард за шифрирање, по кој во моментов е познат. Процедурата за стандардизација траеше околу една година: на 26 ноември 2001 година, AES беше вклучена во списокот на федерални стандарди за обработка на информации, добивајќи го индексот FIPS 197. Новиот алгоритам исто така беше високо ценет од НСА, а од јуни 2003 година, САД Агенција за национална безбедност дури и призна дека AES со 256-битна шифрирана клуч е доволно силна за да обезбеди безбедност на строго тајни документи.

Надворешните дискови WD My Book поддржуваат хардверско шифрирање AES-256

Благодарение на комбинацијата на висока доверливост и перформанси, Advanced Encryption Standard брзо се здоби со светско признание, станувајќи еден од најпопуларните алгоритми за симетрично шифрирање во светот и вклучен во многу криптографски библиотеки (OpenSSL, GnuTLS, Crypto API на Linux, итн.). AES сега е широко користен во апликации за претпријатија и потрошувачи и е поддржан во широк спектар на уреди. Особено, хардверското шифрирање AES-256 се користи во семејството на надворешни дискови My Book на Western Digital за да се обезбеди заштита на зачуваните податоци. Ајде внимателно да ги разгледаме овие уреди.

Линијата на десктоп хард дискови WD My Book вклучува шест модели со различни капацитети: 4, 6, 8, 10, 12 и 14 терабајти, што ви овозможува да го изберете уредот што најмногу одговара на вашите потреби. Стандардно, надворешните HDD го користат датотечен систем exFAT, кој обезбедува компатибилност со широк опсег на оперативни системи, вклучително и Microsoft Windows 7, 8, 8.1 и 10, како и Apple macOS верзија 10.13 (High Sierra) и понова. Корисниците на Linux OS имаат можност да монтираат хард диск користејќи го двигателот exfat-nofuse.

My Book се поврзува со вашиот компјутер користејќи USB 3.0 интерфејс со голема брзина, кој е компатибилен со USB 2.0. Од една страна, ова ви овозможува да пренесувате датотеки со најголема можна брзина, бидејќи пропусниот опсег на USB SuperSpeed е 5 Gbps (односно 640 MB/s), што е повеќе од доволно. Во исто време, функцијата за компатибилност наназад обезбедува поддршка за речиси секој уред објавен во последните 10 години.

Иако My Book не бара дополнителна инсталација на софтвер благодарение на технологијата Plug and Play која автоматски ги открива и конфигурира периферните уреди, сепак препорачуваме да го користите комерцијалниот софтверски пакет WD Discovery што доаѓа со секој уред.

Сетот ги вклучува следните апликации:

WD Drive Utilities

Програмата ви овозможува да добиете ажурирани информации за моменталната состојба на уредот врз основа на податоците SMART и да го проверите хард дискот за лоши сектори. Дополнително, со помош на Drive Utilities, можете брзо да ги уништите сите податоци зачувани на вашата Моја книга: во овој случај, датотеките не само што ќе се избришат, туку и ќе бидат целосно препишани неколку пати, така што веќе нема да биде можно да ги врати по завршување на постапката.

Резервна копија на WD

Користејќи ја оваа алатка, можете да конфигурирате резервни копии според одреден распоред. Вреди да се каже дека WD Backup поддржува работа со Google Drive и Dropbox, притоа овозможувајќи ви да ги изберете сите можни комбинации извор-дестинација кога креирате резервна копија. Така, можете да поставите автоматски пренос на податоци од Моја книга во облакот или да ги увезете потребните датотеки и папки од наведените услуги и на надворешен хард диск и на локална машина. Покрај тоа, можно е да се синхронизирате со вашата сметка на Facebook, што ви овозможува автоматски да креирате резервни копии на фотографии и видеа од вашиот профил.

WD Security

Со помош на оваа алатка можете да го ограничите пристапот до уредот со лозинка и да управувате со шифрирањето на податоците. Сè што е потребно за ова е да наведете лозинка (нејзината максимална должина може да достигне 25 знаци), по што сите информации на дискот ќе бидат шифрирани, а само оние што ја знаат лозинката ќе можат да пристапат до зачуваните датотеки. За дополнителна погодност, WD Security ви овозможува да креирате листа на доверливи уреди кои, кога ќе се поврзат, автоматски ќе ја отклучат Мојата книга.

Нагласуваме дека WD Security обезбедува само удобен визуелен интерфејс за управување со криптографска заштита, додека шифрирањето на податоците го врши самиот надворешен диск на хардверско ниво. Овој пристап обезбедува голем број важни предности, имено:

хардверски генератор на случаен број, наместо PRNG, е одговорен за создавање клучеви за шифрирање, што помага да се постигне висок степен на ентропија и да се зголеми нивната криптографска сила;
за време на процедурата за шифрирање и дешифрирање, криптографските клучеви не се преземаат во RAM меморијата на компјутерот, ниту се создаваат привремени копии од обработени датотеки во скриени папки на системскиот диск, што помага да се минимизира веројатноста за нивно пресретнување;
брзината на обработка на датотеки не зависи на кој било начин од перформансите на клиентскиот уред;
По активирањето на заштитата, шифрирањето на датотеката ќе се изврши автоматски, „во лет“, без да се бараат дополнителни дејства од страна на корисникот.

Сето горенаведено гарантира безбедност на податоците и ви овозможува речиси целосно да ја елиминирате можноста за кражба на доверливи информации. Земајќи ги предвид дополнителните можности на погонот, ова го прави My Book еден од најдобрите заштитени уреди за складирање достапни на рускиот пазар.

Извор: www.habr.com