Encryptie, decryptie en Kerckhoffs
Encryptie en decryptie
Herinner je dat we in het vorige hoofdstuk de termen CIA aanhaalden en de McCumber kubus? Een grote pijler van CIA, confidentiality, wordt opgelost met behulp van encryptie, namelijk het versleutelen van onze data met behulp van een geheime sleutel. Door deze te versleutelen wordt deze onleesbaar voor personen die de geheime sleutel niet hebben (en bijgevolg niet geautoriseerd zijn om de data te mogen lezen). De moeilijkheid van een goed cryptografisch systeem is dat de data op een zodanige manier moet versleuteld worden dat het quasi onmogelijk is om zonder sleutel de originele data terug te vinden. We spreken hierbij over de originele data als de plaintext en de geëncrypteerde data als ciphertext. De ontvanger van een ciphertext moet deze, als hij de juiste sleutel heeft, terug kunnen omzetten naar de originele plaintext.
Er zijn al veel encryptie algoritmes de revue gepasseerd doorheen de geschiedenis van de mens. Al van in de tijd van de Romeinen werd er aan cryptografie gedaan. Mensen hebben altijd gevoelige data gehad waar vertrouwelijk mee moest om gesprongen worden. Naarmate de cryptanalyse (dat is het proberen ontcijferen van een ciphertext zonder dat je de geheime sleutel hebt) evolueerde, moesten ook de cryptografische algoritmes verbeteren. Ook hier zien we weer diezelfde wedloop tussen digitale stropers en cyberboswachters. Hoe sterker onze computers worden (met dank aan de wet van Moore), hoe krachtiger onze algoritmes moeten worden. De eenvoudigste vorm van cryptanalyse, bruteforcing, is rechtstreeks afhankelijk van de snelheid van de computer. Hoe meer sleutels per seconde een computer kan testen, hoe sneller de originele sleutel kan gevonden worden.
De volledige geschiedenis van de cryptografie hier vertellen zou ongeveer 1200 pagina’s vereisen. Het briljante boek “The Codebreakers” van David Kahn is een aanrader voor eenieder die meer willen weten over deze boeiende geschiedenis. Laat de 1200 pagina’s je niet afschrikken, het boek leest als een echte thriller.
Alle bestaande cryptografische systemen kunnen op verschillende manieren gekarakteriseerd worden (bron Network Security Essentials, door William Stallings):
- De acties die op de data worden uitgevoerd om deze te encrypteren:
- Substitutie: een teken door een ander teken vervangen.
- Transpositie: een teken op een andere plek in de tekst zetten.
- Product: een combinatie van meerdere substituties en transposities.
- Het aantal sleutels dat nodig zijn:
- 1 sleutel, ook wel “private encryption” genoemd.
- 2 sleutels, ook wel “public encryption” genoemd.
- De manier waarop de data wordt verwerkt:
- Als een blok data, blok per blok.
- Als een stream, teken per teken.
Kerckhoffs principe
We gaan zo meteen bekijken hoe encryptie effectief gebeurt, maar we willen al even een mythe onderuit halen. Binnen encryptie heb je de principes van Kerckhoff, zes regels die in de 19e eeuw werden vastgelegd waaraan encryptie-algoritmes moeten voldoen om als veilig beschouwd te worden. Sommige principes zijn, onder ander door onze steeds krachtigere computers, niet meer relevant, maar één principe blijft ongelooflijk belangrijk: “Het kennen van het gebruikte encryptie-algoritme door de tegenstander is geen probleem, het is enkel de geheime sleutel die ten allen tijde uit de handen van de tegenstander moet blijven.”
Dit ogenschijnlijk eenvoudige zinnetje betekent heel veel: je sleutel (of wachtwoord) is wat je het beste moet beschermen. Zonder kennis van de sleutel zou iemand nooit toegang mogen krijgen tot versleutelde data, ongeacht dat geweten is met welk systeem de data werd vercijferd.
We zagen reeds dat Security through obscurity een dubbel snijdend zwaard binnen de security wereld is. Enerzijds is het niet aangeraden om met veel tamtam aan te kondigen hoe jij je data beveiligt. Anderzijds geeft het je mogelijk een vals gevoel van veiligheid (snake’s oil) daar het geheimhouden van je algoritme en systemen geen garantie is dat deze ook effectief veilig zijn. In de 21e eeuw zijn de meest gebruikte encryptie-algoritmes publiek gekende algoritmes die door duizenden experts aan de tand zijn gevoeld. De kans dat er dus (bewuste) fouten in dergelijke standaarden zitten, is véél kleiner dan wanneer je met een zogenaamd proprietary systeem werkt waarvan de werking angstvallig geheim wordt gehouden.
Finaal draait alles op het geheimhouden van je sleutel, iets dat we telkens weer in dit boek zullen herhalen!
Opletten met reclame
Let op met encryptiesystemen die zichzelf verkopen met zinnen zoals “10 jaar nodig op een gewone laptop om alle sleutels te testen”. Dit zou kunnen doen vermoeden dat je dus voor minstens tien jaar goed zit (we gaan er even vanuit dat de gemiddelde cryptanalist maar toegang heeft tot één laptop, wat uiteraard in de echte wereld niet zo is). De gemiddelde tijd van voorgaande systeem om te bruteforcen is echter vijf jaar, de helft.
Stel dat je een sleutel hebt die bestaat uit 8 karakters. Een karakter is een letter van a tot z (geen onderscheid tussen hoofd- en kleine letters en geen getallen of speciale tekens). Er zijn \(26^8\) mogelijke sleutels (we gaan ervan uit dat de sleutel exact 8 karakters moet bevatten). Een computer kan één miljoen sleutels per seconde testen. De duur om alle mogelijke sleutels te testen is dus \(\frac{(26^8)}{1 000 000}\), oftewel 208 827 seconden, pakweg 58 uur. Intuïtief zou je kunnen denken dat je dus meer dan twee dagen “veilig” zit, wat niet zo is. De kans dat de eerste sleutel die je test reeds de juiste is, is even groot als dat het de laatste sleutel is. Kortom, gemiddeld gezien zal de sleutel in de helft van de maximum tijd gevonden worden, oftewel 29 uur.
Zouden we de lengte van de sleutel met één karakter verhogen, naar 9, dan stijgt de maximale duur naar pakweg 1500 uur, oftewel 62 dagen. Gemiddeld gezien vinden we de sleutel dus na ongeveer 750 uur (ruim 31 dagen). Eén karakter extra heeft wel degelijk een gigantische impact op de veiligheid van een sleutel!