Szimmetrikus kulcsú rejtjelezés

Rekonstruált görög rejtjelező rúd

A szimmetrikus kulcsú rejtjelezés vagy titkosítás az információk titkosításának a legrégebben ismert és legegyszerűbb módja. Lényege, hogy mind a küldő mind a fogadó ugyanazzal a kulccsal végzi a titkosítást és a megfejtést. Ez az alapja a legrégebbi rejtjelezőnek, a spártaiak által használt rejtjelező cilindernek. Ez két, tökéletesen azonos méretű hengerpalást volt, míg a kulcs a megfejtéshez a feltekert papirusz irányának és a szöveg hosszának ismerete volt. Minden szimmetrikus kulcsú titkosítás alapja a megosztott titok elve.

Az alapelv

A folyamat egyszerű. A titkosítandó szöveget a közös titkosítási kulcsot felhasználva átalakítjuk, az így kapott információt továbbítjuk, majd a fogadó fél ugyanazt a közös titkosító kulcsot használva fejti azt meg. Az aszimmetrikus titkosításnál használt hash függvénytől eltérően a szimmetrikus kulcsú titkosításkor a használt titkosítási kulcs különleges eljárást, biztonságot igényel. Ezt speciális kulcskezelési rendszerek támogatják. Problémát okoz, hogy a kulcs egyértelműen feloldja a védett információt. Speciális feladat a titkos kulcs küldő és fogadó fél közötti cseréjének a megoldása. További probléma a titkosító kulcsok biztonságának védelme a helyi számítógépeken.

A legismertebb szimmetrikus kulcsú titkosítási eljárások a DES, 3DES, AES és IDEA.

A szimmetrikus titkosítási kulcsokat használó rejtjelező eljárások legnagyobb előnye hogy gyorsak és nincs különösebb erőforrás igényük. A legnagyobb hátrányuk pedig, hogy földrajzilag távol eső helyekre kell teljesen azonos titkosítási kulcsokat eljuttatni és megfelelő biztonsággal tárolni. A kulcscsere egy 128 bites kulcs esetén meglehetősen problémás is lehet.

DES

A DES (Data Encryption Standard) szimmetrikus kulcsú titkosítási eljárást az Amerikai Egyesült Államok Szabványügyi Hivatala (NBS) 1976-ban nyilvánította szövetségi szabvánnyá. A felhívást egy szabványos titkosítási algoritmus elkészítésére 1973-ban adták ki. A hivatal az IBM által Lucifer kódnéven benyújtott algoritmust fogadta el. Ezt követően az NBS és a NSA 3 éven át vizsgálta és finomította az eljárást és az 1976-ban vált az USA-ban szövetségi szabvánnyá. A DES szabvány előírása szerint a DES algoritmust 5 évente ismételt biztonsági felülvizsgálat alá kellett vetni. 1983-ban a felülvizsgálat sikeres volt, azonban az NSA 1987-ben már nem tartotta kellően megbízhatónak. Ennek ellenére, mivel más megfelelő alternatíva nem állt rendelkezésre egészen 1993-ig amikor az időközben NIST-re átkeresztelt szabványügyi hatóság a DES helyett az AES-t nyilvánította szövetségi szinten szimmetrikus kulcsú titkosítási szabvánnyá.

A DES egy úgy nevezett blokkrejtjelező (blokk alapú) titkosító eljárás (block cipher), ez azt jelenti, hogy a bemenő adatokat meghatározott méretű blokkokra osztja, tipikusan az utolsó blokk kiegészítésével, hogy az is elérje a szükséges blokkméretet, szemben a folyamatos rejtjelezőkkel (stream cipher) amelyek bit szinten folyamatosan dolgozzák fel a titkosítandó szöveget. A DES esetében ez a blokkméret 64 bit azaz a DES 64 bites input blokkokat fogad be és 64 bites rejtjelezett szöveget bocsát ki. Ezt az eljárást ismétli meg minden 64 bites blokkon. A DES titkosító kulcsának hossza eredetileg 56 bit volt, és ugyan azt a kulcsot, valamint ugyan azt az algoritmust, használta a titkosításhoz és a megfejtéshez is.

3DES

A 3DES vagy másképpen tripla DES a DES egy változata. Az alkalmazott változattól függően kettő vagy három titkosító kulcsot használ a hagyományos DES által használt egy kulccsal szemben. Ez háromszoros titkosítási eljárást jelent az ilyen eljárást többszörös titkosításnak nevezzük. A többszörös titkosítás, több különböző eljárással is megvalósítható. Legegyszerűbb módszere a titkosítási eljárások egymásba skatulyázása. A szöveget titkosítjuk a DES algoritmussal, a kapott első titkosított szöveget egy másik kulcsot használva ismét titkosítjuk majd a második titkosított szöveget ismét titkosítjuk a harmadik kulccsal. Ez lényegesen megnöveli a titkosítás feltöréséhez szükséges erőforrásigényt, ezzel növeli annak biztonságosságát. A 3DES erősebb titkosítást eredményez és ezért a mai napig népszerű és széles körben elterjedt.

AES

1997. január 2-án a NIST (A szabványok és technológiák nemzeti hivatala) pályázatot hirdetett egy a DES-t felváltó új blokkrejtjelezést használó titkosító eljárás kifejlesztésére. A pályázatra rengeteg munka érkezett. Végül a döntőbe már csak öt munka kapott helyet:

• MARS – IBM,
• RC6 – RSA
• Rijndael – Joan Daemen és Vincent Rijmen
• Serpent – Ross Anderson, Eli Biham, Lars Knudsen
• Twofish – Bruce Schneier, John Kelsey, Niels Ferguson, Doug Whiting, David Wagner, Chris Hall

Végül a 2000 őszén a NIST a Rijndael algoritmus 128 bites változatát nyilvánította győztesnek és ez lett az új szimmetrikus kulcsú rejtjelező szabványnak az AES-nek (Advanced Encryption Standard) az alapja az Egyesült Államokban. A választást a jó hatásfok mellett azzal indokolták, hogy ez az algoritmus korlátozott erőforrással rendelkező eszközökön is megfelelő teljesítményt biztosít. Az AES-ben megvalósított Rijndael algoritmus egy blokkrejtjelezési eljárás amelyik bemenetként 128 bites blokkokat használ. De maga a Rijdael konfigurálható 192 illetve 256 bites blokkok használatára is. A használt titkosítási kulcs hossza ennek megfelelően 128, 192 vagy 256 bit.

IDEA

Az IDEA (International Data Encryption Algorithm) egy, James Massey (ETH Zürich) és Xuejia Lai, által kidolgozott blokktitkosítást használó rejtjelező eljárás. Ez az 1991-ben publikált titkosítási eljárás szintén szimmetrikus titkosítási kulcsot használ. A nevét 1992-ben kapta. Az eljárás 64 bites blokkokat és 128 bites titkosítási kulcsot használ. A 64 bites input blokkokat további 4 16 bites szegmensre osztja és ezekkel 8 menetben végzi el a titkosítást. Az utolsó menetben kapott 4 titkosított szövegdarab konkatenációja a végleges titkosított szöveg. A 128 bites kulcs kellő biztonságot ad, az algoritmus egyetlen ismert hibája a gyenge kulcsok használata lehet.

A PGP (Pretty Good Privacy) 2.0-s verziója is az IDEA-t használja miután a PGP v1.0-s változatban használt eredeti rejtjelező eljárásról bebizonyosodott, hogy feltörhető.

Források

• Buttyán, Levente, Vajda István. Kriptográfia és alkalmazásai. Typotex, 25–78. o. (2004. december 12.). ISBN 963-9548138 
• Szimmetrikus kulcsú kriptográfia
• ADVANCED ENCRYPTION STANDARD hivatalos szövege (angolul)
• AES: a Rijndael szimmetrikus blokk titkosító algoritmus

Külső hivatkozások

• Online kódolás és dekódolás AES algoritmussal Archiválva 2014. augusztus 4-i dátummal a Wayback Machine-ben