Алгоритмы шифрования: требования, виды, сферы применения

Понятие шифрования

Как только в мире зародилось понятие секретной информации, которая должна была оставаться доступной лишь узкому кругу людей, так сразу же стало использоваться и шифрование. Происходило это в очень давние времена. В частности, есть шифровальный метод, названный в честь Цезаря. Возможно, он сам его придумал, или просто любил использовать.

Суть криптографии состоит в том, чтобы сделать недоступным смысл сообщения и иметь возможность расшифровать его, задействовав определенные алгоритмы и ключи. Здесь ключ алгоритма шифрования – это некое скрытое состояние шифровальных и дешифровальных параметров. Тот, кто знает ключ, прочтет и засекреченное послание. Впрочем, не факт, что посторонние его не смогут прочитать, даже если ключа у них нет.

Требования к алгоритмам шифрования

Алгоритм шифрования данных может быть программным либо аппаратным. Последний вариант обходится дороже, но он же и производительнее, проще в использовании и дает более высокую защиту. Программное криптографическое закрытие данных практичнее и гибче.

Узнай, какие ИТ - профессии
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка

Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽

Получить подборку бесплатно

pdf 3,7mb

doc 1,7mb

Уже скачали 31987

Обычно требования к криптографическим системам выдвигаются такие:

• нельзя, чтобы зашифрованное сообщение читалось без ключа;
• чтобы определить по фрагменту зашифрованного сообщения и куску этого же открытого текста, какой именно использовался ключ, необходимо провести столько же операций (не меньше), сколько вообще тут могло быть применено ключей;
• когда речь идет о расшифровке данных путем подбора, то количество операций должно быть четко ограничено снизу и превышать возможности (в том числе и связанные с сетевыми вычислениями) современных компьютеров;
• даже если алгоритм шифрования известен, защита все равно должна оставаться надежной;
• необходимо, чтобы даже небольшое изменение ключа давало сильное изменение вида закодированного послания;
• структуру алгоритма шифрования менять нельзя;
• если в ходе шифрования в текст вносятся дополнительные биты, то в зашифрованном послании они должны быть абсолютно незаметны;
• исходник и зашифрованное сообщение должны быть одинаковыми по длине;
• если в ходе шифрования последовательно задействовалось несколько ключей, то нельзя допускать, чтобы зависимость между ними легко отслеживалась;
• какой бы ключ из всех существующих ни был выбран, он должен гарантировать полную защиту данных;
• требуется наличие возможности для реализации алгоритма, как аппаратным, так и программным способом. Если ключ становится длиннее, это не должно отражаться на качественных параметрах алгоритма шифрования.

Виды алгоритмов шифрования

Современных алгоритмов шифрования с высокой криптографической стойкостью (то есть, таких, которым «не страшен» криптоанализ) сейчас очень много. Обычно их разделяют на три группы:

Симметричные алгоритмы шифрования

Под симметричностью здесь понимается применение для расшифровки того же самого ключа, которым было зашифровано послание. Основные требования (их два) к симметричным алгоритмам такие: статистических закономерностей в шифруемом сообщении оставаться не должно, линейности – тоже. Симметричные системы в свою очередь делят на блочные и поточные.

В поточных алгоритмах формируется так называемая выходная гамма (определенная последовательность), и в процессе ее генерирования осуществляется шифрование послания. То есть, она потоком накладывается на исходник.

В ходе симметричного шифрования для подстановки и перестановки исходных данных задействуются сложные, многоуровневые алгоритмы. Этих уровней (их еще называет проходами) может быть очень много и каждый – со своим ключом (ключ прохода).

В ходе подстановки сначала выполняется первое требование, которому должен отвечать симметричный шифр: биты сообщения перемешиваются (по заданному алгоритму), тем самым убираются все статистические данные. А путем перестановок достигается соответствие второму требованию: алгоритм становится нелинейным. Для этого часть сообщения (объём этой части задается) меняется на стандартное значение, взятое из исходного массива.

Если сравнивать симметричные алгоритмы шифрования с асимметричными, то и там, и там будут свои плюсы и минусы. Преимущество симметричных систем в том, что они больше изучены, проще в применении, шифруют быстро, и при меньшей допустимой длине ключа дают ту же стойкость.

А недостатки здесь такие: обмен ключами усложняется из-за того, что в ходе этого обмена может нарушиться их секретность (а без обмена тут не обойтись). И еще, если сеть довольно объёмна, то управлять ключами тоже становится сложно.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 01 декабря

Уже через 9 месяцев сможете устроиться на работу с доходом от 150 000 рублей

Забронировать скидку

• ГОСТ 28147-89 — стандартный отечественный образец;
• 3DES — тройной DES или Triple-DES;
• RC6 —Шифр Ривеста;
• Twofish;
• SEED — шифровальный алгоритм корейского происхождения;
• Camellia – японский шифр;
• CAST — название составлено из инициалов разработчиков (Carlisle Adams и Stafford Tavares);
• IDEA;
• XTEA —самый простой алгоритм шифрования;
• AES – стандартный американский образец;
• DES – шифр применялся в Соединенных Штатах до появления AES.

Только до 25.11

Скачай подборку материалов, чтобы гарантированно найти работу в IT за 14 дней

Список документов:

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей

Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»

Чтобы получить файл, укажите e-mail:

Введите e-mail, чтобы получить доступ к документам

Подтвердите, что вы не робот,
указав номер телефона:

Введите телефон, чтобы получить доступ к документам

Скачать подборку бесплатно pdf 2,5mb

Уже скачали 52300

Я подтверждаю согласие на обработку персональных данных.

Асимметричные алгоритмы шифрования

Другое название асимметричных шрифтов – криптосистемы с открытым ключом. Суть здесь в том, что ключ в открытом виде передается по открытому каналу и применяется для того, чтобы проверить подлинность электронной подписи и зашифровать послание. А вот создание электронной подписи и дешифровка осуществляется с помощью уже другого, засекреченного ключа.

В основе асимметричных алгоритмов шифрования – идея односторонних функций ƒ(х), в которых найти х совершенно просто, однако даже когда х известен, значение ƒ(х) определить практически невозможно. В качестве примера подобной функции можно привести справочник телефонных номеров крупного города. Если вы знаете фамилию и инициалы человека, то запросто отыщете тут его номер телефона, но обратное действие (по номеру найти человека) намного сложнее.

Пусть, например абонент В хочет переслать для абонента А закодированное послание. Тогда он, используя открытый ключ, шифрует текст и пересылает его по открытому каналу связи, но уже в зашифрованном виде. А расшифровку получатель (то есть, абонент А), делает уже другим, секретным ключом.

Вот несколько существующих асимметричных шрифтов:

• RSA — по инициалам Rivest-Shamir-Adleman (Ривест — Шамир — Адлеман);
• DSA — Digital Signature Algorithm;
• Elgamal — шифросистема Эль-Гамаля;
• Diffie-Hellman — обмен ключами Диффи — Хелмана;
• ECC — Elliptic Curve Cryptography (криптография эллиптической кривой);
• ГОСТ Р 34.10-2001;
• Rabin;
• Luc;
• McEliece.

Хеш-функции как алгоритмы шифрования информации

Название термина хеширование взято от английского слова hash. Хеширование — это когда некий массив информации любой длины преобразуют в битовый файл, длина которого уже фиксирована.

Хеш-функций существует сейчас много, разных по разрядности, криптостойкости, сложности вычисления и т.п.

Популярные статьи

Высокооплачиваемые профессии сегодня и в ближайшем будущем

Дополнительный заработок в Интернете: варианты для новичков и специалистов

Востребованные удаленные профессии: зарабатывайте, не выходя из дома

Разработчик игр: чем занимается, сколько зарабатывает и где учится

Как выбрать профессию по душе: детальное руководство + ценные советы

Наибольший интерес представляют именно криптостойкие, и основных требований к ним обычно два:

• К имеющемуся сообщению С невозможно подобрать сообщение С’, которое будет обладать аналогичным хешем.
• Задача подбора пар сообщений (СС’) с одинаковым хешем должна быть практически невыполнимой.

Вот несколько примеров хеш-алгоритмов шифрования:

• SHA-2 (SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512);
• MD2;
• MD4;
• MD5;
• Adler-32;
• N-Hash;
• Skein;
• Snefru;
• IP Internet Checksum (RFC 1071);
• CRC;
• SHA-1;
• RIPEMD-160;
• RIPEMD-256;
• RIPEMD-320;
• HAVAL;
• Tiger (TTH);
• ГОСТ Р34.11-94 (ГОСТ 34.311-95);
• Whirlpool.

Сферы применения алгоритмов шифрования

Любые пользовательские и архивные данные непременно должны быть защищены, и это забота цифровых сервисов. Последствия утечек бывают плачевными. К примеру, чужими электронными материалами с целью мошенничества могут воспользоваться хакеры.

Сейчас жизнь современного человека тесно связана с самыми разными гаджетами и IT-технологиями. Через мобильные приложения проводятся платежи, финансовые сделки, рабочие операции и т.п. Это отнюдь не безопасные каналы передачи данных, поэтому обязательно нужно заботиться об их защите.

Читайте также!

Игры на движке Unreal Engine: причины популярности

Подробнее

Вот в каких сферах задействуются алгоритмы шифрования информации:

• банковские операции;
• сфера IT;
• компьютерные технологии;
• телевидение;
• радио;
• иные коммуникационные каналы;
• программирование.

Алгоритмы шифрования и криптовалюты

Росту всемирной популярности криптовалют не в последнюю очередь поспособствовало стремительное развитие алгоритмов шифрования. Перспективы активного применения технологии блокчейн очевидны уже сейчас, а она опирается как раз на алгоритмы шифрования.

Майнинг (выработка криптовалют) осуществляется за счет разных компьютерных технологий, которыми вполне можно взламывать алгоритмы шифрования. Это одна из уязвимостей, которую в криптовалютах второго и последующих поколений стараются устранять. К примеру, биткоин (криптовалюта первого поколения) майнится с помощью брутфорс SHA-256.

А взломать этот алгоритм можно через майнинг-ферму (нужно лишь слегка перенастроить). Собственный алгоритм шифрования есть у эфириума, но там свои нюансы. В случае с биткоином применяются асики (интегральные микросхемы узкой направленности), которые «умеют» делать лишь одну операцию – перебирать хеши в SHA-256. А вот для майнинга эфириума применяются уже универсальные процессоры на CUDA-ядрах.

Тем, кто хочет стать профессиональным криптографом, нужно сначала освоить IT, программирование, информатику, работу алгоритмов. По всем перечисленным направлениям существует много самых разных специальных курсов.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование