Com poden les tècniques criptogràfiques com les signatures digitals i el xifratge ajudar a garantir la integritat i la confidencialitat de les dades emmagatzemades en servidors no fiables?
Les tècniques criptogràfiques són fonamentals per garantir la integritat i la confidencialitat de les dades emmagatzemades en servidors no fiables. Els mètodes principals utilitzats per assolir aquests objectius inclouen les signatures digitals i el xifratge. Aquestes tècniques proporcionen mecanismes sòlids per protegir les dades de l'accés no autoritzat, la manipulació i garantir que les dades romanguin inalterades i autèntiques.
Signatures digitals
Les signatures digitals són protocols criptogràfics que proporcionen un mitjà per verificar l'autenticitat i la integritat dels missatges o documents digitals. Són l'equivalent digital de signatures manuscrites o segells estampats, però són molt més segurs. Les signatures digitals utilitzen la criptografia de clau pública (també coneguda com a criptografia asimètrica) per crear una signatura única per a un document digital.
Com funcionen les signatures digitals
1. Generació de claus: El procés comença amb la generació d'un parell de claus: una clau privada i una clau pública. La clau privada és mantinguda en secret pel propietari, mentre que la clau pública es distribueix als altres.
2. Firma: Quan el propietari vol signar un document, utilitza la seva clau privada per generar una signatura. Això es fa aplicant una funció hash criptogràfica al document per crear un valor hash (una cadena de mida fixa de bytes que representa de manera única les dades). Aleshores s'utilitza la clau privada per xifrar aquest valor hash, creant la signatura digital.
3. Verificació: Per verificar la signatura, el destinatari utilitza la clau pública del signant. El destinatari desxifra la signatura mitjançant la clau pública per obtenir el valor hash. A continuació, calculen de manera independent el valor hash del document rebut i el comparen amb el valor hash desxifrat. Si els dos valors hash coincideixen, es verifica la signatura, que indica que el document no ha estat alterat i és autèntic.
Garantint la integritat i l'autenticitat
- integritat: Les signatures digitals asseguren que les dades no s'han alterat des que es van signar. Qualsevol modificació de les dades donarà lloc a un valor hash diferent, provocant un error en el procés de verificació.
- Autenticitat: Les signatures digitals verifiquen la identitat del signant. Com que només el propietari de la clau privada pot crear la signatura, el destinatari pot estar segur que les dades van ser signades pel propietari legítim.
exemple
Penseu en un escenari en què una empresa emmagatzema contractes sensibles en un servidor al núvol no fiable. Cada contracte es signa amb la clau privada de l'empresa. Quan un client recupera un contracte, pot utilitzar la clau pública de l'empresa per verificar la signatura. Si la signatura és vàlida, el client pot estar segur que el contracte no ha estat manipulat i que, efectivament, és de l'empresa.
Xifrat
El xifratge és el procés de conversió de dades de text sense format en un format il·legible anomenat text xifrat, mitjançant un algorisme criptogràfic i una clau de xifratge. Només els que posseeixen la clau de desxifrat poden tornar a convertir el text xifrat en text senzill llegible. El xifratge garanteix que les dades segueixen sent confidencials, fins i tot si s'emmagatzemen en un servidor no fiable.
Tipus de xifratge
1. Xifratge simètric: En el xifratge simètric, s'utilitza la mateixa clau tant per al xifratge com per al desxifrat. Aquest mètode és eficient i adequat per xifrar grans quantitats de dades. Tanmateix, la clau s'ha de compartir de manera segura entre l'emissor i el destinatari.
- exemple: Advanced Encryption Standard (AES) és un algorisme de xifratge simètric molt utilitzat. Una empresa pot utilitzar AES per xifrar la seva base de dades abans d'emmagatzemar-la en un servidor no fiable. Només els que tenen la clau de desxifrat poden accedir a les dades.
2. Xifratge asimètric: El xifratge asimètric utilitza un parell de claus: una clau pública per al xifratge i una clau privada per al desxifrat. Aquest mètode és més segur per a l'intercanvi de claus, però és computacionalment més intens i més lent que el xifratge simètric.
- exemple: RSA (Rivest-Shamir-Adleman) és un popular algorisme de xifratge asimètric. Un usuari pot xifrar correus electrònics sensibles mitjançant la clau pública del destinatari, assegurant-se que només el destinatari pot desxifrar el correu electrònic amb la seva clau privada.
Garantir la confidencialitat
- Dades en repòs: El xifratge garanteix que les dades emmagatzemades en un servidor no fiable segueixin sent confidencials. Fins i tot si una persona no autoritzada accedeix a l'emmagatzematge, no pot llegir les dades xifrades sense la clau de desxifrat.
- Dades en trànsit: El xifratge també protegeix les dades a mesura que es transmeten per xarxes. Seguretat de la capa de transport (TLS) és un exemple de protocol que utilitza el xifratge per protegir les dades en trànsit, assegurant que no puguin ser interceptats i llegits per tercers no autoritzats.
Combinació de signatures digitals i xifratge
Per a la màxima seguretat, les signatures digitals i el xifratge s'utilitzen sovint junts. Aquesta combinació garanteix tant la integritat com la confidencialitat de les dades.
1. Xifrat de dades: En primer lloc, les dades es xifren mitjançant un xifratge simètric o asimètric. Aquest pas garanteix que les dades segueixen sent confidencials i que no les puguin llegir persones no autoritzades.
2. Signatura de dades xifrades: les dades xifrades es signen després amb una signatura digital. Aquest pas garanteix que les dades xifrades no s'han manipulat i verifica la identitat del remitent.
Exemple de flux de treball
1. Preparació: una empresa vol emmagatzemar registres financers sensibles en un servidor al núvol no fiable.
2. Xifrat: Els registres es xifren mitjançant AES (xifratge simètric) per garantir la confidencialitat.
3. Firma: Els registres xifrats es signen després amb la clau privada de l'empresa per garantir la integritat i l'autenticitat.
4. Dipòsit: Els registres signats i xifrats s'emmagatzemen al servidor del núvol.
5. Recuperació i verificació: Quan es recuperen els registres, el destinatari primer verifica la signatura digital mitjançant la clau pública de l'empresa. Si la signatura és vàlida, el destinatari desxifra els registres mitjançant la clau de desxifrat.
Aquest flux de treball garanteix que, fins i tot si una part no autoritzada accedeix al servidor del núvol, no pot llegir ni modificar els registres. Només les persones autoritzades amb la clau de desxifrat i la clau pública adequades poden accedir i verificar els registres.
Consideracions pràctiques
- Gestió de claus: La gestió eficaç de les claus és important per a la seguretat dels sistemes criptogràfics. Les claus s'han de generar, distribuir, emmagatzemar i revocar de manera segura quan sigui necessari. El compromís de les claus pot provocar una fallada de seguretat.
- Selecció d'algoritmes: L'elecció d'algorismes criptogràfics i mides de clau s'ha de basar en les millors pràctiques i estàndards actuals. Els algorismes que avui es consideren segurs poden tornar-se vulnerables en el futur a causa dels avenços en la potència de càlcul i la criptoanàlisi.
- Rendiment: Les operacions criptogràfiques poden ser computacionalment intensives. S'ha de tenir en compte l'impacte del rendiment, especialment per a sistemes a gran escala o sistemes amb requisits en temps real.
Conclusió
Les tècniques criptogràfiques com les signatures digitals i el xifratge són eines essencials per garantir la integritat i la confidencialitat de les dades emmagatzemades en servidors no fiables. Les signatures digitals proporcionen un mitjà per verificar l'autenticitat i la integritat de les dades, assegurant-se que no s'han alterat i que provenen d'una font legítima. El xifratge garanteix que les dades segueixen sent confidencials i no poden ser llegits per persones no autoritzades, fins i tot si accedeixen a l'emmagatzematge. En combinar aquestes tècniques, les organitzacions poden protegir les seves dades de l'accés no autoritzat i la manipulació, fins i tot quan utilitzen servidors d'emmagatzematge no fiables.
Altres preguntes i respostes recents sobre EITC/IS/ACSS Seguretat de sistemes informàtics avançats:
- Quins són alguns dels reptes i inconvenients que implica la implementació de mitigacions de maquinari i programari contra els atacs de temps mentre es manté el rendiment del sistema?
- Quin paper juga el predictor de branques en els atacs de temporització de la CPU i com poden els atacants manipular-lo per filtrar informació sensible?
- Com pot ajudar la programació en temps constant a mitigar el risc d'atacs de cronometratge en algorismes criptogràfics?
- Què és l'execució especulativa i com contribueix a la vulnerabilitat dels processadors moderns a atacs de temporització com Spectre?
- Com els atacs de temporització exploten les variacions en el temps d'execució per inferir informació sensible d'un sistema?
- En què difereix el concepte de consistència de bifurcació de la consistència de recuperació i modificació i per què es considera que la consistència de bifurcació és la més sòlida que es pot aconseguir en sistemes amb servidors d'emmagatzematge no fiables?
- Quins són els reptes i les solucions potencials per implementar mecanismes de control d'accés sòlids per evitar modificacions no autoritzades en un sistema de fitxers compartit en un servidor no fiable?
- En el context dels servidors d'emmagatzematge no fiables, quina és la importància de mantenir un registre d'operacions coherent i verificable i com es pot aconseguir?
- Què són els servidors bizantins i com representen una amenaça per a la seguretat dels sistemes d'emmagatzematge?
- Com contribueixen protocols com STARTTLS, DKIM i DMARC a la seguretat del correu electrònic i quins són els seus respectius papers en la protecció de les comunicacions per correu electrònic?
Vegeu més preguntes i respostes a EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security