Võti (krüptograafia)

Sõnumi kodeerimine ja dekodeerimine võtmega

Krüptograafias on võti teave, tavaliselt failis salvestatud numbrite või tähtede jada, mida krüptograafilise algoritmi abil töödeldes saab krüptograafilisi andmeid kodeerida või dekodeerida. Nagu ka igapäevane uksevõti, lukustab (krüpteerib) see võti andmeid nii, et kasutaja, kellel on täpselt õige võti, saab need andmed lukust lahti teha (dektrüpteerida).

Krüptrograafilised võtmed enne arvuteid

Enne arvutite loomist, kasutati šifreerimist näiteks tähtede nihutamisel (Caesari nihe) või tähtede asendamisel teise tähega. Selliseid võtmeid on aga võrdlemisi lihtne lahti murda, tuleb vaid analüüsida tähtede sagedust.

Caesari nihe. Sama eesmärk, mis krüptograafilisel võtmel

Krüptograafilised võtmed tänapäeval

Võtmed tänapäeval kujutavad endast suvaliste andmetüüpide kogumit, mis arvutatakse keeruliste matemaatiliste valemitega ehk algoritmidega.

Võtme tüübid

Erinevad krüptograafia meetodid hõlmavad ühe või kahe võtme kasutamist.

Sümmeetriline võti

Sümmeetriline krüpteerimine kasutab ühte võtit, sümmeetrilist võtit (privaatse võtmega krüptograafia). Nii andmete saatja kui ka saaja vajavad võtme koopiat, et andmetele ligi pääseda. See aga tähedab, et võti peab olema kaitstud, et väline isik andmetele ligi ei pääseks.

Asümmeetrilised võtmed

Asümmeetrilised võtmed koostatakse matemaatiliselt seotud paaridena, mis koosneb avalikust võtmest ning privaatsest võtmest. Avalik võti on saadaval kõigile ning sellega krüpteeritakse andmeid. Privaatset võtit kastutatakse andmete dekrüpteerimiseks, see peab olema salastatud.

Võtmetüüpide võrdlus

	Sümmeetrilised võtmed	Asümmeetrilised võtmed
Mis see on?	Üks võti, mida tuleb hoida saladuses.	Kaks võtit, avalik ja privaatne
Kuidas töötab?	Krüpteerib ja dekrüpteerib andmeid salvestamiseks turvalistes kanalites.	Kasutatakse krüpteerimiseks, dekrüpteerimiseks ja autentimiseks üle interneti.
Võtme suurus	AES võtmed on kuni 256 bitti suured.	RSA võtmed on suuremad, 512 kuni 15360 bitti.
Kasutus	Puhkeolekus olevate andmete krüpteerimine.	Edastatavate andmete krüpteerimine ebaturvalistes kanalites.
Töötlemiskiirus	Kiiremini töödeldavad, kuna on suuruselt väiksemad.	Töötlemine nõuab rohkem aega kui sümmetrilise võtme jaoks.

Võtme suurus

Võtme suurus, teisisõnu pikkus, on võrdne krüpteerimisalgoritmi võtme bittide arvuga. Võtme suurus määrab maksimaalse arvu kombinatsioone, mida on vaja krüpteerimisalgoritmi murdmiseks. Kui võti on n bitti suur, siis on kaks astmel n (2ⁿ) võimalikku võtit. Näiteks, kui võti on 30 bitti suur, siis on olemas 2³⁰ võtit.

Üldine reegel on, et võti peab olema vähemalt sama pikk kui edastatav andmejada. Sellist krüpteeringut on võimatu murda, kui õigesti kasutada. See tähendab, et kui võti on täiesti juhuslik, sama suur või suurem kui edastatav sõnum, seda ei kasutata kunagi ei osaliselt kui ka täielikult ning see on salajane. Neid tingimusi järgides on krüpteerimisalgoritmi ilma võtmeta võimatu lahti murda.

Võtme genereerimine

Asümmeetriliste võtmete genereerimine

Võtme genereerimine hõlmab selle genereerimist juhusliku bitigeneraatori (ingl Random Bit Generator, RBG) väljundist, võtme tuletamine teisest võtmest, võtme tuletamine paroolist ja kahe üksuse poolt heakskiidetud võtmekokkuleppeskeemi abil. Kõik võtmed peavad otseselt või kaudselt põhinema heakskiidetud RBG väljundil.

Krüptograafilised võtmed genereeritakse FIPS 140 valideeringuga krüptograafiamoodulites.

Kasutusvaldkonnad

Krüptograafilisi võtmeid saab eristada ka kasutuse järgi.

Seansivõti

Seansivõtmeid kasutatakse andmete krüpteerimiseks, näiteks sidesessioon veebisaidi ja kliendi vahel.

HMAC võti

Selliste võtmetega genereeritakse digiallkirjasid.

Andmete krüpteerimise võtmed (ingl Data encryption keys, DEKs)

DEK võtmeid kasutatakse andmete krüpteerimiseks.

Key-Encryption-Key (KEK)

Võti, mida kasutatakse teiste võtmete krüpteerimiseks või dekrüpteerimiseks, et tagada nende võtmete kaitse.

Traffic encryption keys (TEKs)

Seda võtit kasutatakse teksti krüpteerimiseks või eelnevalt krüpteeritud teksti ülekrüpteerimiseks. Samuti dekrüpteeritakse sellega šifferteksti.

Peavõti (ingl Master key)

Võti, mida kasutatakse sisendina teiste võtmete tuletamiseks.

Võtmehaldus

Võtmehaldus on teatavate standartide kehtestamine, et tagada võtmete turvalisus organisatsioonis. Võtmehaldus loob, vahetab, säilitab, kustutab ja uuendab krüptograafilisi võtmeid. Samuti hallatakse võtmetele juurdepääsu.

Võtmehaldus on andmeturbe alus. Kuna andmeid krüpteeritakse ja dekrüpteeritakse võtmetega, siis võtme kadumine või kahjustamine muudaks andmeturbemeetmed kehtetuks.

Võtmehalduse struktuur

• Genereerimine on esimene samm võtme turvalisuse tagamisel, kui võti genereeritakse nõrga krüpteerimisalgoritmiga, siis on see kergesti lahti murtav.
• Jaotamine tuleb teha üle turvaliste kanalite ja ühenduste, näiteks TLS.
• Kasutamine - võtmetele liigipääsu peaksid saama vaid volitatud kasutajad, et seda vääralt ei kasutataks.
• Säilitamine - kui võtit kasutatakse krüpteerimiseks, siis tuleb see säilitada, et hiljem salastatud infot dekrüpteerida.
• Rotatsioon on vajalik, et võtmepaarid ei aeguks.

Võti TLS krüpteerimisel

Transpordikihi turbeprotokoll ehk TLS (varasemalt SSL) on krüptograafiline protokoll, mis turvab võrgusuhtlust internetis. Interneti lehekülg, mis pakub HTTP asemel HTTPS-i, kasutab seda protokolli. TLS-i puhul on veebisaidil nii avalik kui ka privaatne võti. Avalik võti on jagatud igale kasutajale veebisaidi SSL sertifikaadis. Privaatne võti on serveris ning seda ei jagata.

TLS sidesessioonid algavad kliendi ja veebisaidi omavahelise ühenduse loomisega, mille käigus veebisait ja klient kasutavad avalikku ja privaatset võtit, et luua uusi võtmeid, mida nimetatakse seansivõtmeks.

TLS algab asümmeetrilise krüpteerimisega (kaks võtit) ning läheb üle sümmeetrilisele krüpteerimisele (üks võti). Nii veebisait kui ka klient kasutavad sidesessiooniks samu võtmeid, uut sessiooni alustades loovad mõlemad uued võtmed.