加密文件存储。如何简化密码管理方案？

信息安全 密码 密码学
2021-08-29 13:36:10

它可能是重复的，但我无法找出正确的搜索关键字。你可以通过告诉我这些话来提供帮助，我很擅长谷歌:)

我想开发类似于对每个文件进行加密的文件存储。只有一个用户，所有数据（和代码）都存储在他的本地机器上。用户可以导入一些文件并读取以前导入的文件。

要求

主要攻击媒介是未经授权的数据读取。无需防止非法导入文件。

另外，我想实现plausible deniability。它看起来像这样：实际上有两个存储，其中一个使用空密码加密，并且可以将其内容暴露给任何人。它用于掩盖隐藏某些东西的事实。只是一个额外的盾牌。

整个系统安全性的关键是用户的密码只存储在他的脑海中，即无法通过编程方式访问（除非有键盘记录器、心灵感应软件或带有高分辨率摄像头的卫星可以看到你在打字）。

执行

现在我已经结束了以下方案。

  1. 用户密码是用于加密/解密随机生成的 2 级密码的密钥。使用对称密码（例如，目前被认为是安全的 AES）。

  2. 2 级加密是非对称的。从外部源导入未加密文件时使用加密（公共）密钥。解密（私有）密钥用于读取文件。由于非对称算法很慢，这些密钥实际上用于保护会话密钥（每个文件唯一）。仅当加密会话密钥时，私钥在内存中以纯文本形式可用。

  3. 第 3 级使用对称加密、再次使用 AES 或一些安全流密码（仅在性能好得多的情况下，因为安全是首选）。它用于实际加密/解密文件内容。

你终于读到了最后 :) 以下是问题：

  1. 如何在不损害安全性的情况下简化该方案？

    简而言之：去掉中间层。尽管如此，仍然必须使用两个级别，以防止密码疲劳/熵耗尽并满足我的偏执狂:)

  2. 如何增强它的安全性？我知道这里有错误，加密是一件棘手的事情。

    非常感谢@DeerHunter 指出潜在的缺陷。

  3. 谷歌和阅读什么？请不要像Shneier这样的基本东西:)

    好吧，我有足够的术语和概念来深入研究。至少目前是这样。

  4. 我仍然不确定是否应该使用非对称密码（在第一级）。我认为这将有助于分散风险：解密（私钥）密钥仅以明文形式生成，而加密（公钥）密钥甚至可以暴露给所有人。但是与对称密码相比，我仍然有一个密钥可以在 RAM 中保护，并且还有额外的（公共）密钥需要担心。

编辑1。我不想设计自己的标准，这远远超出了我的知识范围。我会尽可能使用被证明是安全的东西。例如。我自己要做的就是将 Crypto++ 的几个类组合在一起工作。我只需要正确的设计来做到这一点。目前我认为全盘加密不适合我的情况。我考虑过 TrueCrypt 等，但它不允许隐藏加密数据的存在。我更喜欢按文件加密的解决方案（加密标准或协议）。

编辑2。重新排列文本以拆分要求和实施，添加可否认的合理性要求。

EDIT3还有一个关于非对称加密的问题。

3个回答

使此类事情安全的第一个也是可能唯一的方法不是自己动手。正确实施加密协议而不到处泄漏信息是困难的；设计加密协议更难。

由于用户自己导入文件并阅读它，因此无需调用非对称加密。非对称密码学适用于（至少）两个具有不同权利的参与者（例如签名者和验证者；或发送者和接收者）；在这里，有用户和他自己：同一个人，因此不需要不对称。另一种看待这一点的方式是，非对称密码学旨在解决几个人之间共享秘密信息的问题。用户与自己共享秘密信息没有问题。

因此，基本结构是使用从适合用户大脑的秘密（密码）派生的密钥来加密文件。这指向了许多操作系统都存在的全盘加密工具。一些最新的 Windows 版本带有BitLocker。好的 Linux 发行版有自己的系统。一个经常被推荐的用于全盘加密的第三方产品是TrueCrypt。使用其中之一，你会活得更久，更快乐。

我什至没有读完你的 OP 来确定这个方案太复杂了。

将用户密码输入密钥派生函数；给定适当的散列轮数，PBKDF2 就可以了。生成的值现在是所有数据的对称加密密钥，使用 AES 或您选择的任何现成加密算法。一旦加密，每个文件放在哪里都没有关系；没有人可以在不知道用户密码（这是一个真正的秘密）以及 PBKDF2 功能（不是）和密码模式（同上）的特定设置的情况下阅读纯文本内容。

如果您希望用户能够更改密码，而不必解密和重新加密整个数据存储，那么您需要一个中间件。为每个受保护的文件生成一个随机密钥和 IV。将文件名、密钥和 IV 存储为主密钥文件的一行，其内容使用用户密码和常量 IV 加密。每当用户更改密码时，使用用户基于密码的旧密钥和当前 IV 解密密钥文件，然后从新密码派生新密钥，生成新的随机 IV，并重新加密密钥文件。

如果您希望用户在忘记密码时能够恢复他们的数据，那么必须发生以下两件事之一；必须使用主机系统已知的密钥对主密钥文件的副本进行加密，否则必须以类似方式加密用户的密码或派生密钥。这可以通过公钥来完成，允许用户的客户端软件安全地处理这个额外的步骤。在需要恢复的情况下，可以应用私钥来解密主密钥文件（直接或间接取决于确切的方法），然后可以使用用户提供的替换密码重新加密。

需要考虑的一些额外事项：

  • 任何时候都不应将用户的纯文本密码或任何文件的未加密版本，尤其是主密钥文件，保存到硬盘上。如果它曾经被写入磁盘，那么攻击者可以转储磁盘，检查其内容并发现用户的秘密。
    • 这要求您对操作系统有足够的控制权，以确保这些数据永远不会从 RAM 换出到虚拟内存页面文件（或者在不再需要时立即将其删除）。
    • 这通常还要求在主动获取密码密钥或加密/解密受保护文件时，此类机密在 RAM 中的停留时间不得超过短暂时间。一旦不再需要纯文本，就销毁它。
  • 您的程序将加密和解密大量数据。随着时间的推移，这可能会使该方案容易受到密码疲劳的影响，在足够多的数据被加密后，密码秘密中固有的熵将被耗尽，并且密码的状态将是可重复的。
    • 通常，这对于任何一个文件，甚至是大型数据存储都不是问题，但是如果您永远使用一个密钥来处理所有事情，则可能会出现问题。
    • 所以，不要。每次您的用户更新加密文件时，为该文件生成一个新密钥和 IV，并使用新信息更新主密钥文件。因为这需要对主密钥文件进行解密和重新加密，所以为重新加密步骤生成一个新的随机 IV 也是一个不错的主意（当然密钥是相对静态的，但这些操作也是通过以下方式增加 KDF 强度的好机会增加散列轮数）。

我认为您正在谈论一些混淆的安全措施。

1) 权限 - 无论文件位于何处（无论是否隐藏），您都需要确保无法访问该文件夹。使用windows/Linux内置的权限系统，根据用户分配读/写/执行权限。如果有人给你植入了病毒或入侵了你的电脑并获得了 root/Sys 用户权限..那么你就有麻烦了。

2) 密码/密码密钥保护 - AES 128 位是一种强大的算法，应该用于加密文件的内容。但是请记住，加密的密钥在系统内部。如果密钥被劫持，文件可以被解密。在对称加密中，密钥实际上是用来加密和解密数据的，记住！所以你的工作是保护密钥。

3) 加密强度- 加密强度有几个因素，你需要使用不可预测的加密，并使用扩散、混淆、雪崩效应、初始化向量 (IV) 和强大的密钥流生成器等良好的元素来创建良好的强密钥流。

4) 用户密码管理- 用户密码必须是强密码，由字母数字和非字母数字字符组成。此外，密码输入面板不应该容易暴力破解，每次尝试错误时使用验证码或减慢时间，这样可以防止暴力破解。

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