Šifriranje uzorkom: Kako nacrtani oblik štiti vaše datoteke

Vaultaire serijalizira oblik nacrtan na mreži 5×5 i obrađuje ga s PBKDF2-HMAC-SHA512, 600 000 ponavljanja i sol na cijelom uređaju pohranjena u iOS Keychain. 256-bitni rezultat je ključ trezora: on šifrira indeks trezora i odmotava zasebni nasumični glavni ključ koji AES-256-GCM koristi za sadržaj datoteke i metapodatke.

Što je šifriranje uzorkom?

Većina trezorskih aplikacija skriva se iza PIN-a ili lozinke. Unesete četiri znamenke i fotografije se prikažu. Zvuči sigurno?

Problem je ovaj: četveroznamenkasti PIN ima točno 10 000 mogućih kombinacija. Računalo ih može isprobati sve za manje od sekunde. Šest znamenki? Milijun kombinacija. Za moderni hardver još uvijek trivijalno brzo. Čak i osmoznakovna lozinka, ako koristi samo mala slova, nudi oko 200 milijardi mogućnosti. Zvuči puno, sve dok ne saznate da standardni prijenosnik može testirati milijarde hashova lozinki u sekundi.

Šifriranje uzorka ima bitno drugačiji pristup. Umjesto da upisujete znakove u okvir, crtate geometrijski oblik preko mreže točaka. Određeni put koji pratite - koje točke dodirujete, kojim redoslijedom, s kojom geometrijom - postaje ulaz u funkciju izvođenja ključa temeljenu na lozinci. Sučelje ne provjerava samo rezultat: ono mora otključati ovjereni šifrirani indeks i nasumični glavni ključ unutar njega.

Razlika je bitna. Kada unesete PIN u neke aplikacije, aplikacija samo provjerava jeste li upisali točan broj. Ako jeste, otvara se, iako su datoteke možda zaštićene uglavnom kontrolom pristupa. Vaultaire umjesto toga unosi nacrtani uzorak PBKDF2 za izvođenje 256-bitnog ključa trezora. Taj ključ mora provjeriti autentičnost i dešifrirati indeks trezora prije nego što može razmotati nasumični glavni ključ koji se koristi za datoteke. Neprepoznati uzorak predstavljen je kao prazan trezor, ali temeljni AES-GCM provjera autentičnosti još uvijek razlikuje točan ključ od netočnog.

Kako funkcionira korak po korak

Evo što se događa od trenutka kada vaš prst dotakne zaslon do trenutka kada vaše datoteke postanu nečitljive za sve ostale.

Korak 1: Nacrtate uzorak

Vaultaire prikazuje mrežu 5×5 točaka. Nacrtate kontinuirani put koji spaja najmanje 6 točaka i ima najmanje dvije promjene smjera. Aplikacija bilježi točno koje ste točke posjetili i kojim redoslijedom. Taj niz čini vaš uzorak.

Za razliku od mreža 3×3 koje se obično koriste za Android zaključane zaslone, Vaultaire koristi mrežu 5×5. Ovo nije kozmetički izbor. Dvadeset pet položaja dopušta daleko više staza, križanja, preskakanja i promjena smjera nego devet položaja. Veći teoretski prostor pomaže, ali stvarna sigurnost još uvijek ovisi o nepredvidivosti puta koji odaberete. Poznato slovo ili jednostavan oblik ostaje pogodan čak i kada mreža može izraziti milijarde alternativa.

Korak 2: Uzorak izvodi ključ trezora

Vaš nacrtani uzorak se serijalizira s veličinom rešetke i unosi u njega PBKDF2 (Funkcija derivacije ključa na temelju lozinke 2) s HMAC-SHA512, 600 000 ponavljanja i nasumična sol za cijeli uređaj. Sol je netajna vrijednost pohranjena u iOS Keychain kao WhenUnlockedThisDeviceOnly stavku. To čini lokalnu derivaciju povezanom s uređajem; nije jedinstven za svaki trezor i ne dodaje entropiju uzorku koji je odabrao čovjek.

Proces derivacije ključa je namjerno skup. PBKDF2 vozi 600.000 HMAC-SHA512 iteracije za svaki obrazac kandidata, povećavajući cijenu napada pogađanja. Ovo ne pretvara uzorak niske entropije u 256 bita sigurnosti, a vrijeme napada ovisi o napadačevom hardveru. Njegova je svrha uža i mjerljiva: učiniti svako nagađanje znatno skupljim od običnog hashiranja.

Korak 3: Vaše datoteke su šifrirane

Kada se trezor prvi put stvori, Vaultaire generira nasumični 256-bitni glavni ključ. Ključ trezora izveden iz uzorka šifrira indeks i obavija taj glavni ključ; ne kriptira svaku datoteku izravno. Glavni ključ se koristi sa AES-256-GCM za zaglavlja datoteka, sadržaj, sličice i povezane metapodatke. Svježi nonces osiguravaju da ponovljeni otvoreni tekst ne proizvodi ponovljeni šifrirani tekst pod istim ključem.

GCM način dodaje važan sloj: autentifikaciju. Ne samo da miješa vaše podatke, već i generira oznaku koja otkriva bilo kakvo mijenjanje. Modificira li se jedan bit šifrirane datoteke, dešifriranje ne uspijeva. Nitko ne može manipulirati vašim datotekama bez vašeg znanja.

Korak 4: Aktivno stanje ključa se uklanja

Kada se Vaultaire zaključa, briše svoj aktivni trezor i stanje glavnog ključa i zahtijeva još jednu ceremoniju otključavanja prije ponovnog prikazivanja datoteka. Dok je trezor otvoren, ti simetrični bajtovi ključa nužno postoje u procesu aplikacije CryptoKit može izvesti AES-GCM operacije. Vaultaire također čuva informacije o oporavku, uključujući omotnicu za oporavak šifriranu uzorkom i frazom, unutar AES-GCM šifrirana baza podataka pohranjena u iOS Keychain. To je bitno drugačije od tvrdnje da uzorak i svaka kopija ključa nisu nigdje pohranjeni.

Matematika iza toga (u običnom govoru)

Sigurnost se svodi na tri broja: koliko je uzoraka moguće, koliko traje svaki pokušaj i koliko pokušaja napadač može napraviti.

Entropija: mjera nepredvidivosti

Entropija je drugačija riječ za “koliko je teško pogoditi.” Bacanje novčića ima 1 bit entropije (dva ishoda). Četveroznamenkasti PIN ima oko 13 bita entropije (10 000 ishoda). Dobro odabrani uzorak na mreži 5×5 koji spaja 8 ili više točaka može premašiti 30 bita entropije, više od milijardu mogućih uzoraka.

Izvođenje ključeva: skupi pokušaji

PBKDF2 uzima serijalizirani uzorak i izvodi 600 000 krugova HMAC-SHA512. Procjene napada moraju koristiti izmjerenu cijenu hardvera koji pogađa: za točno 1 ms po potpunom kandidatu, 1.000.000.000 kandidata trebalo bi 1.000.000 s, ili oko 11,6 dana, na 1 radniku. Sporije izmjereni trošak kandidata povećava to vrijeme; paralelni hardver ga smanjuje. 256-bitna duljina izlaza ne mijenja veličinu prostora za pretraživanje uzorka.

AES-256: standard kojemu vladine službe vjeruju

AES-256 je standard šifriranja koji koristi američka vlada za klasificirane informacije. Broj “256” označava duljinu ključa u bitovima. 256-bitni ključ ima 2²⁵⁶ mogućih vrijednosti, broj toliko velik da čak i kada bi svaki atom u vidljivom svemiru bio računalo i svako računalo testiralo bilijun ključeva u sekundi, probijanje ne bi završilo do toplinske smrti svemira.

To nije marketinški govor. To je matematika. Sigurnost AES-256 ne ovisi o tajnosti ili nejasnoći. Algoritam je javan. Kod je javan. Sigurnost ovisi isključivo o ključu i vaš uzorak generira taj ključ.

Zašto nitko to neće provaliti

Sigurnost od AES-256 ne ovisi o čuvanju algoritma u tajnosti. Ali cijeli sustav nije zaštićen samim prostorom ključeva AES: praktična granica pogađanja dolazi od entropije uzorka, PBKDF2 faktor rada, a zaštita oko uređaja sol i šifrirana pohrana. AES-256-GCM pruža snažnu provjerenu enkripciju nakon što se otključa točan nasumični glavni ključ.

Gruba sila: isprobavanje svakog uzorka

Čak i s brzim računalom, svaki pokušaj je skup zbog funkcije izvođenja ključeva. Milijarda mogućih uzoraka pomnožena s milisekundom po pokušaju iznosi godine računanja. I to koristeći hardver kojemu većina ljudi nema pristup.

Napad otiscima prstiju: čitanje vašeg zaslona

Na mreži 3×3, otisci prstiju na zaslonu mogu znatno suziti moguće uzorke. Na mreži 5×5, trag otisaka otkriva koje točke su dodirnutu, ali ne redoslijed, smjer ni veze između njih. Kombinatorna eksplozija čini ovaj pristup nepraktičnim.

Oduzimanje uređaja: uzimanje vašeg telefona

Ako netko uzme vaš telefon, Vaultaireov sadržaj datoteke i indeksi ostaju AES-GCM šifrirani tekst dok potrebni ključevi ne budu dostupni. Aplikacija ne pohranjuje uobičajeni zapis verifikatora zaporke, ali to ne uklanja izvanmrežnu provjeru. Naziv datoteke svakog šifriranog indeksa trezora sadrži skraćeni hash ključa trezora i AES-GCM autentificirano dešifriranje također uspijeva ili ne uspijeva za ključ kandidata. Zaštita uređaja i snaga uzorka stoga ostaju dio modela prijetnje.

Odabir jakog uzorka

Šifriranje je onoliko jako koliko je jak vaš uzorak. Evo kako maksimizirati sigurnost uz minimalan napor.

Što čini uzorak jakim

• Koristite više točaka. Spojite najmanje 8 od 25 dostupnih točaka. Svaka dodatna točka množi broj mogućih uzoraka.
• Presijecajte vlastiti put. Uzorci koji se vraćaju, preskaču točke ili neočekivano mijenjaju smjer, puno su teži za reprodukciju iz memorije ili promatranja.
• Izbjegavajte očite oblike. Slova (L, Z, S), jednostavni geometrijski oblici (kvadrati, trokuti) i ravne linije su prve stvari koje bi napadač isprobao.
• Koristite cijelu mrežu. Uzorci koji ostaju u jednom kutu ili duž jednog ruba rasipaju dostupnu entropiju. Proširite se.

Zašto se možete osjećati sigurno

Enkripcija uzorka u Vaultaireu nije samo ljepši PIN blok. Pokret obrađuje funkcija izvođenja pravog ključa i mora otključati šifrirane podatke s autentifikacijom. Njegova snaga i dalje ovisi o gesti koju odaberete, tako da Vaultaire kombinira veću mrežu s visokim PBKDF2 faktor rada umjesto predstavljanja 256-bitne duljine izlaza kao 256 bita ljudske tajne entropije.

Vaš uzorak i lokalni ključ trezora ne šalju se Vaultaireu. Ako je omogućeno izborno sigurnosno kopiranje, šifrira se zasebni ključ rezervne kopije izveden iz uzorka CloudKit zapisa i šifrirani manifest oporavka omogućuje frazu za oporavak vraćanje trezora i ključeva sigurnosne kopije. Vaultaire ne posjeduje ključ pružatelja usluga koji dekriptira te zapise, ali vjerodajnice uređaja i oporavka ostaju sigurnosno kritični dijelovi dizajna.

Nacrtate oblik. Taj oblik štiti vaše datoteke. Matematika napravi ostatak.