Šibek ključ v kriptografiji: definicija, tveganja in primeri

V kriptografiji je šibek ključ ključ, ki se ob uporabi z določeno šifro obnaša na nezaželen način in poenostavi razbijanje (razbijanje) šifriranega besedila.

Šibki ključi običajno predstavljajo zelo majhen delež celotnega prostora ključev, kar pomeni, da če nekdo generira naključni ključ za šifriranje sporočila, je zelo redko, da bi šibki ključi povzročili varnostno težavo. Vendar pa velja za dobro zasnovo šifre, ki nima šibkih ključev ("kakovostna šifra"). Za šifro brez šibkih ključev se reče, da ima ploščat ali linearen prostor ključev.

Kaj pomeni šibek ključ v praksi

Šibek ključ je takšen ključ, ki zmanjša varnost nekega kriptografskega sistema — bodisi zato, ker omogoča lažji direktni napad (npr. spremeni šifro v inverzno identiteto), bodisi zato, ker z dovolj majhnim dodatnim trudom ali znanjem napadalca omogoča izpeljavo zasebnega ključa ali ponovni izračun uporabljenega ključa. V praksi to pomeni, da je kompromitacija enega šibkega ključa hitrejša ali cenejša kot kompromitacija tipičnega (naključnega, močnega) ključa.

Vrste in primeri šibkih ključev

• Simetrične blokovne šifre: Nekatere stare šifre (npr. DES) imajo znane šibke in pol-šibke (semi-weak) ključe, pri katerih je obratna funkcija ali permutacija posebej preprosta. Tudi pri 3DES obstajajo konfiguracije ključev (na primer ko so vsi trije podključi enaki), ki zmanjšajo varnost na ravni enojnega DES.
• Strežnične šifre (stream cipher): Nekateri začetni stanji ali kombinacije ključa in IV pri RC4 so imeli izrazite statistične pristranskosti (WEP primer), kar je omogočilo obnovitev ključa. Ponovna uporaba ključ+IV (re-use) pri stream šifrah je klasičen primer "šibkosti" uporabe.
• Asimetrični (npr. RSA): Slabi ali predvidljivi naključni števili, ki tvorita primes (p, q) za RSA, povzročijo šibke zasebne ključe. Primer zgodovinskega incidenta je bil Debian OpenSSL bug (2006), kjer je zaradi pomanjkanja entropije nastalo veliko predvidljivih RSA ključev. Tudi deljenje istega prajma med različnimi ključnimi pari (napačna generacija) vodi do takojšnje razbitja z izračunom največjega skupnega delitelja (GCD).
• Napake pri izvedbi in konfiguraciji: Ključi, izpeljani neposredno iz šibkih gesel brez ustreznih KDF-jev (npr. PBKDF2, Argon2), ali uporaba prekratkih ključev (npr. zastareli 56-bitni DES) so praktično šibki ključi, ker jih je mogoče odbrojati ali ugotoviti z napadi na gesla.

Tveganja in posledice

• Nezmožnost zaupne komunikacije: napadalec lahko dešifrira sporočila.
• Prikrita kompromitacija ključev: šibki ključi lahko ostanejo neodkriti dalj časa, zato so podatki ranljivi retroaktivno.
• Masovni incidenti: če napaka pri generaciji vpliva na veliko število ključev (kot pri Debian primeru), napadalci lahko množično izkoristijo te ključe.
• Zmanjšana življenjska doba kriptosistema in potreba po dragem zamenjevanju ter revizijah.

Kako prepoznati in zaznati šibke ključe

• Dovolitev in izvajanje statističnih testov na izvoru naključja (entropy tests) in na porazdelitvi generiranih ključev.
• Za asimetrične ključe: preverjanje, da uporabljena števila izpolnjujejo varnostne kriterije (večverjetnostni testi praštevila), in izvajanje GCD-preverjanja med velikimi množicami javnih modulov za odkrivanje skupnih faktorjev.
• Preverjanje, ali kriptografske knjižnice zavračajo znane šibke konfiguracije (npr. enaki podključi pri 3DES, nezaščiteni IV v stream šifrah).
• Revizija nastavitev protokolov (npr. TLS konfiguracije) in uporaba seznama nezaželenih/odsvetovanih šifer.

Kako se izogniti šibkim ključem — dobre prakse

• Uporabljajte certificirane ali preverjene generatorje naključnih števil (CSPRNG), po možnosti iz operacijskega sistema ali HSM (npr. /dev/urandom, platformni DRBG ali TPM/HSM).
• Izogibajte se zastarelim šifram (npr. DES, RC4) in raje uporabite sodobne varne izbire (npr. AES-128/192/256, ChaCha20-Poly1305).
• Pri izpeljavi ključev iz gesel vedno uporabite močne KDF-e (PBKDF2 z dovolj veliko iteracijo, scrypt, Argon2) in ustrezne soli.
• Uveljavite minimalne zahteve glede dolžine ključa in entropije; za RSA in ECC sledite sodobnim priporočilom (npr. RSA ≥ 2048 bit, ECC curve po priporočilih NIST/ISO/SECG ali boljše kurve kot Curve25519 za novo rabo).
• Redno rotirajte ključe in izvajajte upravljanje življenjskega cikla ključev (key management), vključno z revizijami ter takojšnjim preklicem, če obstaja sum kompromitacije.
• Uporabljajte protokole z avtentikacijo in integriteto (AEAD: AES-GCM, ChaCha20-Poly1305) in pravilno upravljajte IV/nonce (nikoli ponovni izbor nonca za isti ključ).
• Izobraževanje razvijalcev in skrbnikov: pravilna implementacija in dovolj entropije v virtualiziranih/embedded okoljih je ključnega pomena.

Praktični nasveti za razvijalce in skrbnike

• Ne pišite lastnih kriptografskih rut. Raje uporabite uveljavljene knjižnice, ki imajo varnostne preglede in zavračajo slabe konfiguracije.
• Pri masovni generaciji ključev izvedite kriptopreiskave za morebitne anomalije (nizka entropija, ponovitve, skupni faktorji pri RSA).
• Za kritične aplikacije razmislite o uporabi HSM-jev ali upravljanih KMS storitev, kjer je generacija in hranjenje ključev strojno zaščiteno.
• Ohranite posodobljen seznam odsvetovanih algoritmov in nastavitev (npr. iz priporočil organizacij kot so NIST, ENISA) in ga vključite v varnostne politike.

Zaključek

Čeprav šibki ključi predstavljajo relativno majhen del prostorskega območja vseh možnih ključev, so tveganja ob njihove uporabi lahko katastrofalna. Dobro zasnovani kriptosistemi, pravilna generacija naključnosti, uporaba sodobnih algoritmov in skrbno upravljanje ključev so glavni ukrepi za preprečevanje pojava in izkoriščanja šibkih ključev.

Išči po črki