RSA vs. AES: Sveobuhvatan vodič kroz enkripcijske algoritme

U današnjem digitalnom svijetu sigurnost podataka je najvažnija. Enkripcijski algoritmi igraju ključnu ulogu u zaštiti osjetljivih informacija od neovlaštenog pristupa. Dva najčešće korištena enkripcijska algoritma su RSA (Rivest-Shamir-Adleman) i AES (Napredni standard za enkripciju). Iako su oba ključna za sigurnu komunikaciju, rade na različitim principima i služe različitim svrhama. Ovaj vodič pruža sveobuhvatnu usporedbu RSA i AES-a, istražujući njihove prednosti, slabosti i praktične primjene.

Razumijevanje osnova enkripcije

Prije nego što se upustimo u specifičnosti RSA i AES-a, važno je razumjeti temeljne koncepte enkripcije.

Što je enkripcija?

Enkripcija je proces pretvaranja čitljivih podataka (plaintext) u nečitljiv format (ciphertext) pomoću algoritma i ključa. Samo osobe s ispravnim ključem mogu dešifrirati ciphertext natrag u izvorni plaintext oblik.

Vrste enkripcije

Postoje dvije glavne vrste enkripcije:

• Simetrična enkripcija: Koristi isti ključ za enkripciju i dekripciju. AES je glavni primjer simetričnog enkripcijskog algoritma.
• Asimetrična enkripcija: Koristi dva odvojena ključa: javni ključ za enkripciju i privatni ključ za dekripciju. RSA je široko korišteni asimetrični enkripcijski algoritam.

RSA: Objašnjenje asimetrične enkripcije

Kako RSA radi

RSA je asimetrični enkripcijski algoritam temeljen na matematičkim svojstvima prostih brojeva. Uključuje sljedeće korake:

1. Generiranje ključeva: Odabiru se dva velika prosta broja (p i q). Izračunava se umnožak tih prostih brojeva, n = p * q. Također se izračunava Eulerova totient funkcija, φ(n) = (p-1) * (q-1).
2. Stvaranje javnog ključa: Odabire se javni eksponent (e) takav da je 1 < e < φ(n) i e je relativno prost s φ(n) (tj. njihov najveći zajednički djelitelj je 1). Javni ključ sastoji se od (n, e).
3. Stvaranje privatnog ključa: Izračunava se privatni eksponent (d) takav da je (d * e) mod φ(n) = 1. Privatni ključ sastoji se od (n, d).
4. Enkripcija: Za enkripciju poruke (M), pošiljatelj koristi primateljev javni ključ (n, e) i izračunava ciphertext (C) kao: C = M^e mod n.
5. Dekripcija: Za dekripciju ciphertexta (C), primatelj koristi svoj privatni ključ (n, d) i izračunava izvornu poruku (M) kao: M = C^d mod n.

Prednosti RSA

• Sigurna razmjena ključeva: RSA omogućuje sigurnu razmjenu ključeva preko nesigurnih kanala. Javni ključ može se slobodno distribuirati bez ugrožavanja privatnog ključa.
• Digitalni potpisi: RSA se može koristiti za stvaranje digitalnih potpisa, koji pružaju autentifikaciju i neporecivost. Pošiljatelj koristi svoj privatni ključ za potpisivanje poruke, a primatelj koristi pošiljateljev javni ključ za provjeru potpisa.
• Nije potrebna unaprijed podijeljena tajna: Za razliku od simetrične enkripcije, RSA ne zahtijeva unaprijed podijeljenu tajnu između pošiljatelja i primatelja.

Slabosti RSA

• Mala brzina: RSA je znatno sporiji od simetričnih enkripcijskih algoritama poput AES-a, posebno za enkripciju velikih količina podataka.
• Ranjivost na određene napade: RSA može biti ranjiv na određene napade, poput napada zajedničkog modula, ako nije ispravno implementiran.
• Veličina ključa je bitna: Snažna RSA enkripcija zahtijeva velike veličine ključeva (npr. 2048 bita ili 4096 bita), što može utjecati na performanse.

Slučajevi upotrebe RSA

• Sigurna razmjena ključeva: Koristi se u protokolima poput TLS/SSL za sigurnu razmjenu simetričnih ključeva.
• Digitalni certifikati: Koristi se za provjeru autentičnosti web stranica i softvera.
• Enkripcija e-pošte: Koristi se u PGP (Pretty Good Privacy) i S/MIME (Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions) za enkripciju poruka e-pošte.
• VPN-ovi: Ponekad se koristi za početnu razmjenu ključeva u VPN (Virtual Private Network) vezama.
• Kriptovalute: Koristi se u nekim implementacijama kriptovaluta za potpisivanje transakcija.

Primjer: Zamislite globalnu tvrtku, 'SecureGlobal', koja treba sigurno komunicirati osjetljive financijske podatke između svojih ureda u New Yorku i Tokiju. Koriste RSA za razmjenu tajnog ključa za AES enkripciju. Ured u New Yorku enkriptira AES ključ s javnim RSA ključem ureda u Tokiju i šalje ga. Ured u Tokiju dešifrira AES ključ sa svojim privatnim RSA ključem, i od tog trenutka nadalje, svi financijski podaci se kriptiraju s AES-om koristeći zajednički ključ. To osigurava da samo ured u Tokiju može čitati podatke, a čak i ako je razmjena ključeva presretnuta, prisluškivač ne može dešifrirati AES ključ bez privatnog RSA ključa ureda u Tokiju.

AES: Objašnjenje simetrične enkripcije

Kako AES radi

AES je simetrični enkripcijski algoritam koji kriptira podatke u blokovima. Radi na 128-bitnim blokovima podataka i koristi ključeve veličine 128, 192 ili 256 bita. Proces enkripcije uključuje nekoliko rundi transformacija, uključujući:

• SubBytes: Korak zamjene bajtova koji zamjenjuje svaki bajt u matrici stanja odgovarajućim bajtom iz S-kutije (substitution box).
• ShiftRows: Korak pomicanja redaka koji ciklički pomiče bajtove u svakom retku matrice stanja.
• MixColumns: Korak miješanja stupaca koji izvodi matrično množenje na svakom stupcu matrice stanja.
• AddRoundKey: Korak dodavanja ključa runde koji izvodi XOR operaciju na matrici stanja s ključem runde izvedenim iz glavnog enkripcijskog ključa.

Broj rundi ovisi o veličini ključa: 10 rundi za 128-bitne ključeve, 12 rundi za 192-bitne ključeve i 14 rundi za 256-bitne ključeve.

Prednosti AES-a

• Velika brzina: AES je znatno brži od asimetričnih enkripcijskih algoritama poput RSA, što ga čini pogodnim za enkripciju velikih količina podataka.
• Visoka sigurnost: AES se smatra vrlo sigurnim enkripcijskim algoritmom i usvojen je kao standard od strane američke vlade.
• Hardversko ubrzanje: Mnogi moderni procesori uključuju hardversko ubrzanje za AES enkripciju, dodatno poboljšavajući performanse.

Slabosti AES-a

• Distribucija ključeva: AES zahtijeva siguran način za distribuciju simetričnog ključa između pošiljatelja i primatelja. To može biti izazov u nekim scenarijima.
• Ranjivost na napade grubom silom (brute-force): Iako se AES općenito smatra sigurnim, teoretski je ranjiv na napade grubom silom, posebno s kraćim veličinama ključeva. Međutim, s dovoljno velikim veličinama ključeva (npr. 256 bita), računski trošak napada grubom silom je previsok.

Slučajevi upotrebe AES-a

• Enkripcija podataka u mirovanju: Koristi se za enkripciju podataka pohranjenih na tvrdim diskovima, u bazama podataka i na drugim medijima za pohranu.
• Enkripcija datoteka: Koristi se za enkripciju pojedinačnih datoteka i mapa.
• Mrežna komunikacija: Koristi se u protokolima poput TLS/SSL i IPsec za enkripciju mrežnog prometa.
• VPN-ovi: Koristi se za enkripciju podataka koji se prenose putem VPN veza.
• Sigurnost mobilnih uređaja: Koristi se za enkripciju podataka pohranjenih na pametnim telefonima i tabletima.
• Pohrana u oblaku: Koriste ga pružatelji usluga pohrane u oblaku za enkripciju podataka pohranjenih na njihovim poslužiteljima.

Primjer: Multinacionalna bankarska korporacija, 'GlobalBank', treba osigurati milijune korisničkih transakcija dnevno. Koriste AES-256 za enkripciju svih transakcijskih podataka, kako u prijenosu tako i u mirovanju. To osigurava da čak i ako je baza podataka kompromitirana ili je mrežni promet presretnut, transakcijski podaci ostaju nečitljivi bez AES ključa. Banka koristi hardverski sigurnosni modul (HSM) za sigurno upravljanje i zaštitu AES ključeva, dodajući još jedan sloj sigurnosti.

RSA vs. AES: Ključne razlike

Ovdje je tablica koja sažima ključne razlike između RSA i AES-a:

Značajka	RSA	AES
Vrsta enkripcije	Asimetrična	Simetrična
Vrsta ključa	Javni i privatni	Jedan zajednički ključ
Brzina	Spora	Brza
Razmjena ključeva	Sigurna razmjena ključeva	Zahtijeva sigurnu distribuciju ključeva
Primarni slučajevi upotrebe	Razmjena ključeva, digitalni potpisi	Enkripcija podataka
Sigurnosna razmatranja	Ranjiv na neke napade ako nije ispravno implementiran; Veličina ključa je bitna	Distribucija ključeva je ključna; Teoretski ranjiv na napade grubom silom (ublaženo velikim veličinama ključeva)

Kombiniranje RSA i AES-a: Hibridna enkripcija

U mnogim stvarnim scenarijima, RSA i AES se koriste zajedno u hibridnoj shemi enkripcije. Ovaj pristup koristi prednosti oba algoritma.

Evo kako hibridna enkripcija obično radi:

1. Generira se nasumični simetrični ključ (npr. AES ključ).
2. Simetrični ključ se enkriptira pomoću primateljevog javnog RSA ključa.
3. Enkriptirani simetrični ključ i podaci kriptirani simetričnim ključem šalju se primatelju.
4. Primatelj dešifrira simetrični ključ pomoću svog privatnog RSA ključa.
5. Primatelj koristi dešifrirani simetrični ključ za dekripciju podataka.

Ovaj pristup pruža sigurnost RSA za razmjenu ključeva i brzinu AES-a za enkripciju podataka. To je najčešća metoda koja se koristi u sigurnosnim komunikacijskim protokolima poput TLS/SSL-a.

Odabir pravog algoritma

Izbor između RSA i AES-a ovisi o specifičnoj primjeni i sigurnosnim zahtjevima.

• Koristite RSA kada: Trebate sigurnu razmjenu ključeva ili digitalne potpise, a performanse nisu primarna briga.
• Koristite AES kada: Trebate brzo kriptirati velike količine podataka i imate siguran način za distribuciju simetričnog ključa.
• Koristite hibridnu enkripciju kada: Trebate i sigurnu razmjenu ključeva i brzu enkripciju podataka.

Najbolje sigurnosne prakse

Bez obzira na enkripcijski algoritam koji odaberete, važno je slijediti najbolje sigurnosne prakse:

• Koristite jake ključeve: Odaberite dovoljno velike veličine ključeva (npr. 2048-bitne ili 4096-bitne RSA ključeve, 128-bitne, 192-bitne ili 256-bitne AES ključeve).
• Sigurno upravljajte ključevima: Zaštitite svoje privatne ključeve i simetrične ključeve od neovlaštenog pristupa. Razmislite o korištenju hardverskih sigurnosnih modula (HSM) za pohranu ključeva.
• Ispravno implementirajte enkripciju: Slijedite najbolje prakse za implementaciju enkripcijskih algoritama kako biste izbjegli ranjivosti.
• Redovito ažurirajte softver: Redovito ažurirajte svoj softver i biblioteke kako biste zakrpali sigurnosne propuste.
• Koristite kriptografski siguran generator slučajnih brojeva (CSPRNG): Za generiranje ključeva i drugih nasumičnih vrijednosti.
• Razmotrite post-kvantnu kriptografiju: S razvojem kvantnih računala, postojeći enkripcijski algoritmi mogu postati ranjivi. Istražite post-kvantne kriptografske algoritme koji su otporni na napade kvantnih računala.

Budućnost enkripcije

Područje kriptografije se neprestano razvija. Razvijaju se novi algoritmi i tehnike za rješavanje novih prijetnji i poboljšanje sigurnosti. Post-kvantna kriptografija je posebno važno područje istraživanja, jer ima za cilj razviti enkripcijske algoritme koji su otporni na napade kvantnih računala.

Kako tehnologija napreduje, ključno je ostati informiran o najnovijim dostignućima u enkripciji i kibernetičkoj sigurnosti kako bi vaši podaci ostali sigurni.

Zaključak

RSA i AES su dva temeljna enkripcijska algoritma koji igraju vitalne uloge u osiguravanju podataka u današnjem digitalnom svijetu. Dok se RSA ističe u sigurnoj razmjeni ključeva i digitalnim potpisima, AES je poznat po svojoj brzini i učinkovitosti u enkripciji podataka. Razumijevanjem prednosti i slabosti svakog algoritma, te slijedeći najbolje sigurnosne prakse, možete učinkovito zaštititi svoje osjetljive informacije od neovlaštenog pristupa. Hibridne sheme enkripcije koje kombiniraju RSA i AES nude robusno rješenje za mnoge stvarne primjene, pružajući i sigurnost i performanse.

Ovaj vodič pruža solidne temelje za razumijevanje RSA i AES-a. Nastavite učiti i prilagođavati se stalno promjenjivom krajoliku kibernetičke sigurnosti kako biste održali snažan sigurnosni stav.

Dodatna literatura

• NIST Special Publication 800-57 - Recommendation for Key Management
• RFC 5246 - The Transport Layer Security (TLS) Protocol Version 1.2
• Cryptography Engineering by Niels Ferguson, Bruce Schneier, and Tadayoshi Kohno