暗号解析とは何ですか?またその仕組みは何ですか?

今日、企業は事業を継続しなければならないという多大なプレッシャーにさらされています。ビジネスがシームレスに運営されるように設定されている場合、セキュリティ チームは、運営を妨げる可能性のあるすべての脅威からビジネスを保護する必要があります。

問題は、今日安全なものでも、明日には安全でない可能性があるということです。この現象は、アルゴリズムが進化するにつれて新たな脆弱性が出現し、サイバー攻撃者がほとんどの企業が依存している暗号を破る新しい方法を開発するという事実によって引き起こされます。

コード追跡として知られる暗号解析は、コード、暗号、または暗号化されたテキストを解読して調査するために使用される技術を深く理解することです。暗号解析では、数値ルールを使用してアルゴリズムの感受性を検索し、情報セキュリティ システムの暗号化にさらに分岐します。

このガイドでは、暗号解析について知っておくべきことをすべて説明します。このトピックを詳細に理解し、組織を暗号解読から守る方法を学びます。

暗号解析とは何ですか?

暗号解析プロセスは、暗号システムを研究して弱点や情報漏洩を特定することを目的としています。これは、サイドチャネル攻撃や弱いエントロピー入力などの実装の脆弱性を含む、暗号システムの基礎となる数学的アーキテクチャの欠陥を調査するものと考えることができます。

暗号化システムとは、暗号化を採用したコンピューター システムを指します。これは、コードを通じて情報と通信を保護し、意図したユーザーだけが情報を処理できるようにする方法です。

暗号解析 vs.暗号化

定義から言っても、暗号化では、メッセージを安全でないチャネルで送信する前に隠しテキストに変換してメッセージを隠すことに関心があります。一方、暗号解析では、安全でないチャネルを介して隠されたメッセージから平文を取得します。

暗号化は情報を送信する際の資産であることが証明されています。そのユースケースを示す優れた例は、情報を保護する必要がある銀行取引や電子メール メッセージです。暗号化スキームには、秘密キー、公開キー、ハッシュ関数が含まれます。

暗号解析は、暗号文を平文に復号することに関連した技術です。この場合、権限のある人がチャネルを盗聴してメッセージを復号化しようとします。

暗号解析を使用するのは誰ですか?

他国のプライベート通信を解読したい政府、自国のセキュリティ製品のセキュリティ機能をテストしている企業、ハッカー、クラッカー、独立した研究者、暗号プロトコルやアルゴリズムの脆弱性を特定しようとしている学術専門家など、多くの組織が暗号解析を使用しています。

暗号学の進歩は、データを保護したい暗号学者と暗号システムの解読に取り組む暗号アナリストの間の終わりのない戦いによって伝播されます。

攻撃者の目的は、暗号解析を実行するという特定のニーズに関連付けられています。暗号解読の成功は、通常、隠されたテキストから情報を推測する以上のものではありません。ただし、攻撃者のニーズに基づいたものであれば十分です。攻撃者の目的は攻撃者ごとに異なりますが、次のことに限定されません。

• トータルブレイク – 秘密鍵を見つける。
• グローバル演繹 – 秘密鍵の知識がなくても、暗号化と復号化のための同等の機能アルゴリズムを見つけます。
• 情報推論 – 暗号文と平文に関する情報を取得します。
• アルゴリズムの区別 – 暗号化出力とランダムなビットの置換を区別します。

わかりやすい実際の例を見てみましょう。ただし、この例は最新の暗号には当てはまらないことを知っておく必要がありますが、理解を深めていくのには役立ちます。

周波数分析手法は、基本的な暗号化アルゴリズムで使用できます。基本クラスの暗号化アルゴリズムは、各文字を同じアルファベットの事前にマップされた文字に置き換える単一アルファベット置換を実行します。

このモデルは、文字を一定の位置数だけシフトし、結果のアルファベット位置から古い文字を新しい文字に置き換える、より基本的な手法を改良したものです。

単一アルファベット置換暗号は盲目的検索に対して耐性がありますが、影響を受けないわけではなく、紙とペンで簡単に解読できます。それで、どうやって？頻度分析は、自然言語がランダムではなく、単一アルファベットの置換によって言語の統計的特性が隠蔽されないという特徴を利用します。

さらに詳しく見て、特定の頻度 (たとえば 12.7%) を持つ 「E」 などの特定のアルファベットに絞り込んでみましょう。 E を置き換えて暗号文を取得すると、結果のテキストは元の頻度を保持します。この頻度が暗号解読者に知られている場合、暗号文を解読するための置換をすぐに決定できます。

暗号解読攻撃の種類

暗号解析攻撃はシステムの欠陥を悪用し、その暗号を解読します。暗号解読攻撃を開始するには、メソッドの性質と平文の一般的なプロパティを知る必要があります。プレーンは、英語や Java コードなど、任意の言語にすることができます。

攻撃の種類のリストは次のとおりです。最初の 5 つは最も一般的です。他のものはまれであり、時々省略されます。彼らを知るのは良いことです。

1. Know-Plaintext Analysis (KPA) : この場合、攻撃者は平文と暗号文のペアに何らかのアクセス権を持っています。次に、攻撃者が行う必要があるのは、ペアをマッピングして暗号化キーを見つけることだけです。攻撃者は豊富な知識を自由に使えるため、この攻撃は簡単に使用できます。
2. Chosen-Plaintext Analysis (CPA) : この場合、攻撃者はランダムな平文を選択し、それらを使用して対応する暗号文を取得し、最終的に暗号化キーを解読します。この方法は KPA に似ていますが、成功する可能性は低くなります。
3. 暗号文のみの分析 (COA) : この場合、攻撃者は暗号文の一部を知っているため、対応する平文と暗号化キーを見つけようとします。攻撃者はアルゴリズムを理解しています。この手法は最も困難な手法です。ただし、暗号文のみが必要なため、成功率はかなり高くなります。
4. 中間者 (MITM) 攻撃 : 2 者がキーを使用して、一見安全だが侵害されたチャネルを通じて通信を共有すると発生します。
5. Adaptive Chosen Plaintext Analysis (ACPA) : このケースは CPA に似ています。 ACPA は、過去の暗号化から学習したデータに基づいて、識別された平文と暗号文を使用します。
6. ブルート フォース攻撃 : この場合、攻撃者はアルゴリズムを使用して、考えられる平文の論理セットを予測します。推測された平文は暗号化され、最初の暗号と比較されます。
7. 辞書攻撃 : この場合、攻撃者は単語辞書に対して平文またはキーを実行します。この手法は、暗号化されたパスワードを解読しようとするときによく使用されます。

暗号解析はどのように機能するのでしょうか?

暗号解析を推進する中心的な目標は、暗号アルゴリズムの欠陥を明らかにしたり回避したりすることです。暗号学者は、暗号解析者からの研究を利用して、既存のアルゴリズムを進歩させたり、標準以下の手法をアップグレードしたりします。

一方、暗号化は暗号化暗号やその他の技術を作成および強化するため、暗号解析は暗号化されたデータの解読に焦点を当てます。 2 つの操作は相互に作用し、コード、暗号、および関連するアルゴリズムの数学的研究である暗号学の領域に限定されます。

研究者たちは、暗号鍵を必要とせずに暗号文で暗号化されたアルゴリズムの復号を開始する、暗号化スキームを打ち破る攻撃戦略を開発するために細心の注意を払って取り組んでいます。多くの場合、暗号解析を使用して、構想や実行方法の欠陥を明らかにします。

暗号解読攻撃から身を守る方法

残念ながら、安全な暗号化スキームを使用し、デジタル インフラストラクチャ全体に暗号を適用し、ソフトウェアを最新の状態に保つ以外に、暗号解読に対する免疫を確立するためにできることはあまりありません。ただし、安全性を高めるために使用できるヒントがいくつかあります。

• 更新された暗号化およびハッシュ アルゴリズムを使用します。良いシナリオは、安全とは見なされなくなった SHA1 や MD5 などのツールを避けることです。
• 長い暗号化キーを使用します。たとえば、VPN ハンドシェイクの場合、RSA キーの長さは少なくとも 2048 ビットである必要があります。
• 置き換えられたキーの破棄を思い出してください。
• 強力なパスワードを使用し、テスト済みの乱数ジェネレーターを実装してキーを管理します。
• ハッシュに塩を加えます。ここでは、ハッシュにランダム ノイズを追加しています。パスワードを扱う場合と同様に、ソルトを長くランダム化して保存する必要があります。
• Perfect Forward Secrecy (PFS) を採用して、キーが侵害された場合に過去および将来のセッションが復号化されないようにします。これは、仮想プライベート ネットワーク (VPN) でよく使用されます。
• 暗号化されたトラフィックを難読化する – トラフィックが規則的に見えるようにし、暗号化されているという事実を明らかにしないようにします。 Obfsproxy のようなソフトウェアは、Tor ネットワークでうまく動作するツールの良い例です。
• 侵入検知システム (IDS) をインフラストラクチャに統合します – このシステムは侵害または攻撃を通知します。ただし、これで違反が止まるわけではありません。ただし、応答時間が短縮され、システムが深刻な損傷から保護されます。優れた IDS をシステムに統合することが最善です。

暗号解析の応用

暗号解析にはいくつかの現実の応用例があります。その可能性を最大限に発揮するために、暗号化と組み合わせることもあります。以下にいくつかのアプリケーションを示します。

#1. ストレージの完全性

暗号解析を使用してストレージ内の整合性を維持できます。この場合、アクセス制御システムでロックとキーを使用して、不要なアクセスからデータを保護します。また、暗号化チェックサムを作成して、ウイルスがデータを改変する傾向にある動的環境に保存されたデータの信頼性を判断することもできます。

チェックサムはデータ送信中に作成され、予想値と比較されます。暗号解析は、大量のデータが保存された後の攻撃に対して脆弱なストレージ メディアや、長期間にわたって漏洩したストレージ メディアの安全を確保するのに役立ちます。

#2. ID認証

ID 認証では、データにアクセスするユーザーの権限を確認することが主な焦点となります。暗号解析により、パスワード交換時のこのプロセスが容易になります。最新のシステムは、暗号変換と個人の属性を組み合わせて、確実かつ効率的にユーザーを識別します。

パスワードは暗号化された形式で保存され、アクセス権のあるアプリケーションが使用できます。パスワードは平文で保存されるため、システムのセキュリティが危険にさらされることはありません。

#3. システム認証情報

暗号分析と暗号化を使用して、システムの資格情報を作成できます。ユーザーがシステムにログインするときは、システムにログインする前に、常に個人の資格情報の証明を提示する必要があります。

現在、電子認証を容易にするために電子資格情報が作成されています。この技術は、データの保存などの暗号化操作を実行するためにスマート カードに適用されることがよくあります。

#4. デジタル署名

デジタル署名は、メッセージが既知の送信者からのものであることを認証するために通信でよく使用されます。これは、ペンと紙の文書への署名に似ています。もちろん、デジタル署名がアナログ署名を置き換える場合、暗号解析技術を使用して偽造されます。

これは、組織が多くの場所にチームを分散させており、共同で事務処理を行うために直接会っていない場合に役立つと思われます。デジタル署名形式を使用すると、暗号通貨の分野で広く採用されているように、公開キーを所有している人なら誰でも文書を検証できます。

#5. 電子資金移動 (ETF)

最近、現金取引に代わって電子マネーが登場しています。電子資金移動、仮想通貨、デジタル金貨、暗号通貨、直接預金はすべて暗号ベースの資産です。 ATM 引き出し、デビット カード支払い、電信送金が電子マネー操作の例であると考えてください。

暗号解読家になるには

幅広い暗号解析アプリケーションを見た後は、暗号解析者になることを検討するかもしれません。そうする場合は、データを暗号化するためのアルゴリズム、暗号、セキュリティ システムの開発に取り組むことになるでしょう。また、暗号化手法や通信プロトコルでの情報の分析と復号化も期待する必要があります。

また、セキュリティ システムの設計、重要な情報の傍受からの保護、計算モデルの信頼性のテスト、財務データの暗号化、データ分析のための統計的および数学的モデルの開発、セキュリティ問題の解決などの役割の実行を待つこともできます。それが十分にエキサイティングな場合は、読み進めて、そうなる方法を確認してください。

コンピューター サイエンス、エンジニアリング、数学、または電気電子工学などの関連分野で学士号を取得できます。ただし、一部の組織では、技術的な学位がなくても、集中的なトレーニングと実践経験に基づいて雇用できる場合があります。サイバーセキュリティ認定を取得しているとさらに有利になります。

最後の言葉

暗号解析は攻撃そのものというよりもサイバー攻撃の手段です。そして、ほとんどの暗号化システムは暗号解読の試みに耐性があるため、脆弱なままになっている人々を理解するには、冗談ではない高度な数学的能力が必要です。

暗号解析の学習を検討している場合、暗号解析は金融、ストレージ、アイデンティティ分野などの幅広い製品に取り組むことができる刺激的な分野です。

暗号解析がいかに強力で、現実世界のアプリケーションの構築にどれほど役立つかがわかりました。暗号解読を追求するのは問題ありませんが、より安全なユーティリティを構築するなど、自分のスキルを活用するのはさらに良いでしょう。

次に、データ暗号化に関する重要な用語を確認してください。