СКЗИ: что это

Методы

Симметричное шифрование

Симметричное шифрование — это метод криптографической защиты информации, при котором один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для дешифрования данных. Это означает, что отправитель и получатель должны иметь доступ к одному и тому же ключу для обмена зашифрованными сообщениями. Ниже приведены основные характеристики симметричного шифрования:

1. Одинаковый ключ. Симметричное шифрование требует, чтобы у обоих сторон обмена данными был доступ к одному и тому же секретному ключу. Этот ключ используется как для шифрования, так и для дешифрования информации.
2. Производительность. Симметричное шифрование обычно более быстрое и эффективное, чем асимметричное шифрование (где используются разные ключи для шифрования и дешифрования). Это делает его предпочтительным выбором для шифрования больших объемов данных.
3. Защита конфиденциальности. Симметричное шифрование обеспечивает высокий уровень конфиденциальности данных. Поскольку ключ держится в секрете, только те, у кого есть доступ к ключу, могут дешифровать данные.
4. Проблема обмена ключами. Главной проблемой симметричного шифрования является безопасный обмен ключами между отправителем и получателем. Если ключ будет перехвачен злоумышленником в процессе обмена, это может поставить под угрозу безопасность всей системы.
5. Примеры алгоритмов. Некоторые из наиболее распространенных алгоритмов симметричного шифрования включают DES (Data Encryption Standard), AES (Advanced Encryption Standard) и IDEA (International Data Encryption Algorithm).
6. Использование в реальном мире. Симметричное шифрование широко применяется для защиты данных в хранилищах, при передаче данных по защищенным каналам связи, включая VPN-соединения, а также при шифровании файлов и папок на уровне операционных систем.

Симметричное шифрование хорошо подходит для обеспечения конфиденциальности данных, но не решает проблему безопасного обмена ключами.

Эту проблему решают асимметричные криптосистемы, которые используют два разных ключа: один для шифрования и другой для дешифрования. В комбинации с асимметричным шифрованием, симметричное шифрование может обеспечивать более надежную систему криптографической защиты информации.

Ассиметричное шифрование

Асимметричное шифрование, также известное как публичное ключевое шифрование, — это метод криптографической защиты информации, при котором используются два различных ключа: открытый и закрытый. Он был разработан для решения проблемы обмена ключами, которая существует в симметричном шифровании. Вот как это работает:

1. Открытый и закрытый ключи. Каждый пользователь (или сущность) имеет пару ключей — открытый и закрытый. Открытый ключ известен всем, кто хочет отправить этому пользователю зашифрованное сообщение, в то время как закрытый ключ держится в секрете.
2. Шифрование. Для отправки зашифрованного сообщения используется открытый ключ получателя. Любой, кто имеет доступ к этому открытому ключу, может зашифровать сообщение. Однако для дешифрования сообщения необходим закрытый ключ.
3. Дешифрование. Только владелец закрытого ключа может дешифровать зашифрованное сообщение, используя его закрытый ключ. Это обеспечивает высокий уровень конфиденциальности, так как даже тот, кто знает открытый ключ, не может прочитать сообщение без закрытого ключа.
4. Обмен ключами. Один из основных преимуществ асимметричного шифрования — это решение проблемы безопасного обмена ключами. Все, что нужно для начала безопасной связи, — это передача открытого ключа. Злоумышленнику будет бесполезно знать открытый ключ, так как без закрытого ключа он не сможет дешифровать сообщения.
5. Цифровая подпись. Асимметричное шифрование также используется для создания цифровых подписей. Отправитель может подписать своё сообщение с помощью своего закрытого ключа, и получатель может проверить подлинность сообщения с использованием открытого ключа отправителя.
6. Примеры алгоритмов. Некоторые из наиболее распространенных алгоритмов асимметричного шифрования включают RSA (Rivest–Shamir–Adleman), ECC (Elliptic Curve Cryptography) и DSA (Digital Signature Algorithm).
7. Использование в реальном мире. Асимметричное шифрование широко используется для защиты данных в онлайн-коммуникациях, веб-безопасности, электронной почте, а также для создания безопасных каналов связи, таких как SSL/TLS для безопасного веб-передачи данных.

Асимметричное шифрование предоставляет эффективный и безопасный способ обмена информацией и обеспечения конфиденциальности данных в цифровой среде.

Гибридное шифрование

Гибридное шифрование — это метод криптографической защиты информации, который комбинирует преимущества как симметричного, так и асимметричного шифрования для обеспечения безопасного обмена данными. Этот метод решает проблемы, связанные с обменом ключами в асимметричном шифровании и обеспечивает высокий уровень конфиденциальности и безопасности. Вот как работает гибридное шифрование:

1. Использование симметричного шифрования. В начале процесса генерируется случайный ключ для симметричного шифрования, который будет использоваться для шифрования и дешифрования фактических данных. Этот ключ обычно называется «ключом сеанса».
2. Использование асимметричного шифрования. Открытый ключ получателя используется для безопасного передачи ключа сеанса. Отправитель шифрует ключ сеанса с помощью открытого ключа получателя и отправляет его по незащищенному каналу связи.
3. Дешифрование на стороне получателя. Получатель использует свой закрытый ключ для расшифрования ключа сеанса, который был отправлен ему отправителем. Теперь у обоих сторон есть общий ключ сеанса, который будет использоваться для шифрования и дешифрования фактических данных.
4. Шифрование и дешифрование данных. Фактические данные, которые отправитель хочет передать, шифруются с использованием общего ключа сеанса и отправляются получателю. Получатель может дешифровать данные с помощью того же ключа сеанса.

Главное преимущество гибридного шифрования заключается в том, что оно объединяет высокую безопасность асимметричного шифрования (благодаря обмену ключами) и высокую производительность симметричного шифрования (благодаря использованию одного ключа для зашифрования данных).

Таким образом, гибридное шифрование обеспечивает эффективный и безопасный способ обмена данными в цифровой среде.

Этот метод широко используется в различных приложениях, таких как безопасные онлайн-транзакции, защита электронной почты, создание виртуальных частных сетей (VPN) и многих других областях, где важна безопасность передачи данных.

Классы криптографической защиты информации

Классы криптографической защиты информации (КСИ) — это стандарты и требования, разработанные для определения уровня криптографической защиты, необходимой для разных видов информации и объектов важности. Классификация КСИ обычно применяется в рамках российской системы информационной безопасности и касается объектов, работающих с информацией в России. Вот краткий обзор основных классов КСИ:

• КС1 (Класс защиты 1):

1. 1. Этот класс применяется к информации с наименьшей степенью важности.
   2. Криптографическая защита на уровне КС1 обеспечивает минимальную степень конфиденциальности и интегритета.
   3. Объекты с КС1 могут быть физически незащищенными и могут использовать слабую криптографическую защиту.

• КС2 (Класс защиты 2):

1. 1. Этот класс предназначен для информации с уровнем важности выше, чем КС1, но не является высокой.
   2. Криптографическая защита на уровне КС2 предоставляет повышенную степень конфиденциальности и интегритета.
   3. Объекты с КС2 должны быть защищены от несанкционированного доступа и могут использовать более сильную криптографическую защиту.

• КС3 (Класс защиты 3):

1. 1. Этот класс применяется к наиболее важной информации и объектам.
   2. Криптографическая защита на уровне КС3 обеспечивает высокий уровень конфиденциальности и интегритета.
   3. Объекты с КС3 должны обладать высокой степенью физической и программной защиты.

• КВ (Класс высшей защиты):

1. 1. Этот класс применяется к объектам национальной важности, которые хранят информацию, критическую для безопасности страны.
   2. Класс КВ обеспечивает максимальную степень конфиденциальности и интегритета, а также надежность защиты от атак.
   3. Объекты с КВ обязаны соблюдать строгие требования по физической и программной безопасности.

• КА (Класс автоматизированных систем):

1. 1. Этот класс применяется к автоматизированным информационным системам, обрабатывающим информацию разных классов защиты (КС1, КС2, КС3, КВ).
   2. Целью класса КА является обеспечение согласованности и совместимости разных классов защиты внутри одной системы.
   3. КА также включает требования к управлению доступом и контролю информационных потоков внутри системы.

Уровень классификации определяется органами и службами информационной безопасности в соответствии с характером обрабатываемой информации и потенциальными угрозами. Классификация КСИ важна для обеспечения адекватной защиты информации и управления рисками в различных секторах и организациях.

Хеш-функции

Хеш-функция — это математическая функция, которая преобразует входные данные произвольной длины в фиксированный набор байтов, который называется хеш-значением или хеш-кодом. Основные характеристики хеш-функций включают следующее:

1. Фиксированная длина вывода. Хеш-функция всегда генерирует вывод фиксированной длины, независимо от размера входных данных. Например, хеш-функция SHA-256 всегда производит хеш-код длиной в 256 бит (32 байта).
2. Единообразие. Для одинаковых входных данных хеш-функция всегда должна генерировать одно и то же хеш-значение. Это означает, что даже небольшие изменения во входных данных должны вызывать значительные изменения в хеш-значении.
3. Быстродействие. Хеш-функции должны работать быстро и эффективно, даже для больших объемов данных.
4. Сопротивление коллизиям. Хеш-функции должны быть устойчивы к коллизиям. Коллизия происходит, когда разные входные данные приводят к одному и тому же хеш-значению. Хорошие хеш-функции минимизируют вероятность коллизий.
5. Необратимость. Хеш-функции должны быть обратимыми, то есть, на основе хеш-значения невозможно восстановить исходные входные данные. Это свойство важно для безопасности и защиты данных.
6. Использование в различных областях. Хеш-функции используются в различных областях, включая криптографию, проверку целостности данных, поисковые алгоритмы, управление паролями и создание уникальных идентификаторов для данных.

Примеры хороших хеш-функций включают SHA (Secure Hash Algorithm) с разными длинами вывода, MD5 (Message Digest 5), и многие другие. Однако стоит отметить, что некоторые хеш-функции могут становиться уязвимыми со временем, поэтому важно выбирать актуальные и надежные алгоритмы для конкретных задач.

Электронная подпись

Электронная подпись — это криптографический механизм, который используется для подтверждения подлинности и целостности электронных документов или сообщений в цифровой среде. Устройство электронной подписи основано на асимметричной криптографии и включает в себя следующие этапы:

1. Генерация ключей. Пользователь или организация генерирует пару ключей — закрытый и открытый. Закрытый ключ держится в секрете, а открытый ключ доступен для всех. Это пара ключей используется для создания и проверки электронной подписи.
2. Создание подписи. Для создания электронной подписи, отправитель (подписывающая сторона) использует свой закрытый ключ для создания хеш-значения (краткой цифровой «отпечаток» документа или сообщения). Затем он шифрует это хеш-значение с использованием своего закрытого ключа. Этот зашифрованный хеш и является электронной подписью документа.
3. Подпись документа. Электронная подпись добавляется к электронному документу или сообщению. Таким образом, получатель будет знать, что документ был подписан отправителем.
4. Передача подписанного документа. Подписанный документ или сообщение могут быть переданы получателю. Важно сохранить целостность подписанного документа, чтобы не допустить изменения данных после создания подписи.
5. Проверка подписи. Получатель (проверяющая сторона) получает подписанный документ и извлекает из него электронную подпись. Затем получатель использует открытый ключ отправителя, чтобы дешифровать подпись и получить хеш-значение оригинального документа.
6. Сравнение хеш-значений. Получатель вычисляет хеш-значение оригинального документа. Затем он сравнивает это хеш-значение с тем, которое было получено при дешифровке подписи. Если они совпадают, это означает, что документ не был изменен после подписания и что подпись действительна.

В случае подлинной и надежной электронной подписи, только владелец закрытого ключа мог создать такую подпись, и она служит доказательством подлинности и целостности документа. Электронные подписи широко используются для обеспечения безопасности электронных транзакций, документооборота, электронной почты, а также в различных правительственных и корпоративных приложениях, где важна безопасность и подлинность данных.