Introductie
Het digitale tijdperk waarin we leven vereist dat er steeds meer data tegelijk wordt verzonden, maar dit kan al snel een probleem worden voor de hardware die de data verzendt. Als er te veel data over een verbinding wordt verzonden, kan de overdracht uren of dagen duren, terwijl de ontvanger het binnen enkele minuten nodig heeft. Dit is waar compressie om de hoek komt kijken. Compressie gebruikt patronen in data om de datagrootte te verkleinen, waardoor bandbreedte en opslagruimte worden bespaard. Dit werkt goed, maar wat als de gecomprimeerde data tijdens de overdracht wordt gestolen? Compressie is niet moeilijk om te keren, dus het origineel is eenvoudig terug te halen. Daarom gebruiken veel mensen versleutelention en compressie samen bij het verzenden van berichten.
Wat is compressie en hoe werkt het?
Compressie is een proces dat de bestands- of gegevensgrootte verkleint, meestal om opslagruimte te besparen, de gegevensoverdracht te versnellen of de efficiëntie van verschillende toepassingen te verbeteren. Er zijn twee hoofdtypen compressie: verliesvrije en lossy. In compressie Algoritme: elke herhaalde zin wordt één keer opgeslagen. Dit betekent dat als een bepaalde reeks tekens ergens in de tekst wordt herhaald, deze alleen de eerste keer wordt opgeslagen. De tweede keer dat deze voorkomt, wordt deze als referentie naar de eerste keer opgeslagen. Wanneer een tekst meerdere keren voorkomt, wordt deze zeer efficiënt gecomprimeerd, waardoor de bestandsgrootte kleiner is. Deze eigenschap kan worden gebruikt bij een compressie-sidechannelaanval. Zo werkt het:
-
Redundantie verwijderen
Compressiealgoritmen identificeren en elimineren redundantie in de data. Redundantie kan optreden in de vorm van herhaalde patronen, dubbele informatie of onnodige details. Door redundantie te verwijderen, wordt de gecomprimeerde datarepresentatie efficiënter.
-
Woordenboekgebaseerde compressie
Sommige compressiealgoritmen, zoals Lempel-Ziv-Welch (LZW), gebruiken een woordenboekgebaseerde aanpak. Ze bouwen een woordenboek van veelvoorkomende patronen en vervangen deze door kortere codes. Dit is vooral effectief voor het comprimeren van tekst of gegevens met terugkerende reeksen.
-
Entropiecodering
Entropiecoderingstechnieken, zoals Huffman-codering, wijzen kortere codes toe aan vaker voorkomende symbolen en langere codes aan minder frequente symbolen. Dit maakt gebruik van de statistische verdeling van symbolen in de data om .
-
Kwantisering (verliesgevende compressie)
Bij lossy compressie wordt kwantificering toegepast om de nauwkeurigheid van bepaalde gegevens te verminderen, waardoor sommige details verloren gaan. Bij beeldcompressie kunnen kleurwaarden bijvoorbeeld worden afgerond, wat leidt tot een verlies aan kleurnauwkeurigheid, maar wel tot een afname van de bestandsgrootte.
-
Transformatiecodering (bijv. discrete cosinustransformatie)
Transformatiecodering houdt in dat de data wordt omgezet naar een ander domein waar de informatie geconcentreerder is. Bij beeld- en videocompressie wordt hiervoor vaak de Discrete Cosinus Transformatie (DCT) gebruikt.
Versleuteling en compressie
Versleuteling kan zowel symmetrisch of asymmetrischSymmetrische encryptie is de minst gecompliceerde van de twee, waarbij één sleutel wordt gebruikt om te encrypteren en decoderen Gegevens. Symmetrische encryptie is veel sneller dan asymmetrische encryptie, maar is minder veilig. Er hoeft slechts één sleutel te worden gecompromitteerd om de oorspronkelijke gegevens te compromitteren. Asymmetrische encryptie gebruikt een openbaar en privé sleutelpaar om te versleutelen. plaintext gegevens. De platte tekst wordt door de Encryptie algoritme samen met een privésleutel, die alleen de verzender kent. De gegevens worden vervolgens naar de ontvanger verzonden, die de openbare sleutel gebruikt om de gegevens te ontsleutelen. Dit waarborgt de identiteit van de verzender van de gegevens, aangezien de openbare sleutel alleen gegevens ontsleutelt die zijn versleuteld met de privésleutel in dat sleutelpaar.
Met encryptie en compressie kunnen grotere hoeveelheden data veilig over het internet worden verzonden. Als alleen compressie wordt gebruikt, loopt de beveiliging van de data gevaar. Een Man-in-the-Middle-aanval zou de data kunnen ophalen, decomprimeren en het oorspronkelijke bericht kunnen lezen. Aan de andere kant, als alleen encryptie zou worden gebruikt, is er een limiet aan de grootte van een versleuteld bericht. Daarom worden de meeste berichten zowel versleuteld als gecomprimeerd. De volgende vraag is: comprimeer je de data en versleutel je ze vervolgens, of andersom?
Eerst encryptie of eerst compressie?
De keuze om gegevens eerst te versleutelen of te comprimeren hangt af van het type aanval dat u wilt voorkomen. Aanvankelijk werd gedacht dat de enige manier om versleuteling en compressie te combineren, was om de gegevens te comprimeren vóór de versleuteling. Dit komt doordat compressie afhankelijk is van patronen in de gegevens om te functioneren, terwijl versleuteling probeert deze patronen in de gegevens te vernietigen. De methode van compressie en vervolgens versleuteling blijkt kwetsbaar te zijn voor side channel-aanvallen. Dit type aanvallen gebruikt JavaScript-code om een bruteforce-aanval uit te voeren op de browser van het slachtoffer, waardoor de aanvaller op basis van de grootte van de gecomprimeerde gegevens kan afleiden wat de verzonden gegevens zijn.
Hoewel dit probleem werd gevonden bij de methode van compressie en encryptie, heeft encryptie en compressie relatief veel meer problemen. Deze methode is moeilijker dan de vorige, omdat compressie patronen in de data nodig heeft om correct te werken. Dit betekent dat de waarde van de gecomprimeerde data niet bestaat, omdat er geen patronen in de versleutelde data zouden moeten zitten. Hierdoor kan differentiële cryptoanalyse tegen deze methode worden gebruikt om de waarde van de gevoelige data te bepalen. Compressie en encryptie zijn veel beter bestand tegen differentiële cryptoanalyse.
Veelvoorkomende encryptie- en compressie-algoritmen
Symmetrische encryptie-algoritmen:
- Advanced Encryption Standard (AES)
- Blowfish
- Twofish
- Rivest-cijfer (RC4)
- Standaard voor gegevenscodering (DES)
Asymmetrische encryptie-algoritmen:
- Elliptische curve digitale handtekening Algwiskunde (ECDSA)
- Rivest-Shamir-Adleman (RSA)
- Diffie-Hellman
- Vrij goede privacy (PGP)
Hash-algoritmen:
- Laat leeglopen
- Huffman-codering
- LZ77