Криптография: что это такое и сферы применения

Что такое криптография простыми словами

Определение понятия криптография может звучать так: криптография – это наука, изучающая разные способы и методы шифрования данных. Для защиты передаваемой информации при этом служат специальные алгоритмы, протестированные в открытых средах и дающие возможность находить и ликвидировать уязвимые места.

Вот основные принципы, по которым работает любая криптографическая система:

• Полная конфиденциальность. Неавторизованный пользователь не может получить доступ к информации.
• До начала обмена данными обязательна идентификация и аутентификация (и отправителя, и получателя).
• Целостность передаваемой информации (она не подвергается изменениям или перемещениям).
• Невозможность отказаться от формирования или отправки сообщения. Это позволяет контролировать все транзакции и гарантировать цифровую легитимность.

Далее – об основных терминах в криптографии:

• Шифр: набор инструментов для засекречивания сообщения с целью защиты.
• Открытый текст: изначальный вид сообщения, предназначенного для преобразования.
• Символ: любой из знаков, используемых для зашифровки данных.
• Алфавит: набор знаков.
• Шифрованное сообщение: то, которое уже обработано с помощью шифра.
• Зашифрование: обработка открытого текста до вида криптограммы.
• Ключ: данные, с помощью которых осуществляется зашифровка и расшифровка посланий.

Задачи криптографии

Типичная схема обмена данными, к которым нельзя допускать посторонних, выглядит примерно так:

1. Абонент отправляет послание в открытом виде.
2. Инструменты криптографии зашифровывают информацию в сообщении.
3. Адресат выполняет расшифровку, задействовав ключ.

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 31933

Можно сказать, что криптография – это особая тайнопись, защищающая информацию от мошенников.

Вот какие задачи выполняет криптография:

• Передаваемая информация доступна лишь тем, у кого есть ключ. То есть, несанкционированный доступ исключен.
• Подлинность сообщения (его источник всегда может быть проверена адресатом).
• Целостность тоже можно проверить, то есть убедиться, что данные в ходе пересылки не претерпели изменений.
• Отправка и пересылка гарантированы (ни одна из сторон не может отменить передачу).

Сферы применения криптографии

Современная криптография применяется сейчас всюду, ведь информационные технологии и всякие гаджеты плотно внедрились в самые разные сферы жизнедеятельности человека.

Вот где криптография используется активнее всего:

• в банковской сфере (для передачи данных между картами и счетами);
• в работе сайтов, где есть аутентификация (чтобы обрабатывать и «запоминать» пароли в сети);
• в ведении бухгалтерского учета (для пересылки документации удаленно);
• для обеспечения информационной безопасности (чтобы злоумышленники не могли завладеть ценными данными);
• в интернет-продажах для защиты информации, передаваемой открыто (номера телефонов, банковских, обычных и электронных адресов и т.п.).

Получается, что всюду, где речь идет об информационных и цифровых технологиях, есть место и криптографии. Так что в качестве профессии это направление весьма перспективно.

Криптография активно применяется в программировании, информатике, сфере информационной безопасности, особенно если речь идет о крупных проектах. Над чем бы вы ни работали (будь то новое приложение, мессенджер или сервер), всегда есть риск перехвата данных. Не допустить утечек помогает криптография, здесь для каждой операции есть свой протокол защиты, поэтому у мошенников нет шанса завладеть вашей информацией.

Разновидности методов криптографии

Существующие методы криптографии классифицируются разными способами, но чаще всего – с учетом количества используемых ключей.

С данной точки зрения различают:

1. Бесключевые криптографические методы (без применения ключей).
2. Одноключевые методы (они же симметричные), подразумевающие использование секретного ключа.
3. Двухключевые (асимметричные методы). Тут кроме секретного ключа есть еще и открытый.

Алгоритмы шифрования данных

Сейчас существует очень много алгоритмов шифрования с высокой криптографической стойкостью, то есть, устойчивых перед криптоанализом (криптография и криптоанализ – это противоположные направления, а именно – шифровка и дешифровка, соответственно). Всего выделяют три основные группы алгоритмов шифрования:

Симметричные алгоритмы

Тут и шифрование, и расшифровка выполняется одним и тем же ключом. Алгоритмы данного типа должны отвечать двум основным требованиям: удалять из объекта все статистические закономерности и не допускать линейности. Среди симметричных систем выделяют блочные и поточные.

Читайте также!

5 способов узнать мой IP-адрес

Подробнее

• Блочные. Информация делится на блоки, которые один за другим преобразуются с применением ключа.
• Поточные. Здесь формируется так называемая выходная гамма (последовательность). Шифрование сообщения происходит потоком путем наложения этой гаммы на сообщение прямо в ходе её формирования.

Вообще, симметричная криптография – это сложный многоступенчатый процесс подстановок и перестановок подлежащих шифрованию данных. Ступеней, называемых проходами, тут может быть очень много, и каждая – со своим «ключом прохода».

И у симметричных, и у асимметричных алгоритмов есть свои плюсы, и свои минусы. У симметричных, в частности, больше скорость шифрования, ключи могут быть короче (и они при этом не теряют своей стойкости). Такие системы в целом лучше изучены и проще в использовании. Что касается минусов, то здесь процесс обмена ключами (а он нужен обязательно) довольно сложен из-за того, что в ходе обмена ключи могут утратить свою секретность. А еще если сеть крупная, то ключами становится тяжело управлять.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 24 ноября

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

Забронировать скидку

• ГОСТ 28147-89 — алгоритм отечественного происхождения;
• 3DES — Triple-DES (тройной DES);
• RC6 — Шифр Ривеста;
• Twofish;
• SEED — алгоритм, разработанный в коре;
• Camellia – японский алгоритм;
• CAST — название составлено их инициалов разработчиков (Carlisle Adams и Stafford Tavares);
• IDEA;
• XTEA — самый простой в использовании шифр;
• AES – американский стандартный образец;
• DES – алгоритм, используемый в Штатах до появления AES.

Асимметричные алгоритмы

В данном виде алгоритмов задействуется криптография с открытым ключом. Этот ключ передается в открытую, и с его помощью выполняется шифрование исходной информации и проверка электронной подписи. А вот расшифровка уже делается посредством другого, секретного ключа.

В асимметричных алгоритмах всё устроено по аналогии с односторонними функциями ƒ(х). То есть, когда сам х находить легко (при известном значении функции), но если наоборот, известен х, то искать ƒ(х) очень-очень трудно. Нагляднее будет видно на примере: представьте себе телефонный справочник огромного мегаполиса. По фамилии и инициалам вы запросто отыщете номер человека, а вот по номеру найти владельца – задача почти невыполнимая.

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.

Примеры существующих асимметричных систем криптографии:

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

Хеширование

Хешированием называют представление исходной информации (любой длины) в виде битовой строки (уже фиксированной длины). Этот зашифрованный результат еще называют дайджестом криптографии. К примеру, можете взять какое-либо литературное произведение (повесть, рассказ) и, задействовав определенный алгоритм, представить его в зашифрованном виде.

Положительные моменты:

• если хэш-функция криптоустойчива, то, зная хеш, невозможно вычислить вид исходника, или подобрать иное сообщение, имеющее такой же хеш;
• когда известен ключ, то достаточно одной операции, чтобы раскодировать данные;
• когда хеш вычислен, он существует самостоятельно, может быть передан отдельно от прочей информации, при необходимости его можно вычислить снова.

Отрицательные моменты:

• операция, обратная хешированию, невыполнима. Исходные материалы не подлежат восстановлению;
• для некриптоустойчивой функции есть опасность взлома (путём перебора).

Читайте также!

Блокчейн: как работает технология

Подробнее

Хеширование используют как инструмент для кодировки паролей. Пользователь, проходя процедуру регистрации, вносит свои данные, которые система сохраняет в хешированном виде. Затем при входе человек вводит пароль, который опять хешируется и сравнивается с образцом. Если даже базой паролей завладеют третьи лица, то все равно получат их в зашифрованном виде. Такая надежность позволяет задействовать хеширование в блокчейне.

Что такое криптография в блокчейне

В блокчейне криптография применяется для того, чтобы сохранять личные данные пользователей и безопасно проводить транзакции.

Блоком тут называют единицу кода, в которой хранится определенный объем данных о проводимых операциях.

Созданный блок проверяют все участники сети, и затем он присоединяется к общей цепочке (при условии, что все согласны с его содержанием). После этого поменять в нем что-то уже нельзя. Каждый блок хешируется и обязательно несет в себе данные предыдущего блока.

Если что-то поменять во второй записи (например), то её хеш поменяется и будет отличаться от того, который хранится в третьей. То есть, благодаря блокчейну, нельзя незаметно совершить какую-то подмену в записи.

Блокчейн активно используется, например, в операциях с криптовалютой, в частности – с BitCoin. Любому взломщику при попытке воровства нужно будет изменить блоки на всех компьютерах цепочки. Систему блокчейна применяют для хранения ставок, во время выборов (чтобы не допустить фальсификации), в процедурах заверения документации.

Впрочем, и здесь есть риск утечки данных еще до момента их хеширования, ведь ни одно ПО не бывает на 100 % надежным. Об этом всегда следует помнить.

Регулирование криптографии на государственном уровне

В России государственным органом, ограничивающим такой вид деятельности, как криптографическое шифрование, является ФСБ (Федеральная служба безопасности). Она уполномочена контролировать всё, что связано с организацией криптографических операций. Имеется в виду разработка, производство, продажа, эксплуатация, ввоз и вывоз шифровальной техники.

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

Для регулировки криптографии в России действует следующая нормативно-правовая документация:

Это то, что можно рассказать о криптографии, если говорить кратко, чтобы дать общее описание понятия. Если же вам интересно более углубленное изучение вопроса, то лучше записаться на онлайн-курсы. Там вы узнаете всё об обеспечении кибербезопасности и сможете получить современную, востребованную и перспективную профессию.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование