Kodowanie a szyfrowanie i haszowanie

Kodowanie, szyfrowanie i haszowanie to trzy zasadniczo różne operacje, służące różnym celom. Często się je myli, ale zrozumienie różnic jest niezbędne do projektowania bezpiecznych systemów.

Kodowanie zmienia format danych bez zapewniania bezpieczeństwa. Szyfrowanie chroni poufność. Haszowanie generuje skrót o stałej długości do weryfikacji integralności.

Kodowanie konwertuje dane z jednego formatu na inny w celu zapewnienia zgodności lub umożliwienia transmisji. Zawsze można je odwrócić i nie wymaga ono klucza. Każdy, kto zna schemat kodowania, może zdekodować dane.

Przykłady obejmują Base64 (z binarnego na ASCII), kodowanie URL (%20 oznacza spację), encje HTML (& oznacza &) oraz kodowanie szesnastkowe. Celem jest zgodność, a nie bezpieczeństwo.

Szyfrowanie przekształca tekst jawny w szyfrogram z użyciem klucza. Operację może odwrócić tylko osoba mająca właściwy klucz. Bez klucza odszyfrowanie szyfrogramu jest obliczeniowo niewykonalne.

Algorytmy szyfrowania obejmują AES (symetryczny), RSA (asymetryczny) i ChaCha20. To klucz zapewnia bezpieczeństwo. Sam algorytm jest publicznie znany.

Kryptograficzna funkcja skrótu przyjmuje dane wejściowe o dowolnej długości i generuje wynik o stałej długości (skrót lub hash). Funkcja jest deterministyczna (te same dane wejściowe zawsze dają ten sam wynik), ale z założenia nieodwracalna.

SHA-256 zawsze generuje wynik o długości 256 bitów, niezależnie od tego, czy dane wejściowe mają 1 bajt, czy 1 gigabajt. Funkcji skrótu używa się do sprawdzania integralności, przechowywania haseł i podpisów cyfrowych.

To krytyczny i często popełniany błąd: dane zakodowane w Base64 NIE są zaszyfrowane. Do zdekodowania Base64 wystarczy wiedzieć, że jest to Base64, co często jest oczywiste na podstawie dopełnienia "==" lub zestawu znaków.

Jeśli zakodują Państwo hasło jako "cGFzc3dvcmQ=" (Base64 dla "password"), atakujący może zdekodować je w kilka sekund. Base64 w kontekście bezpieczeństwa służy wyłącznie zgodności podczas transmisji, a nigdy do ukrywania danych.

Haszowanie hasła za pomocą MD5 przechowuje je w postaci jednokierunkowego skrótu. Nie można "odszyfrować" hasha MD5, aby odzyskać hasło. MD5 nie jest jednak odpowiednią funkcją haszującą do haseł, ponieważ działa zbyt szybko.

Atakujący mogą obliczać miliardy hashy MD5 na sekundę za pomocą procesorów GPU, dzięki czemu ataki siłowe i ataki z użyciem tablic tęczowych stają się praktyczne. Przechowywanie haseł wymaga wolnych funkcji wymagających dużej ilości pamięci, takich jak bcrypt, scrypt lub Argon2.

AES-GCM (tryb Galois/Counter) zapewnia zarówno poufność (szyfrowanie), jak i integralność (uwierzytelnianie). Wykorzystuje AES w trybie licznika do szyfrowania oraz GHASH do uwierzytelniania.

Tag uwierzytelniający generowany przez AES-GCM wykrywa wszelkie modyfikacje szyfrogramu. Dzięki temu jest to schemat uwierzytelnionego szyfrowania z powiązanymi danymi (AEAD), stanowiący złoty standard współczesnego szyfrowania.

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) to kryptograficzna funkcja skrótu standaryzowana przez NIST. Generuje skrót 256-bitowy i jest uznawana za bezpieczną wobec wszystkich znanych ataków, w tym ataków kolizyjnych i ataków typu preimage.

SHA-256 jest używany w certyfikatach TLS, wydobywaniu Bitcoinów (proof-of-work), uwierzytelnianiu wiadomości HMAC oraz schematach podpisu cyfrowego, takich jak RSA-SHA256 i ECDSA.

Typowe błędy bezpieczeństwa wynikające z mylenia tych trzech pojęć to: przechowywanie haseł w postaci zaszyfrowanej zamiast hashowanej (klucz szyfrowania staje się rzeczywistym słabym punktem), używanie kodowania zamiast szyfrowania dla danych wrażliwych, używanie szybkich funkcji skrótu (MD5, SHA-1) do przechowywania haseł oraz zakładanie, że coś musi być bezpieczne tylko dlatego, że jest zapisane w Base64.

Innym błędem jest używanie tej samej funkcji do wielu celów, na przykład używanie funkcji skrótu jako MAC bez konstrukcji HMAC, co naraża system na ataki length extension.

Kodowania należy używać, gdy trzeba przesyłać dane binarne za pomocą protokołu tekstowego, przechowywać bajty w polu tekstowym lub osadzać dane w adresie URL. Haszowania należy używać do przechowywania haseł (z bcrypt/Argon2), weryfikowania integralności danych (sumy kontrolne) oraz wyprowadzania identyfikatorów o stałej długości z danych o zmiennej długości.

Szyfrowania należy używać, gdy trzeba przechowywać lub przesyłać dane wrażliwe, które muszą być możliwe do odzyskania przy użyciu właściwego klucza. Należy łączyć haszowanie i szyfrowanie (AEAD), aby zapewnić zarówno integralność, jak i poufność podczas przesyłania.

Dobrze zaprojektowany system uwierzytelniania wykorzystuje wszystkie trzy operacje: hasła są haszowane za pomocą Argon2 (haszowanie), hash jest przechowywany w polu bazy danych z szyfrowaniem kolumn AES-256 (szyfrowanie), a token API zwracany po zalogowaniu jest kodowany w formacie Base64url (kodowanie).

Każda operacja służy odrębnemu celowi. Rozpoznanie, która operacja jest odpowiednia w danym przypadku użycia, to podstawowa umiejętność w kryptografii stosowanej i projektowaniu bezpiecznych systemów.

Sprawdź swoje rozumienie kodowania, szyfrowania i haszowania.

Kodowanie (Base64, zapis szesnastkowy) to transformacja formatu bez zapewniania bezpieczeństwa. Szyfrowanie (AES-GCM) zapewnia odwracalną poufność wymagającą klucza. Haszowanie (SHA-256, Argon2) generuje nieodwracalne skróty o stałej długości.

Nigdy nie należy używać kodowania do celów bezpieczeństwa. Do haseł należy stosować wolne funkcje skrótu (Argon2/bcrypt). W przypadku danych wrażliwych przesyłanych lub przechowywanych należy stosować uwierzytelnione szyfrowanie (AEAD). Mylenie tych kategorii jest jednym z najczęstszych źródeł luk w zabezpieczeniach.