5. viikko, ma 27.9.1999

Kryptologia, kertaava kooste

Suuri osa varsinkin perinteisestä tietoturvasta on silti toteutettavissa ilman salakirjoitusta, mutta mitä enemmän tieto on pelkästään digitaalisessa muodossa ja mitä enemmän sitä siirretään tietokoneiden välillä, sitä enemmän tarvitaan salausta ja muita kryptograafisia toimintoja. Kaikissa niissä ei käytetä lainkaan avainta ja toisaalta on järjestelmiä, joissa yhteen suuntaan toimiva avain on hyödyllinen vasta julkaistuna. Tällöinkin toiseen suuntaan toimivan avaimen on pysyttävä salassa.

Sopivilla ja riittävän turvallisilla kryptograafisilla algoritmeilla ja niitä käyttäen rakennetuilla protokollilla voidaan luoda pohja useimpien tietoturvatavoitteiden toteuttamiselle, kunhan rakennetaan turvallinen implementaatio ja sille puolestaan turvallinen installaatio.

Kryptograafisten primitiivien luokittelu:

• avaimettomat:
  • tiivistefunktiot (hash functions; MD2, MD4, MD5, SHA, RIPE-MD). Perusidea: jos vastaanottaja laskee viestistä tiivisteen ja saa saman kuin lähettäjä uskottavasti väittää, niin viestiä ei ole matkalla muutettu.
  • (Yksisuuntaiset funktiot, jotka voivat olla bijektioita, mutta joita ei pystytä kääntämään, eli ei ole salaluukkua. Näitä ei ole käsitelty tällä kurssilla.)
  • satunnaisjonot, eli aidot satunnaisluvut, joita ei pysty ennustamaan edellisten perusteella (käytännössä taustalla oltava jokin fysikaalinen ilmiö).
• symmetrinen avain eli molempiin suuntiin sama :
  • symmetrisen avaimen salaus: lohkosalaus (block cipher, jota sovelletaan erilaisissa moodeissa; DES, IDEA, Skipjack, RC2, RC5, tuleva AES) ja vuosalaus (stream cipher; A5, RC4, SEAL, unixin crypt),
  • avaimelliset tiivistefunktiot (MAC:t eli message authentication codes): edellä mainitun eheyden lisäksi tässä vakuututaan myös viestin lähteen autenttisuudesta.
  • allekirjoitus (joka ei tosin takaa kiistämättömyyttä),
  • näennäissatunnaisjonot (pseudorandom sequences). Avaimena on siemenluku, jota ei saa paljastaa, mutta sitä ei tarvitse myöskään tallettaa.
  • yksilöintiprimitiivit (salasanatyyppiset, myös kertasalasanat).
• epäsymmetrinen, julkinen avain (oikeastaan julkisen avaimen ja salaisen avaimen muodostama pari):
  • salaus julkisella avaimella (yksisuuntaisen funktion laskeminen), purkaminen 1-suuntaisen funktion salaluukkua käyttäen eli vastaavalla salaisella avaimella, vain RSA on kommutatiivinen, muita: Rabin, ElGamal, McEliece, elliptisten käyrien kryptosysteemit);
  • allekirjoitus salaisella avaimella (yleensä vain tiiviste), todentaminen julkisella (vastaavat kuin edellä, mutta vain RSA toimii sellaisenaan) ;
  • yksilöintiprimitiivit (haaste-vastetyyppiset, erityisesti nolla-tietotodistus).

Murtaminen ja algoritmien turvallisuus

Esimerkiksi DES-algoritmia voidaan nykyään pitää heikkona, koska sen avain on vain 56-bittinen. Algoritmia sinänsä voi pitää onnistuneena, koska sitä on tutkittu "menestyksettä" erittäin laajasti alusta, eli 70-luvun puolivälistä asti.

Edellä sanotusta huolimatta ja toisaalta juuri sen vuoksi kryptoalgoritmin käyttäjän on syytä tuntea hyvin käsitteistö sekä algoritmien ja hyökkäysten perusluonne, jotta hän voi suhteuttaa käytäntöön algoritmien turvallisuutta koskevat tutkimustulokset - samoinkuin markkinahenkilöiden vakuuttelut tarjolla olevien menetelmien koetellusta turvallisuudesta.

Joka tapauksessa käytännön algoritmeissa, kerta-avaimen käyttöä lukuunottamatta, turvaudutaan laskennalliseen turvallisuuteen, mikä tarkoittaa sitä että järjestelmän murtaminen tehdään hyvin työlääksi, mutta ei kuitenkaan mahdottomaksi.

Yksi tärkeä luokitus on sen mukaan, millaisin oletuksin algoritmit tarjoavat laskennallista turvallisuutta, eli kuinka voimakkaan vastustajan ne kestävät. Lähtökohtana on, että vastustaja tuntee algoritmin ja hänellä on salatekstiä, jonka hän haluaisi purkaa. Vastustajan voimakkuutta kuvaa se, mitä muuta hän tietää:

1. vain salateksti
2. tunnettu selväteksi: edellisen lisäksi vastustajalla on selväteksti-salateksti pareja (samalla avaimella salattuja kuin purettavakin teksti).
3. valittu selväteksti: vastustaja saa haltuunsa em. pareja joissa hän on voinut valita selvätekstin: hän on siis jotenkin pystynyt syöttämään salausalgoritmin läpi haluamiaan selvätekstejä vaikka ei tunnekaan avainta. Voimakkaammassa (ns. adaptiivisessa) versiossa hän pystyy aiempien tulosten perusteella valitsemaan uusia selvätekstejä.
4. valittu salateksti: kuten kohdassa 2, mutta vastustaja voikin valita salatekstin. Tehtäväksi tyypillisesti muodostuukin avaimen ratkaiseminen. Tilanne liittyy lähinnä julkisen avaimen systeemeihin.
5. valittu teksti: edelliset kohdat yhdessä.

Krypto"sosiologiaa"

Yksi keskeinen käsite rajoitettaessa kryptosysteemejä on key escrow, joka tarkoittaa eräänlaista avainten pakkoluovutusta. Sanasto suomentaa tämän yleis- tai vara-avainjärjestelmäksi. Sen mukaan kyseessä on:

"Viranomaisille jätettävä mahdollisuus tarvittaessa esim. oikeuden päätöksellä saada haltuunsa käyttäjän salakirjoittamiseen käyttämä salainen avain ja tulkita tämän tuottama salakirjoitus (”valtiohakkerismi”). Tämä edellyttää salaisten avainten tallettamista jonkun luotetun osapuolen haltuun, josta esimerkiksi poliisi voi sen tarkoin määritellyissä tilanteissa saada käyttöönsä. Esitys on syntynyt USA:ssa ja sitä on perusteltu mm. tarpeella kuunnella vakavista rikoksista epäiltyjen puhelinkeskusteluja. Euroopassa ainakin Ranska pyrkii samaan ratkaisuun.

Pohjoismaissa Key escrow -periaate ei ole saavuttanut kovin laajaa hyväksyntää perusteluna mm. se, että tarvittava salakirjoitustekniikka joka tapauksessa on saatavilla ja sen avulla periaatteessa kuka tahansa voi toteuttaa virallisen valvonnan ulkopuolella oman vahvan salakirjoitusjärjestelmänsä.

Suomessa viranomaisilla eikä siten muillakaan ole yleistä salauksen tulkintamahdollisuutta eli ei ole ”salakuunelumahdollisuutta” algoritmien ratkaisemattoman elinkaaren aikana. Salaisista avaimista ei näin ollen pääsääntöisesti jää kopioita minkään ulkopuolisen tahon haltuun.

Tästä pääsäännöstä saattaa olla kuitenkin tarvetta poiketa esim. organisaatiokohtaisesti rooliin liittyvän identiteetin kohdalla tai elvytyspalveluiden mahdollistajana."

LUE: Tiveken sivuilla on esitelty toteutusta.

Patentit. Yksi rajoitus salausteknologian käytölle muodostuu tietysti patenteista, jotka estävät myös algoritmien vapaata käyttöä. USA:n patentit ovat voimassa 20 vuotta hakemuksen jättämisestä ja 17 vuotta myöntämisestä. Niitä myönnetään löyhemmin perustein kuin Euroopassa, vrt. kriittinen tutkielma. Esimerkiksi RSA on patentoitu USA:ssa vuonna 1983, mikä merkitsee että vuoden 2000 syyskuuhun asti kaupallinen käyttö edellyttää lisenssimaksuja. Ei-kaupallisiin tarkoituksiin, mutta vain USA:ssa ja Kanadassa voi sen sijaan käyttää vapaasti saatavaa C-kielistä RSAREF-kirjastoa.

Vapauksista. Mitä sitten tarkoittaa vapaasti saatava? Ohjelmistojen eritasoiseen vapauteen liittyviä käsitteitä on esitelty GNU-sivuilla, mm.

• Public domain = ei tekijänoikeuksien sitoma (mutta voi muuttua sellaiseksi muuntelun seurauksena).
• Shareware: saa kopioida ja koekäyttää mutta käytön jatkaminen edellyttää lisenssimaksua.

Vientirajoituksista: Monissa maissa kryptologia rinnastetaan aseteknologiaan ja siitä aiheutuu salaustuotteita koskevia vientirajoituksia. Pelkästään allekirjoitukseen tai eheyden todistamiseen sopivilla tuotteilla on lievempi kohtelu. Tunnetuin rajoitus koskee yhdysvaltalaista teknologiaa: USAsta ei saa viedä salausjärjestelmiä, jotka käyttävät yli 40 bitin mittaista symmetristä avainta tai yli 512 bitin mittaista julkista avainta. Jos yhdysvaltalainen yritys haluaisi vientilisenssin vaikkapa DES:iin, jossa avain on 56-bittinen, sen pitää sitoutua luomaan key escrow-järjestelmä. Jos taas tällainen järjestelmä on valmiina, rajoituksia avaimen pituuden suhteen ei aseteta.

Tietosuoja

Harjoitus: Miten hyvin edellä sanottu pätee Suomeen ja millaisia tietolähteitä voidaan käyttää hyväksi?

Seittiselaus jättää seuraavanlaisia jälkiä palvelimeen, josta jotain dokumenttia on haettu:

• käyttäjän koneen IP-osoite;
• selaimen tyyppi;
• haettu sivu;
• aika jolloin haku on tehty.

Jotkin www-palvelut edellyttävät käyttäjiltä rekisteröitymistä. Tällaisissa tapauksissa pitäisi käyttäjille tehdä selväksi, millaisiin tarkoituksiin heidän antamiaan tietoja voidaan käyttää. Tätä ei suurin osa palveluista tee. Lisäksi lapsilta ei saisi kysellä henkilökohtaisia ilman, että heitä kehotetaan pyytämään vanhemmilta lupa. Vielä parempi olisi, jos palvelu kertoisi tiedot myös vanhemmille (ja varoittaisi tästä tietenkin etukäteen).

Yleinen ero Yhdysvaltain ja Euroopan välillä on se, että täällä pitää yleensä olla aktiivinen, jos haluaa listoille ("opt-in") ja USA:ssa pitää erikseen ilmoittaa, jos ei halua ("opt-out").

"Cookie" eli pipari on tietue, jollaisen tietyt palvelut lähettävät selaimelle ja jonka selain tallettaa muiden vastaavien jatkoksi. Seuraavalla kerralla palvelin saa selaimelta edellisen kerran tiedon ja voi siten valita uusia mainoksia, räätälöidä palvelua asiakkaan mieltymysten mukaan, jatkaa ostoskorin täyttämistä tai yksinkertaistaa mahdollista kirjautumista. Selain ei annan millekään palvelimelle tietoa muiden palvelimien pipareista eikä pipareiden kautta pääse käsiksi selaimessa oleviin muihin tietoihin. Pipareista on tästä huolimatta ollut paljon hälyä. Ne ovat kuitenkin vaarattomia, lukuunottamatta mahdollisesti niitä vaaroja, joita voi koitua siitä, mitä ne tehtävänsä mukaisesti kertovat palvelimelle (ja sen kautta ehkä sen asiakkaille!) saman käyttäjän aiemmasta toiminnasta ja mitä ne kertovat jollekin kolmannelle taholle, esim. saman mikron käyttäjälle, joka pääsee näkemään ne.

Seuraavantyyppisillä järjestelmillä voidaan estää palvelinta saamasta selville lähettäjän Internet-osoitetta:

• Anonymizer-palvelu lähettää HTTP-pyynnön verkkoon käyttäjän puolesta.
• Crowds on järjestelmä, jossa käyttäjä lähettää HTTP-pyynnön palvelimelle usean Crowds-ohjelmaa ajavan käyttäjän joukon avulla. Pyyntö forwardoidaan tämän joukon satunnaisesti valitulle jäsenelle siten, ettei kukaan jäsenistä eikä palvelin tiedä, mistä pyyntö tuli. Ensimmäinen vaihekin on ikäänkuin forwardointi: sen lähettää selaimen kanssa samassa laitteessa toimiva "jondo", jolla on tietty todennäköisyys forwardoida palvelimelle lähettämisen sijasta. Palvelimen vastaus kulkee samaa polkua takaperin jondolta jondolle, kunnes selain saa.
• Sipulireititys (Onion Routing) on toinen järjestelmä, jossa käyttäjän ei tarvitse luottaa mihinkään kolmanteen osapuoleen. Siinä HTTP-pyyntö lähtee eräänlaisena sipulina josta sipulireitittimet kuorivat eli dekryptaavat kukin yhden kerroksen sipulissa olevan reseptin avulla. Palvelimen saadessa pyynnön siinä näkyy vain viimeisen reitittimen IP-osoite.

• Lucent Personalized Web Assistance, LPWA, on keinonimeämispalvelu (pseudonyymiagentti). Siinä valtuutettu palvelin (proxy) keinonimeää kauttaan kulkevat HTTP-pyynnöt, jokaiseen kohteeseen eri nimiseksi mutta samaan kohteeseen aina samaksi.

Suomen tietosuojalainsäädäntöön ja sitä selittäviin ohjeisiin voi tutustua tietosuojavaltuutetun sivuilla.

LUE: tietosuojasta TIVEKEn sivuilta: tietoverkkoliikennöinnistä syntyvät jäljet, cookie-tiedostot, palveluun kirjautuminen, rekisterit ja lokitiedostot.

Henkilöstö

Seuraava teksti perustuu kirjan "Terveydenhuollon tietoturvan ja tietosuojan toteutuksen hyviä käytäntöjä" esittelysivuun. Sivulta löytyy mm. kirjan n. 13-sivuinen (!) tiivistelmä, joka sisältää toimenpidelistoja myös muilta tietoturvan osa-alueilta.

Henkilöstöturvallisuustoimenpiteet ulottuvat vakinaisesta ja tilapäisestä henkilökunnasta myös vierailijoihin sekä ulkopuolelta ostettuihin paveluihin. Henkilöiden tehtävämäärittelyissä tulee määritellä myös tietoturvaan liittyvät oikeudet, velvollisuudet ja vastuut. Lisäksi pitää muistaa, että

• jokainen on osaltaan vastuussa tehtäviinsä liittyvästä tietoturvasta ja siihen liittyvästä luottamuksellisuudesta, joka mainitaan jo työsopimuksessa ja toimenkuvassa,
• uudelle työntekijälle annetaan hänen tehtäväänsä vastaavat käyttöoikeudet sekä perehdytetään hänet toimimaan organisaation tietoturvaperiaatteiden mukaisesti.
• toiminnan kannalta keskeiset tehtävät ja vastuut jaetaan eri henkilöille,
• tietoturvallisuusasioihin perehtyminen ja osaamisen ylläpito järjestetään,
• kriittisten tehtävien tehtäväkuvaukset dokumentoidaan niin, että joku toinen pystyy niiden avulla suorittamaan ko. tehtävän,
• asiantuntevien varahenkilöiden määrittely ja kouluttaminen hoidetaan,
• käyttöoikeuksien määrittely toteutetaan kullekin henkilölle työtehtävien, ei organisaatioaseman mukaan.
• tietoturvallisuushäiriöiden rekisteröinnistä, raportoinnista ja selvittämisestä huolehditaan,
• työsuhteen päätyttyä huolehditaan, että henkilö palauttaa avaimet, henkilötunnisteet ja henkilökortin, joka hävitetään sekä henkilön käyttöoikeudet poistetaan.

Valvontaa ja huolenpitoa. Henkilökunta (ja varsinkin vierailijat) voidaan varustaa näkyvin henkilötunnistein, tai mahdollisesti sellaisin, jotka paikasta toiseen siirryttäessä automaattisesti havaitsevat ja tunnistavat tulijan. Keskuskoneiden ja konsolien äärelle on pääsy vain käyttöhenkilöstöllä ja työasemille vain niillä jotka niitä tarvitsevat. Ainakin näihin tiloihin on syytä järjestää kulunvalvonta, jonka perusteella voidaan tietää kuka ja milloin siellä on käynyt! Joissakin yhteyksissä voidaan käyttää kameravalvontaakin, mutta tätä suositellaan välttämään (ks. tietosuojavaltuutetun sivulta)

Työntekijöiden voi olla tarpeen valvoa muillakin tavoin esimerkiksi seuraamalla heidän sähköpostiansa, tiedostojansa tai seittiselaustaan. Pääasiassa tällainen toiminta johtuu (ehkä perustellusta ja yleisestä) epäluottamuksesta työntekijää kohtaan, mutta merkitys voi olla laajempi. Voidaan myös tulkita niin, että työntekijää samalla opastetaan ja patistetaan noudattamaan tietoturvapolitiikkaa. Näin on vaikkapa sähköpostin salauksen ja tiedosto-oikeuksien asettamisen osalta. Lisäksi vaikutuksena voi olla huolenpito: Työntekijäkin voi nimittäin joutua hyökkäyksen kohteeksi: tätä voi olla esim. lahjonta, uhkailu, kiristys tai "miellyttävämpi" social engineering, joilla kaikilla voi olla tavoitteena jokin tietoon kohdistuva luvaton toimi.