Simetrik ve Asimetrik

Modern şifreleme, anahtarların çalışma biçimine göre iki aileye ayrılır:

• Simetrik: Şifreleme ve şifre çözme işlemlerinde aynı anahtar kullanılır. Örnek: AES.
• Asimetrik: Bir anahtar çifti kullanılır; bir anahtar şifreler, farklı bir anahtar şifreyi çözer. Örnek: RSA.

Gerçek sistemler her ikisini birleştirir. Aralarındaki ödünleşimleri anlamak, kriptografik sistemlere saldırmak ve onları savunmak için gereklidir.

Simetrik şifrelemede her iki taraf tek bir gizli anahtarı paylaşır. Verileri kilitlemek ve kilidini açmak için aynı anahtar kullanılır.

• Avantaj: Çok hızlıdır ve büyük miktarda veri için idealdir.
• Dezavantaj: Önce anahtarı güvenli biçimde paylaşmanız gerekir. Bu, anahtar dağıtımı sorunudur.

AES (Gelişmiş Şifreleme Standardı), en yaygın kullanılan simetrik şifreleme algoritmasıdır. 128 bitlik bloklar üzerinde çalışan bir blok şifreleme algoritmasıdır ve 128, 192 veya 256 bitlik anahtar boyutlarını destekler.

AES hızlıdır, modern CPU'larda donanım hızlandırmasından yararlanır ve doğru kullanıldığında güvenli kabul edilir. AES-256, yüksek güvenlik için yaygın tercihtir.

Bir blok şifreleme algoritmasının, tek bir bloktan daha büyük verileri işlemek için bir çalışma kipine ihtiyacı vardır:

• ECB: Güvenli değildir; aynı bloklar aynı şifreli metni üreterek kalıpları açığa çıkarır. Kaçının.
• CBC: Blokları bir başlangıç vektörüyle (IV) birbirine bağlar. Daha iyidir, ancak dikkatli kullanılmalıdır.
• GCM: Hem şifreleme hem de kimlik doğrulama sağlar (AEAD). Günümüzde önerilen kiptir.

Ünlü bir gösterim: Bir penguen görüntüsünü ECB kipinde AES ile şifrelemek, penguenin hatlarını yine görünür bırakır. ECB, aynı düz metin bloklarını aynı şifreli metin bloklarına dönüştürür; bu nedenle yapı sızar.

Değerlendirmeler sırasında ECB'yi bir bulgu olarak tanımanızın nedeni budur. Şifreleme algoritması güçlüdür; zayıflık kiptedir.

Asimetrik şifreleme, matematiksel olarak ilişkili bir anahtar çifti kullanır:

• Açık anahtar: Serbestçe paylaşılır. Herkes bunu kullanarak size yönelik şifreleme yapabilir.
• Özel anahtar: Gizli tutulur. Bununla yalnızca siz şifre çözebilirsiniz.

Bu yöntem anahtar dağıtımı sorununu çözer: Güvenliği tehlikeye atmadan açık anahtarınızı herkese duyurabilirsiniz.

RSA, klasik asimetrik algoritmadır. Güvenliği, iki büyük asal sayının çarpanlarına ayrılmasının zorluğuna dayanır.

Günümüzde 2048 bitlik anahtar boyutları yaygındır; 3072 veya 4096 bit daha geniş bir güvenlik payı sağlar. RSA, AES'e kıyasla yavaştır; bu nedenle büyük miktarda veriyi doğrudan şifrelemek için nadiren kullanılır.

Asimetrik anahtarların iki farklı kullanım amacı vardır:

• Gizlilik: Alıcının açık anahtarıyla şifreleyin; şifreyi yalnızca alıcının özel anahtarı çözebilir.
• Gerçeklik (imzalama): Kendi özel anahtarınızla imzalayın; herkes açık anahtarınızla doğrulayarak bunun sizden geldiğini kanıtlayabilir.

Bu iki amaçta anahtarların zıt rollerle kullanıldığına dikkat edin.

TLS gibi gerçek protokoller her ikisini de birleştirir. İşleyiş şöyledir:

• Rastgele bir oturum anahtarını güvenli biçimde değiştirmek için yavaş asimetrik kriptografiyi bir kez kullanın.
• Asıl veriler için bu oturum anahtarıyla hızlı simetrik AES kullanın.

Bu sayede simetrik şifrelemenin hızını, asimetrik şifrelemenin anahtar dağıtım kolaylığıyla birleştirirsiniz.

Diffie-Hellman, iki tarafın gizli bilginin kendisini hiç göndermeden, güvenli olmayan bir kanal üzerinden ortak bir sır üzerinde anlaşmasını sağlar. Modern TLS anahtar değişiminin temelini oluşturur.

Eliptik Eğri türevleri (ECDH, ECDSA), RSA ile aynı güvenliği çok daha küçük anahtarlarla sağlar; bu da onları daha hızlı ve giderek daha yaygın varsayılan seçenek hâline getirir.

Güçlü algoritmalar kötü kullanım nedeniyle başarısız olur. Şu bulgulara dikkat edin:

• Düz metin kalıplarını açığa çıkaran ECB kipi.
• CBC veya GCM'de yeniden kullanılan ya da öngörülebilir IV'ler/nonce'lar.
• Kaynak koduna veya yapılandırma dosyalarına sabit kodlanmış anahtarlar.
• Çarpanlarına ayrılabilen küçük RSA anahtarları (512 veya 1024 bit).
• Düz metni her seferinde bir bayt açığa çıkaran dolgu oracle'ı davranışı.

Sorun nadiren matematiktedir; genellikle uygulamadadır.

Açık ve özel anahtarlarla ilgili anlayışınızı uygulayın.

İki şifreleme ailesini karşılaştırdınız:

• Simetrik (AES): Tek bir ortak anahtar kullanır ve hızlıdır, ancak anahtar dağıtımı zordur. GCM kipini kullanın, ECB'yi asla kullanmayın.
• Asimetrik (RSA, ECC): Açık/özel anahtar çifti kullanır ve dağıtım sorununu çözer, ancak yavaştır.
• Alıcının açık anahtarıyla şifreleyin; kendi özel anahtarınızla imzalayın.
• Hibrit sistemler ve Diffie-Hellman, TLS içinde her iki yaklaşımın en iyi yönlerini birleştirir.

Sırada: özetleri uygulamalı olarak tanıma ve kırma.