~~NOTOC~~ ====== Scenarij 7.3: Šifriranje datotek ====== **Kategorija:** [[.:start|Šifriranje]] \\ **Kompleksnost:** Srednja \\ **Predpogoji:** Material ključev ali geslo \\ **Ocenjeni čas:** 15-20 minut ---- ===== Opis ===== Ta scenarij opisuje **varno šifriranje datotek** s post-kvantno varnimi postopki. Implementacija podpira tako šifriranje na osnovi gesel kot šifriranje na osnovi ključev. **Primeri uporabe:** * Šifriranje varnostnih kopij * Zaščita dokumentov * Konfiguracijske datoteke * Arhiviranje ---- ===== Potek dela ===== flowchart TD FILE[Izvorna datoteka] --> COMPRESS[Opcijsko: Stiskanje] COMPRESS --> CHUNK[Razdelitev na dele] CHUNK --> ENCRYPT[AES-256-GCM na del] subgraph Izpeljava ključa PWD[Geslo] --> KDF[Argon2id] KDF --> KEY[Šifrirni ključ] end KEY --> ENCRYPT ENCRYPT --> OUTPUT[Šifrirana datoteka] style KEY fill:#e8f5e9 style OUTPUT fill:#e3f2fd ---- ===== Primer kode: Šifriranje datoteke =====


using WvdS.Security.Cryptography.X509Certificates.Extensions.PQ;
using System.Security.Cryptography;

using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();

// Izvorna datoteka
string inputFile = "document.pdf";
string outputFile = "document.pdf.enc";
string password = "MySecurePassword123!";

// Parametri šifriranja
var salt = RandomNumberGenerator.GetBytes(32);
var nonce = RandomNumberGenerator.GetBytes(12);

// Izpeljava ključa iz gesla (Argon2id)
var key = ctx.DeriveKeyArgon2id(
    password: Encoding.UTF8.GetBytes(password),
    salt: salt,
    outputLength: 32,
    iterations: 3,
    memoryKiB: 65536,  // 64 MB
    parallelism: 4
);

// Branje datoteke
var plaintext = File.ReadAllBytes(inputFile);

// Šifriranje z AES-256-GCM
var ciphertext = new byte[plaintext.Length];
var tag = new byte[16];

using var aes = new OpenSslAesGcm(key);
aes.Encrypt(nonce, plaintext, ciphertext, tag);

// Pisanje glave + šifriranega teksta
using var output = File.Create(outputFile);
using var writer = new BinaryWriter(output);

// Magična številka
writer.Write(Encoding.ASCII.GetBytes("PQENC"));
// Verzija
writer.Write((byte)1);
// Sol
writer.Write(salt.Length);
writer.Write(salt);
// Nonce
writer.Write(nonce.Length);
writer.Write(nonce);
// Oznaka
writer.Write(tag.Length);
writer.Write(tag);
// Šifriran tekst
writer.Write(ciphertext.Length);
writer.Write(ciphertext);

Console.WriteLine($"Datoteka šifrirana: {outputFile}");
Console.WriteLine($"  Izvirnik: {plaintext.Length:N0} bajtov");
Console.WriteLine($"  Šifrirano: {output.Length:N0} bajtov");

---- ===== Primer kode: Dešifriranje datoteke =====


using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();

string encryptedFile = "document.pdf.enc";
string outputFile = "document-decrypted.pdf";
string password = "MySecurePassword123!";

using var input = File.OpenRead(encryptedFile);
using var reader = new BinaryReader(input);

// Preverjanje magične številke
var magic = Encoding.ASCII.GetString(reader.ReadBytes(5));
if (magic != "PQENC")
    throw new InvalidDataException("Neveljavna oblika datoteke");

// Preverjanje verzije
var version = reader.ReadByte();
if (version != 1)
    throw new NotSupportedException($"Verzija {version} ni podprta");

// Branje parametrov
var saltLen = reader.ReadInt32();
var salt = reader.ReadBytes(saltLen);
var nonceLen = reader.ReadInt32();
var nonce = reader.ReadBytes(nonceLen);
var tagLen = reader.ReadInt32();
var tag = reader.ReadBytes(tagLen);
var ciphertextLen = reader.ReadInt32();
var ciphertext = reader.ReadBytes(ciphertextLen);

// Izpeljava ključa (enaki parametri!)
var key = ctx.DeriveKeyArgon2id(
    password: Encoding.UTF8.GetBytes(password),
    salt: salt,
    outputLength: 32,
    iterations: 3,
    memoryKiB: 65536,
    parallelism: 4
);

// Dešifriranje
var plaintext = new byte[ciphertext.Length];

using var aes = new OpenSslAesGcm(key);
aes.Decrypt(nonce, ciphertext, tag, plaintext);

// Shranjevanje
File.WriteAllBytes(outputFile, plaintext);

Console.WriteLine($"Datoteka dešifrirana: {outputFile}");

---- ===== Pretakanje za velike datoteke =====


public class FileEncryptor
{
    private const int ChunkSize = 64 * 1024;  // 64 KB deli

    public void EncryptLargeFile(
        string inputPath,
        string outputPath,
        byte[] key)
    {
        using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();
        using var input = File.OpenRead(inputPath);
        using var output = File.Create(outputPath);
        using var writer = new BinaryWriter(output);

        // Pisanje glave
        writer.Write(Encoding.ASCII.GetBytes("PQENC"));
        writer.Write((byte)2);  // Verzija 2 = pretakanje

        // Število delov
        var totalChunks = (int)Math.Ceiling((double)input.Length / ChunkSize);
        writer.Write(totalChunks);

        var buffer = new byte[ChunkSize];
        var chunkIndex = 0;

        while (input.Position < input.Length)
        {
            var bytesRead = input.Read(buffer, 0, ChunkSize);
            var chunk = buffer.AsSpan(0, bytesRead).ToArray();

            // Edinstvena nonce na del (indeks dela + naključno)
            var nonce = new byte[12];
            BitConverter.GetBytes(chunkIndex).CopyTo(nonce, 0);
            RandomNumberGenerator.Fill(nonce.AsSpan(4));

            var ciphertext = new byte[bytesRead];
            var tag = new byte[16];

            using var aes = new OpenSslAesGcm(key);
            // AAD = indeks dela za zaščito vrstnega reda
            var aad = BitConverter.GetBytes(chunkIndex);
            aes.Encrypt(nonce, chunk, ciphertext, tag, aad);

            // Pisanje dela
            writer.Write(nonce);
            writer.Write(tag);
            writer.Write(ciphertext.Length);
            writer.Write(ciphertext);

            chunkIndex++;
        }

        Console.WriteLine($"Šifrirano: {chunkIndex} delov");
    }

    public void DecryptLargeFile(
        string inputPath,
        string outputPath,
        byte[] key)
    {
        using var input = File.OpenRead(inputPath);
        using var reader = new BinaryReader(input);
        using var output = File.Create(outputPath);

        // Branje glave
        var magic = Encoding.ASCII.GetString(reader.ReadBytes(5));
        if (magic != "PQENC") throw new InvalidDataException();

        var version = reader.ReadByte();
        if (version != 2) throw new NotSupportedException();

        var totalChunks = reader.ReadInt32();

        for (int i = 0; i < totalChunks; i++)
        {
            var nonce = reader.ReadBytes(12);
            var tag = reader.ReadBytes(16);
            var ciphertextLen = reader.ReadInt32();
            var ciphertext = reader.ReadBytes(ciphertextLen);

            var plaintext = new byte[ciphertextLen];

            using var aes = new OpenSslAesGcm(key);
            var aad = BitConverter.GetBytes(i);
            aes.Decrypt(nonce, ciphertext, tag, plaintext, aad);

            output.Write(plaintext);
        }
    }
}

---- ===== Hibridno šifriranje z ML-KEM =====


public class HybridFileEncryptor
{
    public void EncryptForRecipient(
        string inputPath,
        string outputPath,
        byte[] recipientMlKemPublicKey)
    {
        using var ctx = PqCryptoContext.Initialize();

        // ML-KEM enkapsulacija ključa
        var pubKey = ctx.ImportPublicKey(recipientMlKemPublicKey);
        var (kemCiphertext, sharedSecret) = ctx.Encapsulate(pubKey);

        // Izpeljava ključa za šifriranje datoteke
        var fileKey = ctx.DeriveKey(
            sharedSecret,
            outputLength: 32,
            info: Encoding.UTF8.GetBytes("file-encryption-key")
        );

        // Šifriranje datoteke
        var encryptor = new FileEncryptor();
        var tempFile = Path.GetTempFileName();
        encryptor.EncryptLargeFile(inputPath, tempFile, fileKey);

        // Izhod z KEM šifriranim tekstom
        using var output = File.Create(outputPath);
        using var writer = new BinaryWriter(output);

        writer.Write(Encoding.ASCII.GetBytes("PQKEM"));
        writer.Write((byte)1);
        writer.Write(kemCiphertext.Length);
        writer.Write(kemCiphertext);

        // Pripenjanje šifrirane vsebine
        using var encryptedContent = File.OpenRead(tempFile);
        encryptedContent.CopyTo(output);

        File.Delete(tempFile);
    }
}

---- ===== Specifikacija oblike datoteke =====


PQENC v1 (enkratno):
┌─────────────────────────────────┐
│ Magic: "PQENC" (5 bajtov)       │
│ Version: 0x01 (1 bajt)          │
│ Salt Length (4 bajti)           │
│ Salt (spremenljivo)             │
│ Nonce Length (4 bajti)          │
│ Nonce (12 bajtov)               │
│ Tag Length (4 bajti)            │
│ Tag (16 bajtov)                 │
│ Ciphertext Length (4 bajti)     │
│ Ciphertext (spremenljivo)       │
└─────────────────────────────────┘

PQENC v2 (pretakanje):
┌─────────────────────────────────┐
│ Magic: "PQENC" (5 bajtov)       │
│ Version: 0x02 (1 bajt)          │
│ Total Chunks (4 bajti)          │
├─────────────────────────────────┤
│ Del 0:                          │
│   Nonce (12 bajtov)             │
│   Tag (16 bajtov)               │
│   Ciphertext Length (4 bajti)   │
│   Ciphertext (spremenljivo)     │
├─────────────────────────────────┤
│ Del 1: ...                      │
└─────────────────────────────────┘

---- ===== Povezani scenariji ===== ^ Povezava ^ Scenarij ^ Opis ^ | **Komponenta** | [[.:key_encapsulation|7.2 Enkapsulacija ključev]] | ML-KEM za prejemnika | | **Povezano** | [[.:hybrid_encryption|7.1 Hibridno šifriranje]] | Hibridni koncept | | **Povezano** | [[sl:int:pqcrypt:szenarien:verwaltung:backup|4.4 Varnostna kopija]] | Šifriranje varnostnih kopij | ---- << [[.:key_encapsulation|← 7.2 Enkapsulacija ključev]] | [[.:start|↑ Pregled šifriranja]] | [[sl:int:pqcrypt:szenarien:start|→ Vsi scenariji]] >> {{tag>szenario verschluesselung datei aes-gcm argon2id}} ---- //Wolfgang van der Stille @ EMSR DATA d.o.o. - Post-Quantum Cryptography Professional//