Criptare: Tipuri și algoritmi. Ce este și ce tip de criptare este mai bun?

În era digitală de astăzi, asigurarea securității și confidențialității informațiilor este de o importanță capitală. Criptarea joacă un rol-cheie în atingerea acestui obiectiv, permițând convertirea datelor într-un format care nu poate fi citit și care este accesibil numai persoanelor autorizate. Procesul de criptare implică utilizarea de chei criptografice și algoritmi matematici.

În acest articol, vom analiza trei tipuri principale de criptare: criptarea simetrică, asimetrică și hibridă. Să începem cu criptarea simetrică.

Criptare simetrică

Criptarea simetrică, după cum sugerează și numele, utilizează o singură cheie criptografică atât pentru criptare, cât și pentru decriptare. Ușurința utilizării unei singure chei face ca procesul să fie simplu. Pentru a înțelege esența criptării simetrice, luați în considerare următorul exemplu:

Imaginați-vă doi prieteni apropiați, Anton și Alice, care locuiesc în Kiev. Din cauza anumitor circumstanțe, Alice este nevoită să se mute din oraș. Singurul mijloc de comunicare pe care îl au este corespondența. Cu toate acestea, ei se tem că scrisorile lor pot fi interceptate și citite de străini.

Pentru a-și securiza corespondența, Anton și Alice decid să își cripteze mesajele. Ei cad de acord asupra unei tehnici simple de criptare: mutarea fiecărei litere în jos cu șapte poziții în alfabet. De exemplu, cuvântul “Apple” va fi scris ca “hwwsl” (A -> H, P -> W, L -> S, E -> L). Pentru a decripta mesajul, trebuie să inversați procesul, deplasând fiecare literă înapoi cu șapte poziții. Această tehnică de criptare amintește de vechiul “cifru al lui Cezar”, care a fost utilizat de împăratul roman și liderul militar Gaius Julius Caesar.

Avantajele criptării simetrice

Criptarea simetrică are avantaje semnificative, în primul rând prin simplitatea sa. Utilizarea unei singure chei pentru criptare și decriptare simplifică procesul. În plus, atunci când criptează cantități mari de date, criptarea simetrică se dovedește a fi o alegere eficientă. Avantajele suplimentare includ:

• Viteză: algoritmii de criptare simetrică sunt mult mai rapizi decât omologii lor asimetrici, despre care vom discuta mai târziu.
• Putere de calcul: Resursele de calcul necesare pentru criptarea simetrică sunt relativ reduse.
• Impact minim asupra vitezei internetului: criptarea simetrică nu are un impact semnificativ asupra vitezei de transmitere a datelor pe internet.

Trei algoritmi populari de criptare simetrică

Deși cifrul Caesar demonstrează o abordare elementară a criptării simetrice, metodele moderne de criptare se bazează pe funcții matematice complexe care sunt foarte greu de spart. Există mulți algoritmi de criptare simetrică, dar ne vom concentra pe cei mai frecvent utilizați trei:

1. AES (Advanced Encryption Standard): AES este considerat unul dintre cei mai siguri algoritmi de criptare simetrică. Acesta a înlocuit algoritmul DES învechit (despre care vom discuta mai târziu) și oferă capacități puternice de criptare. AES funcționează cu blocuri de date de 128 de biți utilizând o cheie de lungime variabilă (de obicei 128, 192 sau 256 de biți).
2. DES (Data Encryption Standard): Introdus în 1976 de IBM, DES a fost prima metodă de criptare simetrică utilizată pe scară largă. Dezvoltat inițial pentru a proteja informațiile guvernamentale sensibile, a devenit standardul oficial de criptare pentru agențiile federale americane în 1977. DES împarte datele textului clar în blocuri de 64 de biți și aplică diferite procese de criptare pe parcursul a 16 cicluri, creând blocuri de 64 de biți de text cifrat ca rezultat. Cu toate acestea, din cauza lungimii scurte a cheii, DES a fost declarat învechit în 2005 și înlocuit cu AES.
3. 3DES (Triple Data Encryption Standard): Ca o îmbunătățire a DES, 3DES aplică algoritmul DES de trei ori în succesiune fiecărui bloc de date. Acest proces crește semnificativ puterea de criptare. Deși 3DES oferă o securitate mai mare decât DES, este mai lent și mai puțin eficient decât AES, ceea ce îl face mai puțin răspândit în aplicațiile moderne.

Este demn de remarcat faptul că protocolul TLS 1.2, utilizat pe scară largă, nu utilizează metoda de criptare DES din cauza vulnerabilității acesteia.

Criptare asimetrică

În timp ce criptarea simetrică utilizează o singură cheie pentru criptare și decriptare, criptarea asimetrică utilizează o abordare mai complexă – mai multe chei corelate matematic. Acest tip de criptare este cunoscut și sub denumirea de criptografie cu cheie publică și include o “cheie publică” și o “cheie privată”.

Criptarea simetrică a funcționat bine pentru Alice și Anton atunci când au avut nevoie să schimbe informații între ei. Cu toate acestea, dacă Anton dorește să comunice în siguranță cu un număr mare de persoane, utilizarea de chei diferite pentru fiecare persoană devine nepractică și incomodă.

Pentru a rezolva această problemă, Anton utilizează criptarea cu cheie publică. În cadrul acestei metode, Anton distribuie cheia sa publică oricărei persoane care dorește să îi trimită informații și păstrează secretă cheia sa privată. El îi instruiește pe ceilalți să cripteze datele cu cheia sa publică, asigurându-se că acestea pot fi decriptate numai cu cheia sa privată. Această abordare elimină riscul compromiterii cheii private, deoarece datele pot fi decriptate numai cu ajutorul cheii private a lui Anton.

Avantajele criptării asimetrice

Criptarea asimetrică are o serie de avantaje, începând cu o securitate sporită. În această metodă, se utilizează o cheie publică pentru criptarea datelor, care se află în domeniul public, iar cheia privată corespunzătoare este utilizată pentru decriptarea acestora. Astfel, se asigură că datele rămân protejate împotriva potențialelor atacuri de tip “man-in-the-middle” (MiTM). În plus, pentru serverele web și de e-mail care interacționează cu un număr mare de clienți, gestionarea și protejarea unei singure chei este mai eficientă. În plus, criptarea asimetrică permite stabilirea conexiunilor criptate fără a fi nevoie de un schimb de chei offline, ceea ce simplifică procesul.

O altă funcție importantă a criptării asimetrice este autentificarea. Prin criptarea datelor utilizând cheia publică a destinatarului, se asigură că numai destinatarul vizat, care deține cheia privată corespunzătoare, poate decripta datele și le poate accesa. Acest mecanism de verificare confirmă identitatea persoanei sau a organizației cu care o persoană comunică sau face schimb de informații.

Algoritm de criptare asimetrică RSA (Rivest-Shamir-Adleman)

Inventat în 1977 de oamenii de știință de la MIT Ron Rivest, Adi Shamir și Leonard Adleman, RSA este cel mai utilizat algoritm de criptare asimetrică. Eficacitatea sa constă în conceptul de “factorizare simplă”. RSA presupune alegerea a două prime aleatorii diferite de o dimensiune dată, de exemplu 1024 de biți, și înmulțirea lor pentru a produce un număr mare. Provocarea constă în determinarea numărului prim original din acest rezultat multiplicat. Rezolvarea acestui puzzle este practic imposibilă pentru supercalculatoarele moderne, ca să nu mai vorbim de calculul uman.

Într-un studiu efectuat în 2010, un grup de voluntari a petrecut mai mult de 1 500 de ani de timp de calcul pe sute de computere pentru a sparge o cheie RSA de 768 de biți, care este cu mult sub standardul actual al cheilor de 2048 de biți.

Avantajul criptării RSA este scalabilitatea sa , deoarece lungimea cheii poate varia: 768 biți, 1024 biți, 2048 biți, 4096 biți etc. Simplitatea și adaptabilitatea RSA l-au transformat în principalul algoritm de criptare asimetrică pentru o varietate de aplicații, inclusiv certificate SSL/TLS, criptomonede și criptarea e-mailurilor.

Criptare hibridă

Deși algoritmii de criptare asimetrică, cum ar fi RSA și ECC, oferă o securitate și o autentificare puternice, aceștia au limitele lor. Criptarea simetrică, pe de altă parte, este rapidă și eficientă, dar nu are capacitatea de a verifica autenticitatea. Pentru a rezolva aceste probleme și a crea o sinergie a sistemelor de criptare, a apărut conceptul de criptare hibridă, care profită de avantajele criptării simetrice și asimetrice.

Criptare hibridă în certificatele SSL/TLS:

Criptarea hibridă nu este o metodă unică, ci mai degrabă o combinație de metode de criptare simetrică și asimetrică. Aceasta este utilizată pe scară largă în certificatele SSL/TLS în timpul procesului TLS handshake, care stabilește o conexiune securizată între servere și clienți (browsere web).

Un handshake TLS începe cu verificarea identității ambelor părți utilizând o cheie publică și una privată. Odată ce identitatea este confirmată, datele sunt transmise folosind criptarea simetrică și o cheie efemeră (de sesiune). Acest lucru permite schimbul rapid de cantități mari de date online.

Avantajele criptării hibride

Criptarea hibridă oferă o soluție practică care depășește neajunsurile metodelor individuale de criptare. Prin utilizarea criptării simetrice pentru transmiterea datelor, aceasta permite o comunicare rapidă și eficientă. În același timp, criptarea asimetrică asigură verificarea necesară a identității, asigurând o interacțiune sigură între părți.

Beneficiile criptării hibride includ:

• Viteză și eficiență: Criptarea simetrică, cu capacitatea sa de a cripta rapid cantități mari de date, accelerează procesele de criptare și decriptare, asigurând transferul rapid de date.
• Autentificare: Criptarea asimetrică garantează că destinatarul vizat are acces la datele criptate prin verificarea identității ambelor părți implicate în comunicare.
• Criptarea hibridă asigură un echilibru, permițând schimbul de date sigur și eficient într-o varietate de scenarii. Aceasta este utilizată pe scară largă în domenii precum certificatele SSL/TLS, criptarea e-mailurilor și protocoalele de comunicare securizate.

Compararea metodelor de criptare simetrică și asimetrică

În ceea ce privește întrebarea care este cel mai bun tip de criptare , nu există un răspuns unic. Alegerea depinde de cerințele și considerentele specifice fiecărei situații. Să aruncăm o privire la avantajele criptării simetrice și asimetrice și să le prezentăm într-un tabel comparativ.

Criptare simetrică:	Criptare asimetrică:	Criptare hibridă:
Cu criptarea simetrică, se utilizează o singură cheie pentru criptarea și decriptarea datelor, ceea ce face procesul mai simplu și mai rapid.	Criptarea asimetrică utilizează o pereche de chei: o cheie publică și o cheie privată. Cheia publică este utilizată pentru criptare, iar cheia privată este utilizată pentru decriptare.	În multe cazuri, se utilizează o abordare hibridă a criptării, combinând metode de criptare simetrice și asimetrice.
Acesta este deosebit de potrivit pentru criptarea eficientă a volumelor mari de date, deoarece oferă performanțe mai ridicate și necesită mai puțină putere de procesare.	Unul dintre principalele avantaje ale criptării asimetrice este capacitatea sa de a asigura autentificarea, garantând identitatea părților care comunică.	Majoritatea certificatelor SSL moderne utilizează o metodă hibridă: criptare asimetrică pentru autentificare și criptare simetrică pentru confidențialitate.
Criptarea simetrică utilizează o lungime mai mică a cheii, de obicei de la 128 la 256 de biți.	Din cauza complexității procesului de împerechere a cheilor, criptarea asimetrică este mai lentă și necesită mai multă putere de calcul.	Această abordare hibridă oferă o soluție completă, protejând datele personale ale utilizatorilor de interceptare sau fraudă.
Algoritmii standard utilizați în criptarea simetrică includ RC4, AES, DES, 3DES și QUAD.	Criptarea asimetrică utilizează chei mai lungi, de obicei de la 1024 la 4096 de biți.	Prin valorificarea punctelor forte ale ambelor metode de criptare, criptarea hibridă asigură comunicații sigure și confidențialitatea datelor.

În concluzie, alegerea între criptarea simetrică și cea asimetrică depinde de cerințele specifice ale fiecărui scenariu. Criptarea simetrică este foarte eficientă și eficace atunci când criptează cantități mari de date. Criptarea asimetrică, pe de altă parte, asigură autentificarea și verificarea identității. Abordarea de criptare hibridă combină ce este mai bun din ambele lumi, oferind o soluție robustă care este utilizată pe scară largă în certificatele SSL și în alte aplicații care necesită transmiterea sigură a datelor.

Citește și:

• Ce este un certificat SSL și de ce ar trebui să instalați unul
• Ce este HTTP și HTTPS și cum vă afectează site-ul web?
• Cum să obțineți un certificat SSL gratuit

Întrebări și răspunsuri despre criptare