Apakah Pad Sekali Guna? Penjelasan Penyulitan dan OTP

Pad sekali guna (one-time pad) menyulitkan mesej dengan kunci rawak rahsia yang sekurang-kurangnya sepanjang mesej itu. Setiap penyulitan menggunakan bahan pad yang baharu. Jika syarat yang ketat dipenuhi, pemerhatian terhadap teks sifer tidak memberikan maklumat tambahan tentang mesej kepada penyerang.

Singkatan OTP juga boleh merujuk kepada kata laluan atau kod untuk log masuk. Pad sekali guna, OTP log masuk dan pautan yang hanya boleh dibuka sekali menyelesaikan masalah yang berbeza.

Syarat pad sekali guna yang sebenar

Untuk mesej n bit, binaan binari memerlukan n bit pad rahsia yang baharu:

• Pilih pad daripada taburan seragam: setiap kunci n bit mesti mempunyai kebarangkalian yang sama untuk dipilih.
• Janakannya secara bebas daripada mesej dan bahan pad yang lain.
• Rahsiakannya daripada pemerhati.
• Gunakan setiap bahagian pad untuk menyulitkan satu mesej sahaja. Jangan gunakan semula bahagian yang sama atau bertindih untuk penyulitan lain.

Andaian ini menjadi asas bukti keselamatan dalam bab pad sekali guna oleh Mike Rosulek. Frasa yang mudah diingati atau kunci yang berulang tidak memenuhi syarat tersebut.

Contoh XOR empat bit

XOR, yang ditulis sebagai ⊕, menghasilkan 0 apabila dua bit sama dan 1 apabila berbeza. Penyulitan menggabungkan mesej dengan pad; penyahsulitan menggunakan pad yang sama sekali lagi.

Dalam contoh ini, mesej ialah 1010, pad ialah 0110 dan teks sifer ialah 1100. Mengulangi XOR dengan pad yang sama membatalkan kesan pad. Contoh ini menerangkan matematiknya; pemesejan sebenar turut memerlukan pengurusan kunci yang selamat dan pengesahan.

Maksud sebenar kerahsiaan sempurna

Dalam makalah asal Claude Shannon, bahagian 10, kerahsiaan sempurna bermaksud mengetahui teks sifer tidak mengubah kebarangkalian yang diberikan oleh pemerhati kepada mesej yang mungkin dihantar.

Ini tidak mensyaratkan semua mesej sama berkemungkinan. Jika satu mesej yang sama panjang lebih munasabah sebelum teks sifer dilihat, mesej itu boleh kekal lebih munasabah selepasnya. Teks sifer tidak menambah bukti. Model panjang tetap yang biasa digunakan juga tidak menyembunyikan waktu komunikasi, pihak yang terlibat atau panjang mesej.

Mengapa penggunaan semula pad membatalkan jaminan itu

Jika dua mesej yang sama panjang menggunakan pad K yang sama, maka C1 = M1 ⊕ K dan C2 = M2 ⊕ K. Menggabungkan teks sifer dengan XOR membatalkan K:

C1 ⊕ C2 = M1 ⊕ M2

Penyerang mengetahui hubungan antara kedua-dua mesej. Ini tidak mendedahkan kedua-dua teks lengkap secara automatik. Namun, bahagian teks asal yang diketahui mendedahkan bahagian pad yang sepadan serta bahagian mesej yang satu lagi. Struktur yang boleh dijangka juga membantu penyerang menguji tekaan.

Batas praktikal di luar persamaan

Kedua-dua pihak mesti sudah berkongsi bahan pad rahsia yang mencukupi. Mereka perlu melindungi simpanannya, menyelaraskan kedudukan penggunaan dan memastikan bahagian yang telah digunakan tidak digunakan lagi. Jumlah kunci yang perlu diedarkan meningkat bersama jumlah maklumat yang dihantar; operasi XOR tidak menyelesaikan masalah pengedaran itu.

Pad sahaja tidak menyediakan integriti atau pengesahan pengirim. Mengubah satu bit teks sifer mengubah bit yang sepadan dalam hasil penyahsulitan tanpa amaran terbina dalam. Kerahsiaan sahaja tidak membuktikan siapa yang menghantar mesej atau sama ada mesej telah diubah.

Pad sekali guna, OTP log masuk dan pautan sekali lihat

Panduan alat pengesah NIST, bahagian 3.1.4, menerangkan OTP log masuk yang dijana menggunakan rahsia alat pengesah dan nilai masa atau pembilang. Kod ini digunakan untuk pengesahan, bukan sebagai pad untuk menyulitkan mesej.

Kedudukan LOCK.PUB

Pencipta memo yang dilindungi kata laluan di LOCK.PUB membolehkan perkongsian memo yang boleh dibuka semula; memo biasa bukan sekali lihat secara lalai. LOCK.PUB tidak melaksanakan pad sekali guna atau menyediakan penyulitan hujung ke hujung: pelayan memproses teks asal memo. Dasar akses sekali lihat ialah perkara yang berasingan. Dasar seperti itu menyekat pembukaan kandungan yang baharu selepas pembukaan berjaya dengan kata laluan yang betul; ia tidak memadam kandungan tersimpan atau menarik balik muat turun, tangkap layar dan salinan lain.

Untuk perkongsian praktikal, baca panduan memo rahsia. Panduan penyulitan teks dalam talian menerangkan perkara yang perlu difahami tentang penyulitan dan pemprosesan data oleh perkhidmatan apabila berkongsi teks.

Soalan lazim

Adakah pad sekali guna mustahil dipecahkan?

Skema yang ideal menyediakan kerahsiaan sempurna apabila semua andaiannya dipenuhi. Pad yang terdedah, bahagian yang digunakan semula, peranti yang diceroboh dan pengubahan mesej perlu dipertimbangkan secara berasingan.

Bolehkah benih pendek menghasilkan pad sebenar?

Penjana nombor rawak semu yang selamat boleh mengembangkan benih pendek menjadi topeng yang lebih panjang dan menawarkan keselamatan pengiraan berdasarkan andaian tertentu. Outputnya tidak bertaburan seragam merentasi semua rentetan yang lebih panjang, jadi ia tidak memberikan kerahsiaan sempurna seperti pad sekali guna.

Adakah “sekali guna” bermaksud mesej akan hilang?

Bagi pad, istilah itu merujuk kepada penggunaan kunci. Bagi pautan, ia merujuk kepada akses. Istilah itu sahaja tidak membuktikan pemadaman atau menghapuskan salinan yang sudah dibuat.