傳統(tǒng)意義上，加密技術(shù)提供了除信息接收者之外別人難以 理解的傳輸敏感（秘密、機(jī)密或私有）信息的一種手段。 密碼技術(shù)，在古圣經(jīng)時代就被使用，提供了其中文本被手工替換為隱藏其原始內(nèi)容的一種技術(shù)。多年以后的二戰(zhàn)期間，密碼技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備（如臭名昭著的恩尼格瑪密碼機(jī)）。如今，密碼技術(shù)越來越無處不在地主要依賴于有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)支持的計(jì)算機(jī)上。 加密技術(shù)，顧名思義，試圖使用各種方法來隱藏文本部分不被惡意的眼睛所查看。理論上來講，概念聽起來很完美， 但現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)驗(yàn)證明，多種因素和環(huán)境問題發(fā)生作用對密鑰強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面的影響。常規(guī)手段無法提供一個刀槍不入的解決方案，以全面解決多種不同的利用密碼學(xué)固有弱點(diǎn)的攻擊場景。

Peter G. Neumann 教授，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)可信度和可靠性，被引述說“如果您認(rèn)為解密技術(shù)解決了您的問題，那您還不清楚問題所在。”

本文在討論傳統(tǒng)技術(shù)的同時，專注于白盒加密技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

近觀加密技術(shù)

典型的DRM（數(shù)字版權(quán)管理）中實(shí)現(xiàn)的加密算法采用公知的、依靠密鑰保密性的強(qiáng)大算法作為安全解決方案的一部分。多數(shù)情況下，這是非常不妥的，這是因?yàn)楹芏噙@些應(yīng)用程序執(zhí)行在具有潛在敵意的最終用戶所控制的平臺上。

用于加密技術(shù)的傳統(tǒng)前提是一個黑盒裝置，其假定攻擊者無法訪問所述密鑰，只能控制加密輸入（明文），并能夠 訪問結(jié)果輸出（密文）。長期以來這已被假定為真實(shí)的， 如同智能卡之類的硬件設(shè)備，但惡意攻擊利用從黑盒 “泄 漏”信息的技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來了（如差分功耗分析攻擊，也被稱為 DPA），這能讓黑客推導(dǎo)出黑盒內(nèi)部使用的密鑰。黑客已有效地使用該方法對黑盒進(jìn)行攻擊，并將其實(shí)現(xiàn)成“灰色陰影”而非黑色。

白盒加密技術(shù)的必要性

流行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加密算法如 AES 并沒有設(shè)計(jì)在可以查看到它們執(zhí)行的環(huán)境中運(yùn)行。事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)的加密算法模型假設(shè)如終端、電腦和硬件保護(hù)令牌等都是可被信任的。如果這些終端存在于具有潛在敵意的環(huán)境中，當(dāng)應(yīng)用程序試圖從內(nèi)存中提取嵌入的或生成的密鑰時，攻擊者正在監(jiān)控應(yīng)用程序的執(zhí)行，則密鑰對于攻擊者來說直接可見。對于運(yùn) 行在 PC、IPTV 機(jī)頂盒及其他要實(shí)施 DRM 的數(shù)字設(shè)備上的 基于軟件的應(yīng)用程序，這是個普遍的問題。通過主動監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的加密算法 API 或內(nèi)存轉(zhuǎn)儲，黑客就能夠在使用時提取密鑰。

一個成功的基于內(nèi)存的密鑰提取攻擊的實(shí)例就是使用工具 BackupHDDVD 來復(fù)制被保護(hù)的 DVD 的內(nèi)容，并從 Windows 受保護(hù)的媒體內(nèi)容中刪除DRM。
 

白盒的挑戰(zhàn)

在完全透明的環(huán)境中工作時，讓有價值的信息如授權(quán)和其他商業(yè)機(jī)密保持隱藏，該理念帶來了各種挑戰(zhàn)：

　　> 如何加密或解密內(nèi)容而無需直接暴露密鑰和/或數(shù)據(jù)的任何部分？

　　> 如何執(zhí)行強(qiáng)大的加密機(jī)制，以在執(zhí)行時知曉黑客在查看和或變更代碼？
 

各種加密模式

黑盒（傳統(tǒng)）加密技術(shù)

作為一個傳統(tǒng)模式，黑盒加密假定攻擊者無法物理訪問密鑰（執(zhí)行加密或解密算法）或任何內(nèi)部運(yùn)作，而只能觀察外部信息和行為。該信息包括系統(tǒng)的明文（輸入）或密文（輸出），同時假設(shè)零可見代碼的執(zhí)行和動態(tài)加密操作。

灰盒加密技術(shù)

灰盒的場景是假設(shè)攻擊者可以部分物理訪問密鑰或者說是 “泄漏”所謂的邊信道信息。邊信道分析攻擊（SCA）利用 從物理實(shí)現(xiàn)的加密系統(tǒng)中泄漏的信息。通過時序信息、功耗、電磁輻射等被動式地觀察該泄漏。防護(hù)邊信道攻擊非常重要，這是由于該種攻擊能夠快速且低成本地實(shí)現(xiàn)。公開可用的邊信道信息能夠讓黑客發(fā)現(xiàn)部分密鑰，從而大大降低其功效并降低整體保護(hù)能力。

灰盒加密技術(shù)實(shí)際上是傳統(tǒng)黑盒實(shí)現(xiàn)的副產(chǎn)物。實(shí)踐已經(jīng)證明，即使是智能卡，被認(rèn)為能夠提供強(qiáng)大的安全性，其內(nèi)部執(zhí)行的加密事實(shí)上也會向外界泄漏信息。很顯然假定為黑盒的場景在現(xiàn)實(shí)中僅為灰色陰影。

白盒加密技術(shù)的概念

白盒加密技術(shù)與上述傳統(tǒng)的安全模型針鋒相對。相對于以前的實(shí)現(xiàn)下，攻擊者只給出一個黑盒子，即獲取輸入和輸 出，并受到攻擊的加密算法，并假設(shè)零可視性內(nèi)部運(yùn)作， 白盒提供了充分的可見性來代替。與之前給黑客提供一個黑盒的實(shí)現(xiàn)（如訪問輸入、輸出、攻擊下的加密算法以及 假設(shè)零可見內(nèi)部工作）有所不同，白盒提供充分的可見性。

白盒加密技術(shù)旨在保護(hù)軟件實(shí)施加密算法以對抗密鑰的還原，即使攻擊者完全控制機(jī)器執(zhí)行加密 – 這在 DRM 領(lǐng)域特別有效。

白盒加密技術(shù)

白盒的場景與前面所述的情況恰恰相反，處理更為嚴(yán)重的威脅，同時假設(shè)黑客能夠完全可視和控制整個操作。黑客可以自由地觀察動態(tài)代碼的執(zhí)行（使用實(shí)例化的密鑰），并且完全可見和改變內(nèi)部算法的細(xì)節(jié)。盡管有這種完全透明的方法論，白盒加密技術(shù)整合密文的方式不會暴露密鑰。

因此很顯然，對于黑盒和灰盒模式的內(nèi)置算法在面臨不可信主機(jī)上操作時是不切實(shí)際的。不難理解的是，黑客不會只用黑盒和灰盒的場景下可用的手段來破解密文，而是觀察到使用未受保護(hù)的密鑰時 - 直接竊取它。

暴露在白盒場景下的傳統(tǒng)加密算法，假設(shè)該密鑰作為實(shí)施 的一部分而存在。

白盒場景下，白盒加密算法受到保護(hù)，這是由于密鑰不在內(nèi)存中，無法被提取 - 即使動態(tài)地。因此選擇最合適、最安全的加密模式是抵御惡意威脅的唯 一出路 – 這恰恰是白盒加密技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的。
 

實(shí)現(xiàn)白盒加密技術(shù)幕后的方法論

在假設(shè)可以全面監(jiān)控并更改每條指令的前提下，如何能夠在可執(zhí)行代碼中安全地“隱藏”密鑰？抽象地說，這是通過使用一個數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的，結(jié)合
安全密鑰的功效和一些實(shí)施的特定數(shù)據(jù)，以確保該運(yùn)算事實(shí)上不可反轉(zhuǎn)。

舉個例子，通過一個簡單的乘法運(yùn)算到大數(shù)字使得 RSA 算法的固有強(qiáng)度成立，但這是將結(jié)果分解為其素因數(shù)的數(shù)學(xué)難題。

另外，同樣重要的是，白盒加密算法的實(shí)現(xiàn)完全能夠加密或解密。

如前所述的實(shí)現(xiàn)方式是基于數(shù)學(xué)運(yùn)算的，非常難以反轉(zhuǎn)。

這事實(shí)上能夠構(gòu)建一個類似完整公鑰/私鑰方案的系統(tǒng)，但在性能水平方面，卻更接近一個標(biāo)準(zhǔn)的對稱式加密算法，解密功能可在分布式應(yīng)用程序內(nèi)實(shí)現(xiàn)，但密鑰無法被提取并且解密如同加密操作一樣無法反向。攻擊者沒有任何手段來創(chuàng)建正確的加密過的數(shù)據(jù)，將其解密回所需的值。

這種特定的方法尤為適用于保障硬件設(shè)備保護(hù)的通信通道， 例如硬件保護(hù)令牌。攻擊者無法提取用于安全通信通道的密鑰，因此無法解密通過該通道的數(shù)據(jù)，也無法將數(shù)據(jù)注入到該通道，同時他也沒有正確加密它的手段。
 

解決該挑戰(zhàn)

盡管白盒場景被認(rèn)為不適于安全相關(guān)的任務(wù)，但白盒加密技術(shù)打亂所有牌，并提供了運(yùn)行在完全透明環(huán)境中執(zhí)行加密的一個高度安全的方法。盡管完全透明，加密和解密操作能夠不泄露密鑰或數(shù)據(jù)本身的任何部分，以保護(hù)敏感數(shù)據(jù)。此外，明知有惡意的雙眼在執(zhí)行過程中有可能觀察代碼的執(zhí)行，白盒加密技術(shù)可使強(qiáng)大的加密機(jī)制執(zhí)行（與其他技術(shù)相結(jié)合）。
 

金雅拓安全措施的一個組成部分

金雅拓的 Sentinel 產(chǎn)品所提供的安全通信通道確保被保護(hù)的應(yīng)用程序和硬件令牌之間的通信被加密且無法重放。與以往旨在隱藏加密密鑰的措施不同，新的措施圍繞著白盒加密技術(shù)，其假定攻擊者可以跟蹤被保護(hù)的應(yīng)用程序及其運(yùn)行環(huán)境來尋找加密密鑰。隨著該前提作為設(shè)計(jì)的一部分， 算法和加密密鑰被替換為執(zhí)行相同加密的特定的供應(yīng)商專用 API 庫，將加密密鑰嵌入為算法的一部分，這樣就確保其不會出現(xiàn)在內(nèi)存中，因此無法被提取。供應(yīng)商專用庫的生成是在金雅拓的服務(wù)器上利用一些商業(yè)機(jī)密來執(zhí)行的。 此外，為每個特定軟件供應(yīng)商單獨(dú)生成與混淆每個應(yīng)用程序庫 – 通用的破解幾乎不可能。

真正的突破性解決方案

金雅拓是提供白盒加密技術(shù)作為其 Sentinel 產(chǎn)品系列軟件 授權(quán)解決方案的首個也是唯一的供應(yīng)商。該新技術(shù)能夠時 時保護(hù)加密密鑰，而不會在某個時間段分解并暴露它。從 安全角度來看，這確保了密鑰的保護(hù)免遭黑客攻擊，因此 在潛在的攻擊過程中不易重建。

白盒加密技術(shù)是一個重要組成部分，使得開發(fā)人員能夠保護(hù)他們的應(yīng)用程序以應(yīng)對逆向工程、篡改和自動攻擊。金雅拓的白盒加密方法集成到軟件設(shè)計(jì)過程中，能夠?qū)⒍嘁粚拥谋Ｗo(hù)直接嵌入到源代碼級，從而提供一個高效的軟件 保護(hù)方法。

結(jié)論

被保護(hù)的應(yīng)用程序的整體安全性高度依賴于實(shí)施本身，即如果沒有在其設(shè)計(jì)的環(huán)境中使用，僅僅采取強(qiáng)大的加密算 法并不提供任何安全 - 不在白盒設(shè)置中使用白盒加密技術(shù)大 大地幫助黑客反向工程所保護(hù)的軟件。最常見的攻擊都試圖利用軟件的安全漏洞，而非加密算法的弱點(diǎn) - 但最近攻擊 者已經(jīng)意識到開放的 PC 環(huán)境中經(jīng)典加密算法的弱點(diǎn)。

除了繼續(xù)增強(qiáng)產(chǎn)品生命周期和新版本的發(fā)布外，在設(shè)計(jì)和 實(shí)施階段也要特別注意軟件的保護(hù)。除了白盒加密技術(shù)外， 應(yīng)當(dāng)使用更多互補(bǔ)的安全措施，以進(jìn)一步加強(qiáng)整體保護(hù)方 案。

安全帶來一定的成本，直接的結(jié)果，無法密不透風(fēng)。因此，關(guān)鍵是要正確地評估應(yīng)用程序本身所需要的安全級別，即需要保護(hù)的價值結(jié)合忽略潛在風(fēng)險所遭受的損失。