Ce este un one-time pad? Criptarea și OTP explicate

Un one-time pad, numit și cifru cu cheie de unică folosință, criptează un mesaj folosind o cheie secretă aleatorie cel puțin la fel de lungă ca mesajul. Fiecare criptare necesită material de cheie nou. În condiții stricte, observarea textului cifrat nu îi oferă unui atacator nicio informație suplimentară despre mesaj.

Abrevierea OTP poate însemna și o parolă sau un cod de autentificare de unică folosință. Un one-time pad, un cod OTP pentru autentificare și un link care se deschide o singură dată rezolvă probleme diferite.

Condițiile unui one-time pad autentic

Pentru un mesaj de n biți, construcția binară necesită n biți secreți noi de cheie:

Cheia se alege uniform: fiecare cheie de n biți trebuie să aibă aceeași probabilitate de a fi selectată.
Se generează independent de mesaj și de celelalte materiale de cheie.
Se păstrează secretă față de observator.
Fiecare segment al cheii se folosește pentru criptarea unui singur mesaj. Segmentele care se suprapun nu se reutilizează niciodată pentru o altă criptare.

Aceste ipoteze stau la baza demonstrației de securitate din capitolul lui Mike Rosulek despre one-time pad. O frază ușor de memorat sau o cheie repetitivă nu le îndeplinește.

Un exemplu XOR pe patru biți

XOR, notat ⊕, produce 0 când cei doi biți sunt identici și 1 când diferă. Criptarea combină mesajul cu cheia; decriptarea aplică din nou aceeași cheie.

Etapă	Operație	Rezultat
Criptare	`1010 ⊕ 0110`	`1100`
Decriptare	`1100 ⊕ 0110`	`1010`

Aici mesajul este 1010, cheia este 0110, iar textul cifrat este 1100. Repetarea operației XOR anulează cheia. Exemplul ilustrează calculul matematic; comunicarea reală necesită și gestionarea sigură a cheilor și autentificare.

Ce înseamnă de fapt confidențialitatea perfectă

În secțiunea 10 a lucrării originale a lui Claude Shannon, confidențialitatea perfectă înseamnă că aflarea textului cifrat nu schimbă probabilitățile pe care observatorul le atribuie mesajelor.

Acest lucru nu presupune ca toate mesajele să fie la fel de probabile. Dacă un mesaj de aceeași lungime era mai plauzibil înainte, poate rămâne mai plauzibil și după aceea. Textul cifrat nu aduce dovezi suplimentare. Modelul obișnuit cu lungime fixă nu ascunde nici momentele comunicării, participanții sau lungimea mesajului.

De ce reutilizarea cheii anulează garanția

Dacă două mesaje de aceeași lungime folosesc aceeași cheie K, atunci C1 = M1 ⊕ K și C2 = M2 ⊕ K. Combinarea textelor cifrate anulează K:

C1 ⊕ C2 = M1 ⊕ M2

Atacatorul află o relație între mesaje. Aceasta nu dezvăluie automat ambele texte complete. Totuși, un segment cunoscut de text în clar expune segmentul corespunzător de cheie și aceeași parte din celălalt mesaj. O structură previzibilă îl poate ajuta pe atacator să verifice presupuneri.

Limite practice dincolo de ecuație

Ambele părți trebuie să aibă deja în comun suficient material secret de cheie. Ele trebuie să îl protejeze la stocare, să sincronizeze pozițiile de utilizare și să împiedice reaplicarea segmentelor deja folosite. Necesarul de chei de distribuit crește odată cu volumul informației transmise; operația XOR nu rezolvă această problemă.

O cheie de unică folosință nu asigură singură nici integritatea, nici autentificarea expeditorului. Schimbarea unui bit din textul cifrat schimbă bitul corespunzător după decriptare, fără un avertisment integrat. Confidențialitatea singură nu poate stabili cine a trimis mesajul sau dacă acesta a fost modificat.

One-time pad, cod OTP și link cu o singură vizualizare

Termen	Scop	Sensul expresiei „de unică folosință”
One-time pad	Criptarea conținutului unui mesaj	Materialul de cheie se folosește la o singură criptare
Cod OTP pentru autentificare	Dovedirea posesiei unui autentificator	Un cod generat este acceptat o singură dată cât timp este valabil
Link cu o singură vizualizare	Limitarea accesului printr-un serviciu	După o deblocare reușită, noile dezvăluiri sunt blocate

Ghidul NIST pentru autentificatori, secțiunea 3.1.4 descrie coduri OTP generate folosind un secret al autentificatorului și o valoare de timp sau un contor. Acestea servesc la autentificare; nu sunt chei one-time pad pentru criptarea mesajelor.

Unde se încadrează LOCK.PUB

Nota protejată prin parolă din LOCK.PUB este o notă standard care poate fi deschisă din nou; nu este limitată implicit la o singură vizualizare. Nu implementează one-time pad și nu oferă criptare de la un capăt la altul: serverul procesează textul în clar al notei.

Limita de o singură vizualizare este o politică de acces separată. Când este aplicată, o deblocare reușită cu parola blochează noile dezvăluiri. Aceasta nu șterge conținutul stocat și nu retrage descărcările, capturile de ecran sau alte copii deja realizate.

Pentru partajarea în practică, citește ghidul notelor secrete. Ghidul criptării textului online explică modul în care funcționează partajarea textului protejat prin parolă.

Întrebări frecvente

Este imposibil de spart un one-time pad?

Schema ideală oferă confidențialitate perfectă dacă sunt respectate ipotezele sale. Cheile expuse, segmentele reutilizate, dispozitivele compromise și modificarea mesajelor necesită o analiză separată.

Poate o sămânță scurtă să producă o cheie one-time pad autentică?

Un generator pseudoaleator sigur poate extinde o sămânță scurtă, numită și seed, într-o mască mai lungă, oferind securitate computațională sub anumite ipoteze. Rezultatul său nu este distribuit uniform pe mulțimea tuturor șirurilor mai lungi, deci nu oferă confidențialitatea perfectă a unui one-time pad.

„De unică folosință” înseamnă că mesajul dispare?

În cazul unui one-time pad, expresia descrie utilizarea cheii. În cazul unui link, descrie accesul. Niciunul dintre termeni nu dovedește singur ștergerea mesajului și nu elimină copiile făcute deja de cineva.