Titkosítás, biztonság

Amikor titkosításról és biztonságról beszélünk, meg kell különböztetnünk a különféle eseteket, amelyek ellen védekezni szeretnénk, pl.:

• Véletlen, nem szándékos meghibásodás ellen
• Szándékos rongálás ellen
• Hamisítás ellen
• Illetéktelen hozzáféréssel szemben
• stb.

Az esettől függően különféle eszközök állnak a rendelkezésünkre.

A történetünknek legyen három szereplője:

• Alice: szeretne egy titkos üzenetet küldeni Bobnak
• Bob: az üzenet fogadója
• Eve: szeretné az üzenetet útközben megszerezni, elolvasni, és ha tudja, akár meg is hamisítani.

A probléma

Alice és Bob között a kapcsolat sajnos nem megbízható. Nem tudhatjuk, hogy épp ki hallgatja a telefonbeszélgetésüket, nem néznek-e bele az email-ekbe, a chat-ekbe.

Alice-nak és Bob-nak csak a saját eszközeikre (telefon, számítógép) van ráhatása.

• Telefonos beszélgetés:
  • A rádióhullámokat bárki befoghatja
  • Az adótornyokat a telefon-szolgáltató üzemelteti, ott összegyűjthetnek minden beszélgetést/SMS-t
• Internetes chat:
  • Wifi-t befoghatja mindenki a közelben
  • Az internetszolgáltató lát minden elküldött adatcsomagot
  • Városok, országok közti kommunikáció esetében több szolgáltatón is keresztül megy minden adat
• Posta
  • A postások bármelyik levélet kibonthatják
  • A helyi postán minden helyi levél átfut

Ha csak egy láncszem is gyenge a fentiek közül, akkor Eve könnyedén meg tudja szerezni az üzenetet, pl. a postás lefizetésével.

Amikor biztonságról beszélünk, akkor két alapvető kritériumot kell teljesítenünk:

• A rendszernek akkor is biztonságosnak kell maradnia, ha az alatta élvő kommunikációs csatorna nem az: a postás minden levelet elolvas, a szolgáltató megvizsgál minden adatcsomagot stb.
• A rendszernek akkor is biztonságosnak kell maradnia, ha a támadó ismeri titkosítási algoritmust: a titkolózáson alapuló biztonság (security through obscurity) valójában nem biztonság, csak annak a látszatát kelti.

Hagyományos egykulcsos/szimmetrikus (jelszavas) titkosítás

Az ilyen jellegű titkosítási algoritmusokat azért nevezzük szimmetrikusnak, mert a titkosítási kulcs kell az üzenet visszafejtéséhez.

Az egyik legrégebb óta ismert titkosítási forma az ún. Caesar-kód, amelyben az üzenet betűit N darab karakterrel odébb toljuk (Z esetén az A betűtől indulunk újra).

Pl. ha N=3

Eredeti:     HELLO
Titkosított: KHOOR

Ebben az esetben, még ha Eve útközben megkaparintja a levelet, abban annyi fog szerepelni, hogy KHOOR, amely nem értelmes. Viszont ha Bob kézhez kapja a levelet, ő tudni fogja, hogy a betűk 3-mal el lettek tolva. Ha a műveletet elvégzi visszafelé (az ABC másik irányába tolja el a betűket 3-mal), akkor visszakapja az eredeti üzenetet.

Ez a konkrét algoritmus az ókorban még működhetett, ma már azoban az ilyen egyszerű, behelyettesítésen alapuló algoritmusokat nagyon könnyű visszafejteni. A ma használt szimmetrikus algoritmusok ennél összetettebbek, hogy a visszafejtést megelőzzék.

A szimmetrikus algoritmusok gyengéje, hogy a titkos kulcsot először valahogyan el kell juttatni Bobhoz. Ha Bob nem tudja, hogy 3-mal kell a betűket eltolni, ő sem fogja tudni elolvasni az üzenetet. Ha a titkos kulcsot Alice elküldi Bob-nak, azt Eve lehallgathatja, ami után már ő is el tudja olvasni az üzeneteket.

A leggyakrabban használt és ajánlott algoritmus: AES

Fontos! A szoftverfejlesztői OKJ tételek közt szerepel a DES/3DES algoritmus. Ezek mai szemmel már gyengék, elavultnak számítanak, új alkalmazásban ne használjuk őket!

Kétkulcsos/aszimmetrikus titkosítás

Tegyük fel, hogy Alice és Bob nem tudnak egy titkos kódban megegyezni előre, mégis szeretnének üzenetet váltani, lehallgatás nélkül.

Először is nézzünk egy kis gondolkodtató, találós kérdést. Alice-nak van egy doboza, amire rátehet egy lakatot. Ekkor nem tud más belenézni. De ha Bob megkapja a lezárt dobozt, ő sem tudja kinyitni.

Mi a megoldás?

Segítség: az alfejezet címe.

• Alice lezárja a dobozt, és elküldi Bobnak
• Bob megkapja a lezárt doboz, amit nem tud kinyitni, ezért ő is rátesz egy lakatot, majd visszaküldi Alice-nak
  • Most útközben már két lakat is van rajta
• Alice leveszi a saját lakatját. Ő már nem tudja kinyitni, mert Bob lakatja rajta van
• Ismét elküldi Bobnak, aki most már a saját kulcsával ki tudja nyitni a dobozt

A módszer lényege, hogy egy időpillanatban sem volt olyan, hogy a doboz lakat nélkül utazott volna, és a kulcs sem hagyta el a tulajdonosait.

Eve persze használhatott volna erőt is, pl. levágja magát a lakatot, vagy darabokra szedi magát a dobozt - a gyakorlatban nem lesz használható. Ettől függetlenül ez a találós kérdés rávilágít arra, hogy nem muszáj megosztani a kulcsokat/jelszavakat a titkosításhoz, létezhet megoldás.

Az üzenet titkosítása

Az algoritmus nem egy titkosítási kulcsot használ, hanem egy ún. összetartozó kulcspárt:

• K1
• K2

Amit K1-gyel titkosítottunk, azt csak K2-vel lehet visszafejteni, és viszont: amit K2-vel titkosítottunk, azt csak K1-gyel lehet visszafejteni:

Eredeti üzenet → K1 → titkos → K2 → Eredeti üzenet

vagy

Eredeti üzenet → K2 → titkos → K1 → Eredeti üzenet

Ezt a tulajdonságát felhasználhatjuk a fenti probléma megoldására:

• Nevezzük ki K1-et publikus kulcsnak, és osszuk meg mindenkivel
• Legyen K2 privát kulcs, és tartsuk titokban, magunknál.

Ennek két haszna is lesz:

Publikus kulcsú titkosítás

Az alaphelyzet megint ugyanez: Alice megint üzenetet akar küldeni Bobnak, de most az interneten keresztül, így nincs fizikai doboz, amibe elrejthetné az üzenetet.

Viszont ismeri Bob publikus kulcsát.

• Alice titkosítja az üzenetét Bob publikus kulcsával
• Eve el tudja olvasni a titkosított üzenetet, de mivel nem tudja Bob privát kulcsát, nem tudja értelmezni
• Bob vissza tudja fejteni a saját kulcsával

Digitális aláírás

Mivel Eve-nek most már nincs lehetősége a leveleket elolvasni, más támadási formák után néz. Az alábbi üzenetet írja:

Kedves Bob!

Tudod, milyen jó barátok vagyunk, és segítünk egymásnak a bajban. Sajnos anyagilag megszorultam egy kissé. Ki tudnál segíteni egy kis összeggel? Erre a számlaszámra küldd légyszi: XXX-YYY-ZZZ

Köszi,
Alice

Bob honnan fogja tudni, hogy az üzenetet tényleg Alice küldte?

A kétkulcsú titkosítás ezt is meg tudja oldani.

Ha Alice egy hiteles üzenetet szeretne küldeni, akkor először titkosítja a saját privát kulcsával. De ennek mi értelme? A publikus kulcsot mindenki ismeri, bárki elolvashatja az üzenetet, nem?

A cél nem is ez. Ha valakinek sikerült visszafejteni az üzenetet Alice publikus kulcsával, akkor az üzenet csak tőle származhat: mert más nem tudta volna így titkosítani. Épp ezért ezt nem is titkosításnak szokták nevezni, hanem digitális aláírásnak.

Mivel Eve nem ismeri Alice privát kulcsát, ezért nem tud az ő nevében üzenetet küldeni.

A kettő együtt

Tehát ha Alice szeretne egy üzenet küldeni Bobnak, amit Eve se elolvasni, se meghamisítani nem tud, az alábbiakat kell tennie:

Eredeti üzenet → Alice privát kulcsa → Aláírt üzenet → Bob publikus kulcsa → Aláírt és titkosított üzenet

Bob pedig ezeket a lépéseket fogja végrehajtani:

Aláírt és titkosított üzenet → Bob privát kulcsa → Aláírt üzenet

Szóval az üzenet nekem szólt, más nem olvashatta el!

Aláírt üzenet → Alice publikus kulcsa → Eredeti üzenet

Szóval ez tényleg Alice-tól jött!

A lépéseket természetesen szoftver végzi, így történik a kommunikáció pl. a webszerver és a böngésző között (HTTPS), de pl. PGP segítségével tetszőleges dokumentumra, emailre is alkalmazható.

RSA, DSA

A két leggyakrabban használt algoritmus. A böngészőben, a lakat ikonra kattintva megnézhetjük, hogy ez az oldal is RSA titkosítást használ.

Saját kulcspárt generálhatunk pl. OpenSSH segítségével. Ha szeretnénk egy 4096 bites, RSA kulcsot:

ssh-keygen -t rsa -b 4096

Ha alapértelmezett fájlnéven hagyjuk, akkor két fájlt generál a “~/.ssh” mappában:

• id_rsa: ez a privát kulcs
• id_rsa.pub: ez a publikus kulcs

Windows alatt egy grafikus alkalmazás a PuTTY ssh klienshez mellékelt puttygen.exe, amivel szintén lehet kulcspárokat generálni.

Egyirányú titkosítás

Bizonyos szituációkban nem fontos, hogy a titkosítás visszafordítható legyen. Ilyen eset pl. a jelszavak tárolása. Ha van módszerünk a jelszavak egyezésének az ellenőrzésére, akkor a visszafejtésre nem is kell, hogy létezzen módszer. Sőt, ez biztonsági hibának számítana!

Azokat az algoritmusokat, amik erre alkalmasak, kriptográfiai hash függvényeknek nevezzük.

Emlékeztetőül, a hash függvény:

• Egyirányú, a hash-ből nem lehet visszaszerezni az eredeti adatot
• Fix intervallumra vetíti le az eredeti adatot, így nem derül ki, hogy az eredeti 1 bájt vagy 1 gigagbájt volt: a bcrypt eredménye mindig 184 bites lesz.

Nem minden hash függvény alkalmas jelszavak tárolására. A CRC32-t például véletlen hibák ellen találták ki, nagyon egyszerű kulcsütközést generálni.

A jelszó helyességének az ellenőrzéséhez az adatbázisban eltárolt jelszót nem kell visszafejteni, hanem elég a felhasználó begépelt jelszavát hash-elni. Ha a most kiszámolt, és az adatbázisban tárolt hash megegyezik, akkor a user eltalálta a jelszót.

Ha valaki pedig megszerezné az adatbázisban tárolt hash-eket, akkor nem menne velük sokra: a hash-ekből nem lehet visszaszerezni az eredeti jelszót.

Salt

A jelszót titkosítás előtt meg is “sózhatjuk”, ezt azt jelenti, hogy egy kis méretű, véletlenszerű adatot hozzáfűzünk. Ennek az a célja, hogy ha a rendszerben két user véletlenül ugyanazt a jelszót választja, ez ne derüljön ki a hash-ek egyezéséből.

Salt nélkül:

• User1:
  • hash(jelszo1) = asdf1234
• User2:
  • hash(jelszo1) = asdf1234

Viszont ha a jelszavakat megsózzuk:

• User1
  • salt = ab
  • hash(jelszo1ab) = a1223445
• User2
  • salt = cd
  • hash(jelszo1cd) = 89as5zb5

Ugyanaz a jelszó, de a hash különbözik.

PHP példakód

Regisztrációkor:

// Hash kiszámítása, ezt fogjuk az adatbázisba tenni
$db_hash = password_hash($_POST['password'], PASSWORD_DEFAULT);

Bejelentkezéskor:

$db_hash = ... // Ezt olvassuk ki az adatbázisból
if (password_verify($_POST['password'], $db_hash)) {
    // Sikeres login
    $_SESSION['user_id'] = $user_id;
} else {
    $error_message = 'Sikertelen login';
}

Javasolt kriptográfiai hash algoritmusok:

• bcrypt (PHP alapértelmezett)
• Argon2 (PHP beépített):
  • password_hash($pw, PASSWORD_ARGON2I);
• PBKDF2 + SHA-512

Ellenjavalt algoritmusok:

• MD5, SHA1
• bármilyen algoritmus, amit nem lehet paraméterezni az iterációk számával