Tehnica criptografică ce utilizează structuri de tip zăbrele reprezintă o modalitate remarcabilă de a proteja informațiile, bazându-se pe o serie de formule matematice avansate.
Criptografia se manifestă în diverse forme, folosind în general coduri complexe pentru a transforma datele într-un format ilizibil.
Mult timp, instrumentele criptografice, incluzând schemele de cifrare, au fost dezvoltate într-un mod ad-hoc, bazându-se în principal pe intuiție și euristică în ceea ce privește securitatea.
Codurile, însă, sunt vulnerabile la atacuri și pot fi sparte relativ ușor. Din acest motiv, siguranța datelor este o preocupare constantă pentru cei care folosesc modele de securitate bazate pe coduri tradiționale.
O altă problemă este fragilitatea standardelor criptografice actuale. Dezvoltarea calculatoarelor cuantice ar putea compromite și mai mult aceste standarde, crescând eficiența atacurilor.
Prin urmare, protejarea informațiilor personale este crucială. A apărut astfel necesitatea unei noi abordări, o tehnică imposibil de spart, standarde îmbunătățite care să protejeze datele chiar și în fața puterii calculatoarelor cuantice.
În urma unor eforturi intense de cercetare, s-a dezvoltat o nouă metodă: Criptografia bazată pe zăbrele.
În acest articol, vom explora criptografia bazată pe zăbrele, importanța sa, modul de funcționare și alte aspecte relevante.
Să începem!
Ce este criptografia?
Criptografia este o tehnică de securizare a comunicațiilor și a informațiilor prin utilizarea unor coduri complexe. Aceasta permite ca informațiile să fie inteligibile și utilizabile doar de cei cărora le sunt destinate, prevenind accesul neautorizat la date.
Termenul „criptografie” provine din combinarea a două cuvinte: „cripto” și „grafie”.
Aici, „cripto” înseamnă „ascuns”, iar „grafie” înseamnă „scriere”.
Metodele de protejare a informațiilor se bazează pe concepte matematice diverse și calcule riguroase, algoritmi care transformă mesajele în probleme complexe, dificil de descifrat.
Există trei tipuri principale de criptografie:
- Criptografia cu cheie simetrică: Acest sistem de criptare folosește o singură cheie pentru a codifica și decodifica mesajele, atât de către expeditor, cât și de receptor. Această metodă este mai rapidă și mai simplă.
- Funcții hash: În acest algoritm, nu este necesară nicio cheie. O valoare hash este calculată pentru textul clar, fiind dificil de recuperat conținutul original. Această metodă este frecvent folosită de sistemele de operare pentru a cripta parolele.
- Criptografia cu chei asimetrice: Această tehnică implică o pereche de chei pentru a codifica și decodifica informațiile. O cheie este folosită pentru criptare, iar cealaltă pentru decriptare. Prima cheie este publică, în timp ce a doua este o cheie privată, cunoscută doar de receptor.
Ce este criptografia bazată pe zăbrele?
Criptografia bazată pe zăbrele este un termen care descrie algoritmii criptografici construiți pe baza rețelelor. Aceasta este utilizată în criptografia post-cuantică pentru a securiza informațiile. Spre deosebire de schemele publice convenționale, schemele bazate pe zăbrele sunt mai robuste și rezistă atacurilor generate de calculatoarele cuantice.
Acum, dacă vă întrebați ce reprezintă o rețea în contextul criptografiei bazate pe zăbrele, permiteți-mi să explic.
O zăbrele seamănă cu o grilă, similară hârtiei milimetrice, formată dintr-un set de puncte dispuse într-un mod structurat. Aceasta nu este finită, ci se extinde la infinit. Un set de puncte este cunoscut ca un vector în care se pot adăuga numere în multipli întregi. Dificultatea constă în a găsi punctele în această grilă infinită care sunt aproape de un punct specific, cum ar fi 0.
Mai mult, criptografia bazată pe zăbrele utilizează probleme matematice complexe pentru a cripta datele. Acest lucru face dificilă rezolvarea acestor probleme de către atacatori și furtul de date.
Din punct de vedere istoric, criptografia bazată pe zăbrele a fost introdusă pentru prima dată de Miklos Ajtai în 1996, securitatea sa bazându-se pe dificultatea problemelor asociate zăbrelelor.
În 1998, Joseph H. Silverman, Jill Pipher și Jeffrey Hoofstein au propus o schemă de criptare a cheii publice bazată pe rețele. Totuși, această schemă nu era atât de greu de rezolvat. În 2005, Oded Regev a prezentat prima schemă de criptare cu cheie publică care s-a dovedit rezistentă chiar și în cel mai rău caz.
Ulterior, cercetările au continuat să îmbunătățească eficiența schemei originale de criptare. În 2009, Craig Gentry a dezvoltat prima schemă de criptare homomorfă bazată pe probleme complexe de rețea.
Exemple: CRYSTALS-Dilithium (algoritm de semnătură digitală) și CRYSTALS-KYBER (algoritm de criptare a cheii publice și de stabilire a cheilor).
Cum funcționează criptografia bazată pe zăbrele?
Pentru a înțelege principiul de funcționare al criptografiei bazate pe zăbrele, să clarificăm câțiva termeni importanți:
- Grile: Grilele sunt, în esență, structuri cu puncte distanțate regulat, într-o configurație care se extinde la infinit.
- Vector: Un vector reprezintă un punct, iar numerele de pe el se numesc coordonate. De exemplu, (2,3) este un vector cu coordonatele 2 și 3. O rețea este o colecție de astfel de vectori, într-o serie infinită.
- Baza: Deși rețelele pot fi foarte mari, computerele au o cantitate limitată de memorie. Prin urmare, matematicienii și criptografii au dezvoltat o modalitate de a reprezenta rețelele în mod eficient. Ei folosesc „baza” unei rețele, care este o colecție de vectori utilizați pentru a reprezenta orice punct din grila rețelei.
Să luăm ca exemplu o rețea 2D pentru a înțelege mai ușor conceptul. Imaginați-vă o grilă de puncte pe o suprafață plană, ca o foaie de hârtie. Selectați două sau mai multe puncte care nu sunt aliniate pe o singură linie care trece prin origine.
De exemplu, alegeți (3,0) și (0,3). Pentru a genera al treilea punct, folosiți două numere întregi, cum ar fi 2 și -1. Înmulțiți coordonatele lui (3,0) cu 2, obținând (6,0), și pe (0,3) cu -1, obținând (0, -3). Adăugați punctele rezultate, obținând (6,-3).
Folosind această metodă, se poate genera întreaga grilă de puncte, distanțate uniform vertical și orizontal. Puteți numi coordonatele (x,y), unde x și y sunt numere pare, inclusiv 0.
Rețelele sunt clasificate în trei categorii:
- Aperiodice: O rețea aperiodică este un model care nu se repetă exact, dar nu are suprapuneri și nici goluri.
- Haotice: O rețea haotică este un model care prezintă suprapuneri și goluri, introducând aleatoriu în ecuație.
- Periodice: O rețea periodică este un model care se repetă identic, fără suprapuneri și goluri.
Fiecare zăbrele funcționează ca un model, unde doar cel care cunoaște vectorul poate decripta mesajul. Datorită multitudinii de modele, atacatorului îi este dificil să identifice punctul de origine și cheia de decriptare. Indiferent dacă zăbrelele au 10 sau 100 de puncte, doar cel care are cheia corectă poate decripta informația.
Dacă un atacator încearcă să aleagă două puncte aleatorii, va fi dificil să determine care punct din zăbrelele cu 10 puncte duce la rețeaua cu 100 de puncte. Astfel, dacă se cunoaște cheia, se poate decoda mesajul cu ușurință.
Beneficiile criptografiei bazate pe zăbrele
Criptografia bazată pe zăbrele aduce numeroase beneficii atât pentru persoane fizice, cât și pentru companii.
Consum redus de energie
Consumul de energie crește proporțional cu utilizarea oricărui sistem. În ciuda faptului că este mai rapidă, criptografia bazată pe zăbrele consumă mai puțină energie comparativ cu alte scheme de criptare. Aceasta deoarece criptografia bazată pe zăbrele este implementată hardware, ceea ce reduce consumul.
De exemplu, procesoarele proiectate pentru mineritul de criptomonede sunt mai eficiente din punct de vedere energetic decât procesoarele tradiționale atunci când folosesc criptografie bazată pe zăbrele.
Calcul de mare viteză
Spre deosebire de alți algoritmi de criptare, schemele de criptare bazate pe rețele sunt calculate mult mai rapid. Timpii de calcul rapizi duc la o performanță sporită, oferind răspunsuri mai bune în timp real, cum ar fi jocurile online sau streaming-ul media.
Ușor de implementat și flexibil
În prezent, companiile caută opțiuni flexibile și care să economisească timp. Criptografia bazată pe zăbrele este ușor de implementat, deoarece necesită mai puține resurse și este foarte accesibilă. De asemenea, se poate implementa cu ușurință pe hardware standard.
În plus, criptografia bazată pe zăbrele este utilizată într-o varietate de aplicații, cum ar fi semnăturile digitale, schimbul de chei și criptarea bazată pe parole. Nu sunteți limitat la un singur design; puteți construi zăbrele în diverse moduri, oferind astfel multă flexibilitate.
Dimensiuni rezonabile ale cheilor
Dimensiunile cheilor de criptare bazate pe zăbrele sunt reduse, dar nu la fel de mici ca în cazul algoritmilor criptografici clasici sau al schemelor bazate pe izogenie cuantică sigură. Cheile pot fi astfel utilizate în protocoale standard.
Utilizare diversă
Rețelele permit utilizatorilor să rezolve o varietate de provocări de securitate, incluzând construcții practice, cum ar fi semnăturile și schemele de acordare a cheii. În plus, se pot crea canale securizate în cadrul unei organizații pentru a proteja datele tuturor, prin criptare homomorfă completă și criptare bazată pe identitate.
Fundamentul matematic
Deoarece algoritmul se bazează exclusiv pe probleme matematice, este dificil de obținut o soluție reală fără a cunoaște cheia. Acest lucru oferă indivizilor și profesioniștilor siguranță în ceea ce privește securitatea informațiilor lor.
Înțelegere
Algoritmii utilizați în criptografia bazată pe zăbrele se bazează pe algebră liniară simplă, ceea ce reduce cerințele matematice pentru a înțelege conceptul de funcționare. Astfel, aceasta poate fi implementată rapid, oferind securitate și eficiență.
Resurse de învățare
Dacă doriți să aflați mai multe despre această tehnologie, iată câteva cărți și cursuri pe care le puteți consulta. Acestea sunt disponibile online și vă pot ajuta să deveniți un expert în această metodă de securitate. Să le explorăm.
#1. Criptosisteme bazate pe zăbrele: o perspectivă de proiectare
Autorii cărții, Jiang Zhang și Zhenfeng Zhang, se concentrează pe criptosistemele bazate pe zăbrele, considerate a fi cele mai promițătoare scheme cripto-cuantice. Cartea oferă perspective fundamentale asupra construirii corecte a straturilor de securitate din problemele dificile ale zăbrelelor.
Conceptul principal este de a vă familiariza cu instrumentele necesare pentru a alege configurația rețelei pentru proiectarea criptosistemelor. Aceasta include criptarea bazată pe atribute, semnăturile digitale, schimbul de chei, criptarea bazată pe identitate și criptarea cu cheie publică.
#2. Criptografie cu chei publice bazată pe zăbrele în hardware
Cartea este scrisă de Sujoy Sinha Roy și Ingrid Verbauwhede. Aceștia descriu eficiența implementării criptografiei cu cheie publică, care abordează provocările de securitate critice generate de cantitatea mare de date generate de rețeaua de dispozitive conectate. Dispozitivele pot fi de la etichete mici de identificare prin radiofrecvență, până la computere desktop și altele.
Autorii analizează, de asemenea, implementarea schemelor de criptare homomorfă post-cuantică și de criptare cu cheie publică.
#3. Zăbrelele și aplicația lor în criptografie
Aceasta nu este o carte, ci o teză scrisă de Merve Cakir în 2014 în timpul studiilor de licență în Ingineria Informatică. Scopul tezei este de a identifica caracteristicile criptosistemelor bazate pe zăbrele și modul în care siguranța schemelor de semnătură și criptare este amenințată de apariția computerelor cuantice.
În teză, autorul a propus o criptografie alternativă bazată pe scenariul cel mai nefavorabil al problemelor zăbrelelor. Duritatea și securitatea problemelor de calcul sunt analizate, oferind o colaborare între teoria complexității, criptografia cu cheie publică și algebra liniară.
#4. Criptografie de la nivel de bază la nivel avansat
Acest curs este oferit de Udemy, oferind o imagine clară asupra criptografiei și a terminologiei aferente. În acest curs, veți învăța despre criptografie, hashing, hacking și spargere de coduri, criptoanaliză și decriptarea criptării.
Cursul este structurat în 5 secțiuni, 17 prelegeri, cu o durată totală de 2 ore și 7 minute. Pentru a vă înscrie, aveți nevoie de cunoștințe de bază despre computere și matematică de liceu.
Concluzie
Criptografia este un instrument simplu, dar puternic, pentru protejarea informațiilor stocate în sistemele dumneavoastră. Aceasta se bazează pe probleme matematice complexe și diferiți algoritmi pentru securizarea datelor, care este obiectivul principal al tuturor în prezent.
Criptografia bazată pe zăbrele este unul dintre cele mai sigure mecanisme de securitate, utilizând algebra liniară simplă pentru a cripta datele. Include zăbrele, vectori și baze, folosite pentru a construi un model robust. Metoda de decriptare depinde de structura modelului, fiind necesară cunoașterea punctului de origine. Dacă aveți cheia, puteți decripta datele cu ușurință.
Astfel, criptografia bazată pe zăbrele este o tehnică eficientă pentru a securiza datele persoanelor și companiilor din diverse sectoare, de la firme de servicii IT și securitate, până la finanțe și altele.
Vă recomandăm să citiți și despre Criptografia Cloud.