Способы шифрования: 10 популярных кодов и шифров

типы шрифтов и их особенности

Криптология – наука, изучающая системы шифрования. С их помощью пользователи могут засекретить сообщения, используя одну из сотен известных миру комбинаций. Это необходимо для того, чтобы скрыть данные от публичного просмотра.

Впервые технологию стали применять ещё в древнем Риме. С развитием письменности и математических наук начали использоваться алгоритмы, поспособствовавшие появлению новых видов зашифровок. Используется система защиты информации в следующих целях:

• создание головоломок;
• засекречивание документов и переговоров;
• противодействие похищению данных при переписке.

Широко системы криптографии применяются специальными и разведывательными службами стран. Они при помощи собственных алгоритмов передают стратегически важную информацию.

Вторые, для кого востребовано шифрование текста — это коммерческие структуры. Ведение переговоров и разработки проектов часто на начальных стадиях скрываются при помощи шифраторов от конкурентов.

Последняя группа пользователей — это обычные граждане. Не запрещается на законодательном уровне проводить зашифровку собственных писем при помощи доступных кодировок. Мессенджеры используют алгоритмы с созданными ключами для защиты передачи информации между пользователями.

Типы шифров

Основной принцип действия любого типа кодировки заключается в шифраторе и дешифраторе. С одного устройства информация в конвертированном виде отправляется, на другое она поступает и преобразуется в нужный текст. Для кодирования и раскодирования информации потребуется обменяться ключом. Он помогает провести раскодировку письма.

По типам информации все доступные способы шифрования разделяются на:

• симметричные;
• ассиметричные.

В зависимости от выбранного способа используется свой порядок разработки кода и его конвертации по выбранной системе сокрытия данных.

Симметричные

К симметричным методам шифрования текста относятся системы шифрования с применением заранее разработанного ключа. Его должны знать только лица, ведущие между собой закрытую переписку.  Для оперативного преобразования полученной информации ключ должен быть уже на руках или указан в самом сообщении.

В результате пользователям сначала требуется получить сам исходный код ключа, а после приступить с его помощью к расшифровке полученного сообщения. Действие по созданию кодированного сообщения для отправителя производятся в обратном порядке. Сначала формируется по алгоритму ключ. Далее оформляется письмо по выбранному способу шифровки.

Ассиметричные

Различие с симметричным методом шифрования заключается в ключах. Метод кодирования производится при помощи открытого кода. Он предоставляется в свободном доступе.

Для раскодирования сообщения потребуется второй ключ. Он закрытый и знают его только участники переписки. Метод часто применяется в мессенджерах и почтовых службах. Раскодировать информацию без закрытого кода не выйдет. Его формируют переговорщики.

Группы шифрования

Типы кодирования информации разделяются на алгоритмы и способы. Все они состоят из трех больших групп:

• замена;
• перестановка;
• комбинирование.

В эти группы входят более мелкие подвиды. Всего известно более двадцати разновидностей кодирования данных. Применяется каждое направление для развлечения или защиты сообщений. На основании представленных способов применяя уже разработанный алгоритм, есть возможность создать собственный тип шифрования.

Шифры замены

Метод кодирования не изменяет написанный текст по последовательности. При использовании ключа меняются полностью буквенные и числовые значения.

В эту группу шифрования входят три типа кодирования:

• моноалфавитный;
• биграммный;
• полиалфавитный.

Замены происходят по заранее установленным согласно алгоритму и методу правилам. Кодироваться может как цифровая, так и буквенная информация.

Моноалфавитные шифры

В этом методе кодирования символ меняется на другой. Дополнительно могут изменяться группы на равное количество букв или цифр. Способ легко читаем даже без наличия сформированного ключа. Для раскодировки потребуется провести частотный анализ.

Для этого считается количество символов в зашифрованном тексте. Далее эти числа делятся на количество букв в алфавите, используемом при кодировании. В конце полученная частотность каждой буквы сравнивается с эталонной.

На основе представленного метода используются девять распространённых методов шифрования букв, о которых речь пойдёт дальше. Для раскодировки без ключа, составляется таблица по частотности ключей.

Случайный код

Комбинация, используемая в методе случайных перетасовок, позволяет составить таблицу для замены каждого символа в хаотичном порядке. Удобным способ будет для кодирования коротких сообщений.

При помощи составленной таблицы зашифровать 33 буквы русского алфавита можно 8.683317618811886*10 в 36 степени количеством вариантов. Для кодирования большого текстового файла потребуется много времени.

Ключевое слово

Позволяет закодировать в таблице слова, написанные в начале строки.

Важно! При выборе слова необходимо чтобы все буквы в нём не повторялись.

Прописанное ключевое слово будет выделяться в таблице. Его при необходимости можно зашифровать математическим методом. Способ часто встречается в ребусах и загадках. Для расшифровки потребуется в таблице соединить частотные буквы и числа в кодовом слове и писать их по порядку. На всю таблицу в зависимости от плотности и частотности букв может быть несколько слов.

Атбаш

Изначально использовался метод иудеями для шифровки еврейского алфавита. Дословно название происходит от четырех букв:

• Алеф;
• Тав;
• Бет;
• Шин.

В названии кроется и способ кодировки. По порядку указанные символы строятся в следующем порядке – первая, последняя, вторая, предпоследняя. Используемое слово или фраза для кодирования замещается по указанному расположению каждого символа.

ROT1

Обозначение переводится с английской аббревиатуры как «передвинуть алфавит на одну букву вперёд». Способ встречается в детских ребусах. Кодировка распространяется только на слова и фразы. Для получения ответа достаточно в закодированном сообщении передвинуть каждую букву вперёд.

Шифр Цезаря

Шифр был назван в честь римского императора. Он изобрёл его для ведения тайной переписки со своими полководцами. Используется для скрытия сообщения описанный выше метод смещения. Отличие заключается в числе ходов. Кодируемая буква должна быть заменена на стоящую перед ней.

Обратите внимание! Сдвигать позицию буквы можно по собственному усмотрению. Если используется русский алфавит, то количество смещений может быть до тридцати трех.

ROT5

Используется принцип замещения. Особенность метода заключается в кодировке только цифр. Для смены используется порядок замещения на пять позиций вперёд или назад. Метод может применяться в совмещении с другими способами, где используется конвертация букв в цифры.

ROT13

Применяется для шифрования букв латинского алфавита. Метод распространён в англоязычном сегменте интернета для скрытия информации, публикуемой на тематических порталах.

Для кодирования алфавит делят на две группы по тринадцать символов, записывая их друг под другом. Замещение каждой буквы производится на тринадцать шагов вперёд либо назад.

ROT18

Метод комбинированный. Правила шифрования используют в себе техники описанных выше способов ROT 5 и ROT 13. При кодировании берутся как вертикальные, так и горизонтальные методы замещения всех букв. Распространяется только на латиницу.

ROT47

Для кодирования информации потребуется 47 первых символов из ASCII-таблицы. В ней представлены не только буквы и числа. В состав входят символы и знаки препинания. Комбинация используется для кодирования сообщений и адресов на интернет ресурсы. Перемещение производится со смещением на выбранное количество позиций по таблице от 1 до 47 знаков.

Квадрат Полибия

Разработчик метода кодирования Полибий, в честь которого был назван метод. Он жил в III веке до нашей эры и был греческим историком и полководцем. Шифр осуществляется по принципу шахматной доски.

Для зашифровки вписываем все буквы алфавита в квадрат, поделённый на клеточки или прямоугольник. Если букв больше чем ячеек, допускается внесение двух символов в одну клетку. Для кодирования берётся нужная буква и переносится на указанное число позиций в этой строке вниз или верх.

Каждое направление можно разделить на количество символов по координатам. При этом достаточно писать верхнюю и нижнюю. Для кодирования записывается пара чисел, означающая адресацию буквы в таблице.

Стихотворный шифр

Кодирование происходит по аналогичному принципу. Составляется квадрат, разделённый шагом на ячейки. В них вписываются строки стихотворения с переносом и отступом на каждую строку.

В случае если окончание строчки стиха не входит в квадрат, он убирается. Если место осталось, вносится следующая строка. Буквы Ё, Й, Х, Ш, Щ, Ъ, Э не участвуют в кодировании. Следует это учитывать при составлении сообщения в рифму. Количество строк по вертикали и по горизонтали в квадрате составляет 10Х10.

Рус Lat

Простой и быстрый способ кодирования информации при помощи клавиатуры. Её полотно будет считаться одновременно шифратором и дешифратором.

Для замены символа потребуется сменить раскладку и написать слово на другом языке. Далее, отмечая расположение каждой из букв, проводится обратная замена.

Литорея

Применялась в древнерусском письме. Делится на два типа:

• простая;
• мудрая.

В первом методе буквы Е и Ё объединяются. Оставшиеся 32 символа разделяют на 2 группы по 16 штук. В них проводится замещение верхней буквы на нижнюю и наоборот.

Второй способ включает себя арифметическое действие. Шифруются только гласные либо согласные буквы. Они имеют свой номер. Получить таблицу шифрования координат возможно разгадав арифметический пример.

Шифрование биграммами

Алгоритм использует метод шифрования по принципу двойного квадрата. Для этого применяются по две пары букв. Согласно системе координат рассчитываются значения каждого кодируемого слога.

В зависимости от метода устанавливаются правила кодирования. При использовании группы букв определяется их положение и варианты смещения равные количеству ячеек в каждом квадрате.

Шифр Плейфера

Для использования потребуется составить таблицу 5Х5 ячеек для латинского алфавита либо 6Х6 для русского. Заполняется и кодируется информация при помощи ручного, симметричного ввода каждой пары буквы по свободным квадратам в таблице.

Далее ячейки заполняются буквами от ключевого слова. В оставшемся свободном месте прописываются буквы, не встречающиеся в ключевом слове по порядку. Направление фразы либо слова может быть любым при записи. Для раскодирования используется обратный порядок. Находится ключевое слово, и от него происходит инверсия по направлению к каждой паре букв.

Двойной квадрат Уитстона

Применяются сразу две таблицы. Направление текста используется по первой горизонтали группами букв. Далее сообщение разбивается по одной букве на блоки. В первом блоке находится первая буква из группы, во втором — вторая.

Буквы, находящиеся в одной строке при перестановке остаются в том же месте. Взломать либо раскодировать шифр можно только при наличии компьютера. Вручную способ не поддаётся переводу.

Полиалфавитные шифры

Эта группа включает в себя несколько шифров, применяющих метод простой замены. Используется цикличный способ шифрования информации по разным группам символов.

При этом способе к каждой конкретной букве закодированной фразы может применяться собственный алгоритм шифрования.

Шифр Виженера

Включает в себя последовательность, состоящую из нескольких шифров Цезаря. По каждому из них указывается собственное значение смещения символа.

При кодировании используется таблица квадратов. В неё вносятся буквы согласно указанным символам алфавита в зашифрованном сообщении. Чем больше таблица, тем проще определить количество повторяемых сдвигов фразы и их направления.

Шифр Гронсвельда

Вторая из вариаций кодирования по системе Виженера. Отличие состоит в использовании вместо ключевого слова числа из нескольких символов.

Выбранное число указывает число сдвигов совершаемых при шифровании сообщения по таблице и их порядок написания по ячейкам.

Книжный шифр

Применяется для кодирования большого текста. В качестве ключа выступает книга. Номер слова на выбранной странице будет соответствовать расположению буквы в таблице.

Часто при использовании метода применяется словарь. С помощью расположения буквы устанавливается система координат. В соответствии с номером страницы и номером слова.

Перестановочные шифры

Вторая группа кодирования информации использует переустановку не символов, а фраз. При этом могут применяться разные алгоритмы и правила в зависимости от алфавита и объёма сообщения.

Более специфические системы кодирования используют подмену отдельных символов в предложении. При работе с кодировкой пользователь сразу может определить количество предложений и прописанных букв в нём.

Простая перестановка

При кодировании человек самостоятельно выбирает принцип перестановки букв или фраз. Это может быть число или направление письма. Для расшифровки потребуется узнать ключ и правило, по которому производилась замена символов в предложении или тексте.

Здесь же может применяться метод транспозиции. Каждое отдельно предложение можно записать зеркально – задом наперёд. В тексте может шифроваться по такому принципу и каждое отдельное слово или комбинироваться метод с простой простановкой фраз либо слов.

Транспонирование используется для табличного кодирования. Исходный текст записывается по вертикали. Для шифровки его оформляют по горизонтали или наоборот. Метод штакетника это упрощённый вариант транспонирования. В две строки записывается предложение. В первой строчке чётные буквы, во второй нечётные.

Одиночная перестановка по ключу

Для кодирования текст вносится в таблицу размером 9Х9. Рядом оформляется идентичная. В первой части вписывается кодовая фраза либо предложение.

Во второй каждая буква переводится в число. Кодирование производится по смещению либо заменой. Для этого применяется ключ. В результате полученный зашифрованный вид фразы выписывается построчно.

Двойная перестановка

Накладывается на одиночную. Уже закодированное сообщение шифруется ещё раз. Могут проставляться как столбцы, так и строки. Во втором случае размер таблицы намеренно подбирается больше чем при первом случае шифрования.

Маршрутная перестановка

Это усложнённый тип транспонированной таблицы. Различие заключается в направлении чтения информации в таблице.

Для раскодирования сообщения потребуется знать направление, при котором кодовое слово было скрыто. Часто применяется шахматная доска. Вместо указания направления отмечается фигура с правилом движения по полю.

Перестановка «Волшебный квадрат»

Состоит из квадрата, в клетках которого указаны последовательно натуральные числа. Метод был изобретён в Китае. Важно чтобы разрядность в натуральных числах в итоге соответствовала последовательности написания и расположению в таблице.

Внимание! Раскодирование используется по направлению исходя из кодируемого слова и ключа. Чем больше квадрат, тем больше будет записанное в нём число.

Вращающаяся решётка

Решётка состоит из нескольких квадратов. В них заполнены цифры и есть пробелы. Метод шифрования по направлению считается перестановочным.

Расположение пустых клеток должно быть таким, что при передвижении квадратов на их месте не оставалось пробелов. Для кодирования под решётку с составленными числами подкладывается квадрат с буквами.

При перекладывании верхнего слоя и поворачивании его, в пустых клетках будет отображаться конкретная буква. Необходимо направить решётку так, чтобы в пустое окошко попала именно подходящая буква для шифруемого слова.

Комбинированные шифры

Последний метод кодирования сообщений использует разные варианты скрытия информации. Это может быть смещение по таблице и азбука Морзе. Кодируемая информация преобразуется в числовое значение и предаётся по зашифрованному сигналу через радиоаппаратуру.

Комбинирование методов шифрования создаёт устойчивое к взлому сообщение. Стоит учитывать, что дешифратор должен заранее знать способ кодирования информации и её передачи. Обычно в таких методах передача ключевого значения или подсказки для дешифратора не осуществляется.

Самое простое объяснение принципа работы современных алгоритмов симметричного шифрования

(Нашёл в твиттере тред с очень крутым объяснением работы симметричных шифров. Его написал Colm MacCárthaigh один из основных контрибьюторов Apache. Я спросил разрешение Колма на перевод, он любезно согласился).

Я объясню вам доступным языком, что происходит при шифровании данных. Надеюсь, что без мистики и сложных штук, которые были придуманы криптографами.

Итак, симметричное шифрование — это именно то, что мы используем в большинстве случаев, когда хотим зашифровать кучу данных. Ваш браузер отправляет и получает данные, используя симметричное шифрование. Если вы шифруете файлы или диск, в этом случае тоже работает симметричное шифрование. iMessage, Signal, WhatsApp — все они используют симметричное шифрование для безопасности вашей переписки.

Если вы думаете, что при шифровании данные перемешиваются так, что их никто не может прочитать без ключа, так оно и происходит на самом деле.

Вот простой пример. Допустим, у меня есть строка «Ovaltine» и я хочу её зашифровать. Я мог бы воспользоваться rot13 — очень простым олдскульным шифром Цезаря, который делает хоровод из букв, где a и z держатся за ручки, и заменяет каждую букву другой буквой алфавита, которая находится от заменяемой буквы на расстоянии 13 символов. Таким образом «O» превращается в «B», а «v» становится «i», в итоге «Ovaltine» превращается в «Binygvar». Конечно, это не очень безопасно. Это наивный пример, который очень легко взломать, так как атакующий может выяснить, какая буква встречается чаще всего (обычно в оригинальном тексте это «e») и найти оставшиеся буквы подобным образом.

Сейчас вы можете представить, что должны существовать более хитрые способы «перемешивания» букв. Например, некая сложная схема, в которой «a» переходит в «p», но при повторном шифровании — в «f». Может даже иногда эта схема начинает шифровать «a» двумя буквами, например «jd» или в что-нибудь другое. Таким образом эта усложнённая схема может зашифровать «Ovaltine» в строку «FGyswDmweeRq» (заметьте, что она стала длиннее). В прошлом появлялись алгоритмы шифрования, которые работали подобным образом, но это совсем не так, как работает современное шифрование.

Вместо «перемешивания» букв современное шифрование берёт вашу секретную строку и хитро комбинирует её со случайными данными. Это похоже на rot13 только в двух моментах: шифрование и расшифровка по сути одна и та же операция, и всё происходит «на месте». Действительно, вы заметили что rot13 является одновременно алгоритмом шифрования и расшифровки? rot13(Ovaltine) -> Binygvar, rot13(Binygvar) -> Ovaltine. Я считаю, что это очень красивая симметрия в симметричном шифровании. Но всё же вернёмся к нашей теме. Хитрость заключается в том, что мы используем побитовую операцию XOR. В криптографии, формальной логике и коде программ XOR может обозначаться по разному, но я буду использовать такую нотацию, с которой вы вероятнее всего знакомы. Она выглядит вот так: ^.

XOR — это сокращение от «exclusive OR» (исключающее ИЛИ). Это оператор (или функция, если вам так удобнее думать), которая принимает два аргумента и возвращает результат. A ^ B = C. Этот оператор называется «побитовым», так как применяется к соответствующим друг другу битам. Если A и B байты, то мы можем считать, что A ^ B = C по сути 8 разных операций, которые происходят одновременно. ^ сравнивает первый бит A и первый бит B, а затем помещает результат в первый бит C. Он повторяет тоже самое ещё 7 раз для оставшихся бит. Правила простые: если бит из A «1» ИЛИ бит из B «1», тогда мы устанавливаем соответствующий бит C в «1», но только в том случае, когда «A» и «B» одновременно не являются «1». Это и есть исключающая часть. Вот олдскульная таблица истинности:

A|B|C
0|0|0
1|0|1
0|1|1
1|1|0

Самая клёвое в XOR то, что он похож на rot13. Мы можем использовать его для шифрования и расшифровки. Покажу это на простом примере. Давайте представим, что мы хотим зашифровать обычное число «3» и что наш ключ шифрования другое число «7». Таким образом 3 ^ 7 = 4. То есть результат шифрования — «4». Давайте теперь расшифруем число. Я просто сделаю тоже самое снова: 4 ^ 7 = 3. Возьмите любое число, которое вам нравится или любые данные, и это всегда будет работать — XOR всегда сможет расшифровать себя.

Бит за битом — вот как мы в действительности шифруем и расшифровываем данные, нет никакого перемешивания, только XOR-инг. Трудная часть — поиск данных, к которым мы можем применить XOR. Один из подходов заключается в том, чтобы взять большой кусок секретных данных, лежащих под рукой, и использовать его в качестве второго аргумента XOR. При этом все участники процесса передачи зашифрованных данных должны использовать один и тот же набор секретных данных для шифрования и расшифровки. И это будет работать. Правда есть несколько проблем.

Первая проблема. Секретные данные должны казаться случайными. Вы не можете взять текст из книги или что-то в этом роде. Любые паттерны будут проявляться в зашифрованных данных. Это именно то, благодаря чему союзные войска получили преимущество во Второй мировой войне.

Вторая проблема. Вам нельзя переиспользовать секретные данные, так как паттерны проявятся снова. Таким образом вы как-то должны предоставлять большие куски секретных данных для всех, кто в них нуждается как в шифре Вернама (One-time pad). Это слишком трудно.

В современном шифровании мы «генерируем» нужные нам секретные данные из маленьких ключей. Эти ключи гораздо проще таскать с собой и защищать. Вот чем в действительности являются алгоритмы симметричного шифрования — схемами для детерминированной генерации случайных данных из ключа. Часть про «детерминированность» очень важна: два человека с одним и тем же ключом должны генерировать абсолютно один и тот же набор данных, иначе они не смогут понять друг друга. Вероятно, вы слышали про такие алгоритмы: AES, 3DES, DES, RC4, ChaCha20. Все они делают это.

Оказывается, что математическая задача генерации случайного потока данных (в котором нет паттернов в любом предсказуемом виде) с помощью ключа очень сложна. Из этого списка сегодня считаются безопасными только AES и ChaCha20. Другие алгоритмы были взломаны: люди смогли предсказывать их. Причём AES имеет немного запятнанную репутацию, потому что криптографы говорят следующее:

AES — основной и наиболее проанализированный алгоритм шифрования. Абсолютно золотой стандарт! :dark_sunglasses:

Но при этом добавляют:

Реализации AES в программном обеспечении (не в аппаратном) или небезопасны, или медленны, а иногда и не безопасны, и медленны. Он не был разработан с учётом того, что его взлом можно осуществить с помощью анализа кэша. :facepalm:

Не пугайтесь слишком сильно, если это вам непонятно. Главная мысль заключается в следующем: AES шикарен с точки зрения математики, но очень сложен в программной реализации. Но не надо беспокоиться — у нас почти всегда есть поддержка AES на уровне аппаратного обеспечения (список всех процессоров с аппаратной поддержкой AES можно посмотреть тут https://en.wikipedia.org/wiki/AES_instruction_set, — прим. переводчика).

Как бы то ни было, продолжаем… Как эти алгоритмы работают в действительности? Каким образом мы можем взять ключ и безопасно сгенерировать случайный поток данных? Я буду тут немного упрощать и начну с блоков.

Эти алгоритмы получают на вход три параметра и на выходе отдают зашифрованный текст. Входные параметры — ключ, шифруемый текст и… сюрприз — что-то странное под названием «вектор инициализации» (initialization vector, IV).

AES(key, IV, plaintext) -> encrypted_data.

Ключ и IV комбинируются между собой, чтобы создать набор «стартовых условий» для алгоритма; это подобно начальной перестановке или перемешиванию плиток в игре Скрэббл. Одинаковая комбинация ключа и IV всегда будет создавать одинаковый набор стартовых условий. Спрашиваете, почему нам вообще тогда понадобился IV? Нам нужен IV, чтобы мы могли шифровать множество сообщений, используя одинаковый ключ. Без IV, каждый генерируемый поток данных был бы одинаков, и это плохо. Это бы нарушило одно из правил, про которое мы говорили ранее: мы не можем переиспользовать одни и те же данные при шифровании. Таким образом нам нужен IV для перемешивания результата. Но в отличии от ключа IV может быть публичным.

Итак, когда вы шифруете сообщение и отправляете его кому-нибудь, вы также можете добавить: «Эй, а вот IV, который я использовал». При этом всё ещё критично, чтобы мы не переиспользовали комбинацию ключа и IV, потому что они дали бы нам повторяющиеся случайные данные. Для достижения этого условия есть два пути: 1) IV это некий счётчик, который мы увеличиваем с каждым новым сообщением. 2) IV генерируется случайно, при этом у него достаточно большое значение, поэтому нам не надо сильно беспокоиться о коллизиях. Как бы то ни было, я упомянул, что я буду говорить о блоках.

Ключи и IV «смешиваются» или комбинируются таким образом, чтобы создать набор стартовых условий… эти условия на самом деле являются начальным «блоком» случайных данных. Длина этого блока для AES128 128 бит, для AES256 — 256 бит, для ChaCha20 — 512 бит. И вот тут проявляется настоящая магия и индивидуальность конкретного алгоритма шифрования. В действительности их суть заключается в том, каким образом генерируется последовательность блоков и как каждый блок связан со своими соседями. Отношения между этими блоками остаются предсказуемы даже для тех, у кого нет ключа.

Я не буду глубоко погружаться в то, как именно работают эти алгоритмы, но если вы хотите узнать больше, я советую вам начать изучение этой темы с линейного конгруэнтного метода (linear congruential generators, LCG). LCG представляет собой функцию, которая создаёт «циклические» блоки данных в случайном и неповторяющемся виде. Затем взгляните на cеть Фе́йстеля (Feistel networks) — следующий уровень развития LCG. Затем разберитесь с S-Boxes, а потом посмотрите на то как Salsa20 создаёт чередование в алгоритме ChaCha20. Всё это гораздо доступнее, чем вы можете подумать!

Итак, мы теперь знаем, как случайный поток данных может быть скомбинирован с текстом, чтобы его зашифровать и расшифровать, и мы уже немного в теме того, как эти случайные потоки данных создаются. Разве это не всё, что нам надо? Для шифрования диска, это, действительно, почти всё. Мы можем шифровать каждый блок или сектор хранилища с использованием одного ключа и IV, который может быть получен из «позиции» на диске. Таким образом мы можем всегда расшифровать любой блок данных в любом месте на диске, до тех пор пока у нас есть ключ. Но тут есть одна проблемка… кто-нибудь может испортить наши зашифрованные данные. Если я изменю значение любого байта, даже если у меня не будет ключа, то в итоге мы не сможем расшифровать блок. И нет защиты против вмешательства такого вида. В случае отправки сообщений и данных по сети, это становится ещё критичнее. Мы не хотим, чтобы кто-нибудь мог испортить наши передаваемые данные. Таким образом нам надо добавить проверку целостности! Есть несколько схем, для того чтобы это сделать.

HMAC, GCM и Poly1305 — наиболее распространённые современные схемы для проверки целостности. Эти алгоритмы по большому счёту работают так: им на вход подаются данные и другой ключ (так называемый ключ целостности). После вычислений они выдают на выходе MAC (message authentication code) или тэг, который в свою очередь просто другой кусочек данных, выступающий подписью.

Таким образом для шифрования и защиты наша схема может выглядеть так:

AES(key, IV, "Ovaltine") -> encrypted_output
HMAC(key, encrypted_output) -> MAC

и затем по проводам мы отправляем:

IV | encrypted_output | MAC

Для расшифровки мы проверяем MAC, генерируя его снова и сравнивая результат с полученным MAC, а затем расшифровываем данные. Есть внутренние различия в том, как HMAC, GCM и Poly1305 генерируют эти подписи, но вам не надо об этом беспокоиться. На сегодняшний день эту комбинацию операций обычно оборачивают в функцию с именем «AEAD» (Authenticated Encryption with Additional Data). Под капотом она делает всё то, про что я говорил ранее:

AEAD(key, IV, plaintext, additional_data) -> IV_encrypted_data_MAC

Штука под названием «additional_data» — всего лишь данные, с помощью которых вы можете убедиться в том, что эти данные есть у отправляющей стороны, хотя они и не были им отправлены. Это как мета-данные, с помощью которых устанавливаются права доступа. Часто это поле оставляют пустым.

Но тем не менее вы можете поиметь проблемы с AEAD, если будете использовать один и тот же IV. Это плохо! Есть попытки для улучшения этой ситуации: мой коллега, которого зовут Шай, работает над клёвой схемой SIV, добавляющей уровень защиты от этой проблемы. Но если вы используете уникальный IV, современное шифрование очень безопасно. То есть вы можете опубликовать зашифрованный текст в Нью-Йорк Таймс, и никто не сможет его взломать. Шифр будет оставаться неприступен, даже если «некоторая» часть текста будет известна. Например, в интернет-протоколах большое количество текста известно. HTTP-сервера всегда отвечают одинаково и первые байты всегда известны. Но этот факт совсем не имеет значения — он не поможет атакующему узнать ни кусочка оставшихся данных… Мы прошли долгий путь со времён Второй мировой войны.

Но есть атаки, которые работают! Если вы отправляете данные по сети и кто-то отслеживает время и размер сообщений, то зашифрованные данные могут быть взломаны с помощью анализа трафика.

Давайте сначала разберёмся с длиной. Очевидно, что длина — это не скрытая характеристика. И это нормально, если вы пытаетесь защитить свой пароль или номер кредитной карты где-то в середине сообщения. Не очень то и большая проблема. Но это означает, что потенциально любой человек может определить тип контента, который вы отправляете. Простой пример: если вы отправляете gif с помощью мессенджера и если размер этого изображения уникален, атакующий, перехватывающий ваши данные, может предположить какая именно гифка была только что отправлена. Есть более хитрые версии этой атаки для Google Maps, Netflix, Wikipedia и т.п. Для защиты от этой атаки можно «добивать» отправляемые сообщения дополнительными байтами, таким образом, чтобы все отправляемые сообщения были одинаковой длины несмотря ни на что. Шифрование, которое используется в военных сетях, всегда «добивает» трафик дополнительными данными, то есть для перехватчика он всегда выглядит одинаковым! Ещё одна проблема, связанная с длиной, заключается в том, что если вы используете сжатие и даёте атакующему возможность изменять любую часть контента на странице, которую видит пользователь, то это даёт возможность атакующему разузнать даже самые маленькие секреты. Поищите атаку под названием «CRIME». Она шикарна и страшна.

Я ещё говорил о том, что другая проблема — тайминг. Очевидно, что время отправки каждого сообщения открытая информация. Это может быть проблемой? Может! Например, если вы отправляете сообщение на каждое нажатие клавиши, тогда тривиально выяснить, что именно печатается с помощью анализа времени. Круто! Другой пример — VOIP. Если ваше приложение для звонков отправляет данные только тогда, когда люди говорят, но не во время молчания, этого достаточно для того, чтобы восстановить 70% английской речи. Всего лишь из тишины. Страшно клёво.

Эти примеры всего лишь верхушка айсберга. Даже когда вы используете алгоритмы и схемы шифрования, которые улучшались в течение 80 лет, всё равно остаются пробелы, с помощью которых можно взломать защиту. Вот почему про это ценно знать!

Как бы то ни было, это тот уровень объяснения, на котором я хочу сейчас остановиться, но мы рассмотрели самое необходимое, что надо знать. Если вы дочитали до этого момента — спасибо! Сейчас у вас должно быть большее понимание того, что происходит при шифровании и чего следует остерегаться.

Не стесняйтесь задавать вопросы

Перевод публикуется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0

Что такое сквозное шифрование? Типы шифрования информации.

Автор Исхаков Максим На чтение 4 мин. Просмотров 258 Опубликовано 26.11.2019 Обновлено 26.11.2019

Когда вы общаетесь со своим другом или близким вам человеком в сети, сообщения, которые вы вводите, проходят длинный путь и на нем может многое случиться. Сквозное шифрование – это один из способов защиты ваших данных.

Что такое шифрование?

Шифрование – это такая кодировка сообщения при которой его может расшифровать только адресат. Шифровальное программное обеспечение превращает ваше сообщение в неразборчивую последовательность символов. Даже если кто-то получит ваше сообщение, он не сможет получить доступ к зашифрованным данным, если у него не будет ключа. Шифрование военного уровня практически невозможно взломать, поскольку оно использует 256-битные ключи, которые генерируют 2 256 возможных комбинаций. Пока еще нет такого суперкомпьютера, который мог бы взломать такой ключ даже за несколько лет.

Типы шифрования

Симметричное шифрование – это когда отправитель и получатель используют один и тот же закрытый ключ шифрования для декодирования и кодирования зашифрованного сообщения. Главный недостаток заключается в том, что ключ должен быть разделен между сторонами. Если не будет создан безопасный туннель, перехватчик сможет вырвать ключ и расшифровать сообщение.

Асимметричное шифрование – использует более продвинутый и безопасный метод для защиты данных. В этом случае, два ключа шифруют ваше сообщение – открытый и закрытый ключ. Открытый ключ является одинаковым как для отправителя, так и для получателя, в то время как закрытый ключ является уникальным для каждой из сторон. Это означает, что оба участника не знают секретного ключа друг друга.
В этом случае только человек с закрытым и открытым ключами может получить доступ к сообщению. Если сообщение попадает в чужие руки при передаче, перехватчик не сможет получить к нему доступ, даже если у него есть открытый ключ. Расшифровать его может только человек, который обладает уникальным секретным ключом.

Хотя этот тип шифрования более совершенен, чем симметричное шифрование, оно все равно оставляет обе конечные точки незащищенными. Если злоумышленники взломают любое из участвующих устройств и украдут оба ключа, они смогут получить доступ к вашим данным.

Что такое сквозное шифрование?

Сквозное шифрование (E2EE) шифрует ваше сообщение на протяжении всего его пути между двумя конечными точками. Оно остается зашифрованным во время транспортировки через промежуточные серверы, и ни поставщик услуг, ни ваш провайдер, ни любая третья сторона не может получить к нему доступ.

Без E2EE ваше сообщение шифруется, как только доходит до центрального сервера, который расшифровывает его. Таким образом, объект, управляющий этими серверами (например, провайдер услуг интернет), может видеть ваши сообщения. Однако, если вы используете VPN, этот тип соединения намного безопаснее, поскольку VPN служба шифрует ваш трафик и изменяет ваш IP. Тогда вы сможете безопасно и конфиденциально пройти через все промежуточные точки.

Как реализовать сквозное шифрование?

Вы можете реализовать шифрование E2EE самостоятельно, но это довольно сложная процедура. В противном случае просто убедитесь, что программное обеспечение или служба, которую вы используете, имеет эту функцию и включите ее для более безопасной связи. Это особенно важно, если вы обрабатываете конфиденциальную информацию, такую как банковские данные или личные данные.

E2EE играет значительную роль в безопасных приложениях для обмена мгновенными сообщениями. Существует множество приложений для безопасного обмена сообщениями с E2EE, но они не очень распространены. Кроме того, в некоторых системах, таких как Telegram или FB messenger, он не включен по умолчанию, поэтому вам нужно включить его самостоятельно.

На видео: Принцип работы сквозного шифрования

E2EE также необходим для защиты вашей электронной почты.

Возможные угрозы

• E2EE не защищает конечные точки, поэтому тот, кто взломает любую из них, может получить открытый или закрытый ключ или просто захватить данные через ваше приложение;
• Некоторые системы обмена сообщениями могут не шифровать свои резервные данные. Например, WhatsApp предлагает E2EE, но не шифрует резервные сообщения, которые он хранит на серверах Google Drive. Это означает, что Google может получить доступ к журналу резервного копирования. Всегда убеждайтесь, что приложение реализует E2EE по всем направлениям;
• Бэкдор атака является скрытым обходом шифрования. Это может быть сделано с помощью троянов, вредоносных программ или вредоносного кода. Таким образом, хакеры могут перехватить ваше устройство и получить доступ к личным данным.

Несмотря на эти потенциальные уязвимости, E2EE по-прежнему является одним из самых надежных инструментов для обеспечения конфиденциальности и безопасности. По возможности рекомендуется использовать приложения с E2EE.

Тем не менее, вы все равно не должны забывать о распространенной практике защиты в интернете, таких как предотвращение подозрительных вложений, электронной почты, скачивания, постоянное обновление антивирусного и антивирусного ПО с помощью надежного VPN сервиса. Хотя VPN не использует технологию E2EE, но он обеспечивает безопасность через защищенные серверы и зашифрованный трафик.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Простейшие методы шифрования с закрытым ключом

Аннотация: В этой лекции рассматривается общая схема симметричного шифрования, а также дается классификация простейших методов симметричного шифрования. Описание каждого из указанных в классификации шифров сопровождается примером.

Цель лекции: познакомить студента с простейшими методами симметричного шифрования и конкретными шифрами, известными человечеству уже не одно столетие.

Общая схема симметричного шифрования

Классическая, или одноключевая криптография опирается на использование симметричных алгоритмов
шифрования, в которых шифрование и расшифрование отличаются только порядком выполнения и направлением некоторых
шагов. Эти алгоритмы используют один и тот же секретный элемент (ключ), и второе действие (расшифрование) является
простым обращением первого (шифрования). Поэтому обычно каждый из участников обмена может как зашифровать, так и
расшифровать сообщение. Схематичная структура такой системы представлена на
рис.
2.1.

Рис.
2.1.
Общая структура секретной системы, использующей симметричное шифрование

На передающей стороне имеются источник сообщений и источник ключей. Источник ключей выбирает конкретный ключ К среди всех возможных ключей данной системы. Этот ключ К передается некоторым способом принимающей стороне, причем предполагается, что его нельзя перехватить, например, ключ передается специальным курьером (поэтому симметричное шифрование называется также шифрованием с закрытым ключом). Источник сообщений формирует некоторое сообщение М, которое затем шифруется с использованием выбранного ключа. В результате процедуры шифрования получается зашифрованное сообщение Е (называемое также криптограммой). Далее криптограмма Е передается по каналу связи. Так как канал связи является открытым, незащищенным, например, радиоканал или компьютерная сеть, то передаваемое сообщение может быть перехвачено противником. На принимающей стороне криптограмму Е с помощью ключа расшифровывают и получают исходное сообщение М.

Если М – сообщение, К – ключ, а Е – зашифрованное сообщение, то можно записать

то есть зашифрованное сообщение Е является некоторой функцией от исходного сообщения М и ключа К. Используемый в криптографической системе метод или алгоритм шифрования и определяет функцию f в приведенной выше формуле.

По причине большой избыточности естественных языков непосредственно в зашифрованное сообщение чрезвычайно трудно внести осмысленное изменение, поэтому классическая криптография обеспечивает также защиту от навязывания ложных данных. Если же естественной избыточности оказывается недостаточно для надежной защиты сообщения от модификации, избыточность может быть искусственно увеличена путем добавления к сообщению специальной контрольной комбинации, называемой имитовставкой.

Известны разные методы шифрования с закрытым ключом
рис.
2.2. На практике часто используются алгоритмы перестановки, подстановки, а также комбинированные методы.

Рис.
2.2.
Методы шифрования с закрытым ключом

В методах перестановки символы исходного текста меняются местами друг с другом по определенному правилу. В методах замены (или подстановки) символы открытого текста заменяются некоторыми эквивалентами шифрованного текста. С целью повышения надежности шифрования, текст, зашифрованный с помощью одного метода, может быть еще раз зашифрован с помощью другого метода. В этом случае получается комбинированный или композиционный шифр. Применяемые на практике в настоящее время блочные или поточные симметричные шифры также относятся к комбинированным, так как в них используется несколько операций для зашифрования сообщения.

Основное отличие современной криптографии от криптографии «докомпьютерной» заключается в том, что раньше криптографические алгоритмы оперировали символами естественных языков, например, буквами английского или русского алфавитов. Эти буквы переставлялись или заменялись другими по определенному правилу. В современных криптографических алгоритмах используются операции над двоичными знаками, то есть над нулями и единицами. В настоящее время основными операциями при шифровании также являются перестановка или подстановка, причем для повышения надежности шифрования эти операции применяются вместе (комбинируются) и помногу раз циклически повторяются.

Принципы построения современных блочных шифров сформулированы в
«Принципы построения блочных шифров с закрытым ключом»
,
«Алгоритмы шифрования DES и AES»
,
«Алгоритм криптографического преобразования данных ГОСТ 28147-89»
, а в этой лекции рассматриваются шифры подстановки и перестановки, применяемые человеком с древнейших времен. Мы должны познакомиться с этими шифрами, так как процедуры подстановки и перестановки используются в качестве составных операций и в современных блочных шифрах.

Алгоритмы шифрования данных – как придумать свой шифр

10 вопросов и ответов по криптографии

Алексей Раевский

  В связи с тем, что основной функцией нашего программного обеспечения является шифрование данных, нам часто задают вопросы, касающиеся тех или иных аспектов криптографии. Мы решили собрать наиболее часто задаваемые вопросы, в один документ и постарались дать на них максимально подробные, но, в то же время, не перегруженные лишней информацией ответы.

  1. Что такое криптография?

  Криптография — это теоретическая научная дисциплина, раздел математики, изучающая вопросы преобразования информации с целью ее защиты от разумных действий противника.

  2. Что такое алгоритм шифрования?

  Алгоритм шифрования — это набор логических правил, определяющих процесс преобразования информации из открытого состояния в зашифрованное (зашифровывание) и, наоборот, из зашифрованного состояния в открытое (расшифровывание).

  Алгоритмы шифрования появляются в результате теоретических исследований, как отдельных ученых, так и научных коллективов.

  3. Как с помощью шифрования защищаются данные?

  Основной принцип защиты данных с помощью шифрования — это зашифровывание данных. Зашифрованные данные для постороннего выглядят как «информационный мусор» — бессмысленный набор символов. Таким образом, если информация в зашифрованном виде попадет к злоумышленнику, он просто не сможет ей воспользоваться.

  4. Какой алгоритм шифрования самый стойкий?

  В принципе, любой алгоритм шифрования, предложенный каким-либо известным специалистом в области криптографии, считается стойким до тех пор, пока не будет доказано обратное.

  Как правило, все вновь появляющиеся алгоритмы шифрования публикуются для всеобщего ознакомления, и всесторонне изучаются в специализированных криптографических научных центрах. Результаты таких изучений также публикуются для всеобщего ознакомления.

  Таким образом, если алгоритм шифрования опубликован, существует более 5 лет и для него не найдено серьезных уязвимостей, можно считать, что его стойкость подходит для задач защиты коммерческой тайны.

  5. Что такое ключ шифрования?

  Ключ шифрования — это случайная, псевдослучайная или специальным образом сформированная последовательность бит, являющаяся переменным параметром алгоритма шифрования.

  Иными словами, если зашифровать одну и ту же информацию одним и тем же алгоритмом, но разными ключами, результаты получится также разные.

  Ключ шифрования имеет одну существенную характеристику — длину, которая, как правило, измеряется в битах.

  6. Какие бывают алгоритмы шифрования?

  Алгоритмы шифрования делятся на два больших класса — симметричные и асимметричные (или несимметричные).

  Симметричные алгоритмы шифрования используют один и тот же ключ для зашифровывания информации и для ее расшифровывания. При этом ключ шифрования должен быть секретным.

  Симметричные алгоритмы шифрования, как правило, просты в реализации и не требуют для своей работы много вычислительных ресурсов. Однако неудобство таких алгоритмов проявляется в случаях, когда, например, двум пользователям надо обменяться ключами. В этом случае пользователям надо или непосредственно встретиться друг с другом, или иметь какой-то надежный, защищенный от перехвата канал для пересылки ключа, что не всегда возможно.

  Примеры симметричных алгоритмов шифрования — DES, RC4, RC5, AES, CAST.

  Асимметричные алгоритмы шифрования используют два ключа — один для зашифровывания, другой для расшифровывания. В таком случае говорят о паре ключей. Один ключ из пары может быть открытым (доступным для всех), другой — секретным.

  Асимметричные алгоритмы шифрования более сложны в реализации и более требовательны к вычислительным ресурсам, чем симметричные, однако, проблема обмена ключами между двумя пользователями решается проще.

  Каждый пользователь может создать собственную пару ключей, и послать открытый ключ своему абоненту. Этим ключом можно только зашифровать данные, для расшифровывания нужен секретный ключ, который хранится только у его владельца. Таким образом, получение злоумышленником открытого ключа ничего ему не даст, поскольку расшифровать им зашифрованные данные невозможно.

  Примеры асимметричных алгоритмов шифрования — RSA, El-Gamal.

  7. Как взламывают алгоритмы шифрования?

  В криптографической науке есть подраздел — криптоанализ, который изучает вопросы взлома алгоритмов шифрования, то есть получения открытой информации из зашифрованной без ключа шифрования.

  Существует много различных способов и методов криптоанализа, большинство из которых слишком сложно и объемно для воспроизведения здесь.

  Единственный метод, который уместно упомянуть — метод прямого перебора всех возможных значений ключа шифрования (также называемый методом «грубой силы», или brute force). Суть данного метода состоит в переборе всех возможных значений ключа шифрования до тех пор, пока не будет подобран нужный ключ.

  8. Какова должна быть длина ключа шифрования?

  На сегодняшний день для симметричных алгоритмов шифрования достаточной длиной ключа шифрования считается 128 бит (16 байт). Для полного перебора всех возможных ключей длиной 128 бит (атака brute force) за один год необходимо наличие 4,2х1022 процессоров производительностью 256 миллионов операций шифрования в секунду. Стоимость такого количества процессоров составляет 3,5х1024 долларов США (по данным Bruce Schneier, Applied Cryptography).

  Существует международный проект distributed.net, целью которого является объединение пользователей Интернет для создания виртуального распределенного суперкомпьютера, занимающегося перебором ключей шифрования. Последний проект по взлому ключа 64 бит был завершен в течение 1757 дней, в нем приняло участие более трехсот тысяч пользователей, а вычислительная мощность всех компьютеров проекта была эквивалентна почти 50.000 процессорам AMD Athlon XP с тактовой частотой 2 ГГц.

  При этом следует учитывать, что увеличение длины ключа шифрования на один бит увеличивает количество значений ключа, а, следовательно, и время перебора, в два раза. То есть, исходя из вышеприведенных цифр, за время 1757 * 2 дней можно взломать не 128-битный ключ, как может показаться на первый взгляд, а всего лишь 65-битный.

  9. Я слышал о ключах шифрования 1024 и даже 2048 бит, а вы говорите, что 128 бит вполне достаточно. Что это значит?

  Все правильно, ключи шифрования 512, 1024 и 2048 бит, а иногда и длиннее используются в асимметричных алгоритмах шифрования. В них используются принципы, совершенно отличные от симметричных алгоритмов, поэтому масштабы ключей шифрования также разные.

  10. Может ли ФСБ (ФАПСИ, АНБ, ЦРУ) прочитать мои зашифрованные данные, используя свои суперкомпьютеры и супертехнологии?

  Ответ на этот вопрос — самая охраняемая тайна спецслужб любого государства. С теоретической точки зрения прочитать данные, зашифрованные с помощью известного алгоритма ключом достаточной длины невозможно (см. предыдущие вопросы), однако, кто знает, что скрывается за завесой государственной тайны? Вполне может оказаться, что существуют какие-то технологии инопланетян, известные правительству, с помощью которых можно взломать любой шифр 🙂

  Единственное, что можно утверждать с уверенностью — ни одно государство, ни одна спецслужба не раскроет этого секрета, и даже в случае наличия возможности как-то расшифровывать данные, никогда и никак этого не проявит.

  Для иллюстрации этого утверждения можно привести исторический пример. Во время второй мировой войны британскому премьер-министру Уинстону Черчиллю в результате перехвата и дешифровки немецких сообщений стало известно о предстоящей бомбардировке города Ковентри. Несмотря на это, он не принял никаких мер, чтобы противник не узнал о том, что британская разведка может дешифровать их сообщения. В результате, в ночь с 14 на 15 ноября 1940 года Ковентри был разрушен немецкой авиацией, погибло большое количество мирных жителей. Таким образом, для Черчилля цена разглашения информации о том, что он может дешифровать немецкие сообщения, оказалась выше цены нескольких тысяч человеческих жизней.

  Очевидно, что для современных политиков цена подобной информации еще выше, поэтому о возможностях современных спецслужб мы ничего не узнаем, ни в явном виде, ни в косвенном. Так что если даже ответ на этот вопрос утвердительный, эта возможность, скорее всего, никак не проявится.

Источник: SecurIT   

^ вернуться в начало ^

Какие существуют типы методов шифрования?

Существует три основных метода шифрования: хеширование, симметричная криптография и асимметричная криптография. Каждый из этих методов шифрования имеет свои преимущества и недостатки. Например, хеширование очень устойчиво к взлому, но не так гибко, как другие методы. Все три формы шифрования полагаются на криптографию или науку о скремблировании данных.

Хеширование — это метод шифрования, который особенно устойчив к взлому, но менее гибкий, чем другие методы шифрования.

Базовая функция

Люди используют шифрование для преобразования читаемого текста, называемого открытым текстом, в нечитаемый секретный формат, называемый зашифрованный текст . Шифрование данных дает дополнительные преимущества помимо защиты конфиденциальности сообщения.Эти преимущества включают в себя гарантию того, что сообщения не были изменены во время передачи, и проверка личности отправителя. Все эти преимущества могут быть реализованы с помощью любого из этих методов шифрования.

Цифры, буквы и символы заменяют читаемую информацию при шифровании.

Шифрование хеширования

Первый метод шифрования, называемый хешированием, создает уникальную подпись фиксированной длины для сообщения или набора данных. Хеши создаются с помощью алгоритма или хеш-функции, и люди обычно используют их для сравнения наборов данных.Поскольку хэш уникален для конкретного сообщения, даже незначительные изменения в этом сообщении приводят к кардинально отличающемуся хэшу, тем самым предупреждая пользователя о возможном вмешательстве.

Ключевое различие между хешированием и двумя другими методами шифрования состоит в том, что после того, как данные зашифрованы, процесс не может быть отменен или расшифрован.Это означает, что даже если бы потенциальный злоумышленник смог получить хэш, он или она не смогли бы использовать метод дешифрования, чтобы обнаружить содержимое исходного сообщения. Некоторые распространенные алгоритмы хеширования — это дайджест сообщений 5 (MD5) и алгоритм безопасного хеширования (SHA).

Симметричные методы

Симметричная криптография, также называемая криптографией с закрытым ключом, является одним из старейших и наиболее безопасных методов шифрования.Термин «закрытый ключ» происходит от того факта, что ключ, используемый для шифрования и дешифрования данных, должен оставаться безопасным, потому что любой, у кого есть доступ к нему, может читать закодированные сообщения. Отправитель кодирует сообщение в зашифрованный текст с помощью ключа, а получатель использует тот же ключ для его декодирования.

Люди могут использовать этот метод шифрования либо как «поточный», либо как «блочный» шифр, в зависимости от количества данных, которые шифруются или дешифруются одновременно.Потоковый шифр шифрует данные по одному символу при их отправке или получении, а блочный шифр обрабатывает фиксированные фрагменты данных. Распространенные алгоритмы симметричного шифрования включают стандарт шифрования данных (DES), расширенный стандарт шифрования (AES) и международный алгоритм шифрования данных (IDEA).

Асимметричные формы

Асимметричная криптография, или криптография с открытым ключом, потенциально более безопасна, чем симметричные методы шифрования.Этот тип криптографии использует два ключа, «частный» ключ и «открытый ключ», для выполнения шифрования и дешифрования. Использование двух ключей преодолевает серьезный недостаток криптографии с симметричным ключом, поскольку не требуется безопасное управление одним ключом между несколькими пользователями.

В асимметричной криптографии открытый ключ доступен каждому и используется для шифрования сообщений перед их отправкой.Другой закрытый ключ остается у получателя зашифрованных сообщений, который использует его для их расшифровки. Алгоритмы, использующие методы шифрования с открытым ключом, включают RSA и Diffie-Hellman.

.

5 распространенных типов шифрования и почему не стоит делать свое собственное

О шифровании часто говорят в новостях, но, как правило, оно является объектом дезинформированной государственной политики или частично виновным в зверствах террористов.

Не верьте этим 5 мифам о шифровании!

Шифрование звучит сложно, но это гораздо проще, чем думает большинство.Тем не менее, вы можете почувствовать себя слишком в темноте, чтобы использовать шифрование, поэтому давайте развенчаем некоторые мифы о шифровании!

Это игнорирует важность шифрования. Подавляющее большинство интернет-сервисов используют шифрование для защиты вашей информации.

Шифрование, однако, понять довольно сложно.Существует множество типов, и они используются по-разному. Тогда как узнать, какой тип шифрования является «лучшим»?

Давайте посмотрим, как работают некоторые из основных типов шифрования, а также почему использование собственного шифрования — не лучшая идея.

Типы шифрования и сила шифрования

Одно из самых больших неправильных употреблений языка шифрования происходит из-за различий между типами шифрования, алгоритмами шифрования и их соответствующими сильными сторонами.Давайте разберемся:

• Тип шифрования: Тип шифрования определяет способ завершения шифрования. Например, асимметричная криптография — один из наиболее распространенных типов шифрования в Интернете.
• Алгоритм шифрования: Когда мы обсуждаем надежность шифрования, мы говорим о конкретном алгоритме шифрования.Алгоритмы являются источником интересных имен, таких как Triple DES, RSA или AES. Имена алгоритмов шифрования часто сопровождаются числовыми значениями, например AES-128. Число относится к размеру ключа шифрования и дополнительно определяет надежность алгоритма.

Есть еще несколько терминов шифрования, с которыми вам следует ознакомиться, чтобы облегчить понимание остальной части этого обсуждения.

5 наиболее распространенных алгоритмов шифрования

Типы шифрования составляют основу алгоритма шифрования, в то время как алгоритм шифрования отвечает за надежность шифрования.Мы говорим о стойкости шифрования в битах.

Более того, вы, вероятно, знаете больше алгоритмов шифрования, чем думаете.Вот некоторые из наиболее распространенных типов шифрования с небольшой информацией о том, как они работают.

1. Стандарт шифрования данных (DES)

Стандарт шифрования данных — это оригинальный стандарт шифрования правительства США.Первоначально считалось, что его невозможно взломать, но увеличение вычислительной мощности и снижение стоимости оборудования сделали 56-битное шифрование практически устаревшим. Это особенно верно в отношении конфиденциальных данных.

Джон Гилмор, соучредитель EFF, возглавлявший проект Deep Crack, сказал: «При разработке безопасных систем и инфраструктуры для общества прислушивайтесь к криптографам, а не к политикам.«Он предупредил, что рекордное время для взлома DES должно стать« тревожным звонком »для всех, кто полагается на DES для сохранения конфиденциальности данных.

Тем не менее, вы по-прежнему найдете DES во многих продуктах.Низкоуровневое шифрование легко реализовать, не требуя огромных вычислительных мощностей. Таким образом, это обычная особенность смарт-карт и устройств с ограниченными ресурсами.

2. TripleDES

TripleDES (иногда обозначаемый как 3DES или TDES) — это более новая и более безопасная версия DES.Когда DES был взломан менее чем за 23 часа, правительство осознало, что на его пути стоит серьезная проблема. Так родился TripleDES. TripleDES увеличивает объем процедуры шифрования, выполняя DES трижды.

Данные шифруются, дешифруются и затем снова шифруются, что дает эффективную длину ключа 168 бит.Этого достаточно для большинства конфиденциальных данных. Однако, хотя TripleDES сильнее стандартного DES, у него есть свои недостатки.

TripleDES имеет три варианта кодирования :

• Вариант ключа 1: Все три ключа независимы.Этот метод предлагает самую высокую стойкость ключа: 168-битный.
• Вариант ключей 2: Ключ 1 и Ключ 2 независимы, а Ключ 3 такой же, как Ключ 1. Этот метод предлагает эффективную силу ключа 112 бит (2×56 = 112).
• Вариант клавиш 3: Все три клавиши одинаковы. Этот метод предлагает 56-битный ключ.

Вариант ключа 1 — самый сильный. Вариант 2 с ключом не такой надежный, но все же предлагает большую защиту, чем простое двойное шифрование с помощью DES.TripleDES — это блочный шифр, означающий, что данные шифруются одним фиксированным размером блока за другим. К сожалению, размер блока TripleDES невелик и составляет 64 бита, что делает его несколько уязвимым для определенных атак (например, столкновения блоков).

3. RSA

RSA (названный в честь его создателей Рона Ривеста, Ади Шамира и Леонарда Адлемана) — один из первых криптографических алгоритмов с открытым ключом.Он использует функцию одностороннего асимметричного шифрования, описанную в ранее связанной статье.

Многие аспекты Интернета широко используют алгоритм RSA.Это основная функция многих протоколов, включая SSH, OpenPGP, S / MIME и SSL / TLS. Кроме того, браузеры используют RSA для установления защищенной связи в небезопасных сетях.

RSA остается невероятно популярным из-за длины ключа.Ключ RSA обычно имеет длину 1024 или 2048 бит. Однако эксперты по безопасности полагают, что вскоре будет взломан 1024-битный RSA, что побудит многочисленные правительственные и коммерческие организации перейти на более надежный 2048-битный ключ.

4. Расширенный стандарт шифрования (AES)

Advanced Encryption Standard (AES) теперь является надежным стандартом шифрования правительства США.

Он основан на алгоритме Rijndael, разработанном двумя бельгийскими криптографами, Joan Daemen и Vincent Rijmen.Бельгийские криптографы представили свой алгоритм в Национальный институт стандартов и технологий (NIST) вместе с 14 другими, претендующими на звание официального преемника DES. Rijndael «победил» и был выбран в качестве предложенного алгоритма AES в октябре 2000 года.

AES — это алгоритм с симметричным ключом, использующий симметричный блочный шифр.Он состоит из ключей трех размеров: 128, 192 или 256 бит. Кроме того, для каждого размера ключа существуют разные раунды шифрования.

Раунд — это процесс преобразования открытого текста в зашифрованный текст.Для 128-битных есть 10 раундов. 192-битный имеет 12 раундов, а 256-битный — 14 раундов.

Существуют теоретические атаки на алгоритм AES, но все они требуют уровня вычислительной мощности и хранения данных, что просто невозможно в нынешнюю эпоху.Например, для одной атаки требуется около 38 триллионов терабайт данных — больше, чем все данные, хранящиеся на всех компьютерах в мире в 2016 году. По другим оценкам, общее время, необходимое для подбора ключа AES-128, составляет миллиарды лет.

Таким образом, гуру шифрования Брюс Шнайер не «верит, что кто-либо когда-либо обнаружит атаку, которая позволит кому-либо читать трафик Rijndael», за исключением теоретических академических взломов шифрования.Алгоритм шифрования Twofish Шнайерса (обсуждаемый ниже) был прямым претендентом на роль Rijndael во время конкурса по выбору нового алгоритма национальной безопасности.

5. Twofish

Twofish был финалистом конкурса Advanced Encryption Standard от Национального института стандартов и технологий, но проиграл Rijndael.Алгоритм Twofish работает с ключами размером 128, 196 и 256 бит и имеет сложную структуру ключей, которая затрудняет взлом.

Эксперты по безопасности считают Twofish одним из самых быстрых алгоритмов шифрования и отличным выбором как для оборудования, так и для программного обеспечения.Кроме того, шифр Twofish может использовать любой желающий.

Он присутствует в некоторых из лучших бесплатных программ для шифрования, таких как VeraCrypt (шифрование дисков), PeaZip (файловые архивы) и KeePass (управление паролями с открытым исходным кодом), а также в стандарте OpenPGP.

Почему бы не создать собственный алгоритм шифрования?

Вы видели некоторые из лучших (и ныне не функционирующих) алгоритмов шифрования.Эти алгоритмы являются лучшими, потому что их практически невозможно сломать (по крайней мере, на данный момент).

Но как насчет создания доморощенного алгоритма шифрования? Сохраняет ли безопасная частная система ваши данные? Короче нет ! Или, может быть, лучше сказать нет, но…

Лучшие алгоритмы шифрования математически безопасны, проверены на сочетании самых мощных компьютеров и самых умных людей.Новые алгоритмы шифрования проходят серию строгих тестов, которые, как известно, нарушают работу других алгоритмов, а также атаки, характерные для нового алгоритма.

Возьмем, к примеру, алгоритм AES:

• NIST объявил о разработке новых алгоритмов шифрования в сентябре 1997 года.
• NIST получил 15 потенциальных алгоритмов AES к августу 1998 года.
• На конференции в апреле 1999 года NIST выбрал пять алгоритмов-финалистов: MARS, RC6, Rijndael, Serpent и Twofish.
• NIST продолжал тестировать и получать комментарии и инструкции от криптографического сообщества до мая 2000 года.
• В октябре 2000 года NIST подтвердил Rijndael в качестве перспективного AES, после чего начался еще один период консультаций.
• Rijndael, как AES, был опубликован как Федеральный стандарт обработки информации в ноябре 2001 года.Подтверждение начало валидационное тестирование в рамках Программы валидации криптографических алгоритмов.
• AES стал официальным стандартом шифрования федерального правительства в мае 2002 года.

У вас нет ресурсов для создания надежного алгоритма

Итак, вы видите, что создание действительно безопасного, долговечного и мощного шифрования требует времени и глубокого анализа со стороны некоторых из самых влиятельных организаций по безопасности на планете.Или, как говорит Брюс Шнайер:

«Любой может изобрести алгоритм шифрования, который он сам не сможет взломать; гораздо сложнее изобрести такой, который никто другой не сможет взломать».

И здесь на помощь приходят , но .Конечно, вы можете написать программу, которая берет ваш текст, умножает алфавитное значение каждой буквы на 13, добавляет 61, а затем отправляет его получателю.

На выходе получается беспорядок, но если получатель знает, как его расшифровать, система работает.Однако, если вы используете свое доморощенное шифрование в дикой природе для отправки частной или конфиденциальной информации, у вас будут плохие времена.

Если , то есть еще .Если вы хотите узнать о шифровании и криптографии, настоятельно рекомендуется поэкспериментировать с разработкой и взломом лично разработанного алгоритма шифрования. Только не просите никого использовать!

Используйте шифрование и не изобретайте колесо

Шифрование важно.Понимание того, как это работает, полезно, но не обязательно для использования. Есть множество способов с минимальными усилиями зашифровать свою повседневную жизнь. Начните с шифрования жесткого диска.

Крайне важно понять, что нашему глобальному гиперсетевому сообществу необходимо шифрование для обеспечения безопасности.К сожалению, большое количество правительств и правительственных агентств хотят более слабых стандартов шифрования. Этого никогда не должно произойти.

Вы знаете, что такое корневой сертификат и как он может помочь вам безопасно просматривать веб-страницы?

Как решить типичные проблемы с Google Диском: 10 простых решений

Многие проблемы с Google Диском легко исправить.Вот наиболее распространенные проблемы с Google Диском и способы их устранения.

Об авторе

Гэвин Филлипс
(Опубликовано 578 статей)

Гэвин — старший писатель MUO.Он также является редактором и SEO-менеджером дочернего сайта MakeUseOf, ориентированного на криптовалюту, Blocks Decoded. У него есть степень бакалавра (с отличием) в области современного письма с использованием методов цифрового искусства, разграбленных на холмах Девона, а также более десяти лет профессионального писательского опыта. Он любит много чая.

Ещё от Gavin Phillips

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!

Еще один шаг…!

Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.

.

Самые эффективные методы шифрования данных

В мире, где растет число киберпреступлений, приятно знать, что существует столько же методов защиты сетевой безопасности, сколько и способов попытаться проникнуть в нее. Настоящая проблема состоит в том, чтобы решить, какие методы должен использовать эксперт по интернет-безопасности, которые лучше всего подходят для конкретной ситуации в их организации.

Шифрование данных — распространенный и эффективный метод безопасности — разумный выбор для защиты информации организации.Однако существует несколько различных методов шифрования, так что же выбрать?

Сегодня мы рассмотрим три наиболее эффективных метода шифрования, доступных для сетевой безопасности. Но прежде чем мы начнем обсуждение эффективных методов шифрования данных, давайте уделим немного времени и рассмотрим основы шифрования данных.

Изучите типы атак на систему, используемые методы и многое другое с помощью сертифицированного курса этического взлома. Запишитесь сейчас!

Что такое шифрование данных в сетевой безопасности?

Известные эксперты по антивирусам и безопасности конечных точек в «Лаборатории Касперского» определяют шифрование как «… преобразование данных из читаемого формата в закодированный формат, который может быть прочитан или обработан только после того, как они были расшифрованы.”

Далее они говорят, что шифрование считается основным строительным блоком безопасности данных, широко используемым крупными организациями, малыми предприятиями и отдельными потребителями. Это наиболее простой и важный способ защиты информации, передаваемой с конечных точек на серверы.

Учитывая повышенный риск киберпреступности сегодня, каждый человек и группа, которые используют Интернет, должны быть знакомы с базовыми методами шифрования и использовать их, по крайней мере.

Как работает шифрование?

Женщина хочет отправить своему парню личное сообщение, поэтому она шифрует его с помощью специализированного программного обеспечения, которое превращает данные в нечитаемую тарабарщину.Затем она отправляет сообщение, а ее парень, в свою очередь, переводит его с помощью правильной расшифровки.

Таким образом, все начинается так:

fUfDPzlyJu5LOnkBAf4vxSpQgQZltcz7LWwEtrughon5kSQIkQlZtfxtSTstut

q6gVX4SimlC3A6RDAhhL2FfhfoeimC7sDv9G1Z7pCNzFLp0lgAWWA9ACm8r44RZOBi

O5skw9cBZjZVfgmQ9VpFzSwzLLODhCU7 / 2THg2iDrW3NGQZfz3SSWviwCe7G

mNIvp5jEkGPCGcla4Fgdp / xuyewPk6NDlBewftLtHJVf

= RZx45

… в итоге выглядит так:

«Я случайно увидел историю вашего веб-браузера.Мы с тобой закончили.

К счастью, ключи выполняют всю фактическую работу по шифрованию / дешифрованию, оставляя обоим людям больше времени, чтобы созерцать тлеющие руины их отношений в полной конфиденциальности.

Далее, изучая эффективные методы шифрования, давайте выясним, зачем нам это шифрование.

Зачем нужно шифрование?

Если кто-то задается вопросом, почему организациям необходимо применять шифрование, имейте в виду следующие четыре причины:

• Аутентификация .Шифрование с открытым ключом доказывает, что исходный сервер веб-сайта владеет закрытым ключом и, следовательно, ему законно назначен сертификат SSL. В мире, где существует так много мошеннических веб-сайтов, это важная функция.
• Конфиденциальность. Encryption гарантирует, что никто не может читать сообщения или получать доступ к данным, кроме законного получателя или владельца данных. Эта мера не позволяет киберпреступникам, хакерам, поставщикам интернет-услуг, спамерам и даже государственным учреждениям получать доступ и читать личные данные.
• Соответствие нормативным требованиям. Во многих отраслях и государственных ведомствах действуют правила, требующие от организаций, работающих с личной информацией пользователей, хранить эти данные в зашифрованном виде. Выборка нормативных и нормативных стандартов, обеспечивающих соблюдение шифрования, включает HIPAA, PCI-DSS и GDPR.
• Безопасность. Encryption помогает защитить информацию от утечки данных, независимо от того, находятся ли данные в состоянии покоя или в пути. Например, даже если корпоративное устройство потеряно или украдено, хранящиеся на нем данные, скорее всего, будут в безопасности, если жесткий диск будет правильно зашифрован.Шифрование также помогает защитить данные от злонамеренных действий, таких как атаки типа «злоумышленник-посредник», и позволяет сторонам общаться, не опасаясь утечки данных.

Давайте теперь выясним важные типы методов шифрования.

Три важных типа методов шифрования

На выбор доступно несколько подходов к шифрованию данных. Большинство профессионалов в области интернет-безопасности (IS) разделяют шифрование на три различных метода: симметричный, асимметричный и хеширование.Они, в свою очередь, делятся на разные типы. Мы рассмотрим каждый из них отдельно.

Что такое метод симметричного шифрования?

Этот метод, также называемый криптографией с секретным ключом или алгоритмом секретного ключа, требует, чтобы отправитель и получатель имели доступ к одному и тому же ключу. Таким образом, получатель должен иметь ключ до того, как сообщение будет расшифровано. Этот метод лучше всего подходит для закрытых систем, которые имеют меньший риск вторжения третьих лиц.

С другой стороны, симметричное шифрование работает быстрее, чем асимметричное.Однако с другой стороны, обе стороны должны убедиться, что ключ хранится надежно и доступен только для программного обеспечения, которое должно его использовать.

Что такое метод асимметричного шифрования?

Также называемый криптографией с открытым ключом, этот метод использует два ключа для процесса шифрования, открытый и закрытый ключ, которые связаны математически. Пользователь использует один ключ для шифрования, а другой — для дешифрования, хотя не имеет значения, какой из них вы выберете первым.

Как следует из названия, открытый ключ свободно доступен для всех, тогда как закрытый ключ остается только у предполагаемых получателей, которым он нужен для расшифровки сообщений. Обе клавиши представляют собой просто большие числа, которые не идентичны, но спарены друг с другом, и именно здесь появляется «асимметричная» часть.

Что такое хеширование?

Наконец, хеширование. Хеширование генерирует уникальную подпись фиксированной длины для набора данных или сообщения. Каждое конкретное сообщение имеет свой уникальный хэш, что позволяет легко отслеживать незначительные изменения в информации.Данные, зашифрованные с помощью хеширования, невозможно расшифровать или вернуть в исходную форму. Вот почему хеширование используется только как метод проверки данных.

Многие эксперты по интернет-безопасности даже не рассматривают хеширование как реальный метод шифрования, но граница достаточно размыта, чтобы позволить классификации оставаться в силе. Суть в том, что это эффективный способ показать, что никто не подделал информацию.

Теперь, когда мы рассмотрели типы методов шифрования данных, давайте теперь изучим конкретные алгоритмы шифрования.

Специальные алгоритмы шифрования

Сегодня доступно множество различных алгоритмов шифрования. Вот пять наиболее распространенных.

• AES. Advanced Encryption Standard (AES) — это надежный стандартный алгоритм, используемый правительством США, а также другими организациями. Несмотря на высокую эффективность в 128-битной форме, AES также использует 192- и 256-битные ключи для очень требовательных целей шифрования. AES считается неуязвимым для всех атак, кроме грубой силы.Тем не менее, многие эксперты по интернет-безопасности считают, что AES в конечном итоге будет считаться стандартом для шифрования данных в частном секторе.
• Тройной DES. Triple DES является преемником оригинального алгоритма Data Encryption Standard (DES), созданного в ответ на действия хакеров, которые выяснили, как взломать DES. Это симметричное шифрование, которое когда-то было наиболее широко используемым симметричным алгоритмом в отрасли, но постепенно от него отказываются. TripleDES применяет алгоритм DES трижды к каждому блоку данных и обычно используется для шифрования паролей UNIX и PIN-кодов банкоматов.
• RSA. RSA — это асимметричный алгоритм шифрования с открытым ключом и стандарт для шифрования информации, передаваемой через Интернет. Шифрование RSA является надежным и надежным, поскольку оно создает массу тарабарщины, которая расстраивает потенциальных хакеров, заставляя их тратить много времени и энергии на взлом системы.
• Blowfish. Blowfish — еще один алгоритм, который был разработан для замены DES. Этот симметричный инструмент разбивает сообщения на 64-битные блоки и шифрует их по отдельности.Blowfish заработал репутацию своей скорости, гибкости и несгибаемости. Это общественное достояние, что делает его бесплатным и делает его еще более привлекательным. Blowfish обычно используется на платформах электронной коммерции, для защиты платежей и в инструментах управления паролями.
• Twofish. Twofish — преемник Blowfish. Это безлицензионное симметричное шифрование, которое расшифровывает 128-битные блоки данных. Кроме того, Twofish всегда шифрует данные за 16 раундов, независимо от размера ключа.Twofish идеально подходит как для программной, так и для аппаратной среды и считается одним из самых быстрых в своем классе. Многие современные программные решения для шифрования файлов и папок используют этот метод.
• Ривест-Шамир-Адлеман (ЮАР). Rivest-Shamir-Adleman — это алгоритм асимметричного шифрования, который отрабатывает факторизацию произведения двух больших простых чисел. Только пользователь, знающий эти два числа, может успешно расшифровать сообщение. Цифровые подписи обычно используют RSA, но алгоритм замедляется при шифровании больших объемов данных.

Хотите узнать больше о кибербезопасности?

Можно многое узнать о кибербезопасности, и Simplilearn предлагает большой выбор ценных курсов, которые помогут вам войти в эту сложную область или улучшить свои знания путем повышения квалификации. Например, если вы хотите стать этичным хакером и иметь сетевую систему тестирования карьеры, ознакомьтесь с их курсом сертификации CEH.

Или ознакомьтесь с некоторыми учебными курсами по безопасности корпоративного уровня, такими как CISM, CSSP, CISA, CompTIA и COBIT 2019.

Если вы не можете выбрать один из перечисленных выше курсов, почему бы не пройти несколько из них в одной удобной программе? Магистерская программа по кибербезопасности учит вас принципам CompTIA, CEH, CISM, CISSP и CSSP.

Хотите стать профессионалом в области сетевой безопасности?

Если вы готовы сделать эти первые шаги на пути к тому, чтобы стать профессионалом в области сетевой безопасности, то вам следует начать с сертификационного учебного курса Simplilearn по CISSP.Курс развивает ваш опыт в определении ИТ-архитектуры, а также в проектировании, создании и поддержании безопасной бизнес-среды с использованием всемирно утвержденных стандартов информационной безопасности. Курс охватывает лучшие отраслевые практики и готовит вас к сертификационному экзамену CISSP, проводимому (ISC) ².

Вы получаете более 60 часов углубленного обучения, 30 необходимых CPE, необходимых для сдачи сертификационного экзамена, пять тестовых заданий с симуляцией, которые помогут вам подготовиться к экзамену, а также ваучер на экзамен.Независимо от того, выберете ли вы индивидуальное обучение, вариант смешанного обучения или решение для корпоративного обучения, вы получите преимущества обучения экспертов Simplilearn и будете готовы начать эту сложную и полезную карьеру в области сетевой безопасности!

.

Методы шифрования: обзор — IONOS

В 1990-х годах стало очевидно, что DES, наиболее часто используемый стандарт шифрования, более не является технологически современным. Требовался новый стандарт шифрования. В качестве замены разработчики Винсент Риджмен и Джоан Дэемен установили алгоритм Rijndael (произносится как «Рейн-даль») — метод, который благодаря своей безопасности, гибкости и производительности был реализован в качестве открытого тендера и сертифицирован NIST как Advanced Encryption Standard ( AES ) в конце 2000 года.

AES также разделяет зашифрованный открытый текст на блоки, поэтому система основана на блочном шифровании, как и DES. Стандарт поддерживает 128, 192 и 256-битные ключи. Но вместо 64-битных блоков AES использует 128-битные блоки значительно большего размера, которые зашифровываются с использованием сети перестановок ( SPN ) в нескольких последовательных раундах. Преемник DES также использует новый ключ раунда для каждого раунда шифрования, который рекурсивно выводится из выходного ключа и связывается с блоком данных, который должен быть зашифрован с помощью XOR.Процесс шифрования делится примерно на четыре этапа:

1. Расширение ключа : AES, как и DES, использует новый раундовый ключ для каждого цикла шифрования. Это получается из выходного ключа через рекурсию. В процессе длина выходного ключа также увеличивается, чтобы сделать возможным отображение необходимого количества 128-битных ключей раунда. Каждый раундовый ключ основан на частичном разделе расширенного выходного ключа. Количество требуемых ключей раунда равно количеству раундов (R), включая ключевой раунд, плюс ключ раунда для предварительного раунда (количество ключей = R + 1).

2. Предварительный раунд : В предварительном раунде 128-битный входной блок переносится в двумерную таблицу (массив) и связывается с ключом первого раунда с помощью XOR (KeyAddition). Таблица состоит из четырех строк и четырех столбцов. Каждая ячейка содержит один байт (8 бит) блока, подлежащего шифрованию.

3. Раунды шифрования : Количество раундов шифрования зависит от длины используемого ключа: 10 раундов для AES128, 12 раундов для AES192 и 14 раундов для AES256.Каждый раунд шифрования использует следующие операции:

• SubBytes : SubBytes — это моноалфавитная подстановка. Каждый байт в блоке, который должен быть зашифрован, заменяется эквивалентом с использованием S-блока.

• ShiftRows : При преобразовании ShiftRow байты в ячейках массива (см. Предварительный раунд) непрерывно сдвигаются влево.

• MixColumns : с MixColumns алгоритм AES использует преобразование, при котором данные смешиваются в столбцах массива.Этот шаг основан на пересчете каждой отдельной ячейки. Для этого столбцы массива подвергаются матричному умножению, а результаты связываются с помощью XOR.

• KeyAddition : в конце каждого цикла шифрования выполняется еще одно KeyAddition. Это, как и предварительный раунд, основано на ссылке XOR блока данных с текущим ключом раунда.

4. Ключевой раунд : Ключевой раунд — это последний раунд шифрования.В отличие от предыдущих раундов, он не включает преобразования MixColumn, поэтому включает только операции SubBytes, ShiftRows и KeyAddition. Результатом последнего раунда является зашифрованный текст.

Шифрование данных с шифрованием AES основано на вложениях в алгоритм шифрования. Это относится не только к последовательности шагов, но и к операциям ShiftRow, MixColumns и SubBytes, направления которых также меняются местами.

AES сертифицирован для обеспечения высокого уровня безопасности благодаря своему алгоритму.Даже сегодня не было известных практических атак. Атаки методом грубой силы неэффективны при длине ключа не менее 128 бит. Такие операции, как ShiftRows и MixColumns, также обеспечивают оптимальное смешивание битов: в результате каждый бит зависит от ключа. Криптосистема обнадеживает не только благодаря этим мерам, но и благодаря простоте реализации и высокому уровню секретности. Помимо прочего, AES используется в качестве стандарта шифрования для WPA2, SSH и IPSec. Алгоритм также используется для шифрования сжатых файловых архивов, таких как 7-Zip или RAR.

Данные, зашифрованные с помощью AES, защищены от доступа третьих лиц, но только до тех пор, пока ключ остается в секрете. Поскольку для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ, на криптосистему влияет проблема распределения ключей , как и на любой другой симметричный метод. Безопасное использование AES ограничено полями приложения, которые либо не требуют обмена ключами, либо позволяют обмену происходить через безопасный канал.

Но для зашифрованной связи через Интернет необходимо, чтобы данные могли быть зашифрованы на одном компьютере и дешифрованы на другом.Здесь были реализованы асимметричные криптосистемы, которые позволяют безопасно обмениваться симметричными ключами или работать без обмена общим ключом.

Доступные альтернативы AES — это симметричные криптосистемы MARS, RC6, Serpent и Twofish, которые также основаны на блочном шифровании и были среди финалистов тендера AES вместе с Rjindael. Blowfish , предшественник Twofish, также все еще используется. Salsa20 , разработанная Дэниелом Дж.Бернштейн в 2005 году является одним из финалистов европейского проекта eSTREAM.

.