Криптографическая головоломка: почему создавать собственное шифрование — путь к катастрофе

В мире разработки программного обеспечения существует несколько областей, которые являются сложными и критически важными, как криптография. Хотя создание собственной библиотеки шифрования может показаться привлекательным, это путь, полный ловушек, которых следует избегать даже самым опытным разработчикам. Вот почему.

Сложность криптографии

Криптография — это не просто написание алгоритма; это сложный танец математики, информатики и принципов безопасности. Сложность криптографических систем является основным препятствием, о чём свидетельствует исследование учёных из Массачусетского технологического института (MIT), которые проанализировали уязвимости в широко используемых криптографических библиотеках. Они обнаружили, что только 27,2 % уязвимостей были связаны с криптографическими проблемами, в то время как поразительные 37,2 % были вызваны проблемами безопасности памяти.

Диаграмма Mermaid

Этот дисбаланс подчёркивает, что настоящим врагом безопасности в криптографическом программном обеспечении является не сам алгоритм шифрования, а детали реализации и языки, используемые для его написания.

Опасность управления памятью

Языки, такие как C и C++, печально известны отсутствием безопасности памяти, что делает их особенно опасными для криптографических реализаций. Печально известный Heartbleed — уязвимость в библиотеке OpenSSL — является ярким напоминанием об этом. Heartbleed была ошибкой в библиотеке OpenSSL, которая позволяла злоумышленникам читать конфиденциальные данные из памяти сервера, включая закрытые ключи. Эта уязвимость оставалась незамеченной в течение многих лет, демонстрируя риски использования устаревших языков, которые ставят гибкость выше безопасности памяти.

Почему открытые алгоритмы лучше

Можно задаться вопросом, зачем делать свой алгоритм шифрования открытым, если безопасность зависит главным образом от длины ключа и случайного распределения. Ответ заключается в принципе открытой проверки. Делая алгоритм общедоступным, его можно протестировать и проанализировать широким сообществом криптографов и экспертов по безопасности. Этот процесс помогает выявить любые недостатки или упрощения, которыми могут воспользоваться злоумышленники, что может быть неочевидно для одного разработчика или команды.

Опасноcть самодельной криптографии

Создание собственной схемы шифрования, часто называемой «созданием собственной криптографии», обычно не рекомендуется. Вот несколько причин:

  • Отсутствие тестирования сообществом. Когда вы создаёте собственный алгоритм шифрования, ему не хватает тщательного тестирования и анализа, который проходят установленные алгоритмы. Этот процесс, управляемый сообществом, имеет решающее значение для выявления и устранения уязвимостей. Например, схема шифрования MTProto, используемая Telegram, была признана исследователями имеющей существенные недостатки, что подчёркивает риски самодельной криптографии.
  • Несколько режимов реализации. Пользовательские схемы шифрования часто требуют нескольких режимов реализации, чтобы быть полезными в различных сценариях. Каждый режим добавляет дополнительную сложность и потенциальные уязвимости. Например, режим электронной кодовой книги (ECB) прост, но небезопасен для многих приложений, в то время как режим цепочки блоков шифрования (CBC) более безопасен, но сложнее правильно реализовать.
  • Тестовые векторы и валидация. Установленные алгоритмы шифрования поставляются с тестовыми векторами, гарантирующими, что ваша реализация даёт те же результаты, что и другие. Без них вам придётся проверять свой код на соответствие неизвестным стандартам, что ведёт к катастрофе.

Высокоуровневые библиотеки приходят на помощь

Учитывая сложности и риски, связанные с этим, рекомендуется использовать высокоуровневые криптографические библиотеки, которые абстрагируются от низкоуровневых деталей. Библиотеки, такие как NaCl (библиотека для работы в сети и криптографии) и Keyczar, разработаны, чтобы помочь разработчикам-универсалам избежать распространённых ошибок. Эти библиотеки предоставляют безопасные значения по умолчанию и надёжную документацию, облегчая правильную реализацию криптографии.

Диаграмма последовательности Mermaid

Разработчик использует безопасную библиотеку высокого уровня, которая обрабатывает сложные криптографические операции. Библиотека возвращает защищённые результаты.

Лучшие практики для безопасной криптографии

Если вам нужно использовать криптографию в своём приложении, вот несколько рекомендаций, которым стоит следовать:

  • Используйте проверенные и широко используемые криптографические библиотеки. Эти библиотеки проверены сообществом и с меньшей вероятностью имеют скрытые уязвимости.
  • Избегайте низкоуровневой криптографии, если это возможно. Используйте высокоуровневые библиотеки, предназначенные для защиты вас от распространённых ошибок.
  • Всегда используйте безопасные значения по умолчанию, предоставляемые библиотекой. Настройка криптографических параметров без глубоких знаний может привести к небезопасным конфигурациям.
  • Не усложняйте свою криптографическую настройку. Простота снижает риск внедрения уязвимостей.

Заключение

Криптография — тонкое искусство, требующее точности, опыта и подтверждения сообществом. Несмотря на соблазн создать собственную библиотеку шифрования, этот путь чреват большими рисками, чем наградами. Используя проверенные библиотеки, следуя передовым методам и избегая сложностей низкоуровневой криптографии, вы можете обеспечить безопасность и надёжность своих приложений.