W jaki sposób techniki kryptograficzne, takie jak podpisy cyfrowe i szyfrowanie, mogą pomóc zapewnić integralność i poufność danych przechowywanych na niezaufanych serwerach?

/ / Opublikowano w Bezpieczeństwo cybernetyczne, Bezpieczeństwo zaawansowanych systemów komputerowych EITC/IS/ACSS, Bezpieczeństwo przechowywania, Niezaufane serwery pamięci masowej, Przegląd egzaminów

Techniki kryptograficzne mają fundamentalne znaczenie dla zapewnienia integralności i poufności danych przechowywanych na niezaufanych serwerach. Podstawowe metody stosowane do osiągnięcia tych celów obejmują podpisy cyfrowe i szyfrowanie. Techniki te zapewniają solidne mechanizmy chroniące dane przed nieautoryzowanym dostępem i manipulacją oraz zapewniają, że dane pozostaną niezmienione i autentyczne.

Podpisy cyfrowe

Podpisy cyfrowe to protokoły kryptograficzne umożliwiające weryfikację autentyczności i integralności wiadomości lub dokumentów cyfrowych. Są cyfrowym odpowiednikiem odręcznych podpisów lub opieczętowanych pieczęci, ale są znacznie bezpieczniejsze. Podpisy cyfrowe wykorzystują kryptografię klucza publicznego (znaną również jako kryptografia asymetryczna) w celu utworzenia unikalnego podpisu dla dokumentu cyfrowego.

Jak działają podpisy cyfrowe

1. Generowanie klucza: Proces rozpoczyna się od wygenerowania pary kluczy – klucza prywatnego i klucza publicznego. Klucz prywatny jest utrzymywany w tajemnicy przez właściciela, natomiast klucz publiczny jest udostępniany innym osobom.
2. podpisanie: Kiedy właściciel chce podpisać dokument, używa swojego klucza prywatnego do wygenerowania podpisu. Odbywa się to poprzez zastosowanie kryptograficznej funkcji skrótu do dokumentu w celu utworzenia wartości skrótu (ciągu bajtów o stałym rozmiarze, który jednoznacznie reprezentuje dane). Klucz prywatny jest następnie używany do szyfrowania tej wartości skrótu, tworząc podpis cyfrowy.
3. Weryfikacja: Aby zweryfikować podpis, odbiorca używa klucza publicznego osoby podpisującej. Odbiorca odszyfrowuje podpis za pomocą klucza publicznego w celu uzyskania wartości skrótu. Następnie niezależnie obliczają wartość skrótu odebranego dokumentu i porównują ją z odszyfrowaną wartością skrótu. Jeśli obie wartości skrótu są zgodne, podpis jest weryfikowany, co oznacza, że ​​dokument nie został zmieniony i jest autentyczny.

Zapewnienie integralności i autentyczności

- Integrość: Podpisy cyfrowe zapewniają, że dane nie zostały zmienione od czasu podpisania. Jakakolwiek modyfikacja danych spowoduje inną wartość skrótu, co spowoduje niepowodzenie procesu weryfikacji.
- Autentyczność: Podpisy cyfrowe weryfikują tożsamość osoby podpisującej. Ponieważ podpis może utworzyć tylko właściciel klucza prywatnego, odbiorca może mieć pewność, że dane zostały podpisane przez prawowitego właściciela.

Przykład

Rozważmy scenariusz, w którym firma przechowuje poufne umowy na niezaufanym serwerze w chmurze. Każda umowa podpisana jest przy użyciu klucza prywatnego firmy. Gdy klient odzyskuje umowę, może użyć klucza publicznego firmy do weryfikacji podpisu. Jeśli podpis jest ważny, klient może mieć pewność, że umowa nie została naruszona i rzeczywiście pochodzi od firmy.

Szyfrowanie

Szyfrowanie to proces przekształcania danych w postaci zwykłego tekstu na nieczytelny format zwany tekstem zaszyfrowanym przy użyciu algorytmu kryptograficznego i klucza szyfrowania. Tylko ci, którzy posiadają klucz deszyfrujący, mogą przekonwertować zaszyfrowany tekst z powrotem na czytelny tekst jawny. Szyfrowanie gwarantuje, że dane pozostaną poufne, nawet jeśli są przechowywane na niezaufanym serwerze.

Rodzaje szyfrowania

1. Szyfrowanie symetryczne: W szyfrowaniu symetrycznym ten sam klucz jest używany zarówno do szyfrowania, jak i deszyfrowania. Metoda ta jest wydajna i nadaje się do szyfrowania dużych ilości danych. Jednak klucz musi być bezpiecznie udostępniony pomiędzy nadawcą i odbiorcą.

- Przykład: Advanced Encryption Standard (AES) to szeroko stosowany algorytm szyfrowania symetrycznego. Firma może użyć AES do zaszyfrowania swojej bazy danych przed zapisaniem jej na niezaufanym serwerze. Tylko osoby posiadające klucz deszyfrujący mogą uzyskać dostęp do danych.

2. Szyfrowanie asymetryczne: Szyfrowanie asymetryczne wykorzystuje parę kluczy – klucz publiczny do szyfrowania i klucz prywatny do deszyfrowania. Ta metoda jest bezpieczniejsza w przypadku wymiany kluczy, ale jest bardziej intensywna obliczeniowo i wolniejsza niż szyfrowanie symetryczne.

- Przykład: RSA (Rivest-Shamir-Adleman) to popularny algorytm szyfrowania asymetrycznego. Użytkownik może szyfrować poufne wiadomości e-mail przy użyciu klucza publicznego odbiorcy, zapewniając, że tylko odbiorca będzie mógł odszyfrować wiadomość e-mail przy użyciu swojego klucza prywatnego.

Zapewnienie poufności

- Dane w spoczynku: Szyfrowanie gwarantuje, że dane przechowywane na niezaufanym serwerze pozostaną poufne. Nawet jeśli niepowołana osoba uzyska dostęp do magazynu, nie będzie mogła odczytać zaszyfrowanych danych bez klucza deszyfrującego.
- Dane w tranzycie: Szyfrowanie chroni również dane przesyłane przez sieci. Transport Layer Security (TLS) to przykład protokołu wykorzystującego szyfrowanie do zabezpieczenia przesyłanych danych, zapobiegając ich przechwyceniu i odczytaniu przez osoby nieupoważnione.

Łączenie podpisów cyfrowych i szyfrowania

W celu zapewnienia maksymalnego bezpieczeństwa podpisy cyfrowe i szyfrowanie są często używane razem. Takie połączenie zapewnia zarówno integralność, jak i poufność danych.

1. Szyfrowanie danych: Najpierw dane są szyfrowane przy użyciu szyfrowania symetrycznego lub asymetrycznego. Dzięki temu etapowi dane pozostają poufne i nie mogą zostać odczytane przez osoby nieuprawnione.
2. Podpisywanie zaszyfrowanych danych: Zaszyfrowane dane są następnie podpisywane przy użyciu podpisu cyfrowego. Ten krok zapewnia, że ​​zaszyfrowane dane nie zostały naruszone i pozwala zweryfikować tożsamość nadawcy.

Przykładowy przepływ pracy

1. Przygotowanie: firma chce przechowywać wrażliwe dane finansowe na niezaufanym serwerze w chmurze.
2. Szyfrowanie: Zapisy są szyfrowane przy użyciu AES (szyfrowanie symetryczne), aby zapewnić poufność.
3. podpisanie: Zaszyfrowane rekordy są następnie podpisywane przy użyciu klucza prywatnego firmy, aby zapewnić integralność i autentyczność.
4. Magazynowanie: Podpisane i zaszyfrowane rekordy są przechowywane na serwerze w chmurze.
5. Pobieranie i weryfikacja: Po pobraniu rekordów odbiorca najpierw weryfikuje podpis cyfrowy przy użyciu klucza publicznego firmy. Jeśli podpis jest ważny, odbiorca następnie odszyfrowuje rekordy za pomocą klucza deszyfrującego.

Ten przepływ pracy gwarantuje, że nawet jeśli nieuprawniona strona uzyska dostęp do serwera w chmurze, nie będzie mogła odczytać ani zmienić zapisów. Dostęp do zapisów i ich weryfikację mogą uzyskać wyłącznie upoważnione strony posiadające odpowiedni klucz deszyfrujący i klucz publiczny.

Względy praktyczne

- Zarządzanie kluczami: Efektywne zarządzanie kluczami jest ważne dla bezpieczeństwa systemów kryptograficznych. Klucze muszą być bezpiecznie generowane, dystrybuowane, przechowywane i unieważniane w razie potrzeby. Naruszenie kluczy może prowadzić do naruszenia bezpieczeństwa.
- Wybór algorytmu: Wybór algorytmów kryptograficznych i rozmiarów kluczy powinien opierać się na aktualnych najlepszych praktykach i standardach. Algorytmy uważane dziś za bezpieczne mogą w przyszłości stać się podatne na ataki ze względu na postęp w mocy obliczeniowej i kryptoanalizie.
- Wydajność: Operacje kryptograficzne mogą wymagać intensywnych obliczeń. Należy wziąć pod uwagę wpływ na wydajność, zwłaszcza w przypadku systemów wielkoskalowych lub systemów wymagających czasu rzeczywistego.

Podsumowanie

Techniki kryptograficzne, takie jak podpisy cyfrowe i szyfrowanie, są niezbędnymi narzędziami zapewniającymi integralność i poufność danych przechowywanych na niezaufanych serwerach. Podpisy cyfrowe umożliwiają weryfikację autentyczności i integralności danych, zapewniając, że nie zostały one zmienione i pochodzą z legalnego źródła. Szyfrowanie gwarantuje, że dane pozostaną poufne i nie będą mogły zostać odczytane przez osoby nieupoważnione, nawet jeśli uzyskają one dostęp do ich przechowywania. Łącząc te techniki, organizacje mogą chronić swoje dane przed nieautoryzowanym dostępem i manipulacją, nawet jeśli korzystają z niezaufanych serwerów pamięci masowej.

Inne niedawne pytania i odpowiedzi dotyczące Bezpieczeństwo zaawansowanych systemów komputerowych EITC/IS/ACSS:

Zobacz więcej pytań i odpowiedzi w EITC/IS/ACSS Zaawansowane zabezpieczenia systemów komputerowych

Więcej pytań i odpowiedzi:

Tagged under: , , , , ,