14.11.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~10 мин.

Ломаем модифицированный AES-256

Главным критерием безопасной передачи данных в интернете является степень их шифрования. Даже если злоумышленники смогут перехватить зашифрованные данные, они не смогут их расшифровать без пары ключей, которые хранятся на устройстве пользователя и сервере. При этом существуют протоколы, например AES-128, с которым расшифровка трафика злоумышленниками практически исключена.

Что такое AES

AES или Advanced Encryption Standard – так назывался конкурс, по результатам которого в 1997 году должны были выбрать преемника устаревшего к тому времени стандарта DES. В результате победил стандарт симметричного шифрования Rijndael, который со временем стали называть по названию конкурса, AES.

Проблема DES была в малой длине ключей (56 бит), что при стремительном развитии технологий, в теории позволяло подобрать его брутфорсом (грубым перебором).

У AES минимальная длина ключа составляет 128 бит (AES-128), таким образом, его подбор даже на мощнейшем суперкомпьютере занял бы миллиарды лет.

Что такое AES

Как работает алгоритм

Метод безопасности применяемый Advanced Encryprion standard AES основан на поочередных подстановках блоков по 16 байт. Операции перестановок могут повторяться неоднократно – они называются “round”. У каждого раунда есть уникальные ключи, которые рассчитываются из ключей шифрования. Это делает алгоритм более стойким по сравнению с другими традиционными потоковыми алгоритмами.

Каким бывает шифрование

Оно бывает двух видов – симметричное и ассимметричное. В первом случае, ключ для шифровки сообщения используется тот же, что и для дешифровки.

При ассиметричным шифровании создается пара ключей:

Открытый: передается серверу для расшифровки сообщения;
и Закрытый: остается на устройстве пользователя. Доступ к зашифрованным закрытым ключом данным может быть получен с соответствующим ему открытым ключом.

Симметричное и асимметричное шифрование

Область применения

AES повсеместно распространенный стандарт, используется многими корпорациями для передачи конфиденциальной информации.

Алгоритм утвержден правительством США и используется, в том числе, для нужд армии, а также:

В Wi-Fi и Bluetooth сетях;
В мобильных сетях;
На iOS, Android;
Сайты, программы и серверы, хранящие пароли;
Банковские продукты, банкоматы (хотя там AES не настолько популярно, как другие более сложные и ресурсозатратные алгоритмы); ПО и игры;
В средствах криптографической защиты данных;
В архиваторах (Winrar, winzip);
В мессенджерах (whatsapp).

Достоинства

Безопасный;
Бесплатный;
Оптимизированный. Алгоритм эффективно использует вычислительные мощности, поэтому не требователен к оперативной памяти устройства и «железу»;
Мультиплатформенный. Реализовывается как на аппаратной части, так и на программной.

Использование в VPN

Практически все VPN сервисы используют AES шифрование с длиной ключа 128 или 256 бит. При этом в обеих случаях соединение с виртуальным сервером будет надежно защищено.

Как взломать алгоритм

Взломать алгоритм, подобрав комбинацию брутфорсом невозможно, так как это займет бесконечно много времени. Однако взламывать 128 битный ключ и не требуется. Все зависит от того, какой протокол используется для передачи. Используя PPTP, при подключении к VPN, достаточно взламать Хэши MD4 длиной 56 байт, что, с использованием облачных сервисов по подбору паролей займет не более суток.

Как поставить пароль на флешку: 5 простых рабочих способов

Аппаратное шифрование

Еще в 2008 году Intel добавили поддержку аппаратного шифрования данных AES 256 в свои процессоры x86 архитектуры, что позволило повысить производительность программ, использующих этот алгоритм. Это говорит о популярности данного алгоритма блочного шифрования.

Стойкость шифрования AES 256

Размер ключа	Количество комбинаций	Время взлома
1 бит	2	Менее сек
16 бит	65536	Пара сек
56 бит (DES)	7*10 в 16 степени	400 сек
128 бит	3.4*10 в 38 степени	1*10 в 18 степени лет
256 бит	1.1*10 в 77 степени	3.3*10 в 56 степени лет

При этом разница между 128 и 256 битным шифрованием не принципиальна. Если кому нибудь удастся взломать 128 битный ключ, 256 битный взломать не составит никаких проблем. С практической точки зрения, 256 битное шифрование надежно ровно настолько же, как и 128 битное, поэтому его применение это маркетинговый ход.

До сих пор никому не удавалось взломать алгоритм, а на его грубый подбор потребовалось бы бесконечно много времени, даже если бы были задействованы все существующие компьютеры на земле.

Вывод

Алгоритм AES — признанный лидер шифрования данных. За все время его существования взломать его никому не удалось. Однако это не значит, что никто не смог получить доступ к информации. Используя небезопасные протоколы передачи данных, можно получить доступ к паролям и информации, зашифрованной даже 128 битными ключами.

Если вам необходимо создать защищенную сеть из нескольких компьютеров мы ранее писали статью:Организация корпоративных сетей на основе VPN: построение, управление, безопасность

Была ли эта статья вам полезна?

5 из 5 пометили это полезным для себя

This website uses cookies to improve the user experience. By clicking accept, you agree to the use of cookies. You can object by clicking decline. Find more details in our privacy policy.

Вот как работает шифрование с использованием Boxcryptor

Мы шифруем файлы и тем самым обеспечиваем повышенную защиту от шпионажа и кражи данных. Для шифрования мы используем комбинацию шифрования AES-256 и шифрования RSA. Здесь мы объясняем два алгоритма.

Шифрование AES-256

Advanced Encryption Standard (AES) — один из наиболее часто используемых и наиболее безопасных алгоритмов шифрования, доступных сегодня. Это общедоступно, и это шифр, который NSA использует для обеспечения безопасности документов с классификацией «Совершенно секретно». История его успеха началась в 1997 году, когда NIST (Национальный институт стандартов и технологий) официально начал искать замену стареющему стандарту DES. Алгоритм под названием «Rijndael», разработанный бельгийскими криптографами Daemen и Rijmen, отличался повышенной безопасностью, а также производительностью и гибкостью.

Он вышел на первое место среди нескольких конкурентов и был официально анонсирован в 2001 году новым стандартом шифрования AES. Алгоритм основан на нескольких подстановках, перестановках и линейных преобразованиях, каждый из которых выполняется на блоках данных по 16 байтов, отсюда термин blockcipher. Эти операции повторяются несколько раз, называемые «раундами». Во время каждого раунда уникальный ключ раунда рассчитывается из ключа шифрования и включается в вычисления. Основываясь на блочной структуре AES, изменение отдельного бита либо в ключе, либо в блоке открытого текста приводит к совершенно другому блоку зашифрованного текста — явное преимущество перед традиционными потоковыми шифрами. Наконец, разница между AES-128, AES-192 и AES-256 — это длина ключа: 128, 192 или 256 бит — все радикальные улучшения по сравнению с 56-битным ключом DES. В качестве иллюстрации: взлом 128-разрядного ключа AES с помощью современного суперкомпьютера займет больше времени, чем предполагаемый возраст вселенной. А Boxcryptor даже использует 256-битные ключи! На сегодняшний день не существует никакой реальной атаки на AES. Поэтому AES остается предпочтительным стандартом шифрования для правительств, банков и систем высокой безопасности по всему миру.

Шифрование RSA

RSA — одна из самых успешных, асимметричных систем шифрования на сегодня. Первоначально обнаруженный в 1973 британским разведывательным агентством GCHQ, он получил классификацию «совершенно секретно». Мы должны поблагодарить криптологов Rivest, Shamir и Adleman за его гражданское повторное открытие в 1977 году. Они наткнулись на него во время попытки решить еще одну криптографическую проблему.

Выкидной ключ для автомобиля: как сделать своими руками, где купить корпус

В отличие от традиционных симметричных систем шифрования, RSA работает с двумя различными ключами: публичным и частным. Оба они дополняют друг друга, что означает, что сообщение, зашифрованное одним из них, может быть дешифровано только его дополняющей стороной. Поскольку частный ключ не может быть вычислен из открытого ключа, последний, как правило, доступен для общественности.

Эти свойства позволяют использовать асимметричные криптосистемы в широком спектре функций, таких как цифровые подписи. В процессе подписания документа к файлу прикрепляется отпечаток пальца, зашифрованный с помощью RSA, который позволяет получателю проверять как отправителя, так и целостность документа. Безопасность RSA основана главным образом на математической проблеме факторизации целого числа. Сообщение, которое должно быть зашифровано, рассматривается как одно большое число. При шифровании сообщения оно увеличивается до степени ключа и делится с остатком на фиксированное произведение двух простых чисел. Повторяя процесс с другим ключом, открытый текст можно получить снова. Лучший известный в настоящее время способ взломать шифрование требует факторизации продукта, используемого при делении. В настоящее время невозможно вычислить эти коэффициенты для чисел, превышающих 768 бит. Вот почему современные криптосистемы используют минимальную длину ключа 3072 бита.

Как Boxcryptor Шифрует и Расшифровывает файлы

Boxcryptor реализует комбинированный процесс шифрования, основанный на асимметричном RSA и симметричном шифровании AES. Каждый файл имеет свой собственный уникальный случайный файловый ключ, который создается при создании файла.

Скачать Boxcryptor сейчас

Попробуйте Boxcryptor для шифрования Ваших данных в облаке, чтобы убедиться, что никто, кроме Вас, не может получить доступ к ним. Базовая версия для одного облака на двух устройствах бесплатна.

Алгоритм Advanced Encryption Standard

Advanced Encryption Standard – симметричный алгоритм блочного шифрования, принятый правительством США в качестве стандарта в результате конкурса, проведенного между технологическими институтами. Он заменил устаревший Data Encryption Standard, который больше не соответствовал требованиям сетевой безопасности, усложнившимся в XXI веке.

Этот алгоритм, кроме аббревиатуры AES, иногда называют еще Rijndael – это анаграмма из частей имен бельгийских программистов Joan Daemen и Vinent Rijmen, которые разработали AES. Строго говоря, AES и Rijndael – не совсем одно и то же, поскольку AES имеет фиксированный размер блока в 128 бит и размеры ключей в 128, 192 и 256 бит, в то время как для Rijndael могут быть заданы любые размеры блока и ключа, от минимума в 32 бит до максимума в 256 бит.

Алгоритм AES был одобрен Агентством национальной безопасности США как пригодный для шифрования особо секретной информации. Однако, правительство постановило, что AES должен периодически подвергаться проверкам и улучшениям, чтобы надежно хранить зашифрованные данные.

Информация, определенная как секретная, должна быть защищена посредством AES с длиной ключей 128, 192 и 256 бит. Для информации, определенной как особо секретная, эта длина составляет 192 или 256 бит. Суть AES в том, что любая «лобовая атака» на защищенные данные – то есть подбор всех возможных паролей – в перспективе очень сильно растягивается. Если представить, что взломщик располагает огромными ресурсами, то есть целой коллекцией суперкомпьютеров, то при усердном старании доступ к зашифрованным данным он мог бы получить через десятки лет. Если же в его распоряжении ничего этого нет, то взлом AES займет астрономически долгое время.

Надежность алгоритма шифрования AES

Считается, что используемый в Advanced Encryption Standard ключ длиной в 128 бит – достаточно надежная защита против лобовой атаки, то есть с чисто математической точки зрения подобрать один правильный пароль из всех возможных – трудноосуществимая задача. Несмотря даже на некоторые недостатки AES, взломать защищенную с помощью этого алгоритма информацию практически нереально.

Любой криптографический алгоритм требует ключ размером в то или иное количество бит, чтобы зашифровать данные, как показано в схеме №1.

Длина ключа, используемая при шифровании и определяет практическую целесообразность выполнения полного перебора, ведь информацию зашифрованную более длинными ключами экспоненциально сложнее взломать, чем с короткими.

Вот пример перебора 4-битного ключа:

Потребуется максимум 16 стадий, чтобы проверить каждую возможную комбинацию, начиная с «0000». Лобовая атака за некоторое время может пробить такой простой алгоритм.

Таблица на рисунке ниже показывает возможное число комбинаций с учетом размера ключа:

Обратите внимание на то, что по мере увеличения размера ключа количество комбинаций возрастает экспоненциально. Математические исчисления доказывают, что размер ключа в 128 бит надежнейшим образом защищает от лобовой атаки:

Таким образом, даже суперкомпьютеру понадобилось бы неисчислимо огромное количество времени, чтобы получить доступ к информации под защитой AES посредством лобовой атаки.

Для сравнения: возраст Вселенной – где-то между 13 и 14 миллиардами лет. Даже если предположить, что некий супер-суперкомпьютер мог быть справляться с алгоритмом DES за одну секунду, то на взлом AES у него ушло бы около 149 триллионов лет.

Как видите, размера ключа в 128 бит вполне достаточно, хотя совершенно секретная информация все равно шифруется с размером в 256 бит. Следующее предположение доказывает, что стандарт 128 бит будет оставаться актуальным и в будущем.

Представьте:

каждый человек на Земле имеет десять компьютеров
на Земле семь миллиардов человек
каждый из этих компьютеров может проверять один миллиард комбинаций в секунду
ключ считается взломанным, если проверено 50% всех возможных комбинаций

При всех этих условиях все население планеты смогло бы взломать один ключ… за 77,000,000,000,000,000,000,000,000 лет.

При этом интересно отметить, что разница между размером ключа в 128 бит и 256 бит не так уж принципиальна. Если бы кто-то придумал бы некую программу, способную взломать 128-битную систему, то 256 бит для этого гения не были бы помехой.

Наконец, лучше всего за AES говорит статистика: защищенные этим алгоритмом данные никогда не были взломаны. Впрочем, все это работает при размере ключа минимум в 128 бит, поскольку более ранние шифровальные алгоритмы все же не выдерживали испытания на прочность.

Несмотря на то, что скорость вычисления компьютеров увеличивается в геометрической прогрессии согласно закону Мура, 128-битного ключа вполне должно хватить на много лет вперед.

Таким образом, все звонки и сообщения в криптотелефонах X-Telecom шифруются очень надежно, ведь кроме AES-256 еще дополнительно используется алгоритм Twofish и несколько вспомогательных алгоритмов — в комплексе это дает совершенную 100%-ую защиту вашего общения от прослушки любыми современными способами.

Используемые источники: