कुंजी व्युत्पन्न फ़ंक्शन

1. कुंजी व्युत्पन्न फ़ंक्शन

परिचय

कुंजी व्युत्पन्न फ़ंक्शन (Key Derivation Function - KDF) क्रिप्टोग्राफी का एक मूलभूत घटक है। सरल शब्दों में, KDF एक ऐसा एल्गोरिदम है जो एक गुप्त मान (जैसे पासवर्ड या एक क्रिप्टोग्राफिक कुंजी) से एक या एक से अधिक गुप्त कुंजियों को उत्पन्न करता है। ये कुंजियाँ तब एन्क्रिप्शन, संदेश प्रमाणीकरण और अन्य सुरक्षा प्रोटोकॉल में उपयोग की जाती हैं। KDF की आवश्यकता क्यों होती है, यह समझने के लिए, हमें यह समझना होगा कि सीधे पासवर्ड या अन्य कम-एंट्रॉपी वाले मानों का उपयोग करने के खतरे क्या हैं।

KDF की आवश्यकता क्यों है?

सीधे पासवर्ड या अन्य कम-एंट्रॉपी वाले मानों का उपयोग करने में कई जोखिम शामिल हैं:

**कमज़ोर एन्क्रिप्शन:** सीधे पासवर्ड का उपयोग करने से एन्क्रिप्शन कमजोर हो सकता है, क्योंकि पासवर्ड अक्सर अनुमान लगाने योग्य होते हैं।
**डिक्शनरी अटैक:** डिक्शनरी अटैक में, हमलावर सामान्य पासवर्ड की एक सूची का उपयोग करके एन्क्रिप्टेड डेटा को क्रैक करने का प्रयास करते हैं।
**ब्रूट-फोर्स अटैक:** ब्रूट-फोर्स अटैक में, हमलावर सभी संभावित पासवर्ड संयोजनों को आज़माते हैं।
**पासवर्ड रीयूज़:** उपयोगकर्ता अक्सर विभिन्न वेबसाइटों और सेवाओं पर एक ही पासवर्ड का उपयोग करते हैं। यदि एक वेबसाइट का डेटाबेस हैक हो जाता है, तो हमलावर अन्य सेवाओं तक पहुंचने के लिए उसी पासवर्ड का उपयोग कर सकते हैं।
**कुंजी का समझौता:** यदि मूल कुंजी (जैसे पासवर्ड) से समझौता किया जाता है, तो सभी उत्पन्न कुंजियाँ भी खतरे में पड़ जाती हैं।

KDF इन जोखिमों को कम करने में मदद करते हैं। वे निम्नलिखित तरीकों से सुरक्षा बढ़ाते हैं:

**एंट्रॉपी बढ़ाना:** KDF एक कम-एंट्रॉपी वाले इनपुट से एक उच्च-एंट्रॉपी वाली कुंजी उत्पन्न करते हैं।
**नमक (Salt) का उपयोग:** KDF नमक का उपयोग करते हैं, जो एक यादृच्छिक मान है जो पासवर्ड के साथ जोड़ा जाता है। नमक यह सुनिश्चित करता है कि एक ही पासवर्ड के लिए भी विभिन्न कुंजियाँ उत्पन्न होती हैं।
**पुनरावृत्ति (Iteration):** KDF एक गणना को कई बार दोहराते हैं, जिससे हमलावरों के लिए पासवर्ड क्रैक करना अधिक कठिन हो जाता है।

KDF कैसे काम करते हैं?

एक विशिष्ट KDF में निम्नलिखित चरण शामिल होते हैं:

1. **इनपुट:** KDF एक इनपुट लेता है, जो आमतौर पर एक पासवर्ड या अन्य गुप्त मान होता है। 2. **नमक:** एक यादृच्छिक नमक उत्पन्न होता है या प्रदान किया जाता है। 3. **पुनरावृत्ति:** इनपुट और नमक को एक हैश फ़ंक्शन (जैसे SHA-256) के माध्यम से कई बार दोहराया जाता है। प्रत्येक पुनरावृत्ति पिछले पुनरावृत्ति के परिणाम पर आधारित होती है। 4. **कुंजी पीढ़ी:** अंतिम हैश मान को एक या अधिक कुंजियों के रूप में उपयोग किया जाता है।

KDF प्रक्रिया का उदाहरण
चरण	विवरण		1	इनपुट: पासवर्ड (उदाहरण: "password123")		2	नमक: यादृच्छिक मान (उदाहरण: "abc123xyz")		3	पुनरावृत्ति: SHA-256(पासवर्ड + नमक)		4	पुनरावृत्ति: SHA-256(पिछले पुनरावृत्ति का परिणाम + नमक)		...	कई पुनरावृत्तियों को दोहराएं		अंतिम	कुंजी: अंतिम हैश मान

सामान्य KDF

कई अलग-अलग KDF उपलब्ध हैं। कुछ सबसे सामान्य KDF में शामिल हैं:

**PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2):** यह सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले KDF में से एक है। यह एक हैश फ़ंक्शन, नमक और पुनरावृत्तियों की संख्या का उपयोग करता है। पासवर्ड सुरक्षा के लिए यह एक मानक है।
**bcrypt:** यह KDF विशेष रूप से पासवर्ड हैशिंग के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह एक अनुकूलनीय हैश फ़ंक्शन का उपयोग करता है, जिसका अर्थ है कि पुनरावृत्तियों की संख्या को हार्डवेयर की शक्ति के अनुसार समायोजित किया जा सकता है।
**scrypt:** bcrypt के समान, scrypt भी एक अनुकूलनीय हैश फ़ंक्शन का उपयोग करता है, लेकिन यह अधिक मेमोरी-इंटेंसिव है, जिससे इसे कस्टम हार्डवेयर के साथ क्रैक करना अधिक कठिन हो जाता है।
**Argon2:** यह एक आधुनिक KDF है जो bcrypt और scrypt की तुलना में बेहतर सुरक्षा और प्रदर्शन प्रदान करता है। यह पासवर्ड हैशिंग प्रतियोगिता जीतने वाला KDF था।
**HKDF (HMAC-based Key Derivation Function):** यह एक सामान्य-उद्देश्यीय KDF है जो किसी भी हैश फ़ंक्शन के साथ काम कर सकता है। यह अक्सर क्रिप्टोग्राफिक प्रोटोकॉल में उपयोग किया जाता है।

बाइनरी विकल्पों में KDF का उपयोग

बाइनरी विकल्प प्लेटफ़ॉर्म पर, KDF का उपयोग उपयोगकर्ता खातों को सुरक्षित करने और संवेदनशील डेटा (जैसे कि क्रेडिट कार्ड नंबर) की सुरक्षा के लिए किया जाता है। प्लेटफ़ॉर्म उपयोगकर्ता के पासवर्ड को सीधे संग्रहीत नहीं करते हैं, बल्कि KDF का उपयोग करके हैश किए गए पासवर्ड को संग्रहीत करते हैं। जब कोई उपयोगकर्ता लॉग इन करता है, तो प्लेटफ़ॉर्म उपयोगकर्ता द्वारा दर्ज किए गए पासवर्ड को हैश करता है और संग्रहीत हैश मान से तुलना करता है। यदि हैश मान मेल खाते हैं, तो उपयोगकर्ता को लॉग इन करने की अनुमति दी जाती है।

यहां कुछ विशिष्ट तरीके दिए गए हैं जिनसे बाइनरी विकल्प प्लेटफ़ॉर्म KDF का उपयोग कर सकते हैं:

**उपयोगकर्ता प्रमाणीकरण:** उपयोगकर्ता के पासवर्ड को सुरक्षित रूप से संग्रहीत करने और उपयोगकर्ता की पहचान को सत्यापित करने के लिए।
**लेनदेन सुरक्षा:** वित्तीय लेनदेन को सुरक्षित करने के लिए, जैसे कि जमा और निकासी।
**डेटा एन्क्रिप्शन:** उपयोगकर्ता के संवेदनशील डेटा को एन्क्रिप्ट करने के लिए, जैसे कि व्यक्तिगत जानकारी और वित्तीय विवरण।
**API सुरक्षा:** API को सुरक्षित करने के लिए, ताकि केवल अधिकृत एप्लिकेशन ही प्लेटफ़ॉर्म तक पहुंच सकें।

KDF चुनते समय विचार

KDF चुनते समय, निम्नलिखित कारकों पर विचार करना महत्वपूर्ण है:

**सुरक्षा:** KDF को ज्ञात हमलों के खिलाफ प्रतिरोधी होना चाहिए।
**प्रदर्शन:** KDF को तेज़ होना चाहिए, ताकि यह उपयोगकर्ता अनुभव को प्रभावित न करे।
**अनुकूलनशीलता:** KDF को हार्डवेयर की शक्ति के अनुसार समायोजित किया जाना चाहिए।
**मानकीकरण:** KDF को व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त और मानकीकृत होना चाहिए।
**लाइब्रेरी समर्थन:** KDF के लिए विभिन्न प्रोग्रामिंग भाषाओं में लाइब्रेरी उपलब्ध होनी चाहिए।

नमक का महत्व

नमक KDF का एक महत्वपूर्ण घटक है। नमक यह सुनिश्चित करता है कि एक ही पासवर्ड के लिए भी विभिन्न कुंजियाँ उत्पन्न होती हैं। यह रेनबो टेबल अटैक को रोकता है, जिसमें हमलावर पहले से ही हैश किए गए पासवर्ड की एक तालिका का उपयोग करके एन्क्रिप्टेड डेटा को क्रैक करने का प्रयास करते हैं। नमक को यादृच्छिक और अद्वितीय होना चाहिए।

पुनरावृत्ति की संख्या

पुनरावृत्ति की संख्या KDF की सुरक्षा को प्रभावित करती है। जितनी अधिक पुनरावृत्तियाँ, KDF को क्रैक करना उतना ही कठिन होता है। हालांकि, पुनरावृत्तियों की संख्या जितनी अधिक होगी, KDF को चलाने में उतना ही अधिक समय लगेगा। इसलिए, पुनरावृत्तियों की संख्या को सुरक्षा और प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाना महत्वपूर्ण है।

नवीनतम रुझान

KDF के क्षेत्र में नवीनतम रुझानों में शामिल हैं:

**Argon2:** Argon2 एक आधुनिक KDF है जो bcrypt और scrypt की तुलना में बेहतर सुरक्षा और प्रदर्शन प्रदान करता है।
**पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी:** पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफी उन एल्गोरिदम का विकास है जो क्वांटम कंप्यूटर के हमलों के खिलाफ प्रतिरोधी हैं।
**हार्डवेयर-आधारित KDF:** हार्डवेयर सुरक्षा मॉड्यूल (HSM) का उपयोग करके KDF को सुरक्षित रूप से लागू करना।

निष्कर्ष

कुंजी व्युत्पन्न फ़ंक्शन सुरक्षा के लिए आवश्यक हैं। वे पासवर्ड और अन्य गुप्त मानों को सुरक्षित करने में मदद करते हैं, और विभिन्न प्रकार के क्रिप्टोग्राफिक प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाते हैं। KDF चुनते समय, सुरक्षा, प्रदर्शन, अनुकूलनशीलता और मानकीकरण पर विचार करना महत्वपूर्ण है।

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