Šifrovanie: Typy a algoritmy. Čo to je a ktorý typ šifrovania je lepší?

V dnešnej digitálnej dobe je zabezpečenie bezpečnosti a dôvernosti informácií mimoriadne dôležité. Šifrovanie zohráva kľúčovú úlohu pri dosahovaní tohto cieľa tým, že umožňuje previesť údaje do formátu, ktorý je nečitateľný a prístupný len oprávneným osobám. Proces šifrovania zahŕňa použitie kryptografických kľúčov a matematických algoritmov.

V tomto článku sa budeme venovať trom hlavným typom šifrovania: symetrickému, asymetrickému a hybridnému šifrovaniu. Začnime symetrickým šifrovaním.

Symetrické šifrovanie

Symetrické šifrovanie , ako už názov napovedá, používa na šifrovanie aj dešifrovanie jeden kryptografický kľúč. Vďaka jednoduchému používaniu jediného kľúča je tento proces jednoduchý. Aby ste pochopili podstatu symetrického šifrovania, zvážte nasledujúci príklad:

Predstavte si dvoch blízkych priateľov Antona a Alicu, ktorí žijú v Kyjeve. Kvôli istým okolnostiam je Alica nútená odsťahovať sa z mesta. Jediným prostriedkom komunikácie, ktorý majú, je pošta. Obávajú sa však, že ich listy môžu zachytiť a prečítať cudzí ľudia.

Anton a Alica sa rozhodnú šifrovať svoje správy, aby zabezpečili svoju korešpondenciu. Dohodnú sa na jednoduchej technike šifrovania: každé písmeno posunú v abecede o sedem pozícií nižšie. Napríklad slovo “Apple” sa zapíše ako “hwwsl” (A -> H, P -> W, L -> S, E -> L). Ak chcete správu dešifrovať, musíte proces obrátiť a posunúť každé písmeno o sedem pozícií späť. Táto technika šifrovania pripomína starovekú “Cézarovu šifru”, ktorú slávne používal rímsky cisár a vojvodca Gaius Julius Caesar.

Výhody symetrického šifrovania

Symetrické šifrovanie má významné výhody, predovšetkým v jednoduchosti. Použitie jediného kľúča na šifrovanie a dešifrovanie zjednodušuje proces. Navyše pri šifrovaní veľkého množstva údajov sa symetrické šifrovanie ukazuje ako efektívna voľba. Medzi ďalšie výhody patrí:

• Rýchlosť: Symetrické šifrovacie algoritmy sú oveľa rýchlejšie ako ich asymetrické náprotivky, o ktorých budeme hovoriť neskôr.
• Výpočtovývýkon: Výpočtové prostriedky potrebné na symetrické šifrovanie sú relatívne nižšie.
• Minimálny vplyv na rýchlosť internetu: symetrické šifrovanie nemá významný vplyv na rýchlosť prenosu údajov cez internet.

Tri populárne symetrické šifrovacie algoritmy

Hoci Cézarova šifra predstavuje základný prístup k symetrickému šifrovaniu, moderné šifrovacie metódy sú založené na zložitých matematických funkciách, ktoré je veľmi ťažké prelomiť. Existuje mnoho symetrických šifrovacích algoritmov, ale my sa zameriame na tri najčastejšie používané:

1. AES (Advanced Encryption Standard): AES sa považuje za jeden z najbezpečnejších symetrických šifrovacích algoritmov. Nahradil zastaraný algoritmus DES (o ktorom budeme hovoriť neskôr) a ponúka silné šifrovacie schopnosti. AES pracuje so 128-bitovými dátovými blokmi pomocou kľúča s premenlivou dĺžkou (zvyčajne 128, 192 alebo 256 bitov).
2. DES (Data Encryption Standard): DES bol prvou široko používanou symetrickou šifrovacou metódou, ktorú predstavila spoločnosť IBM v roku 1976. Pôvodne bola vyvinutá na ochranu citlivých vládnych informácií a v roku 1977 sa stala oficiálnym šifrovacím štandardom pre federálne úrady USA. DES rozdeľuje údaje otvoreného textu na 64-bitové bloky a aplikuje rôzne šifrovacie procesy v priebehu 16 cyklov, pričom na výstupe vytvára 64-bitové bloky šifrového textu. Kvôli krátkej dĺžke kľúča bol však DES v roku 2005 vyhlásený za zastaraný a nahradený systémom AES.
3. 3DES (Triple Data Encryption Standard ): 3DES je vylepšením DES a na každý blok údajov aplikuje algoritmus DES trikrát za sebou. Tento proces výrazne zvyšuje silu šifrovania. Hoci 3DES poskytuje vyššiu bezpečnosť ako DES, je pomalší a menej efektívny ako AES, preto sa v moderných aplikáciách používa menej často.

Je potrebné poznamenať, že široko používaný protokol TLS 1.2 nepoužíva metódu šifrovania DES kvôli jej zraniteľnosti.

Asymetrické šifrovanie

Zatiaľ čo symetrické šifrovanie používa na šifrovanie a dešifrovanie jeden kľúč, asymetrické šifrovanie používa zložitejší prístup – niekoľko matematicky prepojených kľúčov. Tento typ šifrovania je známy aj ako kryptografia s verejným kľúčom a zahŕňa “verejný kľúč” a “súkromný kľúč”.

Symetrické šifrovanie sa Alici a Antonovi osvedčilo, keď si potrebovali vymieňať informácie. Ak však chce Anton bezpečne komunikovať s veľkým počtom ľudí, používanie rôznych kľúčov pre každú osobu sa stáva nepraktickým a nepohodlným.

Na vyriešenie tohto problému používa Anton šifrovanie pomocou verejného kľúča. Pri tejto metóde Anton rozdá svoj verejný kľúč každému, kto mu chce poslať informácie, a svoj súkromný kľúč uchováva v tajnosti. Dá pokyn ostatným, aby údaje zašifrovali jeho verejným kľúčom, čím zabezpečí, že ich bude možné dešifrovať len jeho súkromným kľúčom. Tento prístup eliminuje riziko kompromitácie súkromného kľúča, pretože údaje možno dešifrovať len pomocou Antonovho súkromného kľúča.

Výhody asymetrického šifrovania

Asymetrické šifrovanie má niekoľko výhod, počnúc vyššou bezpečnosťou. Pri tejto metóde sa na zašifrovanie údajov používa verejný kľúč, ktorý je verejne dostupný, a na dešifrovanie sa používa zodpovedajúci súkromný kľúč. Tým sa zabezpečí, že údaje zostanú chránené pred potenciálnymi útokmi typu “človek v strede” (MiTM). Okrem toho pre webové a e-mailové servery, ktoré komunikujú s veľkým počtom klientov, je efektívnejšia správa a ochrana len jedného kľúča. Okrem toho asymetrické šifrovanie umožňuje vytvárať šifrované spojenia bez potreby offline výmeny kľúčov, čo zjednodušuje tento proces.

Ďalšou dôležitou funkciou asymetrického šifrovania je autentifikácia. Šifrovaním údajov verejným kľúčom príjemcu sa zabezpečí, že údaje môže dešifrovať a pristupovať k nim len zamýšľaný príjemca, ktorý má príslušný súkromný kľúč. Tento overovací mechanizmus potvrdzuje totožnosť osoby alebo organizácie, s ktorou osoba komunikuje alebo si vymieňa informácie.

Asymetrický šifrovací algoritmus RSA (Rivest-Shamir-Adleman)

RSA, ktorý v roku 1977 vynašli vedci z MIT Ron Rivest, Adi Shamir a Leonard Adleman, je najpoužívanejším asymetrickým šifrovacím algoritmom. Jeho účinnosť spočíva v koncepcii “jednoduchej faktorizácie”. RSA spočíva vo výbere dvoch rôznych náhodných prvočísel danej veľkosti, napríklad 1024 bitov, a ich vynásobení, čím vznikne veľké číslo. Úlohou je určiť pôvodné prvočíslo z tohto vynásobeného výsledku. Vyriešenie tejto hádanky je prakticky nemožné pre moderné superpočítače, nehovoriac o ľudskom výpočte.

V štúdii uskutočnenej v roku 2010 skupina dobrovoľníkov strávila viac ako 1 500 rokov výpočtového času na stovkách počítačov, aby prelomila 768-bitový kľúč RSA, čo je oveľa menej ako súčasný štandard 2048-bitových kľúčov.

Výhodou šifrovania RSA je jeho škálovateľnosť , keďže dĺžka kľúča sa môže meniť: 768-bitový, 1024-bitový, 2048-bitový, 4096-bitový atď. Jednoduchosť a prispôsobivosť RSA z neho urobili hlavný asymetrický šifrovací algoritmus pre rôzne aplikácie vrátane certifikátov SSL/TLS, kryptomien a šifrovania e-mailov.

Hybridné šifrovanie

Hoci asymetrické šifrovacie algoritmy ako RSA a ECC poskytujú silnú bezpečnosť a autentifikáciu, majú svoje obmedzenia. Symetrické šifrovanie je na druhej strane rýchle a efektívne, ale chýba mu možnosť overenia pravosti. Na vyriešenie týchto problémov a vytvorenie synergie šifrovacích systémov vznikol koncept hybridného šifrovania, ktorý využíva výhody symetrického a asymetrického šifrovania.

Hybridné šifrovanie v certifikátoch SSL/TLS:

Hybridné šifrovanie nie je jediná metóda, ale skôr kombinácia symetrických a asymetrických metód šifrovania. Široko sa používa v certifikátoch SSL/TLS počas procesu TLS handshake, ktorým sa vytvára bezpečné spojenie medzi servermi a klientmi (webovými prehliadačmi).

Podanie protokolu TLS sa začína overením identity oboch strán pomocou súkromného a verejného kľúča. Po potvrdení identity sa údaje prenášajú pomocou symetrického šifrovania a efemérneho (reláčného) kľúča. To umožňuje rýchlu výmenu veľkého množstva údajov online.

Výhody hybridného šifrovania

Hybridné šifrovanie ponúka praktické riešenie, ktoré prekonáva nedostatky jednotlivých metód šifrovania. Použitím symetrického šifrovania na prenos údajov umožňuje rýchlu a efektívnu komunikáciu. Asymetrické šifrovanie zároveň poskytuje potrebné overenie identity, čím zabezpečuje bezpečnú interakciu medzi stranami.

Medzi výhody hybridného šifrovania patria:

• Rýchlosť a efektívnosť: Symetrické šifrovanie vďaka schopnosti rýchlo zašifrovať veľké množstvo údajov urýchľuje procesy šifrovania a dešifrovania a zabezpečuje rýchly prenos údajov.
• Overovanie: Asymetrické šifrovanie zabezpečuje, že zamýšľaný príjemca má prístup k zašifrovaným údajom overením totožnosti oboch strán zúčastnených na komunikácii.
• Hybridné šifrovanie zabezpečuje rovnováhu tým, že umožňuje bezpečnú a efektívnu výmenu údajov v rôznych scenároch. Široko sa používa v oblastiach, ako sú certifikáty SSL/TLS, šifrovanie e-mailov a bezpečné komunikačné protokoly.

Porovnanie symetrických a asymetrických metód šifrovania

Na otázku, ktorý typ šifrovania je najlepší , neexistuje jediná odpoveď. Výber závisí od konkrétnych požiadaviek a úvah v každej situácii. Pozrime sa na výhody symetrického a asymetrického šifrovania a predstavme ich v porovnávacej tabuľke.

Symetrické šifrovanie:	Asymetrické šifrovanie:	Hybridné šifrovanie:
Pri symetrickom šifrovaní sa na šifrovanie a dešifrovanie údajov používa jeden kľúč, čo zjednodušuje a urýchľuje proces.	Asymetrické šifrovanie používa dvojicu kľúčov: verejný a súkromný kľúč. Verejný kľúč sa používa na šifrovanie a súkromný kľúč sa používa na dešifrovanie.	V mnohých prípadoch sa používa hybridný prístup k šifrovaniu, ktorý kombinuje symetrické a asymetrické metódy šifrovania.
Je obzvlášť vhodný na efektívne šifrovanie veľkých objemov údajov, pretože poskytuje vyšší výkon a vyžaduje menej výpočtového výkonu.	Jednou z hlavných výhod asymetrického šifrovania je jeho schopnosť zabezpečiť autentifikáciu, ktorá zaručuje identitu komunikujúcich strán.	Väčšina moderných certifikátov SSL používa hybridnú metódu: asymetrické šifrovanie na overenie a symetrické šifrovanie na ochranu súkromia.
Symetrické šifrovanie používa kratšiu dĺžku kľúča, zvyčajne 128 až 256 bitov.	Vzhľadom na zložitosť procesu párovania kľúčov je asymetrické šifrovanie pomalšie a vyžaduje si väčší výpočtový výkon.	Tento hybridný prístup ponúka komplexné riešenie, ktoré chráni osobné údaje používateľov pred zachytením alebo podvodom.
Medzi štandardné algoritmy používané pri symetrickom šifrovaní patria RC4, AES, DES, 3DES a QUAD.	Asymetrické šifrovanie používa dlhšie kľúče, zvyčajne 1024 až 4096 bitov.	Využitím silných stránok oboch metód šifrovania zabezpečuje hybridné šifrovanie bezpečnú komunikáciu a ochranu osobných údajov.

Na záver možno konštatovať, že výber medzi symetrickým a asymetrickým šifrovaním závisí od konkrétnych požiadaviek každého scenára. Symetrické šifrovanie je vysoko účinné a efektívne pri šifrovaní veľkého množstva údajov. Asymetrické šifrovanie na druhej strane poskytuje autentifikáciu a overenie identity. Prístup hybridného šifrovania spája to najlepšie z oboch svetov a ponúka robustné riešenie, ktoré sa široko používa v certifikátoch SSL a iných aplikáciách, ktoré vyžadujú bezpečný prenos údajov.

Prečítajte si tiež:

• Čo je to certifikát SSL a prečo by ste si ho mali nainštalovať
• Čo je to HTTP a HTTPS a aký to má vplyv na vašu webovú lokalitu?
• Ako získať certifikát SSL zadarmo

Otázky a odpovede o šifrovaní