Kaba Kuvvet Saldırıları Nasıl Çalışır

Bir şifreleme algoritmasına yönelik kaba kuvvet saldırısı, doğru anahtar bulunana kadar olası her anahtarı dener. n bitlik bir anahtar için 2^n olası anahtar vardır. 3 bitlik bir anahtarda yalnızca 8 olasılık bulunurken 56 bitlik bir anahtarda 72 katrilyondan fazla olasılık vardır. Kaba kuvvete karşı temel savunma, tüm anahtarların denenmesini anlamlı bir zaman aralığında hesaplama açısından uygulanamaz hâle getirecek kadar büyük anahtarlar seçmektir.

DES (Veri Şifreleme Standardı), yaklaşık 7.2 * 10^16 büyüklüğünde bir anahtar uzayı sağlayan 56 bitlik bir anahtar kullanır. 1977'de bu sayı muazzam görünüyordu. 1998'de EFF'nin Deep Crack makinesi, 250.000 dolar karşılığında DES'i 56 saatte kırdı. 2006'da özel bir küme, 10.000 doların altında bir maliyetle DES'i 9 günden kısa sürede kırabiliyordu. Ders açıktı: 56 bit, kararlı bir saldırgana karşı artık yeterli güvenlik sağlamıyordu.

AES-128, yaklaşık 3.4 * 10^38 olasılık sağlayan 128 bitlik anahtarlar kullanır. Gözlemlenebilir evrendeki her atom, Büyük Patlama'dan beri saniyede bir milyar anahtar denemesi yapan bir bilgisayar olsaydı bile arama tamamlanmaya yaklaşamazdı. Gelecekte üstel olarak daha hızlı donanımlar kullanıma girse bile 128 bitlik anahtarların öngörülebilir gelecekte klasik kaba kuvvet saldırılarına karşı güvende kalması beklenir.

Çevrim içi kaba kuvvet saldırıları, kimlik doğrulama isteklerini art arda göndererek canlı sistemleri hedef alır. Ağ gecikmesi, sunucunun yanıt süresi ve hız sınırlama tarafından kısıtlandıkları için yavaştır. Çevrim dışı kaba kuvvet saldırıları, parola özetlerinden oluşan veritabanı gibi çalınmış verilere karşı gerçekleştirilir. Saldırgan, özetleri elde ettiğinde ağ kısıtlamaları olmadan yerel donanım kullanarak saniyede milyarlarca adayı sınayabilir.

Modern GPU'lar, kayan nokta aritmetiği için optimize edilmiş binlerce paralel işlem çekirdeği içerir. Önde gelen GPU özet kırma aracı Hashcat, tek bir üst düzey GPU'da saniyede 100 milyardan fazla MD5 özetini sınayabilir. Sekiz GPU'lu bir düzenek, saniyede 800 milyardan fazla adayı sınayabilir. Bu durum, kötü seçilmiş parolaları ve zayıf özet işlevlerini hızlı çevrim dışı kırmaya karşı savunmasız hâle getirir.

Uygulamaya Özel Tümleşik Devreler, yalnızca tek bir hesaplama için tasarlanmış çiplerdir. Bitcoin madencileri, saniyede onlarca terahash hızında SHA-256 özetleri hesaplayan ASIC'ler kullanır; bu hız herhangi bir GPU'nun hızından çok daha yüksektir. Bitcoin ASIC'leri parola kırmadan farklı bir işlem gerçekleştirse de ilke aynıdır: belirli kriptografik hesaplamalar için özel olarak tasarlanmış donanım, genel amaçlı donanıma kıyasla büyüklük mertebeleri düzeyinde hız artışı sağlar.

Moore Yasası, transistör yoğunluğunun yaklaşık her iki yılda bir iki katına çıktığını ve bunun tarihsel olarak hesaplama gücünde eşdeğer bir hız artışı sağladığını gözlemlemiştir. Bugün güvenli kabul edilen bir anahtar uzunluğu, gelecekteki donanım gelişmeleri boyunca onlarca yıl güvenli kalmalıdır. Bu nedenle güvenlik önerileri önemli güvenlik payları içerir. AES-128'in klasik kaba kuvvete karşı savunmasız hâle gelmesi için hesaplama gücünde 2^64 kat artış gerekir; bu, Moore Yasası'nın makul herhangi bir öngörüsünün çok ötesindedir.

NIST SP 800-57, kriptografik algoritmalar için güvenlik düzeylerini belirtir. Yeni sistemler için güncel en düşük düzey 112 bitlik güvenliktir. Uzun vadeli koruma için 128 bitlik güvenlik önerilir. 256 bitlik simetrik anahtarlar, bugün öngörülebilen klasik hesaplama tehditlerinin ötesinde bir güvenlik payı sağlar. NIST, yeni herhangi bir uygulama için yetersiz kabul edilen 80 bitlik ve daha düşük güvenlik düzeylerini önermemektedir.

Grover'ın kuantum arama algoritması, yapılandırılmamış arama için karesel bir hızlanma sağlar; yani N öğeden oluşan bir anahtar uzayını N adım yerine yaklaşık sqrt(N) adımda arayabilir. AES-128 için bu, kuantum saldırgana karşı güvenliği etkin olarak 64 bite düşürür. AES-256 için Grover algoritmasına karşı etkin güvenlik 128 bittir; 128 bitlik kuantum sonrası güvenlik için 256 bitlik simetrik anahtarların önerilmesinin nedeni budur.

Grover algoritmasını çalıştıran bir kuantum bilgisayar karşısında 128 bitlik güvenliği korumak için simetrik anahtarların en az 256 bit olması gerekir. AES-256 zaten bu boyuttadır ve simetrik şifreleme için kuantuma dayanıklı kabul edilir. Bağlam açısından, anahtar uzunluğunu 128 bitten 256 bite çıkarmak meşru kullanıcı için hesaplama yükünü iki katına çıkarmaz; yalnızca birkaç AES turu ekler. Buna karşılık saldırganın kuantum kaynaklarını karesine çıkarması gerekir.

Güvenlik ekipleri, saldırganlardan önce zayıf kimlik bilgilerini belirlemek için yetkili parola denetimlerinde kaba kuvvet araçlarını kullanır. Hashcat ve John the Ripper, hangi orandaki parolaların kırılabileceğini belirlemek amacıyla dışa aktarılmış parola özeti veritabanlarına karşı çalıştırılır. Denetim sonuçları parola politikalarının iyileştirilmesini sağlar: minimum uzunluk gereksinimleri, karmaşıklık kuralları ve bcrypt veya Argon2 gibi modern parola özetleme algoritmalarının benimsenmesi.

Grover'ın kuantum algoritması AES-128'in etkin güvenliğini nasıl etkiler?

Kaba kuvvet, olası her anahtarı sınar; güvenlik için anahtar uzaylarının uygulamada taranamayacak kadar büyük olması gerekir. 56 bitlik DES, 1998'de kırılmıştır. 2^128 anahtara sahip AES-128, klasik bilgisayarlar için uygulanamaz durumdadır. GPU kümeleri, çevrim dışında özetleri saniyede yüzlerce milyar hızla kırar. Grover'ın kuantum algoritması bit cinsinden güvenliği yarıya indirir; bu nedenle kuantum sonrası 128 bitlik güvenlik için 256 bitlik anahtarlar gerekir. NIST, yeni sistemler için en az 128 bitlik güvenlik önermektedir.