כיצד טכניקות הצפנה כמו חתימות דיגיטליות והצפנה יכולות לעזור להבטיח את השלמות והסודיות של נתונים המאוחסנים בשרתים לא מהימנים?
טכניקות קריפטוגרפיות הן בסיסיות בהבטחת השלמות והסודיות של נתונים המאוחסנים בשרתים לא מהימנים. השיטות העיקריות המופעלות להשגת יעדים אלה כוללות חתימות דיגיטליות והצפנה. טכניקות אלו מספקות מנגנונים חזקים להגנה על נתונים מפני גישה בלתי מורשית, שיבוש, ולהבטיח שהנתונים יישארו ללא שינוי ואותנטיים.
חתימה דיגיטלית
חתימות דיגיטליות הן פרוטוקולים קריפטוגרפיים המספקים אמצעי לאימות האותנטיות והשלמות של הודעות או מסמכים דיגיטליים. הם המקבילה הדיגיטלית של חתימות בכתב יד או חותמות חותמות, אבל הם הרבה יותר בטוחים. חתימות דיגיטליות משתמשות בקריפטוגרפיה של מפתח ציבורי (המכונה גם קריפטוגרפיה אסימטרית) כדי ליצור חתימה ייחודית למסמך דיגיטלי.
איך עובדות חתימות דיגיטליות
1. דור מפתח: התהליך מתחיל ביצירת זוג מפתחות – מפתח פרטי ומפתח ציבורי. המפתח הפרטי נשמר בסוד על ידי הבעלים, בעוד המפתח הציבורי מופץ לאחרים.
2. הַחתָמָה: כאשר הבעלים רוצה לחתום על מסמך, הוא משתמש במפתח הפרטי שלו כדי ליצור חתימה. זה נעשה על ידי החלת פונקציית hash קריפטוגרפית על המסמך כדי ליצור ערך hash (מחרוזת בתים בגודל קבוע המייצגת את הנתונים באופן ייחודי). לאחר מכן, המפתח הפרטי משמש להצפנת ערך הגיבוב הזה, ויוצר את החתימה הדיגיטלית.
3. אימות: כדי לאמת את החתימה, הנמען משתמש במפתח הציבורי של החותם. הנמען מפענח את החתימה באמצעות המפתח הציבורי כדי לקבל את ערך ה-hash. לאחר מכן הם מחשבים באופן עצמאי את ערך הגיבוב של המסמך שהתקבל ומשווים אותו לערך הגיבוב המפוענח. אם שני ערכי הגיבוב תואמים, החתימה מאומתת, מה שמציין שהמסמך לא השתנה והוא אותנטי.
הבטחת יושרה ואותנטיות
- שלמות: חתימות דיגיטליות מבטיחות שהנתונים לא שונו מאז החתימה. כל שינוי בנתונים יגרום לערך hash שונה, ויגרום לכשל בתהליך האימות.
- אותנטיות: חתימות דיגיטליות מאמתות את זהות החותם. מכיוון שרק הבעלים של המפתח הפרטי יכול ליצור את החתימה, הנמען יכול להיות בטוח שהנתונים נחתם על ידי הבעלים הלגיטימי.
דוגמה
שקול תרחיש שבו חברה מאחסנת חוזים רגישים בשרת ענן לא מהימן. כל חוזה נחתם באמצעות המפתח הפרטי של החברה. כאשר לקוח מאחזר חוזה, הוא יכול להשתמש במפתח הציבורי של החברה כדי לאמת את החתימה. אם החתימה תקפה, הלקוח יכול להיות סמוך ובטוח שהחוזה לא נפגם והוא אכן מהחברה.
הצף
הצפנה היא תהליך של המרת נתוני טקסט רגיל לפורמט בלתי קריא הנקרא טקסט צופן, באמצעות אלגוריתם הצפנה ומפתח הצפנה. רק מי שברשותו מפתח הפענוח יכול להמיר את טקסט ההצפנה בחזרה לטקסט רגיל קריא. ההצפנה מבטיחה שהנתונים יישארו חסויים, גם אם הם מאוחסנים בשרת לא מהימן.
סוגי הצפנה
1. הצפנה סימטרית: בהצפנה סימטרית, אותו מפתח משמש הן להצפנה והן לפענוח. שיטה זו יעילה ומתאימה להצפנת כמויות גדולות של נתונים. עם זאת, המפתח חייב להיות משותף בצורה מאובטחת בין השולח לנמען.
- דוגמה: תקן הצפנה מתקדם (AES) הוא אלגוריתם הצפנה סימטרי בשימוש נרחב. חברה יכולה להשתמש ב-AES כדי להצפין את מסד הנתונים שלה לפני אחסונו בשרת לא מהימן. רק בעלי מפתח הפענוח יכולים לגשת לנתונים.
2. הצפנה אסימטרית: הצפנה אסימטרית משתמשת בזוג מפתחות - מפתח ציבורי להצפנה ומפתח פרטי לפענוח. שיטה זו מאובטחת יותר להחלפת מפתחות אך היא אינטנסיבית ואיטית יותר מבחינה חישובית מהצפנה סימטרית.
- דוגמה: RSA (Rivest-Shamir-Adleman) הוא אלגוריתם הצפנה א-סימטרי פופולרי. משתמש יכול להצפין מיילים רגישים באמצעות המפתח הציבורי של הנמען, ומבטיח שרק הנמען יוכל לפענח את המייל באמצעות המפתח הפרטי שלו.
הבטחת סודיות
- נתונים במנוחה: הצפנה מבטיחה שהנתונים המאוחסנים בשרת לא מהימן יישארו חסויים. גם אם גורם לא מורשה מקבל גישה לאחסון, הוא לא יכול לקרוא את הנתונים המוצפנים ללא מפתח הפענוח.
- נתונים במעבר: ההצפנה גם מגינה על נתונים כשהם מועברים ברשתות. Transport Layer Security (TLS) הוא דוגמה לפרוטוקול המשתמש בהצפנה כדי לאבטח נתונים במעבר, מה שמבטיח שלא ניתן ליירט אותם ולקרוא אותם על ידי גורמים לא מורשים.
שילוב של חתימות דיגיטליות והצפנה
למען אבטחה מקסימלית, לרוב נעשה שימוש בחתימות דיגיטליות ובהצפנה יחד. שילוב זה מבטיח הן את שלמות הנתונים והן את סודיותם.
1. הצפנת נתונים: ראשית, הנתונים מוצפנים באמצעות הצפנה סימטרית או אסימטרית. שלב זה מבטיח שהנתונים יישארו חסויים ולא ניתנים לקריאה על ידי גורמים לא מורשים.
2. חתימה על נתונים מוצפנים: הנתונים המוצפנים נחתם לאחר מכן באמצעות חתימה דיגיטלית. שלב זה מבטיח שהנתונים המוצפנים לא טופלו ומאמת את זהות השולח.
זרימת עבודה לדוגמה
1. הכנה: חברה רוצה לאחסן רשומות פיננסיות רגישות בשרת ענן לא מהימן.
2. הצף: הרשומות מוצפנות באמצעות AES (הצפנה סימטרית) כדי להבטיח סודיות.
3. הַחתָמָה: הרשומות המוצפנות נחתמות לאחר מכן באמצעות המפתח הפרטי של החברה כדי להבטיח שלמות ואותנטיות.
4. אחסון: הרשומות החתומות והמוצפנות מאוחסנות בשרת הענן.
5. אחזור ואימות: כאשר הרשומות מאוחזרות, הנמען מאמת תחילה את החתימה הדיגיטלית באמצעות המפתח הציבורי של החברה. אם החתימה חוקית, הנמען מפענח את הרשומות באמצעות מפתח הפענוח.
זרימת עבודה זו מבטיחה שגם אם גורם לא מורשה מקבל גישה לשרת הענן, הוא לא יכול לקרוא או לשנות את הרשומות. רק גורמים מורשים עם מפתח הפענוח והמפתח הציבורי המתאים יכולים לגשת ולאמת את הרשומות.
שיקולים מעשיים
- ניהול מפתח: ניהול מפתח יעיל חשוב לאבטחת מערכות הצפנה. יש להפיק, להפיץ, לאחסן, ולבטל את המפתחות באופן מאובטח בעת הצורך. פגיעה במפתחות עלולה להוביל לתקלה באבטחה.
- בחירת אלגוריתם: הבחירה של אלגוריתמים קריפטוגרפיים וגדלי מפתחות צריכה להתבסס על שיטות עבודה וסטנדרטים מומלצים עדכניים. אלגוריתמים הנחשבים מאובטחים כיום עשויים להפוך לפגיעים בעתיד עקב התקדמות בכוח המחשוב ובניתוח הצפנה.
- ביצוע: פעולות קריפטוגרפיות יכולות להיות אינטנסיביות מבחינה חישובית. יש לקחת בחשבון את השפעת הביצועים, במיוחד עבור מערכות בקנה מידה גדול או מערכות עם דרישות בזמן אמת.
סיכום
טכניקות קריפטוגרפיות כגון חתימות דיגיטליות והצפנה הן כלים חיוניים להבטחת שלמות וסודיות הנתונים המאוחסנים בשרתים לא מהימנים. חתימות דיגיטליות מספקות אמצעי לאמת את האותנטיות והשלמות של הנתונים, תוך הבטחה שהם לא שונו והם ממקור לגיטימי. ההצפנה מבטיחה שהנתונים יישארו חסויים ולא ניתנים לקריאה על ידי גורמים לא מורשים, גם אם הם מקבלים גישה לאחסון. על ידי שילוב של טכניקות אלו, ארגונים יכולים להגן על הנתונים שלהם מפני גישה בלתי מורשית והתעסקות, גם בעת שימוש בשרתי אחסון לא מהימנים.
שאלות ותשובות אחרונות אחרות בנושא אבטחת מערכות מחשב מתקדמות EITC/IS/ACSS:
- מה הם חלק מהאתגרים והפשרות הכרוכים ביישום חומרה ותוכנה למניעת התקפות תזמון תוך שמירה על ביצועי המערכת?
- איזה תפקיד ממלא מנבא הענפים בהתקפות תזמון CPU, וכיצד יכולים התוקפים לתמרן אותו כדי להדליף מידע רגיש?
- כיצד תכנות בזמן קבוע יכול לעזור להפחית את הסיכון של תזמון התקפות באלגוריתמים קריפטוגרפיים?
- מהו ביצוע ספקולטיבי, וכיצד הוא תורם לפגיעות של מעבדים מודרניים לתזמון התקפות כמו Spectre?
- כיצד מנצלות התקפות תזמון שינויים בזמן הביצוע כדי להסיק מידע רגיש ממערכת?
- במה המושג של עקביות מזלג שונה מעקביות אחזור-שינוי, ומדוע עקביות מזלג נחשבת לעקביות החזקה ביותר שניתן להשיג במערכות עם שרתי אחסון לא מהימנים?
- מהם האתגרים והפתרונות הפוטנציאליים ליישום מנגנוני בקרת גישה חזקים כדי למנוע שינויים לא מורשים במערכת קבצים משותפת בשרת לא מהימן?
- בהקשר של שרתי אחסון לא מהימנים, מהי המשמעות של שמירה על יומן פעולות עקבי וניתן לאימות, וכיצד ניתן להשיג זאת?
- מהם שרתים ביזנטיים, וכיצד הם מהווים איום על אבטחת מערכות האחסון?
- כיצד פרוטוקולים כמו STARTTLS, DKIM ו-DMARC תורמים לאבטחת דוא"ל, ומהם התפקידים שלהם בהגנה על תקשורת דוא"ל?
צפה בשאלות ותשובות נוספות ב-EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security