Шифрування – це важливий процес захисту інформації, що полягає в перетворенні даних у незрозумілий формат, який може бути розшифрований лише за наявності відповідного ключа. Воно дозволяє забезпечити конфіденційність та безпеку інформації в цифровому світі. Існують два основних види шифрування: симетричне і асиметричне. Симетричне шифрування використовує один і той же ключ для шифрування і розшифрування даних, тоді як асиметричне використовує пару ключів (публічний та приватний). Шифрування має широкий спектр застосувань, включаючи забезпечення безпеки інтернет-транзакцій, захист конфіденційних даних у сферах кібербезпеки та зберігання інформації, забезпечення безпечного обміну повідомленнями та захист фінансових операцій.
Шифрування відіграє важливу роль у забезпеченні конфіденційності та безпеки даних в цифровому світі, і його використання розповсюджується в багатьох сферах діяльності для захисту важливої інформації. Основні типи шифрування включають симетричне і асиметричне. У симетричному шифруванні використовується один і той же ключ для шифрування та розшифрування даних. Асиметричне шифрування використовує пару ключів – публічний і приватний. Застосування шифрування різноманітні, і воно грає важливу роль у забезпеченні безпеки та конфіденційності інформації. Воно застосовується в інтернет-безпеці для захисту від несанкціонованого доступу до особистих даних і фінансових транзакцій. Шифрування використовується в кібербезпеці для захисту від кібератак та забезпечення цілісності даних. Важливе його застосування полягає в зберіганні даних, де важлива інформація може бути зашифрована на сховищах даних та в файлах. Шифрування допомагає забезпечити безпечний обмін повідомленнями та даними в комунікаціях. Також воно використовується в фінансовому секторі для забезпечення безпеки фінансових транзакцій і даних клієнтів. Усе це робить шифрування ключовим інструментом для забезпечення безпеки інформації та конфіденційності даних у світі, де цифрові технології стають все важливішими.
Багато людей все ще недооцінюють важливість SSL-сертифікатів, оскільки їхня технологія є основою безпеки й безпеки всієї інформації в Інтернеті. Шифрування — це перетворення даних у незашифрований формат, щоб лише авторизовані користувачі мали доступ до інформації. Шифрування здійснюється за допомогою криптографічних ключів у поєднанні з різними математичними алгоритмами. У цій статті ми розглянемо два основних типи шифрування – симетричне та асиметричне, а також 5 найбільш часто використовуваних алгоритмів шифрування. Давайте розберемося з усім по порядку.
Метод симетричного шифрування, як і слідує за назвою, використовує один криптографічний ключ для шифрування та дешифрування даних. Використання одного ключа для обох операцій робить процес простим. Давайте розберемося із процесом симетричного шифрування на простому прикладі:
Два близьких друга Антон і Аліса живуть у Києві. З якихось причин Аліса була змушена покинути місто. Єдиний спосіб спілкуватися один з одним – пошта. Але є проблема: Антон і Аліса бояться, що хтось прочитає їхні листи.
Щоб захистити свої листи, вони вирішили зашифрувати повідомлення так, щоб кожна літера була замінена літерою на сім позицій нижче в алфавіті. Замість «Apple» вони будуть писати «hwwsl» (A -> H, P -> W, L -> S, E -> L). Щоб розшифрувати повідомлення, кожну літеру потрібно замінити на сім позицій у зворотному алфавітному порядку. Цю техніку шифрування давно використовував римський імператор і полководець Гай Юлій Цезар, вона також відома як «шифр Цезаря».
Найбільш видатною особливістю симетричного шифрування є простота процесу, оскільки використовується один ключ як шифрування, так дешифрування. Коли потрібно зашифрувати великий шматок даних, симетричне шифрування виявляється чудовим варіантом. В результаті алгоритми симетричного шифрування:
Значно швидше, ніж їх аналоги асиметричного шифрування (що ми невдовзі поговоримо);
Потрібно менше обчислювальної потужності;
Не знижується швидкість Інтернету.
“Шифр Цезаря” заснований на особливій логіці шифрування даних, розгадавши яку можна легко розшифрувати інформацію. Сучасні методи шифрування, засновані на дуже складних математичних функціях, які зламати практично неможливо.
Існують сотні алгоритмів симетричного типу! Найбільш поширені з них – AES, RC4, DES, 3DES, RC5, RC6 і т. д. Давайте розглянемо три найпопулярніші.
DES (Стандарт шифрування даних), представлений у 1976 році, є найстарішим методом симетричного шифрування. Він був розроблений IBM для захисту конфіденційних державних даних і був офіційно прийнятий у 1977 році для використання федеральними агентствами Сполучених Штатів. Алгоритм шифрування DES є одним із алгоритмів, включених у версії 1.0 і 1.1 TLS (безпека транспортного рівня).
DES перетворює 64-розрядні блоки відкритих текстових даних у зашифрований текст, розділяючи їх на два окремих 32-розрядних блоки, застосовуючи процес шифрування до кожного блоку окремо. Складається з 16 циклів різних процесів — таких як розширення, перестановка, заміна чи інші операції — за допомогою яких дані передаються в зашифрованому вигляді.
Нарешті, 64-розрядні зашифровані текстові блоки генеруються як вихідні дані. У 2005 році DES було офіційно скасовано та замінено алгоритмом шифрування AES. Найбільшим недоліком DES є те, що довжина ключа шифрування занадто мала, щоб його було легко розшифрувати. Широко використовуваний сьогодні протокол TLS 1.2 не використовує шифрування DES.
3DES також відомий як TDEA (Triple Data Encryption Algorithm), як випливає з назви, це оновлена версія алгоритму DES. 3DES був розроблений для усунення недоліків алгоритму DES і почав використовуватися наприкінці 1990-х рр. Оновлений алгоритм застосовує цикл DES тричі до кожного блоку даних. Як наслідок, 3DES набагато складніше зламати, ніж його попередника, DES. TDEA став широко використовуваним алгоритмом шифрування в платіжних системах та інших технологіях фінансової галузі. Він також є частиною протоколів шифрування, таких як TLS, SSH, IPsec і OpenVPN.
Усі алгоритми шифрування згодом підкоряються силі часу, і 3DES не є винятком. Уразливість Sweet32 в алгоритмі 3DES була виявлена Картікеяном Бхаварганом і Гаетаном Лерантом. Це відкриття змусило індустрію безпеки розглянути можливість старіння алгоритмів, і Національний інститут стандартів і технологій США (NIST) офіційно оголосив про це в проекті керівництва, опублікованому в 2019 році.
Згідно з цим проектом, після 2023 року використання 3DES буде припинено у всіх нових програмах. Також важливо зазначити, що TLS 1.3, останній стандарт протоколу SSL/TLS, також робить 3DES застарілим.
AES(advanced encryption system) також відомий як Rijndael, є одним із найпоширеніших алгоритмів шифрування. Був розроблений як альтернатива DES і після затвердження NIST у 2001 році став новим стандартом шифрування. AES – це сімейство блокових шифрів з різною довжиною ключів та різними розмірами блоків.
AES працює методами підстановки та перестановки. Спочатку незашифровані дані перетворюються на блоки, а потім шифрування застосовується з використанням ключа. Процес шифрування складається з різних процесів, таких як зсув рядків, змішування стовпців і додавання ключів. Залежно від довжини ключа виконується 10, 12 чи 14 таких трансформацій (раундів). Варто зазначити, що останній раунд відрізняється від попередніх і не включає підпроцес мікшування.
Перевага використання алгоритму шифрування AES
Все це зводиться до того, що AES безпечний, швидкий та гнучкий. Алгоритм AES – набагато швидше за DES. Варіанти з різними довжинами ключів – це найбільша перевага: чим довші ключі, тим складніше їх зламати.
На сьогоднішній день AES є найбільш популярним алгоритмом шифрування – він використовується в багатьох додатках, включаючи:
Бездротову безпеку;
Безпека процесорів та шифрування файлів;
протокол SSL/TLS (безпека сайтів);
Безпека Wi-Fi;
Шифрування мобільних програм;
VPN (virtual private network) тощо.
Багато урядових установ США використовують алгоритм шифрування AES для захисту своєї конфіденційної інформації.
Першою (і найбільш очевидною) перевагою цього типу шифрування є безпека, яку він забезпечує. У цьому методі відкритий ключ (загальнодоступний) використовується для шифрування даних, тоді як розшифровка даних виконується за допомогою закритого ключа, який потрібно зберігати в безпечному стані. Це гарантує, що дані залишаються захищеними від атак типу “людина посередині” (MiTM). Для веб-серверів і серверів електронної пошти, які постійно підключаються до сотень тисяч клієнтів, необхідно керувати єдиним ключем і захищати його.
Ще один важливий момент полягає в тому, що криптографія з відкритим ключем дозволяє створювати зашифроване з’єднання без необхідності попередньо зустрічатися в автономному режимі для обміну ключами. Другою важливою функцією асиметричного шифрування є аутентифікація. Як ми бачили, дані, зашифровані за допомогою відкритого ключа, можна розшифрувати лише за допомогою пов’язаного з ним закритого ключа. Таким чином, це гарантує, що дані переглядаються та декодуються лише призначеним одержувачем. Простіше кажучи, він підтверджує, що ви розмовляєте або обмінюєтеся інформацією з реальною особою чи організацією.
Розглянемо два основні типи алгоритмів асиметричного шифрування.
У 1977 році алгоритм винайшли троє вчених з Массачусетського технологічного інституту Рон Рівест, Аді Шамір і Леонард Адлеман (Ron Rivest, Adi Shamir, Leonard Adleman звідси «RSA»). На сьогоднішній день є алгоритмом асиметричного шифрування, що найбільш використовується. Його ефективність полягає у методі «первинної факторизації». По суті, вибираються два різні випадкові прості числа заданого розміру (наприклад, 1024 біта кожне) і множаться, щоб створити ще одне гігантське число. Завдання полягає в тому, щоб визначити вихідні прості числа з помноженого гігантського. Виявляється, ця головоломка практично неможлива для сучасних суперкомп’ютерів, не кажучи вже про людей.
У 2010 році група добровольців провела дослідження, і їм знадобилося більше 1500 років обчислювального часу (розподіленого по сотнях комп’ютерів), щоб зламати 768-бітний ключ RSA, що набагато нижче за стандартний 2048-бітний, який використовується сьогодні.
Перевага використання алгоритму шифрування RSA
Великою перевагою RSA є його масштабованість, ключі можуть бути різної довжини шифрування: 768-бітний, 1024-бітний, 2048-бітний, 4096-бітовий і т.д.
RSA ґрунтується на простому математичному підході, тому його реалізація в інфраструктурі відкритих ключів (PKI) стає легкою. Адаптивність та безпека зробили RSA найбільш використовуваним алгоритмом асиметричного шифрування для різних додатків, включаючи сертифікати SSL/TLS, криптовалюти та шифрування електронної пошти.
У 1985 році два математики на ім’я Ніл Кобліц і Віктор Міллер запропонували використовувати еліптичні криві у криптографії. Майже через два десятиліття їх ідея втілилася в реальність, алгоритм ECC (Elliptic Curve Cryptography) почали використовувати в 2004-2005 роках.
У процесі шифрування ECC еліптична крива представляє набір точок, які задовольняють математичне рівняння (y 2 = x 3 + ax + b).
Як і RSA, ECC також працює за принципом незворотності. Простіше кажучи, ECC число, що символізує точку на кривій, множиться на інше число і дає іншу точку на кривій. Тепер, щоб зламати цю головоломку, ви повинні з’ясувати нову точку на кривій. Математика ECC побудована таким чином, що знайти нову точку практично неможливо навіть якщо ви знаєте вихідну точку.
Перевага використання алгоритму шифрування ECC
Незважаючи на те, що в порівнянні з RSA, ECC використовується більш коротка довжина ключа забезпечує він велику безпеку (від сучасних методів злому).
Ще однією перевагою використання коротших ключів в ECC є більш висока продуктивність. Короткі ключі вимагають меншого мережного навантаження та обчислювальної потужності, і це відмінно підходить для пристроїв з обмеженими можливостями зберігання та обробки. Використання алгоритму ECC у сертифікатах SSL/TLS значно скорочує час, необхідний для шифрування та дешифрування, що допомагає швидше завантажувати веб-сайт. Алгоритм ECC використовується для додатків шифрування, цифрових підписів, псевдовипадкових генераторах і т.д.
Однак проблема масового використання ECC полягає в тому, що багато серверних програм і панелі керування ще не додали підтримку сертифікатів ECC SSL/TLS. Ми сподіваємося, що це зміниться незабаром, а поки що RSA продовжуватиме залишатися найбільш використовуваним алгоритмом асиметричного шифрування.
Давайте з самого початку уточнимо, що гібридне шифрування не є «окремим методом», як симетричне чи асиметричне, воно використовує всі переваги обох методів і створює потужну компіляцію надійних систем шифрування.
Кожен алгоритм шифрування має свої недоліки. Наприклад, симетричне шифрування ідеально підходить для швидкого шифрування великих обсягів даних. Але він не пропонує підтвердження особи, що важливо, коли мова йде про безпеку в Інтернеті. З іншого боку, асиметричне шифрування дозволяє отримати доступ до даних одержувача. Однак ця перевірка значно сповільнює процес кодування.
Ідея гібридного шифрування народилася, коли стало важливо шифрувати дані на високій швидкості, забезпечуючи підтвердження особи. Гібридний метод шифрування використовується в сертифікатах SSL/TLS під час послідовного зв’язку між сервером і клієнтом (веб-браузером) у процесі, що називається «рукостисканням TLS». По-перше, особи обох сторін перевіряються за допомогою закритого та відкритого ключів.
Після того, як обидві сторони підтвердять свою особу, дані шифруються за допомогою симетричного шифрування з використанням тимчасового (сеансового) ключа. Це допомагає швидко передавати великі обсяги даних, які ми надсилаємо та отримуємо онлайн щохвилини.
Якщо у вас виникло питання: “Так який же тип шифрування кращий?”, то явного переможця не буде. З точки зору безпеки, асиметричне шифрування, безперечно, краще, оскільки воно забезпечує аутентифікацію. Однак продуктивність є аспектом, який не можна ігнорувати, тому симетричне шифрування завжди буде необхідним.
Переваги симетричного та асиметричного шифрування ми зібрали в таблицю, з якою пропонуємо ознайомитись і вам:
Більшість сучасних SSL сертифікатів використовують гібридний метод: асиметричне шифрування для автентифікації та симетричне шифрування для конфіденційності. Такий сертифікат не дає шахраям перехопити чи підмінити особисті дані користувачів: контактну інформацію, номери банківських карток, логіни, паролі, адреси електронної пошти тощо.
553 
341 
325 