Cara Kerja Serangan Brute Force

Serangan coba paksa terhadap suatu sandi mencoba setiap kunci yang mungkin hingga menemukan kunci yang benar. Untuk kunci sepanjang n bit, terdapat 2^n kemungkinan kunci. Kunci 3 bit hanya memiliki 8 kemungkinan, sedangkan kunci 56 bit memiliki lebih dari 72 kuadriliun kemungkinan. Pertahanan utama terhadap coba paksa adalah memilih kunci yang cukup panjang sehingga pencarian menyeluruh tidak layak dilakukan secara komputasi dalam jangka waktu yang bermakna.

DES (Standar Enkripsi Data) menggunakan kunci 56 bit, sehingga memiliki ruang kunci sekitar 7.2 * 10^16. Pada 1977, jumlah ini tampak sangat besar. Pada 1998, mesin Deep Crack milik EFF memecahkan DES dalam 56 jam dengan biaya $250,000. Pada 2006, klaster khusus dapat memecahkan DES dalam waktu kurang dari 9 hari dengan biaya di bawah $10,000. Pelajarannya jelas: 56 bit tidak lagi memberikan keamanan yang memadai terhadap lawan yang gigih.

AES-128 menggunakan kunci 128 bit, sehingga terdapat 2^128 kemungkinan kunci, atau sekitar 3.4 * 10^38. Jika setiap atom di alam semesta yang teramati menjadi komputer yang melakukan satu miliar pengujian kunci per detik sejak Dentuman Besar, pencarian tersebut masih belum akan mendekati selesai. Bahkan dengan perangkat keras masa depan yang jauh lebih cepat secara eksponensial, kunci 128 bit diperkirakan tetap aman terhadap coba paksa klasik di masa depan yang dapat diperkirakan.

Serangan coba paksa daring menargetkan sistem aktif dengan mengirimkan permintaan autentikasi berulang kali. Serangan ini dibatasi oleh latensi jaringan, waktu respons peladen, dan pembatasan laju, sehingga berlangsung lambat. Serangan coba paksa luring bekerja terhadap data curian seperti basis data hash kata sandi. Dengan hash tersebut, penyerang dapat menguji miliaran kandidat per detik menggunakan perangkat keras lokal tanpa kendala jaringan.

GPU modern memiliki ribuan inti pemrosesan paralel yang dioptimalkan untuk aritmetika pecahan. Hashcat, alat pemecah hash berbasis GPU terkemuka, dapat menguji lebih dari 100 miliar hash MD5 per detik pada satu GPU kelas atas. Perangkat yang dilengkapi delapan GPU dapat menguji lebih dari 800 miliar kandidat per detik. Hal ini membuat kata sandi yang dipilih dengan buruk dan fungsi hash yang lemah rentan terhadap pemecahan luring secara cepat.

Sirkuit Terpadu Khusus Aplikasi adalah cip yang dirancang khusus untuk satu perhitungan. Penambang Bitcoin menggunakan ASIC yang menghitung hash SHA-256 dengan kecepatan puluhan terahash per detik, jauh lebih cepat daripada GPU mana pun. Meskipun ASIC Bitcoin menghitung operasi yang berbeda dari pemecahan kata sandi, prinsipnya tetap berlaku: perangkat keras yang dibuat khusus memberikan peningkatan kecepatan berlipat ganda dibandingkan perangkat keras serbaguna untuk perhitungan kriptografis tertentu.

Hukum Moore menyatakan bahwa kepadatan transistor kira-kira berlipat ganda setiap dua tahun, yang secara historis menghasilkan peningkatan daya komputasi yang setara. Panjang kunci yang dianggap aman saat ini harus tetap aman selama puluhan tahun, meskipun perangkat keras terus berkembang. Karena itu, rekomendasi keamanan mencakup margin keamanan yang signifikan. AES-128 memerlukan peningkatan kecepatan komputasi sebesar 2^64 kali agar rentan terhadap coba paksa klasik, jauh melampaui ekstrapolasi Hukum Moore yang masuk akal.

NIST SP 800-57 menetapkan tingkat kekuatan keamanan untuk algoritme kriptografis. Keamanan 112 bit adalah batas minimum saat ini untuk sistem baru. Keamanan 128 bit direkomendasikan untuk perlindungan jangka panjang. Kunci simetris 256 bit memberikan margin keamanan di luar ancaman komputasi klasik yang saat ini dapat diperkirakan. NIST tidak merekomendasikan tingkat keamanan 80 bit atau kurang karena dianggap tidak memadai untuk aplikasi baru apa pun.

Algoritme pencarian kuantum Grover memberikan peningkatan kecepatan kuadrat untuk pencarian tak terstruktur, yang berarti algoritme ini dapat mencari ruang kunci berisi N kemungkinan dalam kira-kira sqrt(N) langkah, bukan N langkah. Untuk AES-128, hal ini secara efektif mengurangi keamanan menjadi 64 bit terhadap penyerang kuantum. Untuk AES-256, keamanan efektif terhadap algoritme Grover adalah 128 bit, sehingga kunci simetris 256 bit direkomendasikan untuk keamanan pascakuantum.

Untuk mempertahankan keamanan 128 bit terhadap komputer kuantum yang menjalankan algoritme Grover, kunci simetris harus berukuran setidaknya 256 bit. AES-256 sudah memiliki ukuran ini dan dianggap aman terhadap kuantum untuk enkripsi simetris. Sebagai perbandingan, menggandakan panjang kunci dari 128 menjadi 256 bit tidak menggandakan komputasi bagi pengguna yang sah—hanya menambahkan beberapa putaran AES—tetapi mengharuskan sumber daya kuantum penyerang dikuadratkan.

Tim keamanan menggunakan alat coba paksa dalam audit kata sandi resmi untuk mengidentifikasi kredensial lemah sebelum penyerang melakukannya. Hashcat dan John the Ripper dijalankan terhadap basis data hash kata sandi yang diekspor untuk menentukan proporsi kata sandi yang dapat dipecahkan. Hasil audit mendorong perbaikan kebijakan kata sandi: persyaratan panjang minimum, aturan kerumitan, dan penggunaan algoritme pengacahan kata sandi modern seperti bcrypt atau Argon2.

Bagaimana algoritme kuantum Grover memengaruhi keamanan efektif AES-128?

Coba paksa menguji setiap kunci yang mungkin; keamanan memerlukan ruang kunci yang terlalu besar untuk diperiksa satu per satu dalam praktik. DES dengan panjang 56 bit berhasil dipecahkan pada 1998. AES-128 dengan 2^128 kunci tidak layak diserang oleh komputer klasik. Gugus GPU memecahkan hash secara luring dengan kecepatan ratusan miliar per detik. Algoritme kuantum Grover membagi dua keamanan dalam bit, sehingga diperlukan kunci 256 bit untuk keamanan pascakuantum 128 bit. NIST merekomendasikan keamanan minimum 128 bit untuk sistem baru.