Κρυπτανάλυση

Η κρυπτανάλυση (Cryptanalysis) είναι η μελέτη για την ανεύρεση μεθόδων που εξασφαλίζουν την κατανόηση του νοήματος της κρυπτογραφημένης πληροφορίας έχοντας άγνωστη ποσότητα τον κρυφό μετασχηματισμό το κλειδί και το μήνυμα. Βασικός στόχος της είναι ανάλογα με της απαιτήσεις του αναλυτή κρυπτοσυστημάτων ή αλλιώς κρυπταναλυτή είναι να βρει το κλειδί ή το μήνυμα ή ένα ισοδύναμο αλγόριθμο που θα τον βοηθάει να προσδιορίζει το μήνυμα. Ένας κρυπταλγόριθμος λέγεται ότι έχει σπαστεί αν βρεθεί μια μέθοδος (πιθανοκρατική ή ντετερμινιστική) που μπορεί να βρει το μήνυμα ή το κλειδί με πολυπλοκότητα μικρότερη από την πολυπλοκότητα της επίθεσης ωμής βίας. Η πρώτη νύξη πάνω στην κρυπτανάλυση έγινε από ένα άραβα μαθηματικό τον 8ο αιώνα με την εργασία Ανταμπ-αλ-κουταπ ή αλλιώς Εγχειρίδιο των γραμματέων.

Ιστορική Αναδρομή

Είδη Επιθέσεων

Κρυπταναλυτικές επιθέσεις σε αλγορίθμους

Υπάρχουν 6 βασικές κρυπταναλυτικές επιθέσεις κατηγορηοποιημένες ανάλογα με την ικανότητα του αντιπάλου (πόρους-[υπολογιστική ισχύ]) και το επίπεδο πρόσβασης που έχει

1. Επίθεση βασισμένη στο κρυπτοκείμενο : Ο κρυπταναλυτής έχει στην διάθεση του Ν κρυπτομυνήματα δεδομένου τής γνώσης του αλγορίθμου. Σκοπός είναι να ανακαλύψει τα μηνύματα που περικλείουν τα κρυπτοκείμενα ή να εξάγει το κλειδί που χρησιμοποιήθηκε.

2. Επίθεση βασισμένη στην γνώση μυνημάτων,κρυπτοκειμένων : Ο κρυπταναλυτής μερικά ζευγάρια (μυνηματων , κρυπτοκειμένων).Ο στόχος είναι η εξαγωγή κλειδιού ή ένα αλγόριθμό για την αποκρυπτογράφηση νέων μηνυμάτων (προσεγγιστικός αλγόριθμος) με το ίδιο κλειδί.

3. Επίθεση βασισμένη στην επιλογή μηνυμάτων : Ο κρυπταναλυτής έχει καταφέρει να αποκτήσει πρόσβαση στη επιλογή του μηνύματος που θα κρυπτογραφηθεί .Στόχος είναι η εξαγωγή του κλειδιού ή ενός προσεγγιστικού αλγορίθμου.

4. Προσαρμοσμή επίθεση βασισμένη στην επιλογή μηνυμάτων : Ο κρυπταναλυτής μπορεί να επιλέξει όχι μόνο μία συστάδα μηνυμάτων αλλά μπορεί να επιλέξει πιο επόμενο μήνυμα θα κρυπτογραφηθεί(Κατάλληλη επιλογή ζευγαριών προσδίδει περισσότερη πιθανότητα για την τιμή του κλειδιού). Στόχος είναι η εξαγωγή του κλειδιού ή ενός προσεγγιστικού αλγορίθμου.

5. Επίθεση βασισμένη στην επιλογή κρυπτοκειμένων: Ο κρυπταναλυτής μπορεί να επιλέξει κρυπτοκείμενα για αποκρυπτογράφηση(μελετάει πως συμπεριφέρεται ο αλγόριθμος στην αποκρυπτογράφηση) και έχει πρόσβαση στα αποκρυπτογραφημένα κείμενα.

6. Προσαρμοσμή επίθεση βασισμένη στην επιλογή μηνυμάτων - κλειδιών: Ο κρυπταναλυτής επιλέγει μια σχέση μεταξύ του άγνωστου κλειδιού και του δικό του κλειδιού και βάση των συμπερασμάτων που βγάζει από την ανάλυση (Είσοδος/έξοδος) στο σύστημά στόχου και στο δικό του αντίγραφο (Κρυπταλγόριθμος) προσσεγκίζει μετά από κάποιες δοκιμές το σωστό κλειδί.

Επιθέσεις στο κανάλι επικοινωνίας

Υπάρχουν 4 βασικές απειλές στο κανάλι επικοινωνίας κατηγοροποιημένες με κριτήριο την ενεργή ή παθητική συμπεριφορά του αντιπάλου.

1. Διακοπή γραμμής : Ο αντίπαλος έχει διακόψει την ροή της πληροφορίας από τον αποστολέα στον παραλήπτη(ενεργή συμπεριφορά)

2. Υποκλοπή πληροφορίας από το κανάλι : Ο αντίπαλος αντιγράφει τις πληροφορίες που διαβιβάζονται στο κανάλι επικοινωνίας (παθητική συμπεριφορά – μη ανιχνεύσιμη)

3. Τροποποίηση πληροφορίας στο κανάλι : Ο αντίπαλος τροποποιεί τις πληροφορίες που διαβιβάζονται στο κανάλι με τέτοιο τρόπο ώστε να αλλάξει το περιεχόμενο ή να αναγεννά δική του πληροφορία. (ενεργή συμπεριφορά)

4. Πλαστογράφηση πηγής : Ο Αντίπαλος προσποιείται ότι είναι ένα από τα μέλη.

Ταξινόμηση Μοντέλων αξιολόγησης ασφάλειας

Υπάρχουν 4 βασικά μοντέλα για την αξιολόγηση των αλγορίθμων: 1) Ασφάλεια άνευ όρων, 2) υπολογιστική ασφάλεια, 3) θεωρία πολυπλοκότητας και 4) αποδείξιμη ασφάλεια.

Ασφάλεια άνευ όρων (Τέλεια Ασφάλεια)

Αυτή η μέτρηση εστιάζεται στην διάκριση αν ένα κρυπτοσύστημα έχει ασφάλεια άνευ όρων. Η βασική υπόθεση είναι ότι όσο και αν κρυπτοκείμενο και αν κατέχει ο αντίπαλος δεν υπάρχει αρκετή πληροφορία για να ανακτήσει το ανοικτό κείμενο(μοναδική λύση) όσο υπολογιστική ισχύ (άπειρη) και αν έχει στην διάθεση του. Χαρακτηριστικό παράδειγμα το σημειωματάριο μίας χρήσης (one time pad).

Υπολογιστική ασφάλεια (Πρακτική Ασφάλεια)

Αυτή η μέτρηση εστιάζεται στην υπολογιστική προσπάθεια [παράγοντας εργασίας] που χρειάζεται για να διασπαστεί ένα κρυπτοσύστημα. Στόχος των συγχρόνων συστημάτων να έχουν μεγάλο παράγοντα δυσκολίας ώστε να μην είναι χρονικά δυνατό να διασπαστούν με τα διαθέσιμα ή τα <μελλοντικά> μέσα.

Ασφάλεια – θεωρία πολυπλοκότητας

Αυτή η μέτρηση εστιάζει στην ταξινόμηση της υπολογιστικής ικανότητας του αντιπάλου υπολογιστικών προβλημάτων ανάλογα με τους πόρους που απαιτούνται για την επίλυση τους. Οι πόροι αναφέρονται

* Το μέγεθος δεδομένων που χρειάζονται σαν είσοδο στην επίθεση
* Τον υπολογιστικό χρόνο που χρειάζεται για να εκτελεστεί η επίθεση
* Το μέγεθος του χώρου αποθήκευσης που χρειάζεται για την επίθεση
* Το πλήθος των επεξεργαστών

Αποδείξιμη ασφάλεια

Αυτή η μέτρηση εστιάζεται στην απόδειξη ισοδυναμίας του μαθηματικού μοντέλου του κρυπτοσυστήματος με κάποιο πολύ γνωστό δύσκολο στην επίλυση του πρόβλημα (θεωρίας αριθμών). Χαρακτηριστικό παράδειγμα η παραγοντοποιήση μεγάλων ακεραίων.

Κρυπτανάλυση Κλασσικών Κρυπτοσυστημάτων

Υπάρχουν διάφοροι τύποί κρυπταναλυτικών επιθέσεων(σχ 3.1) για τα κλασσικά κρυπτοσυστήματα ή περισσότερες βασίστηκαν πάνω στην γλωσσική δομή του μηνύματος. Στις νεότερες μορφές Κρυπτανάλυσης Κλασσικών Κρυπτοσυστημάτων παρατηρείται ή είσοδος της στατιστικής στην ανάλυση.

* Μέθοδος Ωμής Βίας
* Ανάλυση Συχνότητας Γλώσσας
* Μέθοδος Κασισκι
* Μέθοδος Δείκτης Σύμπτωσης
* Μέθοδος Αμοιβαίου Δείκτη Σύμπτωσης

Κρυπτανάλυση Μοντέρνων Κρυπτοσυστημάτων

* Διαφορική Κρυπτανάλυση (Differential Cryptanalysis)
* Γραμμική Κρυπτανάλυση (Linear Cryptanalysis)
* Κρυπτανάλυση στο Επίπεδο Υλικού (Side-channel cryptanalysis)
* Κλειδοσχεσιακή Κρυπτανάλυση (Releted Key Cryptanalysis)
* Κρυπτανάλυση Ισοτίμων (Cryptanalysis mod n)
* Κρυπτανάλυση τετραγώνου (Square Cryptanalysis)
* Στατιστική κρυπτανάλυση (Statistical Cryptanalysis)

Δείτε Επίσης

Κρυπτογραφία
Κρυπτογράφηση Δημόσιου Κλειδιού