многократное шифрование пакета характерно для чего
Закон Шнайера
Любой, начиная с самого бестолкового любителя и заканчивая лучшим криптографом, может создать алгоритм, который он сам не в состоянии взломать.
Каждый человек может изобрести систему безопасности, которую он был бы не в силах взломать.
Двойное шифрование
DES был принят в качестве стандарта в 1977 году. Длина ключа нового стандарта составляла 56 бит, довольно большое число по тем временам. Однако закон Мура неумолим, и некоторые криптографы уже тогда начали бить тревогу.
Одними из первых, кто подверг критике длину ключа нового стандарта были небезызвестные отцы-основатели криптографии с открытым ключом: Уитфилд Диффи и Мартин Хеллман. В одной из своих статей они утверждали, что 56-битный ключ слишком мал и оставляет возможность для атаки полного перебора.
В свете вышеуказанного замечания вполне логичным выглядят попытки увеличить стойкость алгоритма DES, используя технику многократного шифрования. Этот способ позволяет искусственно увеличить длину ключа, применяя несколько раз операцию шифрования с разными ключами.
На первый взгляд может показаться, что для решения проблемы DES достаточно увеличить длину ключа вдвое, т.е. использовать следующую схему в качестве шифрования и расшифровки:
C=EK2 (EK1 (P)),
P=DK1 (DK2 (С)),
где C — шифртекст; P — открытый текст; а EK (P) и DK (С) — процедуры шифрования и расшифровки соответственно.
Приведенная схема увеличивает пространство ключа до 2 112 и делает атаку грубой силой бессмысленной затеей.
Тройное шифрование
В 1978 году Вальтер Тачман предложил использовать тройное шифрование для увеличения стойкости алгоритма DES. В схеме Тачмана также используется два ключа K1 и K2, но процесс шифрования и расшифровки выглядит следующим образом:
C=EK1 (DK2 (EK1(P)))
P=DK1 (EK2 (DK1(С))).
Этот способ защищен против атаки «встреча по середине». Даже если атакующий сформирует таблицу
Но и метод Тачмана не долго считался надежным.
Закон Шнайера
Когда я учился в колледже в 70-х я придумал, как мне тогда казалось, идеальную схему шифрования. Простой генератор псевдослучайных чисел генерировал гамму, которая суммировалась с открытым текстом. Схема была стойкой против частотного анализа шифртекста и была совершенно не взламываема для спецслужб, обладающим огромными вычислительными мощностями.
Годы спустя я нашел похожую схему в некоторых учебниках по криптографии. Классно. Другие криптографы думают в похожем направлении. К сожалению, схема была описана в качестве простого домашнего задания: взломайте схему, используя базовые методы криптоанализа.
Если вы считаете, что создали идеально стойкую систему, не спешите использовать ее в своем проекте. Вспомните о законе Шнайера и лучше воспользуйтесь широко известным методом.
Назначение и структура алгоритмов шифрования
Шифрование является основным методом защиты; рассмотрим его подробно далее.
Можно представить зашифрование в виде следующей формулы:
В стандарте ГОСТ 28147-89 (стандарт определяет отечественный алгоритм симметричного шифрования) понятие ключ определено следующим образом: «Конкретное секретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования, обеспечивающее выбор одного преобразования из совокупности всевозможных для данного алгоритма преобразований».
Ключ может принадлежать определенному пользователю или группе пользователей и являться для них уникальным. Зашифрованная с использованием конкретного ключа информация может быть расшифрована только с использованием только этого же ключа или ключа, связанного с ним определенным соотношением.
Аналогичным образом можно представить и расшифрование:
При отсутствии верного ключа k2 получить исходное сообщение M’ = M с помощью правильной функции D невозможно. Под словом «невозможно» в данном случае обычно понимается невозможность вычисления за реальное время при существующих вычислительных ресурсах.
В алгоритмах симметричного шифрования для расшифрования обычно используется тот же самый ключ, что и для зашифрования, или ключ, связанный с ним каким-либо простым соотношением. Последнее встречается существенно реже, особенно в современных алгоритмах шифрования. Такой ключ (общий для зашифрования и расшифрования) обычно называется просто ключом шифрования.
В асимметричном шифровании ключ зашифрования k1 легко вычисляется из ключа k2 таким образом, что обратное вычисление невозможно. Например, соотношение ключей может быть таким:
Такое соотношение ключей используется и в алгоритмах электронной подписи.
Основной характеристикой алгоритма шифрования является криптостойкость, которая определяет его стойкость к раскрытию методами криптоанализа. Обычно эта характеристика определяется интервалом времени, необходимым для раскрытия шифра.
Рассмотрим, как выглядят изнутри алгоритмы блочного симметричного шифрования.Структура алгоритмов шифрования
Существует и более сложная структура сети Фейстеля, пример которой приведен на рис. 3.
В отличие от сети Фейстеля, SP-сети обрабатывают за один раунд целиком шифруемый блок. Обработка данных сводится, в основном, к заменам (когда, например, фрагмент входного значения заменяется другим фрагментом в соответствии с таблицей замен, которая может зависеть от значения ключа Ki) и перестановкам, зависящим от ключа Ki (упрощенная схема показана на рис. 4).
Впрочем, такие операции характерны и для других видов алгоритмов шифрования, поэтому, на мой взгляд, название «подстановочно-перестановочная сеть» является достаточно условным.
Для структуры «квадрат» характерно представление шифруемого блока данных в виде двумерного байтового массива. Криптографические преобразования могут выполняться над отдельными байтами массива, а также над его строками или столбцами.
На рис. 5 приведен пример операции над блоком данных, выполняемой алгоритмом Rijndael.
Алгоритмы с нестандартной структурой, то есть те алгоритмы, которые невозможно причислить ни к одному из перечисленных типов. Ясно, что изобретательность может быть безгранична, поэтому классифицировать все возможные варианты алгоритмов шифрования представляется сложным. В качестве примера алгоритма с нестандартной структурой можно привести уникальный по своей структуре алгоритм FROG, в каждом раунде которого по достаточно сложным правилам выполняется модификация двух байт шифруемых данных (см. рис. 6).
Асимметричное шифрование
Асимметричное шифрование — это метод шифрования данных, предполагающий использование двух ключей — открытого и закрытого. Открытый (публичный) ключ применяется для шифрования информации и может передаваться по незащищенным каналам. Закрытый (приватный) ключ применяется для расшифровки данных, зашифрованных открытым ключом. Открытый и закрытый ключи — это очень большие числа, связанные друг с другом определенной функцией, но так, что, зная одно, крайне сложно вычислить второе.
Асимметричное шифрование используется для защиты информации при ее передаче, также на его принципах построена работа электронных подписей.
Принцип действия асимметричного шифрования
Схема передачи данных между двумя субъектами (А и Б) с использованием открытого ключа выглядит следующим образом:
В такой схеме перехват любых данных, передаваемых по незащищенным каналам, не имеет смысла, поскольку восстановить исходную информацию возможно только при помощи закрытого ключа, известного лишь получателю и не требующего передачи.
Применение асимметричных алгоритмов
Асимметричное шифрование решает главную проблему симметричного метода, при котором для кодирования и восстановления данных используется один и тот же ключ. Если передавать этот ключ по незащищенным каналам, его могут перехватить и получить доступ к зашифрованным данным. С другой стороны, асимметричные алгоритмы гораздо медленнее симметричных, поэтому во многих криптосистемах применяются и те и другие.
Например, стандарты SSL и TLS используют асимметричный алгоритм на стадии установки соединения (рукопожатия): с его помощью кодируют и передают ключ от симметричного шифра, которым и пользуются в ходе дальнейшей передачи данных.
Также асимметричные алгоритмы применяются для создания электронных подписей для подтверждения авторства и (или) целостности данных. При этом подпись генерируется с помощью закрытого ключа, а проверяется с помощью открытого.
Асимметричные алгоритмы
Наиболее распространенные алгоритмы асимметричного шифрования:
Надежность асимметричного шифрования
Теоретически приватный ключ от асимметричного шифра можно вычислить, зная публичный ключ и механизм, лежащий в основе алгоритма шифрования (последнее — открытая информация). Надежными считаются шифры, для которых это нецелесообразно с практической точки зрения. Так, на взлом шифра, выполненного с помощью алгоритма RSA с ключом длиной 768 бит на компьютере с одноядерным процессором AMD Opteron с частотой 2,2 ГГц, бывшем в ходу в середине 2000-х, ушло бы 2000 лет.
При этом фактическая надежность шифрования зависит в основном от длины ключа и сложности решения задачи, лежащей в основе алгоритма шифрования, для существующих технологий. Поскольку производительность вычислительных машин постоянно растет, длину ключей необходимо время от времени увеличивать. Так, в 1977-м (год публикации алгоритма RSA) невозможной с практической точки зрения считалась расшифровка сообщения, закодированного с помощью ключа длиной 426 бит, а сейчас для шифрования этим методом используются ключи от 1024 до 4096 бит, причем первые уже переходят в категорию ненадежных.
Что касается эффективности поиска ключа, то она незначительно меняется с течением времени, но может скачкообразно увеличиться с появлением кардинально новых технологий (например, квантовых компьютеров). В этом случае может потребоваться поиск альтернативных подходов к шифрованию.
Публикации на схожие темы
Сквозное шифрование: что это и зачем оно нужно вам
Квантовые компьютеры и криптография для чайников
Квантовые компьютеры — для «чайников»
Эволюция шифровальщика JSWorm
Программы-вымогатели: пара хороших новостей
Дорога к «интернету вещей»: преимущества и риски смарт-езды
Сквозное шифрование: что это и зачем оно нужно вам
Объясняем на пальцах, что такое сквозное шифрование и зачем оно нужно обычным людям.
В последнее время всякие сервисы для связи — от WhatsApp до Zoom — часто говорят: вот, мы внедрили сквозное шифрование. Вот только далеко не все пользователи понимают, что это значит. Что такое шифрование, допустим, понятно, — значит, данные превращаются во что-то нечитаемое. А сквозное — это как? В чем его плюсы и минусы? Попробуем объяснить максимально просто, не углубляясь в термины и математику.
Что такое сквозное шифрование и какие еще бывают варианты
Сквозное шифрование — это когда сообщения шифруются на вашем устройстве и расшифровываются только на устройстве вашего собеседника (по-английски это называется end-to-end, что можно перевести на русский как «из конца в конец»). То есть весь путь от отправителя до получателя сообщение преодолевает в зашифрованном виде, поэтому его никто не может прочитать, кроме вашего собеседника.
Как еще бывает? Также возможна передача данных в открытом виде, то есть когда сообщение вообще не шифруется. Это самый небезопасный вариант. Например, данные не шифруются при передаче SMS — в теории их может перехватывать вообще кто угодно. К счастью, на практике для этого требуется специальное оборудование, что несколько ограничивает круг читателей ваших сообщений.
Еще бывает транспортное шифрование — это когда сообщения шифруются у отправителя, доставляются на сервер, расшифровываются там, вновь шифруются и доставляются уже получателю. Транспортное шифрование защищает информацию при передаче, однако позволяет видеть содержание сообщений промежуточному звену — серверу. Может быть, этот сервер ответственно относится к вашим тайнам, а может быть, и нет. Вам остается только доверять его владельцам.
В то же время во многих случаях может быть гораздо удобнее использовать транспортное шифрование вместо сквозного. Дело в том, что транспортное шифрование позволяет серверу предоставлять более разнообразные услуги, нежели просто передача зашифрованных данных от одного собеседника к другому. Например, хранить историю переписки, подключать к беседе дополнительных участников по альтернативным каналам (телефонный звонок в видеоконференцию), использовать автоматическую модерацию и так далее.
При этом транспортное шифрование решает важную задачу: исключает перехват данных по дороге от пользователя к серверу и от сервера к пользователю (а это самая опасная часть пути). Так что сервисы не всегда торопятся переходить на сквозное шифрование: для пользователей удобство и разнообразие сервисов может быть важнее повышенной безопасности данных.
От чего защищает сквозное шифрование
Из того, что зашифрованное сквозным шифрованием сообщение не может расшифровать никто, кроме получателя, вытекает еще один плюс: никто не может влезть в сообщение и изменить его. Современные шифры устроены таким образом, что, если кто-то изменит зашифрованные данные, при расшифровке они превратятся в мусор, — и сразу станет понятно, что тут что-то не так. А вот внести предсказуемые изменения в зашифрованное сообщение — то есть подменить один текст другим — не получится.
Это обеспечивает целостность переписки: если вы получили сообщение и его удается расшифровать, то вы можете быть точно уверены, что именно это сообщение вам и отправили и в пути оно никак не изменилось.
От чего сквозное шифрование не защищает
После того как кто-нибудь расписывает все преимущества сквозного шифрования — примерно так, как это сделали мы сейчас, — слушателям начинает казаться, что оно решает вообще все проблемы передачи информации. Однако это не так, и у сквозного шифрования есть свои ограничения.
Во-первых, пусть использование сквозного шифрования и позволяет скрыть от посторонних глаз содержание сообщения, сам факт отправки определенному собеседнику (или получения от него) сообщения все еще остается известным. Сервер не будет знать, что было в том сообщении, которое вы отправили своему собеседнику, но он точно будет в курсе того, что в такой-то день и в такое-то время вы обменивались сообщениями. В некоторых случаях сам факт общения с определенными адресатами может привлечь к вам нежелательное внимание.
Во-вторых, если кто-то получит доступ к устройству, с помощью которого вы общаетесь, то он сможет прочитать все сообщения. А также сможет писать и посылать сообщения от вашего имени. Поэтому устройства надо беречь, а также блокировать доступ к приложениям, использующим сквозное шифрование, хотя бы PIN-кодом, чтобы при потере или краже устройства ваша переписка не попала в чужие руки — вместе с возможностью притворяться вами.
По этой же причине устройства надо защищать антивирусами — зловред на смартфоне может точно так же прочитать вашу переписку, как и живой человек, заполучивший доступ к смартфону. И тут уже неважно, какое шифрование было использовано при передаче сообщений.
Наконец, в-третьих: даже если вы безукоризненно заботитесь о защите всех ваших устройств и точно знаете, что к сообщениям на них ни у кого нет доступа, вы вряд ли можете быть так же уверены в устройстве вашего собеседника. И сквозное шифрование тут тоже никак не поможет.
И все же, несмотря на ограничения, сквозное шифрование — наиболее безопасный способ передачи конфиденциальных данных, и именно поэтому на него переходит все больше различных сервисов. И это хорошо.
Современное шифрование изнутри: каким образом происходит, где используется, насколько безопасно
«Шифрование» — термин, с которым сталкивались многие пользователи, однако далеко не каждый из них знает, что же означает это слово на самом деле. Если вкратце, шифрование — это кодирование информации. Этот процесс используется в различных онлайн-сервисах для обеспечения конфиденциальности и безопасности данных: от текстовых сообщений и электронных писем до банковских реквизитов и облачных файлов. Шифрование различается по типам и принципам работы.
Введение в шифрование
Шифрование — это не изобретение цифровой эпохи. Любители истории знают, что криптография возникла ещё в Древнем Египте. В те времена секретные сообщения зашифровывались с помощью перестановки символов. Знаменитый шифр Цезаря, например, заменял одну букву на другую, смещённую на некоторое фиксированное количество позиций в алфавите. Сегодня основной принцип остаётся прежним. Цифровое шифрование принимает читаемый (открытый) текст и кодирует его. Однако теперь используются алгоритмы шифрования, которые намного сложнее и мощнее, чем их предок с одноалфавитной подстановкой.
Усовершенствовать процесс шифрования помогли переменные, также известные как ключи. Они генерируются случайным образом и являются уникальными. Некоторые системы даже создают новые ключи для каждого сеанса, что дополнительно защищает персональные данные пользователей. Например, если злоумышленник захочет украсть информацию о кредитной карте, то ему нужно будет выяснить не только, какой алгоритм использовался для шифрования данных, но ещё и какой ключ был сформирован. Это — далеко не простая задача, так как шифрование устойчиво к подобным атакам. Вот почему этот процесс — один из лучших способов защитить конфиденциальные данные в интернете.
Типы шифрования
Различаются симметричный и ассиметричный типы шифрования. Они отличаются числом ключей, которые используются для данного процесса.
Симметричный. Это — алгоритм, при котором для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ. При этом важно учесть, что ключ должен быть установлен на обоих устройствах до начала обмена данными.
Асимметричный. Такое шифрование предпочитает двухключевой подход. Открытый ключ используется для шифрования, а закрытый — для дешифрования. При этом стоит отметить, что последний доступен только личному устройству пользователя, а потому не стоит переживать по поводу сохранности первого — никто не сможет получить доступ к личной информации без закрытого ключа.
Алгоритмы шифрования
AES (Advanced Encryption Standard). Один из самых безопасных алгоритмов симметричного шифрования, который существует сегодня. Он использует шифр размером блока 128 бит и длиной ключа 128, 192 и 256 бит. Алгоритм AES используют многие организации, включая правительство США.
Triple DES. Ещё один симметричный алгоритм шифрования. Когда исходный стандарт шифрования данных DES стал уязвим для атак, его заменили на Triple DES, название которого происходит от использования трёх 56-битных ключей. Однако в последние годы этот алгоритм вышел из моды, так как появились более безопасные варианты, такие как AES.
Blowfish. Очередной симметричный алгоритм шифрования, который был изобретён экспертом по безопасности Брюсом Шнайером (Bruce Schneier). Как и Triple DES, он появился на замену устаревшему DES. Это — блочный шифр с симметричным ключом, который входит в число самых безопасных алгоритмов. Более того, он является общественным достоянием и может свободно использоваться кем угодно.
Twofish. Симметричный алгоритм шифрования, который использует ключи длиной до 256 бит. Данное изобретение также было создано Брюсом Шнайером. По сути, Twofish — это продвинутый вариант Blowfish. Он не только быстрый и безопасный, но ещё и находится в открытом доступе, как и его предшественник.
RSA. Алгоритм асимметричного шифрования, который является одним из старейших и наиболее широко используемых стандартов для шифрования данных в интернете. Этот алгоритм не отличается скоростью, но считается очень безопасным.
Сферы применения шифрования
E2EE. Так называют сквозное шифрование. Этот способ передачи данных гарантирует, что доступ к исходному тексту сообщения имеется только у отправителя и получателя. То есть, даже интернет-провайдеры или другие поставщики услуг не смогут расшифровать пользовательскую информацию. E2EE идеально подходит для тех, кто заботится о конфиденциальности и безопасности. Говорить о полной безопасности при использовании сквозного шифрования нельзя, но её уровень достаточно велик.
Ряд популярных служб обмена сообщениями и клиентов электронной почты, таких как Signal, WhatsApp и Proton Mail, используют E2EE.
HTTPS. Протокол защищённой передачи данных. Он используется в интернете и часто обозначается замком в углу адресной строки браузера. Этот протокол обеспечивает безопасную связь с помощью шифрования TLS (Transport Layer Security) или SSL (Secure Sockets Layer).
HTTPS аутентифицирует соединение, запрашивая сертификат цифрового или открытого ключа, который должен быть подписан доверенным третьим лицом. Однако, в отличие от сквозного шифрования, этот протокол обычно защищает личную информацию во время её передачи. Это означает, что HTTPS — менее конфиденциальный, но он по-прежнему обязателен для всех, кто хочет защитить свои онлайн-данные.
Чтобы убедиться, что все сайты, которые вы посещаете, используют HTTPS, нужно установить расширение HTTPS Everywhere. Оно доступно для всех основных браузеров, таких как Chrome, Firefox, Opera и даже Firefox для Android.
Облачное шифрование. Облачное хранилище — одно из самых распространённых мест для хранения фотографий, видеоматериалов и документов. А потому эта служба нуждается в шифровании для защиты конфиденциальных файлов. Многие поставщики облачных хранилищ предлагают ту или иную его форму.
В данном случае выделяют три типа данных: в состоянии покоя, в пути и в использовании. Названия этих форм говорят сами за себя. То есть, первый тип — это информация, которая хранится и в настоящее время не используются. Второй тип — это информация в движении, которая активно передаётся из одного места в другое. Третий тип — информация, обрабатываемая в данный момент.
Однако будет ли зашифрована эта информация или нет, зависит только от облачного сервиса, который используется. Некоторые из них предлагают шифрование как данных в состоянии покоя, так и данных в пути. Остальные — кодируют только ту информацию, которую считают конфиденциальной. К сожалению, немногие облачные сервисы предлагают сквозное шифрование.
Тем не менее популярные службы предоставляют шифрование TSL/SSL для передаваемых данных и некоторую форму шифрования для данных в состоянии покоя. Dropbox, например, предлагает Boxcryptor — инструмент для сквозного шифрования, который может локально преобразить файлы, прежде чем они будут загружены в облако.
Шифрование диска. Инструмент защиты данных, который шифрует содержимое жёсткого диска. Новый уровень безопасности.
Есть несколько способов шифрования диска: с помощью программного или аппаратного обеспечения. В последнем случае используется диск с самошифрованием. Он автоматически шифрует и дешифрует данные, что делает его одним из самых простых способов обезопасить личные файлы. К тому же на рынке представлен большой ассортимент самошифруемых дисков. Единственный минус — высокая стоимость.
Шифрование диска с помощью программного обеспечения — более доступный способ. Этот процесс происходит в режиме реального времени — на лету. Это означает, что данные шифруются и дешифруются по мере загрузки и сохранения. Этот способ может привести к снижению производительности, но он просто необходим для тех, кто ставит безопасность на первое место. Программное обеспечение, такое как BitLocker, например, использует алгоритм шифрования AES со 128- или 256-битными ключами, что делает его идеальным инструментом для защиты конфиденциальной информации.
Почему шифрование настолько важно
Конфиденциальность. Шифрование является важным инструментом для тех, кто хочет сохранить личные данные только для себя и предполагаемых получателей. Ведь некоторые разговоры, фотографии, видеофайлы и документы лучше скрывать от посторонних глаз.
Безопасность. В период пандемии многие пользователи были вынуждены вводить конфиденциальную информацию в удалённом режиме. Речь про подачу налоговых документов или же покупки в онлайн-магазинах. Шифрование убережёт данные кредитной карты или личную информацию от кражи.
Конечно, шифрование не может защитить на 100%. У него есть недостатки и ограничения. Но без него пользователи гораздо больше подвержены слежке и сбору данных.
Вопросы и ответы
Насколько безопасно шифрование?
Шифрование делает работу в сети более приватной и безопасной, однако оно не обеспечивает максимальную защиту. Уровень безопасности зависит от типа используемого шифрования, но даже в самых продвинутых системах есть недостатки. Шифрование не может уберечь пользователей от всех онлайн-угроз, ведь к краже личных данных могут привести даже слабые пароли и утечка информации.
Можно ли взломать зашифрованные данные?
Да, декодирование зашифрованных данных возможно. Однако расшифровка требует много времени и ресурсов. Зашифрованные данные обычно взламывают с помощью украденных ключей.
Можно ли снова зашифровать зашифрованные данные?
Да, существует множественное шифрование. Для этого можно использовать одинаковые или разные алгоритмы. Однако этот способ не очень распространён, так как большинство современных шифров и так очень трудно взломать.
Какой самый высокий уровень шифрования?
256-битный AES считается самым надёжным стандартом шифрования. С 2001 года его использует правительство США и многие американские компании.
Какие приложения для обмена сообщениями используют сквозное шифрование?
Signal, WhatsApp и iMessage по умолчанию используют сквозное шифрование. Другие популярные сервисы для общения, такие как Telegram, также предлагают этот тип шифрования, но только в секретных чатах.
Статья написана на основе материала Android Authority.