Шифрование информации: как защитить свои данные

История шифрования информации

Шифрование информации стало развиваться практически одновременно с появлением письменности. Представители древнейших цивилизаций в Месопотамии и Египте уже использовали различные виды кодирования записей. В древнеиндийских манускриптах говорится о разных способах засекречивания текстов.

Изменение записей в целях безопасности применяли правители и ремесленники, которые хотели сохранить в тайне свои профессиональные секреты. Считается, что первые методы криптографии применяли еще древние египтяне, которые более 4-х тысяч лет назад стали использовать в своей письменности особые иероглифы.

Появившийся еще в доисторические времена «шифр замены» остается актуальным и в наше время. Еще один вариант кодирования записей был придуман несколько позже в Римской империи. Это был «шифр сдвига», который применял Юлий Цезарь.

Есть примеры в истории, когда для защиты информации и шифрования использовались специальные приспособления. К таким инструментам можно отнести скиталу — первый вариант шифратора. Его придумали в Спарте. Для кодирования использовалась ровная палка, обмотанная по длине пергаментной лентой. Сообщение писали по длине скиталы, а затем снимали с нее пергамент.

Теперь, чтобы прочесть зашифрованный текст, нужно было иметь палку такого же диаметра (диаметр скиталы выступал своеобразным ключом к шифру). Секрет этого шифра раскрыл Аристотель. Для дешифрации текста греческий философ стал наматывать пергаментную ленту на палку в форме конуса. Этот процесс выполнялся до тех пор, пока не появлялись читаемые слова и фразы.

Таким образом, можно было прочесть секретный текст. Этот способ шифрования информации был очень уязвимым, так как прочесть сообщение мог любой, кто вытягивает нитку.

Веские причины шифрования информации

Многие люди не интересуются вопросами шифрования информации, считая, что им нечего скрывать. Это мнение не соответствует реальной ситуации. Есть определенная личная информация, которую бы не хотелось открывать другим. Не стоит надеяться, что никто не будет утруждать себя изучением данных вашего смартфона или компьютера.

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 31986

Если оставить эти устройства без присмотра, то даже близкие люди из любопытства могут просмотреть вашу личную информацию. Это само по себе неприятно, но они еще и могут неправильно трактовать некоторые сведения.

У каждого есть сообщения, фото или документы, которые совсем не обязательно показывать супруге, мужу, теще, детям. При этом информация может не содержать чего-либо предосудительного, но будет намного спокойнее, если она будет скрыта. Стоит ли давать доступ к данным кредитной карты своим детям? Вы готовы предоставить жене пароли от соцсетей или электронной почты? Разумно ли показывать все семейные фото знакомым, которые зашли на 15 минут?

А какие неприятности может принести кража смартфона? Сейчас такое преступление совершается не только для того, чтобы продать похищенный телефон. Злоумышленникам часто более интересна информация, хранящаяся в памяти гаджета: данные кредитных карт, фото документов, пароли и т.д.

Что такое шифрование информации

Компьютер хранит данные совсем не в том виде, какими их воспринимаем мы. Нарисованную от руки картинку или текст без специальной обработки не сможет распознать компьютерная программа. Этот процесс имеет свое специальное название: кодирование. При нажатии на кнопку клавиатуры пользователь передает компьютеру не конкретный символ, а его код.

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

Шифрование информации – процесс, подразумевающий такое ее изменение, после которого чтение данных может быть доступно лишь избранным пользователям.

Задачи шифрования состоят в обеспечении:

• конфиденциальности данных;
• целостности информации (защита от несанкционированного изменения);
• возможности идентификации отправителя (нельзя отправить информацию, которая не имеет отправителя).

Читайте также!

Алгоритмы шифрования: требования, виды, сферы применения

Подробнее

Для оценки защищенности шифра используется понятие криптостойкости.

Криптографической стойкостью называют способность кода не поддаваться криптоанализу, дешифровке и исследованию.

С учетом такой способности различают две базовые системы криптостойкости: абсолютно стойкие и достаточно стойкие.

К первому виду относят системы, которые не поддаются криптографическому анализу. Перечислим наиболее важные признаки «абсолютно стойких» систем:

• Ключи для шифрования информации обязательно генерируются отдельно к каждому сообщению.
• Независимость процесса генерация ключей.
• Длина ключа не может быть меньше аналогичного параметра сообщения.

Их уровень надежности определяется возможностями специалиста по криптоанализу:

• Количеством сообщений, которые были перехвачены.
• Наличием достаточного количества временных ресурсов и вычислительных мощностей.

Кроме того, на надежность системы влияет вычислительная сложность шифра, которая определяется общим количеством времени работы шифрующей функции, размером входящей информации и объемом необходимой памяти.

Преимущества криптографического шифрования информации

Криптография – наука, изучающая вопросы конфиденциальности и целостности данных. Встречается также и такое ее название, как криптология. Основная задача этой науки состоит в том, что обеспечить безопасную передачу электронной или другой информации. Для этого необходимо обеспечить, чтобы сообщение открывалось только с использованием секретных алгоритмов или ключей к шифру. Термин криптография имеет греческое происхождение:

• криптос – скрытый;
• графо – писать.

Наука, изучающая алгоритмы шифрования и дешифрования информации, входит в число наиболее древних дисциплин. В цифровую эпоху она играет особую роль.

Криптография изучает совокупность алгоритмов, представлений, инструментов и средств шифрования информации. Одним из ее направлений выступает криптоанализ, в сферу которого входит исследование способов нарушения сохранности данных.

Существует мнение, что криптографический метод шифрования информации ориентирован на компьютерные сети. Это отчасти так, но кроме того, он имеет еще ряд функций по обеспечению следующих принципов:

Конфиденциальность

Этот термин определяет защищенность объекта от постороннего изучения. В области вычислительных технологий для решения такой задачи используются алгоритмы шифрования или ключи к шифрам. В случае получения конфиденциальных данных злоумышленником или случайным лицом, не прошедшим специальную процедуру авторизации, информация будет недоступной.

Благодаря требованиям конфиденциальности можно отправлять информацию с уверенностью, что она будет защищена на пути от отправителя к получателю. В этом случае отсутствует риск перехвата паролей и других ценных сведений в момент передачи данных через интернет.

Цели шифрования состоят в обеспечении защиты личных данных от разного вида хакерских атак, включая Man in the Middle (MiTM). После шифрования информации злоумышленники не смогут просмотреть фактически отправленные сведения.

Целостность

Этот принцип очень важен в контексте безопасности информации. Целостность данных определяется отсутствием каких-либо изменений в процессе их передачи от отправителя к получателю. Пересылка информации между разными устройствами – важный элемент цифровых технологий. Любая операционная система постоянно осуществляет процесс обмена данных в сети.

К примеру, абонент отправляет сообщение другому пользователю с использованием мессенджера. Может ли получатель быть полностью уверенным, что в процессе передачи не имело место искажение информации неавторизованным пользователем? Постороннее вмешательство в пересылаемые данные может привести к их искажению. Для предотвращения постороннего вмешательства применяется метод хеширования, обеспечивающий проверку целостности входящих сообщений.

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.

Аутентификация

Данное понятие связано с подтверждением подлинности данных пользователя в системе. При отсутствии аутентификации кто угодно может выполнять различные действия с информацией, получив доступ к устройству и не нести за это какой-либо ответственности. Данная процедура применяется в криптографии для проверки и подтверждения данных пользователя или источника данных.

Для сообщений могут использоваться цифровые сертификаты или подписи, сформированные отправителем. Получатель заверенных соответствующим образом данных, может осуществить проверку подлинности информации. Таким образом, появляется возможность удостовериться, что сообщение отправлено конкретным контрагентом, а не злоумышленниками.

Невозможность отказа от ответственности (Non-repudiation)

Данный принцип позволяет предупредить действия пользователя, связанные с отрицанием выполнения конкретных действий. К примеру, когда мы посещаем кафе, чтобы выпить чашечку кофе с выпечкой, то после оплаты заказа получаем чек, где указаны все выбранные позиции. Документ о совершенной транзакции включает дату и время покупки, данные кассира, адрес объекта общественного питания и т.д.

В дальнейших разделах мы рассмотрим особенности разных шифров, применяемых в современных алгоритмах шифрования информации.

Ассиметричные алгоритмы шифрования информации

Сегодня используется широкий перечень алгоритмов шифрования. При этом криптоалгоритмы могут иметь разные стандарты, которые зависят от свойств данных и технологической оснащенности пользователя.

Методика асимметричного шифрования основана на применении ключей открытого типа. Безопасность информации, при этом, обеспечивается использованием специальной «расшифровки». Передача данных происходит по открытым системам связи (данные не являются скрытыми). С помощью «расшифровки» производится проверка подлинности электронных сертификатов и передаваемых сведений.

Шифрование с применением асимметричных алгоритмов предполагает формирование дополнительного секретного ключа.

Этот метод построен на особенностях односторонних функций f(x). Согласно математическим законам, в таких выражениях можно определить значение Х при наличии необходимых сведений о функции. При этом, даже если Х известен, то выяснить, как выглядит f(x) практически невозможно.

Как работают асимметричные алгоритмы шифрования информации?

• Объект Б отправляет абоненту А информацию, защищая ее с помощью шифра.
• Отправитель осуществляет шифрование сообщения открытым ключом.
• Зашифрованное сообщение передается по открытым каналам.
• Абонент А получает сообщение.
• Чтобы открыть зашифрованные данные абоненту А отправляют ключ доля дешифрования.
• Полученная информация раскрывается с помощью дешифрованного блока и может быть свободно прочитана получателем.

В описанном выше методе есть один очень важный момент, без которого невозможно обеспечить надежную защиту сообщения. Дело в том, что абонент А при получении зашифрованных данных должен пройти процесс аутентификации. Эта процедура проводится перед отправителем и обеспечивает защищенность системы.

В случае, когда получатель не является тем абонентом, которому было отправлено сообщение или он не смог пройти аутентификацию, процедура дешифрования не будет запущена. Другой пользователь не сможет осуществить замену открытого ключа шифра, который вложил отправитель.

Сложно найти более эффективный ассиметричный алгоритм шифрования информации. В этом случае, аналогично с использованием хеш-функций, существует неопределенное количество вариантов. Представим наиболее популярные из них:

• RSA;
• DSA;
• Deffie-Hellman;
• ГОСИТ Р 34.10-2001;
• Luc;
• Rabin;
• ECC;
• McEliece.

Алгоритмы симметричного шифрования

Что представляет собой алгоритм симметричного шифрования? Как было отмечено ранее, сегодня его используют очень часто. Такой метод шифрования информации основан на использовании одного ключа для шифровки и для дешифрования данных.

Основные требования к симметричному шифрованию:

• гарантированное отсутствие линейности;
• устранение любых статистических закономерностей в защищаемом информационном объекте.

Читайте также!

HTTPS: что это такое и чем отличается от HTTP

Подробнее

Способы симметричного шифрования информации:

• Блочное шифрование подразумевает разделение данных на отдельные блоки с фиксированным объемом (к примеру, 64 или 128 бит). После разбивки производится их поочередное шифрование. Независимо от используемых алгоритмов, и даже в рамках одного криптоалгоритма, отдельные блоки шифруются отдельно друг от друга либо используется принцип «сцепления» (результат шифрования текущего информационного блока находится в зависимости от значения или от результата шифрования ранее обработанного блока).
• Поточное шифрование применяют, если данные нельзя разделить на отдельные блоки. К примеру, при отправке потока информации, в котором необходимо зашифровать и отправить каждый символ, не ожидая, пока поступят необходимое количество данных для создания блока с фиксированным размером. Кодирование с применением поточных алгоритмов происходит посимвольно или по битам информации. Отметим, что существуют классификации, в которых нет разделения на блочное и поточное шифрование. При таком подходе подразумевается, что поточный метод является частным случаем блочного, когда кодированию подвергаются блоки единичного размера.

Свои достоинства и отрицательные стороны есть и у симметричных алгоритмов шифрования информации. Они обеспечивают надежную защищенность данных, так как предусматривают их сложные, многошаговые переустановки и замены. Существуют разнообразные варианты реализации симметричных алгоритмов, каждый из которых обязательно должен соответствует ключу прохода.

Принцип шифрования данным методом выглядит следующим образом:

• На перовом этапе нужно обеспечить реализацию первого требования к шифру, поэтому из информационного массива убирают все статистические данные.
• Затем происходит перемешивание битов в соответствии с заданным алгоритмом.
• Алгоритм получает свойство нелинейности, поэтому, стандартными методами он не может быть дешифрован.
• Осуществляется замена определенных участков данных установленной величины на простые числа путем обращения к исходному массиву.

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

Преимущества шифрования симметричными алгоритмами:

• сокращается длина ключа к шифру;
• шифрование осуществляется с высокой скоростью;
• простота процесса кодирования (за счет небольшого размера ключа и других факторов);
• достаточно глубокая изученность метода.

Рассмотрим недостатки программы шифрования информации с применением симметричных алгоритмов. Прежде всего, стоит отметить более сложную процедуру обмена ключами, так как при ее упрощении возможно нарушение безопасности данных. В больших сетях усложняется процесс управления ключами.

Примеры шифров с симметричными алгоритмами:

• 3DES;
• SEED — КНР;
• Camellia – Япония;
• CAST – от создателей Carlisle Adams;
• IDEA;
• XTEA – считается наиболее эффективным и простым для освоения алгоритмом;
• DES – давно известный американский алгоритм;
• AES.

Не менее эффективные методы шифрования информации

Хеширование данных

Хеширование представляет собой одностороннюю функцию и этим существенно отличается от симметричных и асимметричных алгоритмов. Хеш-функция может быть собрана из ряда данных, но этот процесс не может быть осуществлен в обратную сторону. В связи с этим хеширование нельзя назвать очень удобным методом для хранения информации, но может использоваться для защиты отдельных данных.

При таком подходе к шифрованию, функция осуществляет прием информационного потока и выводит его, на первый взгляд, в случайную строку, имеющую одинаковый размер в любых случаях. Идеальный вариант хеш-функции формирует уникальные выражения разных входов. При этом для одинаковых данных на входе будет осуществляться один и тот же хеш. В связи с этой особенностью, данный метод может применяться для анализа целостности информации.

Цифровая подпись

Цифровая подпись соединяет в себе технологии хеш-функций и ассиметричных алгоритмов кодирования информации. Вначале осуществляется хеширование данных, которые затем подвергаются шифрованию ключом отправителя.

Для получения хеша из цифровой подписи адресат применяет открытый ключ шифра. После извлечения данных их подвергают еще одному хешированию и последующему сопоставлению с исходным хешем. После проверки факта принадлежности открытого ключа автору сообщения можно утверждать, что данные поступили от конкретного отправителя. Если повторно сформированный хеш совпадает с исходным, значит, пересылаемая информация не подвергалась изменениям.

Нужно ли изучать старые алгоритмы шифрования

Для шифрования информации в сети при любых запросах применяют криптографические протоколы. А как обстояла ситуация с защитой данных до появления интернет технологий? Как было отмечено ранее, различные способы обеспечения защиты, конфиденциальности и засекречивания записей были известны еще в древности. Первые методы кодирования и шифрования информации стали появляться более двух тысячелетий до нашей эры.

Те шифры были не очень сложными и не имели высокой стойкости к декодированию. В условиях низкой среднестатистической грамотности людей того времени даже примитивные методы шифрования могли обеспечивать защиту информации.

Такие устройства значительно повысили уровень защищенности информации. Выдающиеся математики не всегда могли взломать коды, сгенерированные роторным устройством шифрования. Когда стали появляться первые компьютерные устройства, проблема защиты данных стала особенно острой.

Какую пользу может принести изучение древних способов шифрования с нестойкими кодами? Возможно, не следует тратить драгоценное время на их анализ, а чтобы стать специалистом достаточно углубиться в DES и RSA? Изучать первые принципы шифрования информации очень полезно для понимания целесообразности применения различных операций в новейших криптоалгоритмах.

К примеру, примитивный метод шифрования перестановкой достаточно часто применяется в современной криптографии. Чтобы разобраться в происхождении алгоритмов шифрования придется вернуться на тысячелетия вглубь истории человечества.

Сферы применения шифрования

Системы шифрования информации сегодня нашли применение в самых разных областях. В каждом отдельном случае криптоалгоритм подбирается исходя из тех задач, которые необходимо решить. Рассмотрим некоторые примеры шифрования информации:

• E2EE

Такое название получил протокол сквозного шифрования. Форма кодирования информации дает гарантию, что исходные сведения будут доступны только отправителю и адресату. Провайдеры, администраторы и субъекты, предоставляющие услуги по передаче информации, не смогут раскодировать сообщения пользователей, отправляемые друг другу.

Читайте также!

Виды компьютерных вирусов: можно ли от них защититься

Подробнее

Способ шифрования E2EE (end-to-end encryption) — эффективное решение для обеспечения безопасности и конфиденциальности данных. Конечно, он не гарантирует полную безопасность, но сквозное шифрование позволяет поддерживать ее на достаточно высоком уровне.

• HTTPS

Данное расширение протокола HTTP обеспечивает безопасность передачи информации в сети интернет. О его наличии на просматриваемом онлайн-ресурсе свидетельствует значок в виде замка, расположенный в левом углу строки браузера. Для защиты данных используются алгоритмы Transport Layer Security (TLS) и Secure Sockets Layer (SSL).

HTTPS осуществляет аутентификацию соединений путем запроса открытого или цифрового ключа, подписываемого определенным третьим лицом. Данный способ отличается от протокола сквозного шифрования тем, что обеспечивает защиту персональных сведений исключительно в ходе их пересылки. HTTPS имеет более низкий уровень конфиденциальности. Но такой протокол остается обязательным для пользователей, которые стремятся защитить личную информацию при ее отправке через интернет.

• Облачное шифрование

Сегодня многие используют облачные сервисы для хранения видео, фото и различных файлов. Популярность таких хранилищ повышает требования к их безопасности и защите личных данных с применением технологий шифрования. Организаторы облачных сервисов предлагают различные формы кодирования информации.

В данном контексте следует выделить три основные группы данных: находящиеся в состоянии покоя, перемещения и использования. Происхождение таких названий типов данных вполне понятно. К первому типу относят не используемые данные, которые в конкретный момент времени просто находятся в хранилище. Вторая форма информации перемещается из места хранения в определенном направлении. К третьему типу относятся данные, подвергающиеся в данное время обработке (использованию).

Ряд популярных сервисов обеспечивают кодирование криптоалгоритмами TSL/SSL как отправляемой информации, так и той, которая находится на хранении. К примеру, Dropbox для сквозного шифрования предлагает программу Boxcryptor, обеспечивающую локальное изменение файлов перед их загрузкой в хранилище.

• Шифрование диска

Речь идет о технологиях кодирования данных на жестких дисках. Они обеспечивают новый уровень защиты информации, преобразуя ее в нечитаемый код.

Существует ряд современных способов шифрования информации на диске, которые могут использовать программные и аппаратные методы. Второй вариант предполагает наличие самохешируемого диска.

Такое устройство осуществляет кодирование и дешифрацию данных в автоматическом режиме, поэтому считается наиболее удобным и простым способом защиты личной информации. Производители предлагают широкий выбор жестких дисков с функцией самохеширования. Их единственный недостаток связан с высокой ценой.

Существующие принципы шифрования информации жесткого диска с помощью ПО обеспечивают большую доступность такого способа. Процедура кодирования данных происходит в режиме реального времени в ходе их загрузки и хранения.

Чтобы стать специалистов в данной области нужно хорошо ориентироваться в информатике, программировании, IT-технологиях и алгоритмах. Сейчас есть возможность пройти специальные обучающие курсы по криптографии.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование