Перейти к содержанию

Использована трансформация ECB для шифрования данных, превышающих размер блока

Описание

Режим ECB (Electronic Code Book) в блочном шифровании является одним из самых простых и наименее безопасных режимов. При использовании ECB каждый блок данных шифруется отдельно и независимо друг от друга, что приводит к сохранению повторяющихся шаблонов в шифротексте, если исходные данные имеют повторяющиеся блоки. Это делает шифрование уязвимым для статистического анализа и различных атак, особенно при шифровании данных, размер которых превышает размер одного блока.

Для блочных шифров, таких как AES, размер блока составляет 128 бит (16 байт). Если шифруется сообщение, которое превышает размер одного блока, то режим ECB оставляет статистические признаки, позволяя злоумышленникам распознать повторяющиеся блоки и восстановить исходное сообщение или получить доступ к его частям.

Пример использования режима ECB для шифрования данных:

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(plainTextData);

В этом примере используется режим ECB, который не обеспечивает достаточную безопасность при шифровании данных, размер которых превышает один блок.

Проблема

Использование AES в режиме ECB для шифрования данных, которые превышают размер одного блока, приводит к следующим уязвимостям:

  1. Статистическая уязвимость — Повторяющиеся блоки исходных данных приводят к одинаковым зашифрованным блокам. Это позволяет злоумышленникам увидеть закономерности в шифротексте и проводить атаки на основе анализа частоты блоков.
  2. Подмена блоков — Поскольку каждый блок шифруется независимо, злоумышленник может перетасовать или подменить блоки зашифрованного сообщения, что приведет к предсказуемым изменениям в расшифрованных данных.
  3. Отсутствие аутентификации — Режим ECB не обеспечивает аутентификацию данных, что делает шифрование уязвимым к атакам, связанным с подменой или модификацией данных.

Рекомендации

  1. Избегайте использования режима ECB: Никогда не используйте режим ECB для шифрования данных, особенно если размер данных превышает размер одного блока. Этот режим не обеспечивает защиту от анализа частоты и атак подменой блоков.

  2. Используйте более безопасные режимы шифрования: Предпочтительно использовать AES в режиме GCM (Galois/Counter Mode) или CBC (Cipher Block Chaining) с правильной реализацией. Режим GCM обеспечивает как шифрование, так и аутентификацию данных, защищая их от подмены, а режим CBC требует случайного вектора инициализации (IV), что делает шифрование более устойчивым к атакам.

    Пример безопасного использования AES в режиме CBC: 

    byte[] iv = new byte[16];
SecureRandom random = new SecureRandom();
random.nextBytes(iv);
IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5Padding");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, secretKey, ivSpec);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(plainTextData);

  3. Используйте уникальные и случайные векторы инициализации (IV): При использовании режима CBC всегда генерируйте случайные и уникальные векторы инициализации для каждого шифрования. Это обеспечивает уникальность зашифрованного текста даже для одинаковых исходных данных.

    Пример генерации случайного IV: 

    byte[] iv = new byte[16];
SecureRandom secureRandom = new SecureRandom();
secureRandom.nextBytes(iv);
IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(iv);

  4. Используйте режимы с аутентификацией: Для дополнительной защиты данных используйте режимы, которые поддерживают аутентификацию, такие как AES/GCM. Это поможет предотвратить подмену или изменение зашифрованных данных.

    Пример использования AES в режиме GCM: 

    Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
GCMParameterSpec gcmSpec = new GCMParameterSpec(128, iv);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, gcmSpec);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(plainTextData);

Дополнительные примеры

Пример небезопасного использования AES в режиме ECB для шифрования данных:

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(plainTextData);

Для обеспечения безопасности используйте AES в режиме GCM или CBC:

Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
GCMParameterSpec gcmSpec = new GCMParameterSpec(128, iv);
cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, keySpec, gcmSpec);
byte[] encryptedData = cipher.doFinal(plainTextData);

Ссылки

  1. https://www.baeldung.com/java-encryption-iv
  2. https://proandroiddev.com/secure-data-in-android-initialization-vector-6ca1c659762c
  3. https://medium.com/beautycoder/android-security-and-fingerprint-ef0f6f344888
  4. https://developer.android.com/training/articles/keystore
  5. https://medium.com/@josiassena/using-the-android-keystore-system-to-store-sensitive-information-3a56175a454b
  6. https://habr.com/ru/company/swordfish_security/blog/658433/
  7. https://habr.com/ru/company/swordfish_security/blog/664720/
  8. https://github.com/d0nutptr/Android-Security-Examples/blob/master/Cryptography/app/src/main/java/com/iismathwizard/cryptonote/Crypto.java
  9. https://github.com/flast101/padding-oracle-attack-explained/blob/master/oracle.py
  10. https://habr.com/ru/post/247527/?ysclid=l9wqtx7li4787340116
  11. https://en.wikipedia.org/wiki/Padding_oracle_attack
К началу