Что такое шифрование: вся информация о современном шифровании данных
С термином «шифрование» сталкивались многие, но далеко не все знают, что конкретно оно означает. Шифрование представляет собой кодирование информации и применяется в разных онлайн-сервисах, чтобы защищать пользовательские данные. Это может быть электронная почта, мгновенные текстовые сообщения, банковские сведения, хранящиеся в облачных сервисах файлы и т.д.
Ниже мы подробно расскажем о том, что такое шифрование, о разных его видах, каким именно способом оно защищает данные и почему важно пользоваться им.
Что такое шифрование?
Шифрование изобрели далеко не вчера и даже не в нашу цифровую эпоху. Криптография была известна ещё в Древнем Египте. В те времена засекреченные сообщения обычно шифровали при помощи замены символов. Известный шифр Цезаря менял одну букву на другую фиксированным числом пробелов в алфавите. 
Базовые принципы шифрования остались неизменными с тех времён. В цифровом шифровании берётся читаемый текст, известный также простой текст, и зашифровывается. Это делается при помощи алгоритмов шифрования, которые стали значительно сложнее и труднее для взлома, чем древние с заменой одного символа.
Это произошло благодаря использованию переменных, также известных как ключи. Они генерируются случайным образом и являются уникальными. В некоторых системах шифрования ключи генерируются для каждой новой сессии шифрования. Если злоумышленник хочет похитить данные вашей кредитной карты, он должен знать применяемый алгоритм шифрования данных и ключ.
Получить эти сведения непросто, благодаря чему шифрование хорошо защищает от метода простого угадывания (брутфорс, подбор паролей). Также по этой причине шифрование можно считать одним из лучших методов защиты данных в интернете.
Виды шифрования
Есть два основных типа шифрования: симметричное и асимметричное. Главное отличие между ними заключается в применении ключей. 
В симметричном шифровании используется один ключ для шифрования и дешифрования данных. Такой ключ должен быть установлен на устройствах обоих собеседников. 
Асимметричное шифрование (шифрование с открытым ключом) применяет два ключа. Один из этих ключей является частным, второй открытым. Частный ключ располагается на вашем устройстве, а открытый ключ устройство отправляет на другое устройство, с которым вы будете связываться.
Принимающее устройство тоже требует собственного частного ключа для декодирования зашифрованных данных. Именно поэтому слово «открытый» не должно пугать. Никто не сможет получить доступ к информации без нужного частного ключа.
Алгоритмы шифрования
Ниже будут перечислены пять наиболее распространённых алгоритмов шифрования и методы их работы.
AES — The Advanced Encryption
Один из самых защищённых алгоритмов симметричного шифрования в наши дни. Здесь применяется шифр с размером блока 128 бит и длиной ключа 128, 192 или 256 бит. Этот алгоритм выбирают многочисленные организации, в том числе правительство США.
Triple DES
Когда первоначальный Data Encryption Standard (DES) стал уязвимым перед атаками, его заменили на новый вариант. Назвали его так потому, что используются три 56-битных ключа. Это алгоритмы симметричного шифрования, но в последнее время его заменили на более надёжные варианты, вроде вышеназванного AES.
Blowfish
Этот алгоритм шифрования создан экспертом по безопасности Брюсом Шнайером. Он также появился в качестве замены морально устаревшему алгоритму DES. Данный алгоритм представляет собой блочный шифр с симметричным ключом и является одним из наиболее безопасных. Благодаря статусу публично доступного этот алгоритм может использовать любой желающий.
Twofish
Автором данного алгоритма также является Брюс Шнайер и этот вариант более продвинутый по сравнению с Blowfish. Этот алгоритм шифрования симметричный и длина ключа может достигать 256 бит. Он не только быстрый и надёжный, но и также доступный для всех желающих.
RSA
Ассиметричный алгоритм шифрования, один из наиболее старых и широко используемых стандартов шифрования в сети. Он относительно медленный, но считается очень защищённым.
Для чего нужны алгоритмы шифрования?
Для чего нужны эти сложные технологии защиты данных? В первую очередь для защиты информации и конфиденциальности при работе в интернете. Когда вы отправляете электронное письмо, совершаете покупки в сетевых магазинах, переписываетесь с друзьями или храните файлы в облачных хранилищах, эту информацию нужно защищать.
Вы можете не знать об этом, но многие сервисы, которыми вы пользуетесь, применяют тот или иной алгоритм шифрования. Ниже описаны некоторые популярные методы применения шифрования и как они функционируют.
Сквозное шифрование
Популярность сквозного шифрования в последние годы растёт и вы могли слышать о нём. Значительная часть информации, которую вы отправляете через интернет, хранится у третьих лиц. Например, электронная почта хранится у провайдера электронной почты. Даже если информация зашифрована, шифрование обычно происходит только при передаче. Когда информация просто хранится у вас или у получателя, такого уровня защиты может не быть.
Это не относится к сквозному шифрованию. При его использовании прочитать информацию могут только отправитель и получатель. Даже ваш провайдер интернета или провайдер электронной почты не могут прочитать содержимое вашей переписки. Это отличный вариант для тех, кто хочет сохранить свои тайны. Конечно, даже он не гарантирует надёжность на 100%, но это лучше чем ничего и лучше большинства других вариантов шифрования.
Сквозное шифрование применяется во многих популярных мессенджерах и у провайдеров электронной почты, таких как Signal, WhatsApp, Proton Mail.
HTTPS
Если вы не хотите, чтобы о ваших привычках при работе в интернете кто-то узнал, следует по максимуму применять HTTPS. Этот протокол используется в интернете и часто отображается в виде закрытого замка в адресной строке браузера. Он нужен для обеспечения безопасного соединения при помощи шифрования TLS (Transport Layer Security) или SSL (Secure Sockets Layer).
HTTPS выполняет авторизацию вашего подключения, запрашивая сертификат цифрового или публичного ключа, который должен быть подписан доверенным третьим лицом. HTTPS обычно защищает ваши данные во время передачи. Это уменьшает его конфиденциальность, но всё равно защита HTTPS считается обязательной.
Чтобы убедиться, что вы используете HTTPS, поставьте в браузер расширение вроде HTTPS Everywhere (по этой ссылке Google Chrome). Оно доступно для популярных браузеров Chrome, Firefox, Opera, Firefox на Android.
Шифрование в облачных хранилищах
Сохранение фотографий, видео, документов, любых других файлов в облаке сейчас очень популярно. Естественно, нужно защищать эти файлы. Облачные хранилища предлагают ту или иную форму шифрования.
Существует три типа данных, с которыми работают облачные хранилища: данные в состоянии покоя, данные при передаче и данные в работе. Эти названия говорят сами за себя. В первом случае данные просто лежат на сервере, во втором передаются от одного пользователя к другому, в третьем с файлами ведётся работа и их трудно зашифровать.
Зашифрованы данные или нет, зависит от конкретного провайдера. Некоторые зашифровывают данные в состоянии покоя и при передаче, другие шифруют только данные, которые посчитают конфиденциальными. Виды шифрования также разные у разных провайдеров. Сквозное шифрование в облачных хранилищах пока не распространено.
Тем не менее, большинство популярных сервисов облачного хранения обеспечивают шифрование TSL/SSL при передаче данных и иногда при хранении данных. Dropbox предлагает инструменты сквозного шифрования вроде Boxcryptor. Они могут шифровать файлы локально на вашем компьютере, прежде чем вы отправите их в облако.
Шифрование диска
Чтобы обеспечить более высокий уровень защиты, можно шифровать хранящиеся на компьютере файлы. Здесь на помощь приходит шифрование диска. Можно зашифровать содержимое всего жёсткого диска.
Существует два способа шифрования диска: программное и аппаратное шифрование. При аппаратном шифровании нужен самошифрующийся диск. Шифрование и дешифрование данных на нём происходит автоматически, пользователю ничего не придётся делать самому. Это могут быть как жёсткие диски, так и твердотельные накопители от популярных производителей, вроде Samsung, Seagate, Toshiba. Естественно, они дороже обычных носителей.
Если для вас это слишком дорого, можно использовать программное шифрование существующих дисков. Есть множество приложений такого рода. Программное шифрование обычно работает в реальном времени, это также называется шифрованием на лету. Шифрование и дешифрование данных выполняется при загрузке и сохранении на диск.
В зависимости от конкретной программы может скорость работы компьютера может замедляться по-разному. Это можно потерпеть ради обеспечения безопасности данных. Приложение BitLocker применяет алгоритм шифрования AES с ключами 128 и 256 бит. Это делает программу отличным вариантом для защиты и обеспечения конфиденциальности данных.
Вы считаете, что вам нечего скрывать и нечего бояться? В любом случае, сбор данных является крупным бизнесом. Пусть даже вы не боитесь, что кто-то будет знать, какие сайты вы посещаете в интернете и что покупаете, вряд ли вы обрадуетесь краже информации о кредитной карте и личных фотографий. Здесь на помощь приходит шифрование. Вот какие его главные преимущества:
- Конфиденциальность. Многие личные разговоры и рабочая переписка должны оставаться тайной. Это же можно сказать про фотографии, видео, документы. Если вы не хотите, чтобы их видел кто-то кроме вас и получателя, применяйте шифрование.
- Безопасность. Из-за пандемии пользоваться интернетом стали чаще прежнего и во многих случаях требуется ввод персональной информации. Она нужна при покупке чего-то в интернете, записи в поликлинику, уплате налогов. Никто не захочет, чтобы у него украли финансовые сведения или другие персональные данные. Шифрование не защитит на 100%, у него есть уязвимости, но без него получить доступ к вашим данным намного проще.
Вопросы и ответы
Насколько надёжно шифрование?
Шифрование увеличивает безопасность и конфиденциальность при работе в интернете, но лазейки всегда остаются. Уровень безопасности зависит от типа шифрования. При любом шифровании утечка данных с серверов и слабые пароли могут привести к краже информации.
Можно ли взломать зашифрованные данные?
Да, зашифрованные данные можно расшифровать. Правда, на это потребуется много времени и ресурсов. Обычно зашифрованные данные взламывают при помощи украденных ключей.
Можно ли зашифровать зашифрованные данные ещё раз?
Да, множественное шифрование возможно. Можно использовать тот же алгоритм или другой, но это встречается нечасто. Большинство современных методов шифрования трудно взломать простым перебором вариантов и повторное шифрование не нужно.
Какой высочайший уровень шифрования?
256-битный алгоритм шифрования AES считается самым защищённым. С 2001 года его использует правительство США и многие организации.
В каких мессенджерах есть сквозное шифрование?
По умолчанию сквозное шифрование доступно в Signal, WhatsApp, iMessage. Многие популярные приложения вроде Telegram также предлагают его, но только в секретных или частных чатах.
Видео о том, что такое шифрование простыми словами:
futuredeveloper
https://opartnerke.ru/chto-takoe-shifrovanie-vidy-algoritmy/ https://opartnerke.ru/wp-content/uploads/2021/02/cho_takoe_shifrovanie_tipy_shifrovaniya-500×337.png https://opartnerke.ru/wp-content/uploads/2021/02/cho_takoe_shifrovanie_tipy_shifrovaniya-150×150.png 2021-02-28T19:30:10+06:00 Александр Hi-Tech безопасность С термином «шифрование» сталкивались многие, но далеко не все знают, что конкретно оно означает. Шифрование представляет собой кодирование информации и применяется в разных онлайн-сервисах, чтобы защищать пользовательские данные. Это может быть электронная почта, мгновенные текстовые сообщения, банковские сведения, хранящиеся в облачных сервисах файлы и т.д. Ниже мы подробно расскажем о. Александр Александр alksandr1973@gmail.com Administrator Обзоры смартфонов и интернет сервисов
Источник
Кодирование и Шифрование
В наш век интернет-технологий, когда мы доверяем все свои данные интернет-сервисам, нужно знать и понимать, как они их хранят и обрабатывают.
Но зачем это вообще нужно знать? Чтобы попросту не попасть в ситуацию, когда ваши личные данные, пароли от аккаунтов или банковских карт окажутся в руках мошенников. Как говорится: «Доверяй, но проверяй»
Важные аспекты в хранении данных, будь то на внешних серверах или домашнем компьютере, – это прежде всего кодирования и шифрование. Но чем они отличаются друг от друга? Давайте разбираться!
Ни для кого не секрет, что компьютер может хранить информацию, но он не может хранить её в привычной для нас форме: мы не сможем просто так написать на флешки реферат, не можем нарисовать на жестком диске картинку так, чтобы её мог распознать компьютер. Для этого информацию нужно преобразовать в язык понятный компьютеру, и именно этот процесс называется кодированием. Когда мы нажимаем на кнопку на клавиатуре мы передаем код символа, который может распознать компьютер, а не сам символ.
Определения и различия
Кодирование – процесс преобразования доступной нам информации в информацию понятную компьютерную.
Шифрование – процесс изменения информации таким образом, чтобы её смогли получить только нужные пользователи.
Шифрование применялось и задолго до создания компьютеров и информатики как таковой. Но зачем? Цели её применения можно было понять из определения, но я опишу их ещё раз более подробно. Главные цели шифрования это:
конфиденциальность – данные скрыты от посторонних
целостность – предотвращение изменения информации
идентифицируемость – возможность определить отправителя данных и невозможность их отправки без отправителя
Оценить стойкость шифра можно с помощью криптографической стойкости.
Криптографическая стойкость – это свойство шифра противостоять криптоанализу, изучению и дешифровки шифра.
Криптостойкость шифра делится на две основные системы: абсолютно стойкие системы и достаточно стойкие системы.
Абсолютно стойкие системы – системы не подверженные криптоанализу. Основные критерии абсолютно стойких систем:
Ключи должны генерироваться для каждого сообщения отдельно
Генерация ключей независима
Длина ключа должна быть не меньше длины сообщения
К сожалению, такие системы не удобны в своём использовании: появляется передача излишней информации, которая требует мощных и сложных устройств. Поэтому на деле применяются достаточно стойкие системы.
Достаточно стойкие системы – системы не могут обеспечить полную защиту данных, но гораздо удобнее абсолютно стойких. Надежность таких систем зависит от возможностей крипто аналитика:
Количества перехваченных сообщений
Времени и вычислительных способностей
А также от вычислительной сложности шифра.
Вычислительная сложность – совокупность времени работы шифрующей функции, объема входных данных и количества используемой памяти. Чем она больше, тем сложнее дешифровать шифр.
История шифрования
Шифрование берет своё начало ещё из древних времен. Примерно 1300 лет до нашей эры был создан один из первых методов шифрования – Атбаш. Принцип шифрования заключается в простой подставке символов по формуле:
, где:
n – количество символов в алфавите
i – порядковый номер символа.
Шифр получил своё название в честь первой, последней, второй и предпоследней буквы Еврейского алфавита — «алеф», «тав», «бет», «шин» . Такой шифр имеет низку криптографическую стойкость, потому как алгоритм шифрования довольно прост
С тех самых пор шифрование активно развивалось вместе с развитием нашей цивилизации
Хоть шифры и менялись, но их принцип нет – для расшифровки сообщения требуется ключ. В случае с Абашем ключом может считать последовательность порядковых номеров исходных символов, но этот ключ ещё надо как-то передать. Методы шифрования, которые используются сейчас, научились-таки передавать ключи по открытым и незащищённым каналам связи. Казалось бы, передача ключей шифрования по обычным каналам — это добровольное жертвование своими данными, но не всё так просто. Разберём это на примере популярного алгоритма шифрования «RSA», разработанного в 1977 году.
Первым делом выбирается два случайный простых числа, которые перемножаются друг на друга – именно это и есть открытый ключ.
К слову: Простые числа — это те числа, которые могут делиться без остатка либо на 1, либо на себя.
Длина таких чисел может быть абсолютно любая. К примеру, возьмем два простых числа 223 и 13. Их произведение 2899 – будет являться открытым ключом, который мы и будем передавать по открытому каналу связи. Далее нам необходимо вычислить функцию «Эйлера» для произведения этих чисел.
Функция Эйлера – количество натуральных чисел, меньших чем само число и, которые будут являть взаимно простыми числами с самим числом.
Возможно, звучит непонятно, но давайте это разберем на небольшом примере:
φ (26) [фи от двадцати шести] = какому-то числу чисел, которое всегда будет меньше 26, а сами числа должны иметь только один общий делитель единицу с 26.
1 – подходит всегда, идем дальше;
2 – делится и на 2, и на 1, как и число 26, — не подходит;
3 – делится и на 3, и на 1, а вот число 26 не делится на 3, — подходит;
4 – имеет общие делители 2 и 1 с 26 — не подходит;
5 – только на 1 — подходит;
6 – на 2 и 1 — не подходит;
7 – только на 1 – подходит;
и так далее до 25.
Общее количество таких чисел будет равно 12. А найти это число можно по формуле: φ(n*k) = (n-1)(k-1) в нашем случае 26 можно представить как 2 * 13, тогда получим φ(26) = φ(2 * 13) = (2-1)*(13-1) = 1 * 12 = 12
Теперь, когда мы знаем, что такое функция Эйлера и умеем её вычислять найдем её для нашего открытого ключа – φ(2899) = φ(223 * 13) =(223 – 1)*(13-1) = 222 * 12 = 2664
После чего нам нужно найти открытую экспоненту. Не пугайтесь, тут будет гораздо проще чем с функцией «Эйлера».
Открытая экспонента – это любое простое число, которое не делится на функцию Эйлера. Для примера возьмем 13. 13 не делится нацело на число 2664. Вообще открытую экспоненту лучше выбирать по возрастанию простым перебором, а не просто брать случайную. Так для нашего примера разумнее было бы взять число 5, но давайте рассмотрим на примере 13
Следующий шаг – закрытая экспонента. Вычисляется она банальным перебором по этому равенству: d * e mod φ(n) = 1 , где
φ(n) — функция Эйлера
e – открытая экспонента
mod – остаток отделения
а число d, которое и является закрытой экспонентой, мы должны подобрать перебором, либо попытаться выразить через формулу d = ceil(φ(n) / e) , где ceil – округление в большую сторону.
В обоих случаях у нас получится число 205
На этом подготовка отправки сообщения успешно завершается и начинается самое веселое – отправка данных для дешифрования сообщения. На этом шаге мы отправляем открытый ключ и открытую экспоненту человеку, сообщение которого хотим получить. Предположим, что в этот момент наш ключ и экспоненту перехватили 3-е лица, но до нужного нам человека они всё так же дошли
Теперь этому человеку нужно отправить нам сообщение, для простоты предположим, что это какое-то число, например: 92. Для этого ему нужно отправить нам остаток от деления 92 в степени открытой экспоненты на открытый ключ – T ^ e mod n , где
T – шифруемый текст
e – открытая экспонента
n – открытый ключ
mod – остаток от деления
92 ^ 13 mod 2899 = 235 . Именно число 235 он нам и отправит.
Предположим, что и в этот раз сообщение перехватили, но нам оно всё так же дошло
Для расшифровки сообщения нам необходимо зашифрованное сообщение возвести в степень закрытой экспонентой и вычислить остаток от деления на открытый ключ – C ^ d mod n , где
С – зашифрованный текст
d – закрытая экспонента
n – открытый ключ
mod – остаток от деления
235 ^ 205 mod 2899 = 92.
Вуаля, и мы имеет исходное число. Но, что насчет перехваченных сообщений? У злоумышленника есть сообщение, ключ и экспонента, но как мы помни для дешифровки ему ещё нужна секретная экспонента, она же секретный ключ, но для того, чтобы вычислить её, ему придется разложить исходный ключ 2899 на множители, а сделать это не так уж и просто, особенно когда вместо двух чисел 223 и 13, будут использовать числа длиной несколько десятков символов
Но ничто в мире не идеально, в том числе и этот метод.
Его первый недостаток – это подборка пары чисел для открытого ключа. Нам нужно не просто сгенерировать случайно число, но ещё и проверить на то простое ли оно. На сегодняшний нет методов, которые позволяют делать это сверх быстро.
Второй недостаток – так же связан с генерацией ключа. Как мы с вами помним: «ключи должны генерировать независимо от каких-либо факторов», но именно это правило нарушается, когда мы пытается сгенерировать строго простые числа.
Третий недостаток – подбор и перебор чисел для экспонент.
Четвертый – длина ключей. Чем больше длина, тем медленнее идет процесс декодирования, поэтому разработчики пытаются использовать наименьшие по длиннее ключи и экспоненты. Даже я акцентировал на это внимание, когда говорил, что лучше взять число 5, вместо 13 для открытой экспоненты. Именно из-за этого и происходит большая часть взломов и утечек данных
Но не стоит печалиться, ведь как я и говорил: криптография и шифрование развивается вместе с развитием цивилизации. Поэтому довольно скоро все мы будем шифровать свои данные с помощью Квантового шифрование.
Этот метод основывается на принципе квантовой суперпозиции – элементарная частица может сразу находится в нескольких положениях, иметь разную энергию или разное направление вращения одновременно. По такому принципу и работает передача ключей шифрования по протоколу BB-84.
Есть оптоволокно, по которому передаются единичные фотоны света. Мы, как отправитель может сгенерировать абсолютно любой двоичный ключ, по тому же принципу квантовой супер позиции, ну или использовать обычные генераторы псевдослучайных чисел. Допустим мы хотим передать ключ 101001011. Для этого нам нужно принять за обозначение какое положение фотона соответствует единице, а какое нулю. Представим, что вертикальное положение – это 1, а горизонтальное – 0. Если оставить все так, то от передачи ключей таким образом не будет никакого смысла, ведь тогда злоумышленник всегда сможет измерить фотон, получить его значение, создать и отправить точно такой же обратно человеку, которому мы хоти передать ключ. Поэтому были введены ещё два положение – диагональные. Предоставим вертикальную волну, или же значение 1 и отклоним её на 45 градусов влево. Это будет вторая единица. Вернемся обратно и отклоним на 45 градусов вправо – это будет второй 0.
Вернемся к нашему ключу 101001011. Мы случайным образом выбираем направление – обычное или диагональное. Для удобства присвоим обычному номер 1, а диагональному 2.
Давайте отправим ключ – 1(1), 0(2), 1(1), 0(1), 0(1), 1(2), 0(2), 1(1), 1(2). Теперь человеку, которому мы отправляем ключ, нужно точно так же, совершенно случайно, выбрать случайное направление.
Допустим он выбрал направления: 221111212. Поскольку есть всего 2 плоскости отправки: 1 и 2, они же называются: канонический и диагональный базис, то шанс того, что он выбрал правильные направления 50%.
Если он угадал базис – он получил верное значение, если нет – неверное. Учитывая его направления, он получил: 001000011. Теперь нужно отсеять неправильные значения: можно сделать это обменом базисов по любому, даже не защищенному, каналу связи. После этого у нас обоих останется ключ: 0100011. Теперь с помощью его мы можем передавать и кодировать сообщения по обычному методу шифрования.
А что, если кто-то перехватит отправку кода? Тогда ему придется точно также подбирать случайным образом базисы, что добавит ещё 25% погрешности при получении кода человеку, которому мы изначально и отправили его. Чтобы проверить это, после отсеивания мы, как отправитель, должны проверить сколько процентов кода оказалось не верным. В нашем 1 случае это (9 – 7)/9 * 100% = 22% , если это число будет больше 50%, то мы начнем повторную отправку ключей, до тех пор, пока погрешность не будет меньше 50%
Заключение
Причитав и разобрав эту статью, мы с вами узнали, чем отличается кодирование от шифрования, их историю с будущим, узнали каким должен быть идеальный шифр и немного поговорили про крипто анализ. Уже с этими знаниями, которые были предоставлены в этой статье, можно спокойно идти и делать какую-нибудь систему авторизации или пытаться взломать какой-то сайт, главное не перебарщивать.
Источник
