avainvaihdot

Avainvaihdot ovat kryptografian mekanismeja, joiden tarkoituksena on luoda kahden osapuolen välinen jaettu salausavain epävarmalle verkkokanavalle. Tämä avain käytetään myöhemmin viestien salaukseen ja purkuun_session eli sessioavaimena, ja sen avulla voidaan pitää yhteyden sisällö salattuna ilman, että avaimet siirretään suoraan verkon yli. Avainvaihdot mahdollistavat turvallisen yhteyden luomisen myös silloin, kun alkuperäinen viestintäkanava on mahdollisesti vaarannettu.

Päätyypit ja menetelmät. Yleisesti avainvaihto johtuu kahdesta pääkategoriasta: (1) julkisen avaimen perusteella toimivat ratkaisut, joissa avainvaihdon lopputuote luotetaan osapuolten julkisiin avaimiin (esimerkiksi RSA- tai ElGamal-pohjaiset ratkaisut); sekä (2) protokollat, kuten Diffie–Hellman (DH) ja Elliptic Curve Diffie–Hellman (ECDH), jotka mahdollistavat jaetun avaimen syntymisen ilman, että avainta tarvitsee lähettää verkon yli.

Diffie–Hellman ja sen elliptic curve -variante ovat tunnetuimpia avainvaihtoprotokollia. Ne perustuvat matemaattisiin operaatioihin, jotka mahdollistavat jaetun salaisen avaimen syntymisen kahden osapuolen omien yksityisten ja julkisten arvojen avulla. DH tai ECDH ei kuitenkaan itsessään tarjoa autentikointia, minkä vuoksi ne yhdistetään usein digitaalisiin allekirjoituksiin tai julkisen avaimen infrastruktuuriin, jotta miehittäjä-hyökkäyksiä vastaan voidaan suojautua.

Sovellukset. Avainvaihtoja käytetään laajasti turvallisessa viestinnässä, kuten TLS-suojauksessa, SSH:ssä ja IPsec:ssä. Monissa nykyisissä protokollissa käytetään ephemerejä versioita, kuten Ephemeral DH (DHE) tai Ephemeral ECDH (ECDHE), jotka tarjoavat forward secrecy -ominaisuuden: jos palvelimen yksityinen avain vuotaa myöhemmin, aiemmat sessioavainet pysyvät silti turvassa.

Käytön huomioitavaa. Oikeanlaisten parametrien valinta, autentikointi ja toteutuksen turvallisuus ovat avainasemassa. Huomioita ovat muun muassa sopivat ryhmät/ympäristöt, toteutuksen side-channel -suojaus sekä uusien standardien ja parhaiden käytäntöjen seuraaminen.