Muster-Verschlüsselung: Wie eine gezeichnete Form deine Dateien schützt

Vaultaire serialisiert eine auf einem 5×5-Raster gezeichnete Form und verarbeitet sie mit PBKDF2-HMAC-SHA512, 600.000 Iterationen und ein geräteweites Salt, das im gespeichert ist iOS Keychain. Das 256-Bit-Ergebnis ist ein Tresorschlüssel: Es verschlüsselt den Tresorindex und entpackt den separaten zufälligen Hauptschlüssel AES-256-GCM Wird für Dateiinhalte und Metadaten verwendet.

Was ist Muster-Verschlüsselung?

Die meisten Tresor-Apps verstecken sich hinter einer PIN oder einem Passwort. Du tippst vier Ziffern ein, und deine Fotos erscheinen. Klingt sicher genug?

Das Problem: Eine vierstellige PIN hat genau 10.000 mögliche Kombinationen. Ein Computer probiert jede einzelne in unter einer Sekunde durch. Sechs Stellen? Eine Million Kombinationen. Für moderne Hardware immer noch trivial. Selbst ein achtstelliges Passwort aus nur Kleinbuchstaben ergibt etwa 200 Milliarden Möglichkeiten. Das klingt viel, bis du erfährst, dass ein handelsüblicher Laptop Milliarden von Passwort-Hashes pro Sekunde testen kann.

Die Musterverschlüsselung verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz. Anstatt Zeichen in ein Feld einzugeben, zeichnen Sie eine geometrische Form über ein Punktraster. Der spezifische Pfad, den Sie verfolgen – welche Punkte Sie in welcher Reihenfolge und mit welcher Geometrie berühren – wird zur Eingabe für eine passwortbasierte Schlüsselableitungsfunktion. Das Ergebnis wird nicht nur von der Schnittstelle überprüft: Sie muss einen authentifizierten verschlüsselten Index und den darin enthaltenen zufälligen Hauptschlüssel entsperren.

Die Unterscheidung ist wichtig. Wenn Sie in einigen Apps eine PIN eingeben, prüft die App nur, ob Sie die richtige Nummer eingegeben haben. Wenn Sie dies getan haben, wird es geöffnet, auch wenn die Dateien möglicherweise hauptsächlich durch die Zugriffskontrolle geschützt sind. Vaultaire speist stattdessen das gezeichnete Muster ein PBKDF2 um einen 256-Bit-Tresorschlüssel abzuleiten. Dieser Schlüssel muss den Tresorindex authentifizieren und entschlüsseln, bevor er den für die Dateien verwendeten zufälligen Hauptschlüssel entpacken kann. Ein nicht erkanntes Muster wird als leeres Gewölbe dargestellt, aber das zugrunde liegende AES-GCM Die Authentifizierung unterscheidet immer noch einen richtigen Schlüssel von einem falschen.

Wie es funktioniert, Schritt für Schritt

Das passiert vom Moment, in dem dein Finger den Bildschirm berührt, bis deine Dateien für alle anderen unlesbar werden.

Schritt 1: Du zeichnest dein Muster

Vaultaire präsentiert ein 5×5-Punktraster. Sie zeichnen einen kontinuierlichen Pfad, der mindestens 6 Punkte mit mindestens zwei Richtungsänderungen verbindet. Die App zeichnet genau auf, welche Punkte Sie besucht haben und in welcher Reihenfolge. Diese Sequenz ist Ihr Muster.

Im Gegensatz zu den 3×3-Rastern, die üblicherweise für Android-Sperrbildschirme verwendet werden, verwendet Vaultaire ein 5×5-Raster. Dies ist keine kosmetische Entscheidung. Fünfundzwanzig Positionen ermöglichen weitaus mehr Wege, Kreuzungen, Sprünge und Richtungsänderungen als neun Positionen. Der größere theoretische Raum hilft, aber die tatsächliche Sicherheit hängt immer noch von der Unvorhersehbarkeit des von Ihnen gewählten Pfads ab. Ein vertrauter Buchstabe oder eine einfache Form bleibt erratbar, selbst wenn das Raster Milliarden von Alternativen darstellen kann.

Schritt 2: Das Muster leitet einen Tresorschlüssel ab

Ihr gezeichnetes Muster wird mit der Rastergröße serialisiert und eingespeist PBKDF2 (Passwortbasierte Schlüsselableitungsfunktion 2) mit HMAC-SHA512, 600.000 Iterationen und ein zufälliges geräteweites Salt. Das Salz ist ein nicht geheimer Wert, der im gespeichert ist iOS Keychain als WhenUnlockedThisDeviceOnly-Element. Es macht die lokale Ableitung gerätegebunden; Es ist nicht für jeden Tresor einzigartig und fügt einem vom Menschen gewählten Muster keine Entropie hinzu.

Der Schlüsselableitungsprozess ist bewusst teuer. PBKDF2 Läuft 600.000 HMAC-SHA512 Iterationen für jedes Kandidatenmuster, was die Kosten eines Rateangriffs erhöht. Dadurch wird ein Muster mit niedriger Entropie nicht in 256 Bit Sicherheit umgewandelt, und die Angriffszeit hängt von der Hardware des Angreifers ab. Sein Zweck ist enger und messbar: Jede Schätzung ist wesentlich teurer als ein einfacher Hash.

Schritt 3: Deine Dateien werden verschlüsselt

Wenn der Tresor zum ersten Mal erstellt wird, generiert Vaultaire einen zufälligen 256-Bit-Hauptschlüssel. Der vom Muster abgeleitete Tresorschlüssel verschlüsselt den Index und umschließt diesen Hauptschlüssel. Es wird nicht jede Datei direkt verschlüsselt. Der Hauptschlüssel wird mit verwendet AES-256-GCM für Dateikopfzeilen, Inhalte, Miniaturansichten und zugehörige Metadaten. Neue Nonces stellen sicher, dass wiederholter Klartext nicht zu wiederholtem Chiffretext unter demselben Schlüssel führt.

GCM-Modus fügt eine wichtige Schicht hinzu: Authentifizierung. Er verwürfelt nicht nur deine Daten, sondern erzeugt auch einen Tag, der jede Manipulation erkennt. Wird ein einzelnes Bit der verschlüsselten Datei verändert, schlägt die Entschlüsselung fehl. Niemand kann deine Dateien manipulieren, ohne dass du es merkst.

Schritt 4: Der Status des aktiven Schlüssels wird gelöscht

Wenn Vaultaire gesperrt wird, löscht es seinen aktiven Tresor- und Hauptschlüsselstatus und erfordert eine weitere Entriegelungszeremonie, bevor die Dateien erneut angezeigt werden. Während der Tresor geöffnet ist, sind diese symmetrischen Schlüsselbytes zwangsläufig im App-Prozess vorhanden CryptoKit durchführen kann AES-GCM Operationen. Vaultaire speichert außerdem Wiederherstellungsinformationen, einschließlich des Muster- und Phrasen-verschlüsselten Wiederherstellungsumschlags, in einem AES-GCM verschlüsselte Datenbank, die in der gespeichert ist iOS Keychain. Das unterscheidet sich wesentlich von der Behauptung, dass das Muster und jede Schlüsselkopie nirgendwo gespeichert sind.

Die Mathematik dahinter (verständlich erklärt)

Du brauchst keinen Informatik-Abschluss, um zu verstehen, warum das funktioniert. Die Sicherheit kommt auf drei Zahlen an: wie viele Muster möglich sind, wie lange jeder Rateversuch dauert und wie viele Versuche ein Angreifer machen kann.

Entropie: Das Maß für Unvorhersagbarkeit

Entropie ist ein anderes Wort für “wie schwer ist das zu erraten”. Ein Münzwurf hat 1 Bit Entropie (zwei Ergebnisse). Eine vierstellige PIN hat etwa 13 Bit Entropie (10.000 Ergebnisse). Ein gut gewähltes Muster auf einem 5×5-Raster mit 8 oder mehr verbundenen Punkten kann über 30 Bit Entropie erreichen — mehr als eine Milliarde möglicher Muster.

Die Entropie des Musters legt die Obergrenze für einen Rateangriff fest. PBKDF2 Es kann keine Entropie erzeugt werden, die die Geste nicht enthält, aber es kann dazu führen, dass das Testen jedes einzelnen Kandidaten deutlich teurer wird.

Schlüsselableitung: Rateversuche teuer machen

PBKDF2 Nimmt das serialisierte Muster und führt 600.000 Runden durch HMAC-SHA512. Angriffsschätzungen müssen einen gemessenen Aufwand für die Hardware verwenden, die die Schätzung durchführt: Bei genau 1 ms pro vollständigem Kandidaten würden 1.000.000.000 Kandidaten 1.000.000 s oder etwa 11,6 Tage bei einem Worker benötigen. Je langsamer die Kandidatenkosten gemessen werden, desto länger dauert es; Parallele Hardware reduziert es. Die 256-Bit-Ausgabelänge ändert nichts an der Größe des Mustersuchraums.

Das geräteweite Salz wird darin gespeichert Keychain und ist nicht dazu gedacht, geheim zu bleiben. Keychain und iOS Der Datenschutz kann die Extraktion in einem Gerätebeschlagnahmeszenario erschweren, die kryptografische Analyse muss jedoch davon ausgehen, dass ein Prüfer, der die verschlüsselten Dateien beschafft, möglicherweise auch an das Salt gelangt. Das Salt verhindert eine geräteübergreifende Vorberechnung; es ist kein Ersatz für ein starkes Muster.

AES-256: Der Standard, dem Regierungen vertrauen

AES-256 ist der Verschlüsselungsstandard der US-Regierung für Verschlusssachen. Die “256” bezieht sich auf die Schlüssellänge in Bit. Ein 256-Bit Schlüssel hat 2²⁵⁶ mögliche Werte — eine Zahl so groß, dass wenn jedes Atom im beobachtbaren Universum ein Computer wäre und jeder Computer eine Billion Schlüssel pro Sekunde testen könnte, sie den Schlüssel trotzdem nicht vor dem Wärmetod des Universums knacken würden.

Die Sicherheit von AES-256 hängt nicht von der Geheimhaltung des Algorithmus ab. Das gesamte System wird jedoch nicht allein durch den AES-Schlüsselraum geschützt: Die praktische Schätzgrenze ergibt sich aus der Entropie des Musters PBKDF2 Arbeitsfaktor und der Schutz rund um das Gerätesalz und die verschlüsselte Speicherung. AES-256-GCM Bietet eine starke authentifizierte Verschlüsselung, sobald der richtige zufällige Hauptschlüssel entsperrt wurde.

Warum niemand durchkommt

Betrachten wir die Hauptmethoden, mit denen jemand versuchen könnte, auf Ihre verschlüsselten Dateien zuzugreifen, was Vaultaire unternimmt, um die Kosten zu erhöhen, und wo die Grenzen bestehen bleiben.

Brute Force: Jedes Muster durchprobieren

PBKDF2 lässt jeden Musterkandidaten 600.000 bezahlen HMAC-SHA512 Iterationen. Das ist eine sinnvolle Verteidigung, aber kein Versprechen einer festen Anzahl von Jahren: Das Ergebnis hängt von der Musterwahl, der gemessenen Ableitungsgeschwindigkeit, der Parallelität und davon ab, ob der Prüfer das Gerätesalz wiederhergestellt hat. Längere, weniger vorhersehbare Wege sind wichtig, weil PBKDF2 erhöht die geschätzten Kosten, anstatt neue Entropie zu erzeugen.

Schmierangriffe: Den Bildschirm ablesen

Auf einem 3×3-Raster können Schmierspuren auf dem Bildschirm die möglichen Muster deutlich eingrenzen. Auf einem 5×5-Raster zeigen die Spuren zwar, welche Punkte berührt wurden, aber nicht die Reihenfolge, Richtung oder Verbindungen. Die kombinatorische Explosion macht diesen Ansatz unpraktikabel.

Schulter-Surfing: Beim Zeichnen zusehen

Muster, die schnell auf einem kleinen Handybildschirm gezeichnet werden, sind extrem schwer durch Beobachtung zu merken, besonders auf einem 5×5-Raster. Forschung zeigt, dass Beobachter komplexe Muster viel schwerer reproduzieren können als eine abgehörte PIN oder ein gesprochenes Passwort.

Gerätebeschlagnahme: Dein Handy wegnehmen

Wenn jemand Ihr Telefon nimmt, bleiben die Dateiinhalte und Indizes von Vaultaire erhalten AES-GCM Chiffretext, bis die erforderlichen Schlüssel verfügbar sind. Die App speichert keinen herkömmlichen Passwort-Verifizierungsdatensatz, die Offline-Verifizierung wird dadurch jedoch nicht entfernt. Der Dateiname jedes verschlüsselten Tresorindex enthält einen gekürzten Hash des Tresorschlüssels und AES-GCM Die authentifizierte Entschlüsselung ist auch für einen Kandidatenschlüssel erfolgreich oder schlägt fehl. Geräteschutz und Musterstärke bleiben daher Teil des Bedrohungsmodells.

Ein starkes Muster wählen

Die Verschlüsselung ist nur so stark wie das Muster, das du wählst. So maximierst du deine Sicherheit mit wenig Aufwand.

Was ein Muster stark macht

• Mehr Punkte nutzen. Verbinde mindestens 8 der 25 verfügbaren Punkte. Jeder zusätzliche Punkt vervielfacht die Zahl möglicher Muster.
• Den eigenen Pfad kreuzen. Muster mit Schleifen, übersprungenen Punkten oder unerwarteten Richtungswechseln sind viel schwerer zu reproduzieren.
• Offensichtliche Formen vermeiden. Buchstaben (L, Z, S), einfache geometrische Formen (Quadrate, Dreiecke) und gerade Linien wären das Erste, was ein Angreifer ausprobiert.
• Das gesamte Raster nutzen. Muster, die in einer Ecke oder an einer Kante bleiben, verschwenden die verfügbare Entropie. Breit streuen.

Was du vermeiden solltest

• Muster mit minimaler Länge. Vaultaire erfordert mindestens 6 Punkte und zwei Richtungswechsel, aber das Erreichen des Minimums macht einen Weg nicht unvorhersehbar. Nutzen Sie mehr Raster, wenn Sie sich das Ergebnis zuverlässig merken können.
• Einfache geometrische Formen. Ein L-Form, ein Zickzack oder eine gerade Diagonale sind das Muster-Äquivalent zu “password123”.
• Immer von der gleichen Ecke starten. Forschung zu Android-Sperrmustern zeigt, dass die meisten Leute oben links anfangen. Angreifer wissen das.

Der beste Kompromiss

Ein Muster, das 8–12 Punkte mit mindestens zwei Richtungswechseln verbindet, bietet hervorragende Sicherheit und bleibt trotzdem leicht durch Muskelgedächtnis zu merken. Du musst es dir nicht wie ein Passwort einprägen — deine Hand erinnert sich an die Bewegung, genau wie an deine Unterschrift.

Warum du dich sicher fühlen kannst

Die Musterverschlüsselung in Vaultaire ist nicht nur ein hübsches PIN-Pad. Die Geste wird von einer echten Schlüsselableitungsfunktion verarbeitet und muss authentifizierte verschlüsselte Daten entsperren. Seine Stärke hängt immer noch von der gewählten Geste ab, daher kombiniert Vaultaire das größere Raster mit einem hohen PBKDF2 Arbeitsfaktor, anstatt die 256-Bit-Ausgabelänge als 256 Bit menschlicher geheimer Entropie darzustellen.

Ihr Muster und Ihr lokaler Tresorschlüssel werden nicht an Vaultaire gesendet. Wenn die optionale Sicherung aktiviert ist, wird ein separater, von einem Muster abgeleiteter Sicherungsschlüssel verschlüsselt CloudKit Datensätze und ein verschlüsseltes Wiederherstellungsmanifest ermöglichen die Wiederherstellung der Tresor- und Sicherungsschlüssel mit der Wiederherstellungsphrase. Vaultaire verfügt nicht über einen Anbieterschlüssel, der diese Datensätze entschlüsselt, aber die Geräte- und Wiederherstellungsanmeldeinformationen bleiben sicherheitskritische Teile des Designs.

Du zeichnest eine Form. Diese Form schützt deine Dateien. Die Mathematik erledigt den Rest.