Modern kriptográfia támadásai és a TPM

A modern kriptográfia legnagyobb gyengesége nem a matematikai alapok hibáiban keresendő, hanem legtöbb esetben az implementáció megy félre. Azonban, ha egy FIPS minősített rendszerünk van és az implementáció sem hibás, akkor sem tekinthető 100%-ban biztonságosnak a rendszer, mert nem számoltunk a különböző side-channel támadások lehetőségével.

Side-channel (magyarul oldalcsatornás) támadásnak nevezünk minden olyan többletinformáción alapuló támadást, amely egy protokoll vagy algoritmus megvalósításának alapvető módja miatt gyűjthető össze.

Ilyen támadás lehet például egy időzítésen alapú támadás. Az időzítési támadás egy side-channel támadás, amelyben a támadó a kriptográfiai algoritmusok végrehajtásához szükséges idő elemzésével megkísérli feltörni a rendszert. A számítógépben minden logikai művelet végrehajtása időt vesz igénybe, és az idő a bemenettől függően változhat. Az egyes műveletek pontos időmérésével a támadó a bemenetre visszafelé dolgozhat. A titkok megtalálása időzítési információkon keresztül lényegesen egyszerűbb lehet, mint az ismert egyszerű szöveg, rejtjelezett szöveg párok kriptográfiai elemzése.

Szintén egy side-channel támadási forma az energiaelemzés. Ez egy olyan fajta támadás, amelyben a támadó egy kriptográfiai hardvereszköz energiafogyasztását tanulmányozza. Ezek a támadások az eszköz alapvető fizikai tulajdonságain alapulnak: a félvezető eszközöket a fizika törvényei szabályozzák, amelyek azt diktálják, hogy az eszközön belüli feszültségváltozásokhoz nagyon kis elektromos töltések (áramok) szükségesek. Ezen áramok mérésével lehetőség nyílik egy kis mennyiségű információ megszerzésére a manipulált adatokról.

Ennek a támadásnak egy kiegészítő vagy másik formája, mikor a berendezés által kibocsájtott elektromágneses sugárzásból következtetünk annak a működésére.

A fentebb említett támadási módszerek közös jellemzője, hogy kellő türelemmel és elszántsággal a támadó meg tudja szerezni vele egy publikus kulcshoz tartozó privát kulcsot, ehhez azonban közvetlen hozzáférésre van szüksége az eszközhöz.

Ilyen közvetlen hozzáféréstől sokáig nem kellett tartani, mivel eléggé feltűnő, ha valaki a számítógépünkben matat. De ezen kockázat csökkentésére bevezették a számítógépekben a Trusted Platform Module chippeket (TPM), ami egy kriptográfiai protokollokat megvalósító chip, aminek a tervezésénél ügyeltek arra, hogy a különböző side-Channel támadásokat ellehetetlenítsék.

A TPM chip megléte rendszerkövetelmény Windows 11 esetén, mivel az USB Type-C megjelenése igencsak megváltoztatta a számítógépeket.

A Type-C lehetőséget biztosít arra, hogy a számítógépünk PCI Express busza a külvilágba csatlakozzon. Ez számos előnnyel jár. Például elég egy Type-C portot biztosítania a gyártóknak és arra csatlakozhat egy hálózati adapter, vagy éppen mondjuk egy HDMI átalakító is, esetlegesen egy egész dokkoló egység, ami mindenféle portot biztosít.

Ez azonban egy hatalmas biztonsági kockázat is egyben, mivel a PCI Express közvetlen memória hozzáféréssel rendelkezik, vagyis az ilyen eszközök közvetlenül kérhetnek adatot és rakhatnak adatot a memóriába a processzor közbeavatkozása nélkül (DMA). Persze a megalkotásakor gondoltak arra, hogy ne akárhova tehesse meg ezt bármelyik eszköz, de a memória régió hozzáférés és korlátozás implementáció nem feltétlen a biztonságot helyezte előtérbe és mivel ezek a kódrészletek a BIOS/UEFI kód részét képezik, a frissítésük nem annyira triviális.

Éppen ezért a Windows 11 megköveteli a TPM meglétét, hogy az operációs rendszer alatt futtatott Hypervisor titkosítani tudja a memóriát a processzortól független módon és ellehetetlenítse az implementációs hibák kihasználását.

A Windows 11 Hypervisor-ja 1-es típusú, ami azt jelenti, hogy az operációs rendszer nem közvetlenül a hardveren fut, hanem a Hypervisor-on belül virtuális gépként.

A TPM chip egyik másik nagy előnye, hogy biztonságos adattárolást is lehetővé tesz. Például titkosítottan itt tárolódnak a teljes lemez titkosító (pl. BitLocker) kulcsok is.