Šiuolaikiniame skaitmeniniame amžiuje itin svarbu užtikrinti informacijos saugumą ir konfidencialumą. Siekiant šio tikslo, labai svarbus vaidmuo tenka šifravimui, nes duomenis galima paversti į tokį formatą, kuris yra neperskaitomas ir prieinamas tik įgaliotiems asmenims. Šifravimo procese naudojami kriptografiniai raktai ir matematiniai algoritmai.
Šiame straipsnyje apžvelgsime tris pagrindinius šifravimo tipus: simetrinį, asimetrinį ir hibridinį šifravimą. Pradėkime nuo simetrinio šifravimo.
Simetrinis šifravimas
Simetrinis šifravimas , kaip rodo pavadinimas, naudoja vieną kriptografinį raktą ir šifravimui, ir dešifravimui. Naudojant vieną raktą procesas yra paprastas. Norėdami suprasti simetrinio šifravimo esmę, panagrinėkite toliau pateiktą pavyzdį:
Įsivaizduokite du artimus draugus Antoną ir Alisą, gyvenančius Kijeve. Dėl tam tikrų aplinkybių Alisa priversta išsikraustyti iš miesto. Vienintelė jų bendravimo priemonė – paštas. Tačiau jie baiminasi, kad jų laiškus gali perimti ir perskaityti nepažįstami žmonės.
Siekdami apsaugoti savo susirašinėjimą, Antonas ir Alisa nusprendžia užšifruoti savo pranešimus. Jie susitaria dėl paprasto šifravimo būdo: kiekvieną raidę perkelti septyniomis abėcėlės pozicijomis žemyn. Pavyzdžiui, žodis “Apple” bus užrašytas kaip “hwwsl” (A -> H, P -> W, L -> S, E -> L). Norint iššifruoti pranešimą, reikia atlikti atvirkštinį procesą, perkeliant kiekvieną raidę septyniomis pozicijomis atgal. Šis šifravimo būdas primena senovinį “Cezario šifrą”, kurį garsiai naudojo Romos imperatorius ir karo vadas Gajus Julijus Cezaris.
Simetrinio šifravimo privalumai
Simetrinis šifravimas turi didelių privalumų, visų pirma dėl savo paprastumo. Naudojant vieną raktą šifravimui ir iššifravimui, procesas supaprastėja. Be to, šifruojant didelius duomenų kiekius, simetrinis šifravimas yra veiksmingas pasirinkimas. Papildomi privalumai:
- Greitis: simetriniai šifravimo algoritmai yra daug greitesni už asimetrinius, kuriuos aptarsime vėliau.
- Skaičiavimogalia: simetriniam šifravimui reikalingi santykinai mažesni skaičiavimo ištekliai.
- Minimalus poveikis interneto spartai: simetrinis šifravimas nedaro didelės įtakos duomenų perdavimo internetu spartai.
Trys populiarūs simetrinio šifravimo algoritmai
Nors Cezario šifras rodo elementarų simetrinio šifravimo metodą , šiuolaikiniai šifravimo metodai grindžiami sudėtingomis matematinėmis funkcijomis, kurias labai sunku nulaužti. Yra daug simetrinio šifravimo algoritmų, tačiau mes susitelksime į tris dažniausiai naudojamus:
- AES (Advanced Encryption Standard): AES laikomas vienu saugiausių simetrinių šifravimo algoritmų. Jis pakeitė pasenusį DES algoritmą (kurį aptarsime vėliau) ir pasižymi stipriomis šifravimo galimybėmis. AES veikia su 128 bitų duomenų blokais, naudojant kintamo ilgio raktą (paprastai 128, 192 arba 256 bitų).
- DES (duomenų šifravimo standartas): 1976 m. IBM pristatytas DES buvo pirmasis plačiai naudojamas simetrinis šifravimo metodas. Iš pradžių jis buvo sukurtas jautriai vyriausybinei informacijai apsaugoti, o 1977 m. tapo oficialiu JAV federalinių agentūrų šifravimo standartu. DES padalina atviro teksto duomenis į 64 bitų blokus ir 16 ciklų taiko skirtingus šifravimo procesus, taip sukurdamas 64 bitų šifruoto teksto blokus. Tačiau dėl trumpo rakto ilgio 2005 m. DES buvo paskelbtas pasenusiu ir pakeistas AES.
- 3DES (trigubo duomenų šifravimo standartas ): patobulinus DES, 3DES kiekvienam duomenų blokui DES algoritmas taikomas tris kartus iš eilės. Šis procesas gerokai padidina šifravimo stiprumą. Nors 3DES užtikrina didesnį saugumą nei DES, jis yra lėtesnis ir mažiau efektyvus nei AES, todėl rečiau naudojamas šiuolaikinėse programose.
Verta paminėti, kad plačiai naudojamame TLS 1.2 protokole dėl jo pažeidžiamumo nenaudojamas DES šifravimo metodas.
Asimetrinis šifravimas
Simetriniam šifravimui šifruoti ir dešifruoti naudojamas vienas raktas, o asimetriniam šifravimui taikomas sudėtingesnis metodas – keli tarpusavyje matematiškai susiję raktai. Šis šifravimo būdas dar vadinamas viešojo rakto kriptografija ir apima “viešąjį raktą” ir “privatųjį raktą”.
Simetrinis šifravimas puikiai tiko Alisai ir Antonui, kai jiems reikėjo tarpusavyje keistis informacija. Tačiau jei Antonas nori saugiai bendrauti su daugybe žmonių, naudoti skirtingus raktus kiekvienam asmeniui tampa nepraktiška ir nepatogu.
Šiai problemai išspręsti Antonas naudoja viešojo rakto šifravimą. Taikydamas šį metodą, Antonas išplatina savo viešąjį raktą visiems, kurie nori jam siųsti informaciją, o savo privatųjį raktą laiko paslaptyje. Jis nurodo kitiems užšifruoti duomenis jo viešuoju raktu, užtikrindamas, kad juos bus galima iššifruoti tik jo privačiuoju raktu. Šis metodas pašalina privataus rakto kompromitavimo riziką, nes duomenis galima iššifruoti tik naudojant Antono privatų raktą.
Asimetrinio šifravimo privalumai
Asimetrinis šifravimas turi daug privalumų, pradedant didesniu saugumu. Taikant šį metodą duomenims užšifruoti naudojamas viešasis raktas, o iššifruoti – atitinkamas privatus raktas. Taip užtikrinama, kad duomenys išliks apsaugoti nuo galimų žmogaus viduryje (MiTM) atakų. Be to, žiniatinklio ir el. pašto serveriams, kurie sąveikauja su daugybe klientų, efektyviau valdyti ir apsaugoti tik vieną raktą. Be to, asimetrinis šifravimas leidžia užšifruotus ryšius užmegzti nesikeičiant raktais neprisijungus, o tai supaprastina procesą.
Kita svarbi asimetrinio šifravimo funkcija – autentiškumo nustatymas. Šifruojant duomenis gavėjo viešuoju raktu, užtikrinama, kad duomenis iššifruoti ir gauti prieigą prie jų gali tik numatytas gavėjas, turintis atitinkamą privatųjį raktą. Šis tikrinimo mechanizmas patvirtina asmens arba organizacijos, su kuria asmuo bendrauja arba keičiasi informacija, tapatybę.
Asimetrinis šifravimo algoritmas RSA (Rivest-Shamir-Adleman)
1977 m. MIT mokslininkų Rono Rivesto, Adi Shamiro ir Leonardo Adlemano išrastas RSA yra plačiausiai naudojamas asimetrinis šifravimo algoritmas. Jo veiksmingumas slypi “paprastos faktorizacijos” koncepcijoje. RSA apima dviejų skirtingų atsitiktinių pirminių skaičių, pavyzdžiui, 1024 bitų, pasirinkimą ir jų padauginimą, kad būtų gautas didelis skaičius. Užduotis – iš šio padauginto rezultato nustatyti pradinį pirminį pirminį skaičių. Išspręsti šį galvosūkį praktiškai neįmanoma šiuolaikiniams superkompiuteriams, jau nekalbant apie žmogaus skaičiavimus.
2010 m. atliktame tyrime grupė savanorių šimtuose kompiuterių sugaišo daugiau nei 1 500 metų skaičiavimo laiko, kad nulaužtų 768 bitų RSA raktą, kuris yra gerokai mažesnis už dabartinį 2048 bitų raktų standartą.
RSA šifravimo privalumas yra jo mastelio keitimo galimybė , nes rakto ilgis gali būti įvairus: Raktas gali būti 768 bitų, 1024 bitų, 2048 bitų, 4096 bitų ir t. t. Dėl savo paprastumo ir pritaikomumo RSA tapo pagrindiniu asimetriniu šifravimo algoritmu įvairiose srityse, įskaitant SSL / TLS sertifikatus, kriptovaliutas ir el. pašto šifravimą.
Hibridinis šifravimas
Nors asimetriniai šifravimo algoritmai, tokie kaip RSA ir ECC, užtikrina stiprų saugumą ir autentiškumo patvirtinimą, jie turi trūkumų. Kita vertus, simetrinis šifravimas yra greitas ir efektyvus, tačiau jam trūksta autentiškumo tikrinimo galimybės. Siekiant išspręsti šias problemas ir sukurti šifravimo sistemų sinergiją, atsirado hibridinio šifravimo sąvoka, kurioje panaudojami simetrinio ir asimetrinio šifravimo privalumai.
Hibridinis šifravimas SSL/TLS sertifikatuose:
Hibridinis šifravimas – tai ne vienas metodas, o simetrinio ir asimetrinio šifravimo metodų derinys. Jis plačiai naudojamas SSL / TLS sertifikatuose TLS perdavimo proceso metu, kai užmezgamas saugus ryšys tarp serverių ir klientų (interneto naršyklių).
TLS rankos paspaudimas pradedamas abiejų šalių tapatybės patikrinimu naudojant privatų ir viešą raktą. Patvirtinus tapatybę, duomenys perduodami naudojant simetrinį šifravimą ir efemerinį (sesijos) raktą. Tai leidžia greitai keistis dideliais duomenų kiekiais internetu.
Hibridinio šifravimo privalumai
Hibridinis šifravimas – tai praktinis sprendimas, padedantis įveikti atskirų šifravimo metodų trūkumus. Duomenų perdavimui naudojant simetrinį šifravimą, galima greitai ir efektyviai bendrauti. Kartu asimetrinis šifravimas užtikrina būtiną tapatybės patikrinimą, todėl užtikrinama saugi šalių sąveika.
Hibridinio šifravimo privalumai:
- Greitis ir efektyvumas: Simetrinis šifravimas, galintis greitai užšifruoti didelius duomenų kiekius, pagreitina šifravimo ir iššifravimo procesus, todėl duomenys perduodami greitai.
- Autentiškumo nustatymas: Asimetrinis šifravimas: Asimetrinis šifravimas užtikrina, kad numatytasis gavėjas turėtų prieigą prie užšifruotų duomenų, tikrinant abiejų komunikacijoje dalyvaujančių šalių tapatybę.
- Hibridinis šifravimas užtikrina pusiausvyrą, nes leidžia saugiai ir veiksmingai keistis duomenimis įvairiais scenarijais. Jis plačiai naudojamas tokiose srityse kaip SSL/TLS sertifikatai, el. pašto šifravimas ir saugūs ryšių protokolai.
Simetrinio ir asimetrinio šifravimo metodų palyginimas
Į klausimą, kuris šifravimo būdas yra geriausias , vieno atsakymo nėra. Pasirinkimas priklauso nuo konkrečių reikalavimų ir aplinkybių kiekvienoje situacijoje. Apžvelkime simetrinio ir asimetrinio šifravimo privalumus ir pateikime juos palyginimo lentelėje.
| Simetrinis šifravimas: | Asimetrinis šifravimas: | Hibridinis šifravimas: |
| Naudojant simetrinį šifravimą, duomenims šifruoti ir iššifruoti naudojamas vienas raktas, todėl procesas yra paprastesnis ir greitesnis. | Asimetriniam šifravimui naudojama raktų pora: viešasis raktas ir privatusis raktas. Viešasis raktas naudojamas šifravimui, o privatusis – iššifravimui. | Daugeliu atvejų naudojamas hibridinis šifravimo būdas, kai derinami simetriniai ir asimetriniai šifravimo metodai. |
| Jis ypač tinka efektyviam didelių duomenų kiekių šifravimui, nes užtikrina didesnį našumą ir reikalauja mažiau duomenų apdorojimo galios. | Vienas iš pagrindinių asimetrinio šifravimo privalumų – galimybė užtikrinti autentiškumą, garantuojantį bendraujančių šalių tapatybę. | Daugumoje šiuolaikinių SSL sertifikatų naudojamas hibridinis metodas: asimetrinis šifravimas autentiškumui nustatyti ir simetrinis šifravimas privatumui užtikrinti. |
| Simetriniam šifravimui naudojamas trumpesnis rakto ilgis, paprastai nuo 128 iki 256 bitų. | Dėl sudėtingo raktų poravimo proceso asimetrinis šifravimas yra lėtesnis ir reikalauja daugiau skaičiavimo galios. | Šis hibridinis metodas yra visapusiškas sprendimas, apsaugantis naudotojų asmeninius duomenis nuo perėmimo ar sukčiavimo. |
| Simetriniam šifravimui naudojami standartiniai algoritmai: RC4, AES, DES, 3DES ir QUAD. | Asimetriniam šifravimui naudojami ilgesni raktai, paprastai nuo 1024 iki 4096 bitų. | Naudojant abiejų šifravimo metodų privalumus, hibridinis šifravimas užtikrina saugų ryšį ir duomenų privatumą. |
Apibendrinant galima teigti, kad simetrinio ir asimetrinio šifravimo pasirinkimas priklauso nuo konkrečių kiekvieno scenarijaus reikalavimų. Simetrinis šifravimas yra labai efektyvus ir veiksmingas šifruojant didelius duomenų kiekius. Kita vertus, asimetrinis šifravimas užtikrina autentiškumo nustatymą ir tapatybės patikrinimą. Hibridinis šifravimo metodas sujungia geriausius abiejų pasaulių privalumus ir siūlo patikimą sprendimą, kuris plačiai naudojamas SSL sertifikatuose ir kitose programose, kurioms reikia saugaus duomenų perdavimo.
Taip pat skaitykite:
- Kas yra SSL sertifikatas ir kodėl turėtumėte jį įsidiegti
- Kas yra HTTP ir HTTPS ir kaip tai veikia jūsų svetainę?
- Kaip nemokamai gauti SSL sertifikatą
Klausimai ir atsakymai apie šifravimą
Šifravimas – tai procesas, kurio metu duomenys paverčiami slaptu kodu, kad būtų išvengta neteisėtos prieigos.
Du pagrindiniai šifravimo tipai yra simetrinis ir asimetrinis.
Geriausias šifravimo algoritmas priklauso nuo konkrečių saugumo ir našumo reikalavimų. Tačiau AES laikomas vienu saugiausių ir efektyviausių simetrinio šifravimo algoritmų.
Šifravimu duomenys apsaugomi paverčiant atvirą tekstą šifruotu tekstu, kurį galima iššifruoti tik turint atitinkamą raktą.
Nors šifravimas užtikrina aukštą saugumo lygį, jis nėra patikimas. Norėdami sumažinti galimą riziką, turite naudoti stiprius šifravimo algoritmus ir įgyvendinti tinkamą raktų valdymo praktiką.
