Crittografia simmetrica e asimmetrica

La cifratura moderna si divide in due famiglie, in base al funzionamento delle chiavi:

• Simmetrica: la stessa chiave cifra e decifra. Esempio: AES.
• Asimmetrica: utilizza una coppia di chiavi, una per cifrare e un'altra per decifrare. Esempio: RSA.

I sistemi reali le combinano entrambe. Comprendere i relativi compromessi è essenziale per attaccare e difendere i sistemi crittografici.

Nella cifratura simmetrica, entrambe le parti condividono una chiave segreta. La stessa chiave protegge e sblocca i dati.

• Vantaggio: è molto veloce, ideale per grandi quantità di dati.
• Svantaggio: è necessario condividere prima la chiave in modo sicuro. Questo è il problema della distribuzione delle chiavi.

AES (Advanced Encryption Standard) è il cifrario simmetrico dominante. È un cifrario a blocchi che opera su blocchi di 128 bit, con chiavi da 128, 192 o 256 bit.

AES è veloce, dispone di accelerazione hardware sulle CPU moderne ed è considerato sicuro se usato correttamente. AES-256 è la scelta comune per un livello di sicurezza elevato.

Un cifrario a blocchi necessita di una modalità operativa per gestire dati più grandi di un singolo blocco:

• ECB: non sicura; blocchi identici producono testi cifrati identici, rivelando dei pattern. Da evitare.
• CBC: concatena i blocchi con un vettore di inizializzazione (IV). È migliore, ma richiede attenzione.
• GCM: fornisce sia cifratura sia autenticazione (AEAD). È la modalità moderna consigliata.

Una dimostrazione famosa: cifrando un'immagine di un pinguino con AES in modalità ECB, il contorno del pinguino rimane visibile. ECB cifra i blocchi di testo in chiaro identici in blocchi di testo cifrato identici, perciò la struttura dei dati rimane visibile.

Per questo, durante le valutazioni, dovrebbe riconoscere ECB come un problema. Il cifrario è robusto; la debolezza è nella modalità.

La cifratura asimmetrica utilizza una coppia di chiavi matematicamente collegate:

• Chiave pubblica: condivisa liberamente. Chiunque può cifrare un messaggio destinato a Lei usando questa chiave.
• Chiave privata: mantenuta segreta. Solo Lei può decifrare usando questa chiave.

Questo risolve il problema della distribuzione delle chiavi: può pubblicare liberamente la Sua chiave pubblica senza compromettere la sicurezza.

RSA è il classico algoritmo asimmetrico. La sua sicurezza si basa sulla difficoltà di scomporre il prodotto di due grandi numeri primi.

Oggi sono comuni chiavi da 2048 bit; 3072 o 4096 bit offrono un margine maggiore. RSA è lento rispetto ad AES, quindi viene usato raramente per cifrare direttamente grandi quantità di dati.

Le chiavi asimmetriche svolgono due funzioni distinte:

• Riservatezza: cifri con la chiave pubblica del destinatario; solo la sua chiave privata consente di decifrare.
• Autenticità (firma): firmi con la tua chiave privata; chiunque può verificare usando la tua chiave pubblica, dimostrando che il messaggio proviene da te.

Noti che le chiavi vengono utilizzate con ruoli opposti per questi due scopi.

I protocolli reali come TLS combinano entrambi i metodi. Il flusso è il seguente:

• Utilizzi una volta la crittografia asimmetrica, più lenta, per scambiare in modo sicuro una chiave di sessione casuale.
• Utilizzi il veloce AES simmetrico con quella chiave di sessione per i dati effettivi.

In questo modo ottiene la velocità della cifratura simmetrica insieme alla praticità, nella distribuzione delle chiavi, della cifratura asimmetrica.

Diffie-Hellman consente a due parti di concordare un segreto condiviso su un canale non sicuro senza inviare mai il segreto stesso. È alla base dello scambio di chiavi TLS moderno.

Le varianti basate sulle curve ellittiche (ECDH, ECDSA) offrono la stessa sicurezza di RSA con chiavi molto più piccole, risultando più veloci e diventando sempre più spesso la scelta predefinita.

Gli algoritmi robusti falliscono a causa di un uso scorretto. Presti attenzione a questi problemi:

• La modalità ECB rivela pattern del testo in chiaro.
• IV/nonce riutilizzati o prevedibili in CBC o GCM.
• Chiavi codificate direttamente nel codice sorgente o nei file di configurazione.
• Chiavi RSA troppo piccole (512 o 1024 bit), che possono essere scomposte.
• Comportamenti da padding oracle che rivelano il testo in chiaro un byte alla volta.

Raramente è la matematica a essere compromessa; di solito lo è l'implementazione.

Applichi ciò che ha imparato sulle chiavi pubbliche e private.

Ha confrontato le due famiglie di cifratura:

• Simmetrica (AES): una chiave condivisa, veloce, ma la distribuzione delle chiavi è difficile. Utilizzi la modalità GCM, mai ECB.
• Asimmetrica (RSA, ECC): coppia di chiavi pubblica/privata, risolve il problema della distribuzione, ma è lenta.
• Cifri con la chiave pubblica del destinatario; firmi con la tua chiave privata.
• I sistemi ibridi e Diffie-Hellman combinano i vantaggi di entrambi in TLS.

Successivamente: identificazione e cracking degli hash nella pratica.