OneTimeXOR

OneTimeXor è uno strumento a riga di comando, scritto in C, per la cifratura e l'autenticazione sicura di file. Si ispira a cifrari OTP come Vernam, rendendone l'implementazione più pratica attraverso algoritmi crittografici moderni per garantire la confidenzialità, l'integrità e l'autenticità dei dati.

A differenza di un OTP propriamente detto (che ha una sicurezza incondizionata), si arriva ad uno standard robusto perchè anche nel caso in cui la password si ripete c'è il nonce che cambia la chiave crittografica per ogni file, come se fosse effettivamente Vernam a livello di codifica. L'unica cosa diversa è la mancanza di vera casualità, in favore della riproducibilità tramite password (cioè sicurezza computazionale, diverso da sicurezza incondizionata).

Funzionalità principali

• Cifratura robusta: I dati vengono cifrati usando l'algoritmo AES-256 in modalità CTR (Counter) per generare una sequenza di bit pseudocasuali. Questo lo trasforma in un cifrario a flusso che non richiede padding e ha eccellenti performance perchè la generazione di bit casuali è parallelizzabile. Una volta ottenuto questo keystream viene usato per cifrare byte a byte il file in chiaro con il semplice XOR logico.
• Autenticazione forte: Implementa lo schema Encrypt-then-MAC. Dopo la cifratura, un "sigillo" di autenticazione viene generato usando HMAC-SHA256, rendendo impossibile per un malintenzionato modificare il file cifrato o il sigillo senza essere scoperto.
• Derivazione sicura della chiave: Le chiavi di cifratura non vengono mai derivate direttamente dalla password. Si utilizza l'algoritmo PBKDF2 con 600 mila iterazioni e un salt casuale per ogni file, rendendo gli attacchi a forza bruta sulla password estremamente lenti e costosi.
• Protezione da errori utente:
  • Chiede conferma prima di sovrascrivere un file esistente.
  • Richiede l'inserimento doppio della password in fase di cifratura per prevenire errori di battitura che renderebbero il file irrecuperabile.
• Sicurezza della memoria: Le chiavi crittografiche e le password vengono cancellate in modo sicuro dalla RAM dopo l'uso, utilizzando OPENSSL_cleanse per ridurre il rischio di esposizione. Inoltre possono essere gestiti file senza limiti di grandezza (se non quelli del filesystem) attraverso la segmentazione in chunk.
• Facilità d'uso:
  • Supporta sia una modalità interattiva guidata che una modalità a riga di comando (CLI) per l'uso in script.
• Personalizzabile:
  • Il codice è pensato per essere facilmente ispezionabile e modificabile per variarne i parametri di funzionamento a piacimento, come le interazioni del PBKDF2 (NOTA BENE: modificare questo valore rende il programma non retrocompatibile con file cifrati con il valore di default).

Come Funziona

Il programma segue un flusso logico e sicuro e noto in letteratura per proteggere i dati.

Processo di Cifratura

1. Generazione casuale: Vengono generati un salt (16 byte) e un nonce (16 byte) unici per questa operazione.
2. Derivazione chiavi: La password dell'utente e il salt vengono usati da PBKDF2 per generare due chiavi distinte: una per la cifratura (enc_key) e una per l'autenticazione (mac_key).
3. Scrittura intestazione: salt e nonce vengono scritti all'inizio del file di output (devono essere pubblici per ricostruire il keystream).
4. Cifratura a flusso: Il contenuto del file originale viene letto in blocchi di lunghezza CHUNK (per non avere problemi su file di dimensioni qualsiasi) e cifrato tramite XOR logico con il keystream generato da AES-256-CTR (usando enc_key e nonce).
5. Calcolo del MAC: Man mano che i dati vengono cifrati, vengono anche passati a HMAC-SHA256 (usando mac_key). Anche salt e nonce fanno parte del calcolo.
6. Aggiunta del sigillo: Alla fine, il risultato del calcolo HMAC, chiamato tag (32 byte), viene aggiunto in coda al file cifrato.

Il file finale ha la seguente struttura: [SALT][NONCE][TESTO CIFRATO][TAG].

Processo di Decifratura

1. Lettura metadati: Vengono letti salt, nonce e tag dal file di input.
2. Derivazione chiavi: Le chiavi vengono rigenerate usando la password fornita e il salt letto dal file.
3. Verifica del sigillo (fase 1): Prima di decifrare, il programma ricalcola il tag HMAC sul salt, nonce e su tutto il testo cifrato. Se il tag calcolato non corrisponde a quello letto dal file l'esecuzione termina. Questo garantisce che il file non sia stato manomesso e che la password sia corretta, ma soprattutto che non vengano processati dati potenzialmente pericolosi.
4. Decifratura (fase 2): Solo se la verifica ha successo il programma procede a decifrare i dati, applicando la stessa operazione di XOR con lo stesso keystream usato per la cifratura.

Prerequisiti

Per compilare ed eseguire il programma, sono necessari:

• Un compilatore C come gcc.
• Le librerie di sviluppo di OpenSSL.

Su sistemi Debian/Ubuntu:

sudo apt-get update
sudo apt-get install build-essential libssl-dev

Su sistemi Fedora/CentOS/RHEL:

sudo dnf install gcc openssl-devel

Compilazione

Il progetto include un makefile che semplifica la compilazione. Posizionarsi nella directory del progetto e lanciare il comando:

make

Questo comando creerà un file eseguibile chiamato onetime. Per pulire i file generati, usare make clean.

Utilizzo

Il programma può essere usato in due modalità.

1. Modalità interattiva

Per avviare il menu guidato, eseguire il comando senza argomenti:

./onetimexor

Il programma farà delle domande per guidare l'utente attraverso la cifratura o la decifratura.

2. Modalità a riga di comando (CLI)

Questa modalità è ideale per l'automazione e l'uso in script.

Per cifrare:

./onetimexor encrypt -i <file_input> -o <file_output>

Esempio:

./onetimexor encrypt -i documento_segreto.txt -o documento.dat

Per decifrare:

./onetimexor decrypt -i <file_cifrato> -o <file_decrifrato>

Esempio:

./onetimexor decrypt -i documento.dat -o documento_segreto.txt

In entrambi i casi, verrà richiesta la password in modo sicuro (l'input non sarà visibile a schermo).

Considerazioni sulla sicurezza

• Password: La sicurezza dell'intero sistema dipende in modo critico dalla robustezza della password scelta. Usare password lunghe, complesse e uniche.
• Metadati: Questo programma cifra solo il contenuto dei file. Il nome del file, la sua dimensione e le date di modifica/creazione non vengono nascosti.
• Futuri upgrade:
  • Creazione e gestione di keyfile per l'uso del programma in pipeline, automatizzando tramite script tutte le operazioni.
  • Crittografia negabile