Block Cipher nedir?

Blok şifreler, modern kriptografinin temel bir bileşeni olup, çeşitli dijital platformlardaki verilerin güvenliğini sağlamada kritik öneme sahiptir.

Verileri birer bit olmak üzere şifreleyen akış şifrelerinin aksine, blok şifreleri verileri genellikle 64 veya 128 bitlik sabit boyutlu bloklar halinde işler.

Bu şifreleme yöntemi, düz metni şifreli metne dönüştürmek için kriptografik bir anahtar ve algoritma kullanılmasını içerir ve böylece bilginin gizliliği ve bütünlüğü güvence altına alınır.

Blok Şifreleri Nasıl Çalışır?

Simetrik bir anahtar ve algoritma, bir blok şifresinin işleminin merkezindeki veri bloklarını şifreler ve şifresini çözer. İşlem, ilk bloktaki düz metinle birleştirilmiş rastgele bir sayı olan bir başlatma vektörü (IV) ile başlar.

Bu kombinasyon anahtar alanını artırarak saldırganların kaba kuvvet kullanarak şifrelemeyi kırmasını daha zor hale getirir. IV, aynı düz metin birden fazla kez şifrelense bile her seferinde farklı şifreli metinler üreteceğini garanti eder.

Blok Şifrelemedeki Adımlar

1. Başlatma:İşlem, rastgele sayı üreteci kullanılarak IV üretilmesiyle başlar.
2. Blok İşleme:Sabit boyutlu her düz metin bloğu, simetrik anahtar kullanılarak şifreleme algoritması aracılığıyla işlenir.
3. Şifreli Metin Üretimi: Çıktı, hem düz metne hem de anahtara bağlı olan bir şifreli metin bloğudur.
4. Şifre çözme: Şifreli metin, orijinal mesajı elde etmek için aynı simetrik anahtar kullanılarak şifre çözme algoritmasıyla işlenir.

Popüler Blok Şifreleri

En iyi bilinen blok şifrelerinden ikisi Veri Şifreleme Standardı (DES) ve Gelişmiş Şifreleme Standardı’dır (AES). İşte DES ve AES’i karşılaştıran bir tablo:

Blok Şifrelerde Çalışma Modları

Blok şifreleri modern kriptografinin temelini oluşturur, ancak sabit blok boyutları, farklı uzunluklardaki mesajların şifrelenmesinde zorluklar yaratır.

Bunu ele almak için her biri benzersiz özelliklere ve kullanım durumlarına sahip çeşitli çalışma modları geliştirilmiştir. Sağladığınız bilgileri genişleterek bu modları daha ayrıntılı inceleyelim.

Elektronik Kod Kitabı (ECB) Modu:

ECB modu, her düz metin bloğunu bir anahtar kullanarak doğrudan şifreli metne dönüştürerek verileri şifreler.

Bu en basit yöntemdir çünkü her blok ayrı ayrı ve aynı şekilde şifrelenir. 8 bayt uzunluğunda bir veri bloğunuz varsa, anahtarın yalnızca 8 baytı kullanılır; blok 100 bayt uzunluğundaysa, 100 baytın tamamı kullanılır.

ECB modu blokları karıştırmaz veya ekstra rastgelelik eklemez, dolayısıyla aynı düz metin bloğu tekrarlanırsa her zaman aynı şifreli metni üretir.

Şifreleme Blok Zincirleme (CBC) Modu

CBC modunda, her düz metin bloğu şifrelenmeden önce bir önceki şifreli metin bloğuyla karıştırılır. Bu, her bloğun şifrelenmesinin önceki tüm bloklara bağlı olduğu anlamına gelir ve bu da onu daha güvenli hale getirir.

Düz metnin bir bloğunu değiştirirseniz, bu sonraki tüm blokları etkiler. CBC modu, İnternet üzerinden SSL/TLS ile veri şifreleme gibi birçok güvenli uygulamada kullanılır.

Şifreli Metin Geri Bildirimi (CFB) Modu

CFB modu, CBC moduna benzer şekilde verileri blok blok şifreler ancak bazı farklılıklar vardır.

Sabit sayıda biti aynı anda şifrelemek yerine, CFB modu önceki şifreli metin bloğunu şifreler ve XOR kullanarak onu geçerli düz metin bloğuyla birleştirir. Bu işlem düz metindeki desenleri gizlemeye yardımcı olur.

Çıkış Geri Bildirimi (OFB) Modu

OFB modu herhangi bir blok şifresiyle çalışır ve CBC moduna benzer. Ancak, şifrelemeden önce önceki şifreli metni düz metinle karıştıran CBC modunun aksine, OFB modu şifrelendikten sonra önceki şifreli metni düz metinle karıştırır.

Bu geri bildirim mekanizması şifrelemenin rastgeleliğini korumaya yardımcı olur.

Sayaç (CTR) Modu

CTR modu, her düz metin bloğunu şifreli metinden üretilen rastgele değer dizisiyle birleştirerek (XOR kullanarak) verileri şifreler.

Bu yöntem, her düz metin bloğunun bağımsız olarak işlenmesi sayesinde hızlı ve paralel şifreleme ve şifre çözmeye olanak tanır.

Kimlik Doğrulanmış Şifreleme Modları

Kimlik doğrulamalı şifreleme modları, şifreleme süreçlerine ek veriler dahil ederek hem gizlilik hem de bütünlük sağlar:

Galois/Sayaç Modu (GCM): GCM, AES şifrelemesini kimlik doğrulama özellikleriyle birleştirir. Bir IV kullanır ve onu düz metinle XOR’layarak şifreli metin üretirken aynı anda bütünlük doğrulaması için kimlik doğrulama etiketleri üretir.

CBC-MAC Protokolüyle Sayaç Modu (CCMP)): CCMP, AES ile birlikte kullanılmak üzere tasarlanmıştır ve ek kimlik doğrulama mekanizmaları aracılığıyla aynı düz metin bloklarının farklı şifreli metinlerle sonuçlanmasını sağlayarak CBC modunun bazı sınırlamalarını ele alır.

Sentetik IV (SIV): SIV modu, rastgele anahtarlar yerine bir sözde rastgele sayı üretecinden üretilen sabit bir anahtar akışı kullanır. Bu yaklaşım, verimliliği korurken belirli saldırı türlerini önleyerek güvenliği artırır.

AES-GCM-SIV: Bu mod, güvenliği tehlikeye atmadan aynı anahtarla daha fazla mesajı şifrelemek için AES-GCM’yi SIV ile birleştirir. Nonce yeniden kullanım saldırılarına karşı gelişmiş koruma sunar.

Farklı Blok Şifreleme Türleri

Zaman içinde her biri kendine özgü özelliklere ve uygulamalara sahip çeşitli blok şifreler geliştirildi:

• Üçlü DES (TDES): DES şifrelemesini her veri bloğuna üç kez uygulayan DES’e göre bir geliştirme.
• FİKİR:Gücü ve verimliliğiyle bilinen IDEA, 64 bitlik bloklar ve 128 bitlik anahtarlar kullanır.
• İki balık:Esnekliği ve hızıyla tanınan AES yarışmasında finalist.
• Yılan:Yüksek güvenlik marjı nedeniyle tanınan bir diğer AES finalisti.

Blok şifreler, dijital iletişim ve veri depolama için sağlam güvenlik sağlayan, modern kriptografinin vazgeçilmez araçlarıdır.

Çalışma şekillerini ve özelliklerini anlamak, bunların yetkisiz erişime karşı bilgiyi korumadaki rolünü daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.