Blocul de unică folosință (one-time pad)

Originea

În 1917, inginerul Gilbert Vernam, de la AT&T, a construit un dispozitiv care combina automat textul unui mesaj transmis prin teleimprimator cu o bandă perforată conținând o cheie, caracter cu caracter. Un ofițer al armatei americane, Joseph Mauborgne, a adăugat regula care transformă invenția într-o fortăreață. Cheia trebuie să fie complet aleatoare, cel puțin la fel de lungă ca mesajul, și folosită o singură dată. De aici numele, blocul (pad) de foi cu chei, din care fiecare foaie se rupe și se distruge după utilizare.

În 1949, Claude Shannon a demonstrat, în lucrarea Communication Theory of Secrecy Systems, ceea ce Mauborgne intuise. Un mesaj criptat astfel nu poate fi spart de nimeni, niciodată, cu nicio putere de calcul, pentru că textul cifrat este compatibil cu orice mesaj posibil de aceeași lungime. Fără cheie, nu există nicio informație de extras. Este singura schemă de criptare cu această proprietate. Tot ce folosim azi — AES, RSA, curbele eliptice — este „doar” foarte greu de spart; blocul de unică folosință este imposibil.

Cu această garanție, a devenit metoda aleasă pentru comunicațiile care nu-și permiteau niciun risc. Linia directă Moscova–Washington, instalată în 1963 după criza rachetelor din Cuba, nu era un telefon roșu, ci o legătură prin teleimprimator criptată cu benzi de unică folosință, schimbate prin curier diplomatic (fișa 8). Spionii sovietici și occidentali au purtat decenii întregi blocuri minuscule, tipărite pe hârtie care ardea instantaneu.

Și totuși, metoda imposibil de spart a fost spartă. Între 1943 și 1980, programul american VENONA a decriptat mii de mesaje sovietice din anii 1942–1945. Nu printr-o descoperire matematică, ci printr-o eroare de producție. Sub presiunea războiului, tipografia care producea blocurile pentru serviciile sovietice a dublat unele pagini, iar aceleași chei au fost trimise la mai multe ambasade. Două mesaje criptate cu aceeași cheie pot fi comparate, iar din comparație iese textul. Din VENONA au ieșit Klaus Fuchs, soții Rosenberg și o mare parte din rețeaua sovietică din Statele Unite. Algoritmul perfect fusese anulat de o imprimantă grăbită.

Surse: David Kahn, The Codebreakers (1996), cap. 13; Claude Shannon, „Communication Theory of Secrecy Systems”, Bell System Technical Journal, 1949; John Earl Haynes, Harvey Klehr, Venona (1999), cap. 1–2.

Principiul

Blocul de unică folosință învață două lucruri pe care orice organizație le ignoră pe rând.

Primul este că securitatea criptării stă în cheie, nu în algoritm. Algoritmii moderni sunt publici, verificați de mii de specialiști și, pentru scopuri practice, de nespart. Când criptarea eșuează, și eșuează des, este aproape întotdeauna pentru că cheia a fost reutilizată, generată prost, lăsată în cod, trimisă pe același canal cu mesajul sau păstrată lângă datele pe care le protejează. VENONA este, în esență, povestea fiecărei breșe de criptare de azi.

Al doilea este că o cheie are o durată de viață și o condiție de folosire, iar încălcarea lor anulează matematica. La blocul de unică folosință, condiția este absolută: o cheie, un mesaj, niciodată a doua oară. La cifrurile moderne, condiția este alta, dar la fel de strictă. O cheie AES poate cripta, legitim, milioane de mesaje; ceea ce nu se poate repeta este perechea cheie–nonce (valoarea unică adăugată fiecărei operații), iar în moduri precum AES-GCM reutilizarea aceluiași nonce cu aceeași cheie rupe confidențialitatea și autenticitatea în același fel în care paginile dublate au rupt VENONA. Iar la nivel uman, condiția se numește „o parolă, un serviciu”. Principiul comun este că secretul își pierde valoarea exact în momentul în care este folosit dincolo de condiția pentru care a fost proiectat.

Amenințarea de azi

Cea mai frecventă încălcare a principiului este banală, aceeași parolă pe mai multe servicii. Când un site oarecare este spart și lista de parole ajunge pe internet, atacatorii încearcă automat aceleași combinații de e-mail și parolă la toate băncile, la Microsoft 365, la Google. Tehnica se numește credential stuffing și funcționează pentru că oamenii fac, la scara lor, ceea ce a făcut tipografia din 1942. Folosesc același secret în două locuri.

A doua încălcare, mai tehnică, este criptografia improvizată. Dezvoltatori care „inventează” o schemă de criptare pentru aplicația lor, chei fixe scrise în codul sursă și publicate, odată cu el, pe GitHub, generatoare de numere aleatoare care nu sunt aleatoare. În 2022–2024, mai multe breșe majore au pornit de la chei de acces la servicii cloud lăsate în depozite publice de cod. Algoritmul era AES. Cheia era pe internet.

A treia este criptarea „sigură” ale cărei chei stau pe același server ca datele. Atacatorul care copiază baza de date copiază și cheia. Pentru notificarea încălcării, GDPR face diferența între date criptate și date în clar, dar numai dacă cheia nu a fost compromisă odată cu ele.

Cum o implementezi luni dimineață

Firma de 20 de oameni

Cheia pe hârtie, în forma cea mai pură, arată așa. Pentru autorizarea plăților excepționale între director și contabil, o listă tipărită de 50 de coduri aleatoare, în două exemplare, fiecare cod folosit o singură dată și tăiat cu pixul după utilizare. Băncile românești au folosit exact acest sistem, listele TAN, ani de zile. Nu este un one-time pad în sens criptografic — nu criptează nimic —, ci disciplina lui aplicată unei singure întrebări: „chiar tu ai cerut plata asta?”. Fiecare cod se folosește o dată și rezistă la clonarea vocii, la e-mail compromis și la deepfake, pentru că nu există nicăieri în format digital.

Pentru restul, un manager de parole pentru toată firma, cu o parolă diferită pentru fiecare serviciu, este cea mai eficientă măsură împotriva reutilizării parolelor la scară umană. Comunicațiile cu adevărat sensibile, cu avocatul, între asociați, despre o tranzacție, merg pe o aplicație cu criptare de la un capăt la altul, iar Signal este standardul, nu pe e-mail. Și nu inventați nimic. Orice program care promite „criptare proprietară” este un semnal de alarmă.

Firma de 500 de oameni

Cheile se gestionează centralizat, generate și păstrate într-un modul hardware de securitate sau într-un serviciu dedicat, separat de sistemele care le folosesc, cu rotație programată și cu jurnalizarea fiecărei utilizări. Codul sursă și depozitele se scanează automat pentru chei, parole și certificate lăsate în cod, înainte de fiecare publicare. Cheile de sesiune și certificatele au durată scurtă de viață și se reînnoiesc automat, fără nicio cheie „permanentă” în producție. Datele personale sensibile se criptează cu chei păstrate în alt sistem decât datele, astfel încât o copie a bazei de date să fie, singură, inutilă.

Unde eșuează

Reutilizarea, adică VENONA — la blocul de unică folosință, o cheie folosită de două ori este o cheie pierdută; la cifrurile moderne, echivalentul este nonce-ul repetat cu aceeași cheie, o greșeală de implementare mai frecventă decât pare. Aleatorul care nu este aleator — o cheie generată dintr-un algoritm previzibil sau dintr-o sursă slabă poate fi reconstituită, iar blocurile sovietice erau produse de dactilografe care, fiind oameni, nu băteau litere la întâmplare, un alt motiv pentru care VENONA a funcționat.

Distribuția cheii rămâne problema de fond. Blocul trebuie să ajungă la destinatar pe un canal sigur, și dacă acel canal există, de ce nu trimiți mesajul direct prin el? Răspunsul, că un curier este lent și rar, iar mesajele sunt dese, explică de ce blocul pur este rezervat pentru ce contează cel mai mult. Cheia lângă date este o încuietoare cu cheia în ușă. Iar perfecțiunea teoretică nu protejează metadatele — VENONA a identificat agenți și din tiparele de trafic, nu doar din conținut, iar cine vorbește cu cine, când și cât de des rămâne vizibil.

Cadrul legal

Art. 32 alin. (1) lit. (a) GDPR numește criptarea printre măsurile de securitate adecvate, iar art. 34 alin. (3) lit. (a) scutește operatorul de informarea persoanelor vizate dacă datele compromise erau criptate și cheia nu a fost accesată, ceea ce face gestionarea cheilor, nu criptarea în sine, criteriul decisiv. Art. 21 alin. (2) lit. (h) din Directiva NIS2 cere politici privind utilizarea criptografiei și, acolo unde este cazul, a criptării. În ISO/IEC 27001:2022, controlul A.8.24 cere reguli pentru utilizarea criptografiei și pentru întregul ciclu de viață al cheilor, de la generare și distribuție la stocare, rotație și distrugere, adică exact disciplina pe care tipografia din 1942 nu a avut-o.