Životní cykly a kryptografie

Podvědomě tušíme souvislosti se stářím vybavení, jeho spolehlivostí a obecnou bezpečností. Na druhou stranu je obtížné si uvedený problém představit v oblasti kryptografie a tyto dopady vývoje přijmout. Zajímalo mne, jak vůbec je možné nad uvedenými životními cykly uvažovat, jaký mají vliv na bezpečnost, případně jaké vztahy jsou mezi životními cykly kryptografie a dalších aplikací nebo služeb. Cílem je jednak pochopení motivací udržet stávající řešení, dále dopady prodlužování na technologický dluh a nakolik může přístup za pomoci kryptoagility uvedené problémy řešit. Tato série článků se snaží sumarizovat přičiny, které překáží pravidelné a hlavně rychlé obměně kryptografie, stejně jako poskytnout přehled důvodů. Pokud důvody těchto problémů známe, jsme schopni je zvážit a odpovídajícím způsobem se rozhodnout.

Motivace pro řízení kryptografie

První věc, která napadne kohokoliv v případě šifrování? Data se šifrují pro zajištění důvěrnosti. To vychází z bezpečnostní triády CIA (Confidentiality, Integrity, Availability). Ale zajištění důvěrnosti neřeší motivaci pro řízení kryptografie. To ovlivněno následujícími příčinami.

• Minimalizace nákladů. Migrace kryptografie z jednoho algoritmu na druhý je drahá, mohou se vyskytnout implementační či architekturní problémy, způsobené neznalostí. Ochrana před těmito náklady bohužel vede na legacy kompatibilitu, vytvářející kryptografický dluh.
• Minimalizace rizika. Stejně jako v předchozím bodu, i zde migrace kryptografie vytváří rizika. Stejná, jako používání zastaralé kryptografie. Příliš nové a příliš staré algoritmy mohou mít slabiny či vedlejší efekty, proto je snahou používat pouze ty odzkoušené. Bohužel nevhodné řízení rizik zpravidla vede k reputačnímu nebo právnímu problému. Je totiž ovlivněno hrozbami a mají na něj vliv případné útoky.
• Výkon algoritmů a jejich latence, která ovlivňuje jejich použitelnost. Jakákoliv kryptografie, ať se jedná o šifrování, zajištění integrity nebo autenticity vede k omezením. Tato omezení mohou být technického nebo ekonomického rázu, mají vliv na provoz a ovlivňují rozhodování o přechodu. Tomuto problému se chci věnovat v samostatném článku, jedná se o zcela specifický problém.
• Compliance, tedy soulad se standardy. Paradoxně v současnosti mohou být regulace silnější důvod než vlastní technické důvody. Příkladem mohou být CRA, DORA, eIDAS2, PSD2, HIPAA, NIS2, PCI-DSS, PSD2 … a další

Stejně jako u zastaralých technologií, kde vzniká technologický nebo bezpečnostní dluh, i u kryptografie se objevuje podobná situace. Bohužel je také často přehlížená a opomíjená. Vůbec nejsilnějším motivem je nebo spíše by mělo být odstranění kryptografického dluhu. Čím déle se odkládá migrace, tím rychleji roste riziko a tím dražší je přechod. Největším rizikem tedy není slabá kryptografie. Na prvním místě je lpění na starých technologiích, tedy stagnace. Ta zvyšuje riziko a vlastně i náklady. Proto je jediným použitelným řešením řízení kryptografie, kryptoagilita. Z technologického pohledu to znamená navrhovat systémy s oddělením algoritmů od logiky, používat abstraktní vrstvy (oddělení knihoven) a další potřebná rozšíření, včetně řízení pomocí politik.

Životní cyklus kryptografie

Odhady životního cyklu kryptografie je možné založit na datech o minulých algoritmech a jejich úspěšnosti. To znamená době nasazení, délce podpory ve standardech a kryptografických knihovnách. Bohužel, na základě těchto informací je velice obtížné odhadovat budoucí vývoj a životní cykly pro kryptografii odolnou kvantovým počítačům. Z tohoto důvodu se jedná spíše o popis aktuální situace než obecná pravidla, pro nalezení pravidelných vzorů je bohužel k dispozici málo dat. Životnost uváděná v tabulce odpovídá u algoritmů největším, prakticky použitelným klíčům. Tato hodnota ale postupně vzrůstá, v současnosti se pro symetrické algoritmy jedná o 256b a pro asymetrické jako je RSA o 3072b.

Do hry bohužel vstupují ještě další nepříjemné vlivy. Pokud narůstá potřeba migrace kryptografických algoritmů, zpravidla je to v době, kdy také postupně narůstá také kryptografický dluh. Výměna algoritmů a protokolů totiž v současnosti trvá mezi 10 a 15 lety. A to nejenom v případě ukončení morální, ale i v případě ukončení technické životnosti. To je časový interval, nad kterým zůstává rozum stát. Zaklínání se zpětnou kompatibilitou, neochotou zákazníků migrovat nebo nedostatečnou podporou výrobců pak zvyšuje rizika až do absurních hodnot. Přesto všechny tyto dostupné informace je stále možné v maticích rizik najít pro technicky zastaralé protokoly nebo algoritmy hodnocení typu „low“ nebo „low to medium“ risk. V takovém případě se jedná o hrubé podcenění nastalé situace.

Aby se problém ještě prohloubil, je nutné přemýšlet i nad chováním útočníků. Vzhledem k vývoji v oblasti umělé inteligence, podporující rychlost programování, se každý rok zkracuje doba potřebná pro tvorbu exploitů. Tyto nástroje se navíc komplikují a dovolují podstatně větší možnosti zneužití. Pro rok 2026 by měla být doba tvorby takového nástroje kratší než jeden den (již překonáno). Příští rok se odhaduje doba kratší než 1 hodinu. Tímto tempem by se další rok při stejném trendu mohla dosáhnout doba kratší než 10 minut. Proti tomu je interval výměny kryptografických algoritmů 10 až 15 let zcela neuvěřitelný. Přechod na kryptografii odolnou proti kvantovým počítačům má přinést zvýšení bezpečnosti dat. Nové algoritmy jsou tvořeny s tímto účelem. Pro pochopení funkčnosti vyžadují hluboké znalosti matematiky a zde se zároveň skrývá poslední skupina problémů. Jednak tu je implementační problém, vyžadující, aby programátor pochopil principy algoritmu a jeho omezení. V jiném případě bude implementace pravděpodobně trpět problémy, které mohou vést k dopadům na důvěrnost a integritu dat. Dnes je největším problémem ne algoritmus, ale jeho implementace. Dalším, více skrytým problémem je vývoj matematiky. To, že v současnosti neznáme postupy útoků proti těmto algoritmům nevylučuje možnost nalezení nové zranitelnosti. Pravděpodobnost je tu nízká, ale ta možnost tu stále je. A na uvedené problémy musí být vlastníci připraveni.

Kryptografický dluh a co s ním?

Co vlastně znamená kryptografický dluh? Jedná se o situaci, kdy aktualizace protokolů, algoritmů a dalších komponent systému zaostává za realitou. Tedy, není správa životních cyklů kryptogracických algoritmů a klíčového materiálu. Chybí znalost závislostí mezi komponentami, případně chybí přehled komponent, tedy nedostatečná inventura. Tedy jakákoliv reakce na změny je pomalá, měřitelná v měsících až letech. Důvodem vzniku tohoto dluhu jsou zpravidla náklady na migraci. Ta vyžaduje náklady spojené s hodnocením situace, rozhodnutí o míře dopadů, to vše sečtené spolu s náklady na vlastní změnu. Paradoxem migrace je situace, kdy nejčastějším důvodem pro odložení rozhodnutí o změně je požadavek na zpětnou kompatibilita vůči klientům. Konec konců, klient vždy platí provoz organizace. Ale v této situaci vlastně nechráníme všechny klienty, protože by jsme jich část nemuseli chránit. To je přímo v rozporu s principy bezpečnosti. Nedostatečná aktualizace protokolů a algoritmů vytváří větší "attack surface", prostředí bohaté na cíle. Tedy akceptuje větší rozsah hrozeb, sníženou podporu a za určitých podmínek zcela nedostatečné možnosti konfigurace. Třešničkou na dortu celého problému je následnáy, téměř exponenciální nárůst nákladů na migraci. Ten dokáže organizaci v neaktualizovatelném stavu takzvaně zabetonovat.

Nedostatečný rozvoj ale také přináší problém se znalostmi. Ty v takovém prostředí zpravidla zaostávají za realitou. Jedná se o rozsah odpovídajících znalostí jak u odpovědných osob, tak u uživatelů. Důvod je jednoduchý. Používání zastaralých algoritmů, které mají omezené způsoby ověření důvěrnosti, integrity a autenticity dat je nejenom ohrožení schopnost chránit data. Jedná se i ohrožení rozvoje znalostí, které ohrožují další evoluci stejným způsobem, jako nedostatek financí. Nedostatečné znalosti vedou k chybným rozhodnutím. A chybná rozhodnutí mohou způsobit odčerpání prostředků ve formě pokuty a penalizací, případně ztráty zakázek. V takovém případě se omezené prostředky dále ztenčí, případně se omezí cash-flow.

Odstranění tohoto typu technologického dluhu vyžaduje nejenom znalosti a nemalé úsilí, ale také odpovídající finanční náklady. Protože se jedná o opakované činnosti, je vhodné je podpořit vnitřními pravidly. Pravidla se ale musí opírat o správu zdrojů (Asset Management) a jejich monitoring. Pokud má organizace viditelnost jednotlivých komponent, zná jejich současnou konfiguraci a vyžaduje odpovídající standardizované sady přehledů (Bill of Materials), je možné náklady díky zjednodušení řízení výrazně snížit.

Podmínkou uvedeného přístupu je také „zdvořilý" přístup výrobců ke kryptografii. Ta by měla být oddělena abstraktní vrstvou, zcela nezávislá na logice systému. Kryptografické moduly by měly být snadno zaměnitelné a měly by mít k dispozici standardizované popisy (CBOM – Cryptography Bill of Materials). Výměna podpůrných modulů nebo změna konfigurace tak nesmí být práce na několik let, měla by to být otázka minut.

Mimo uvedené podmínky je nutné řešit i otázku řízení v organizaci. Tedy, kdo je odpovědný za migraci, kdo nese riziko technologického dluhu, jaké role jsou k tomu potřeba (kryptolog, architekt ...) a jaké procesy tyto změny zastřešují. Zároveň s tím je vhodné definovat kryptopolitiku, která definuje životní cyklus algoritmů. Stejně tak musí být popsán životní cyklus klíčového materiálu a jeho bezpečnostní klasifikace. Jedná se tedy o jistou formalizaci postupů, která má smysl hlavně v případě větších organizací.

Pokračování příště

Pokračování životních cyklů se bude řešit měření kryptografického dluhu a důsledkům v řízení a obsluze tohoto dluhu. Součástí tohotu přehledu není životní cyklus kryptografického materiálu, ani otázka migrace na kryptografii odolnou kvantovým počítačům. Těmto tématům se věnují jiné články.

Autor článku:

Jan Dušátko

Jan Dušátko se počítačům a počítačové bezpečnosti věnuje již skoro čtvrt století. V oblasti kryptografie spolupracoval s předními odborníky např. s Vlastimilem Klímou, či Tomášem Rosou. V tuto chvíli pracuje jako bezpečnostní konzultant, jeho hlavní náplní jsou témata související s kryptografií, bezpečností, e-mailovou komunikací a linuxovými systémy.