Pod simetricnom kriptografijom se podrazumeva sistem za sifrovanje koji koristi isti kljuc i za sifrovanje i za desifrovanje.

Dve vrste sifarskih sistema:

• Protocni
• Blokovski

Protocni sistemi

uglavnom se koristi random generator i sabiranje po modulu dva ili xor

drugi nacin je da se random dogovore za kljuc koji je duzine iste kao poruka i da se to iskoristi (mana dug kljuc koji treba razmeniti, kljuc ne sme da se ponavlja)

zasto je lose da se ponovi isti kljuc vise puta

random generator treba da ima dobre osobine:

• veliki period
• pseudo random osobine - treba da prolazi neke testove za random brojeve (NIST SP 800‑22 testovi)
• treba da ima veliku linearnu slozenost
• ovi uslovi nisu dovoljni
• generalno treba da ako neko zna prvih milijardu bitova generisanih, verovatnoca da pogodi sledeci bit ne bude veca od 50%

primeri: RC4(probijena), A5(teorijski probijen ali se koristi), chacha20

Blokovski sistemi

sifruje blokove u blokove i koristi isti kljuc za sifrovanje i desifrovanje

padding- ako poruka nije odgovarajuce duzine

-PKCS#7 padding(Public Key Criptography Standards #7) - ako treba dopuniti poruku sa 5 bajta svaki bajt ima vrednost 5 odnosno poruka se dopunjava sa 5 bajta 0x05, ako je duzina poruke vec deljiva sa duzinom bloka, dodaje se jos jedan blok gde svi bajtovi imaju vrenost duzine bloka

DES (data encription standard)

Prvi standard, zastareo ne koristi se vise u izvornom obliku, koristi se trostruki des(sa dva ili tri kljuc- nije mnogo sigurniji sa tri nego sa dva, a lakse je razmeniti dva kljuca od tri) Meet In The Middle napad za dvosturki des

AES

AES (advanced encription standard) je blokovska sifra koja sifruje blok od 128 bita u blok od 128 bita, koristeci kljuc duzine 128,192 ili 256 bita. Sifrovanje i desiforvanje se odvija u rundama, u zavisnosti od duzine kljuca imamo razlicit broj rundi 10,12 ili 14

openssl enc -aes-256-cbc -out proba.txt
openssl enc -d -aes-256-cbc -in proba.txt 

Modovi za blokovske sifre

Da bi blokovske sifre mogle da sifruju dugacke tekstove koristite se razliciti modovi:

• ECB - electronic codebook
• CBC - cipher block chaining
• CTR - counter mode
• GCM - Galois counter mode (jedan od koriscenijih modova)
• XTS - xor-encrypt-xor-based tweaked codebook mode with ciphertext stealing(cisto ilustracija da postoji mnogo modova)

ECB

Ovo je kao da imamo zapravo n posebnih poruka, svaka se sifruje posebno i salje odnosno

• sifrovanje: c_i = E_k(m_i)
• desifrovanje: m_i = D_k(c_i)

Prednosti: najlaksi za implementaciju, moguca paralelizacija, otpornost na greske Mana: isti blokovi se sifruju u iste blokove, pokazi Tuxa

def encrypt(key: bytes, message: bytes) -> bytes:
  blocks = bytes_to_blocks(message)
  ciphertext = bytes()
  for block in blocks:
    ciphertext += encrypt_block(key, block)
  return ciphertext

def decrypt(key: bytes, ciphertext: bytes) -> bytes:
  blocks = bytes_to_blocks(ciphertext)
  message = bytes()
  for block in blocks:
    message += decrypt_block(key, block)
  return message

CBC

Ovde se pravi lanac sifrovanja, imamo neki inicijalni blok(iv) koji koristimo za prvo sifrovanje, a zatim se prvo sifrovanje koristi za sledece…

• sifrovanje: c_i = E_k(c_i − 1⊕m_i) - mora sekvencijalno tako da je sporije
• desifrovanje mi = D_k(c_i) ⊕ c_i − 1 - moze paralelno

ne bi trebalo ponavljati iv Mana: pisanje na disku

def encrypt(key: bytes, message: bytes, iv: bytes) -> bytes:
  blocks = bytes_to_blocks(message)
  cipher = [iv]
  for block in blocks:
    cipher.append(encrypt_block(key, xor(block, cipher[-1])))
  return blocks_to_bytes(cipher)

def decrypt(key: bytes, ciphertext: bytes) -> bytes:
  blocks = bytes_to_blocks(ciphertext)
  message = bytes()
  for i in range(1, len(blocks)):
    message += xor(decrypt_block(key, blocks[i]), blocks[i-1])
  return message

CTR

Koristi se da od blokovske sifre napravi protocnu sifru, tako sto se blok otvorenog teksta xoruje sa blokom E_k(nonce+brojac)

Mana: ponovljeni nonce otkriva previse informacija, lako se menjaju poruke, a da ostane neprimeceno

def encrypt(key: bytes, message: bytes, n: int) -> bytes:
  keystream = bytes()
  for i in range(0, 1 + len(message) // block_size):
    keystream += encrypt_block(key, int.to_bytes(n + i, block_size))
  return xor(message, keystream)

def decrypt(key: bytes, ciphertext: bytes, n: int) -> bytes:
  keystream = bytes()
  for i in range(0, 1 + len(ciphertext) // block_size):
    keystream += encrypt_block(key, int.to_bytes(n + i, block_size))
  return xor(ciphertext, keystream)

GCM

Jedan od naprednijih modova, pored sifrovanja generise i auth kod, koji sluzi kao potvrda da niko nije menjao poruku i da je poruku generisao neko ko zna privatni kljuc, generise se zajedno sa sifratom

Gde se sve koriste simetricni kriptografski sistemi

• Komunikacija izmedju uredjaja (HTTPS, VPN, SSH, WiFi, Bluetooth)
• Sifrovanje diska
• Sifrovanje podataka u aplikacijama (password manager, E2E)
• Generisanje pseudo nasumicnih bitova
• …