Šifrování

Verze z 25. 4. 2012, 17:30

• princip kryptografických metod a jejich využití v praxi(symetrická, asymetrická, hybridní)
• zásada důvěrnosti
• šifrování z historického pohledu
• způsoby distribuce a uložení šifrovacích klíčů

Princip kryptografických metod a jejich využití v praxi(symetrická, asymetrická, hybridní)

Chyba při vytváření náhledu: Soubor patrně chybí: /www/hosting/iunas.cz/maturitait4/images/Symetrická_šifra.png

Princip fungování symetrické šifry

• Symetrická
  • vývoj od starověku po současnost
  • jeden klíč pro šifrování i dešifrování
  • většina symetrických šifrovacích algoritmů je velmi rychlá
  • síla (bezpečnost)
    • nesmí záviset na utajení algoritmu
    • síla šifer se poměřuje délkou klíče udávanou v bitech, např. 5-ti bitový klíč představuje 2⁵ kombinací - tedy 32 různých klíčů (kombinací)
    • za bezpečné se dnes považují algoritmy, které používájí klíče o minimální délce 128bitů – tedy více než 3,4 × 10³⁸ kombinací
  • Nevýhody
    • nutnost sdílení tajného klíče - odesílatel a příjemce tajné zprávy se musí předem domluvit na tajném klíč
    • problém - Jak bezpečně předat klíč příjemci šifrovaných dat?
  • Druhy
    • proudové šifry - zpracovávají otevřený text po jednotlivých bitech
    • blokové šifry - rozdělí otevřený text na bloky stejné velikosti a doplní vhodným způsobem poslední blok na stejnou velikost
      • u většiny šifer se používá blok o 64 bitech, AES používá 128 bitů
  • algoritmy - např. DES, 3DES, CAST, IDEA, Blowfish, RC, ...
    • DES - algoritmus navržený pro bankovní sektor
    • RC - blokové šifry původně vyvinuté Ronaldem Rivestem a uchovávané jako obchodní tajemství firmy

Chyba při vytváření náhledu: Soubor patrně chybí: /www/hosting/iunas.cz/maturitait4/images/Asymetrická_kryptografie.png

Princip fungování asymetrické šifry

• Asymetrická
  • používá dvojici klíčů: veřejný a soukromý
  • veřejný klíč může použít kdokoliv pro zašifrování zprávy
  • dešifrovat lze pouze pomocí soukromého klíče
  • eliminován problém s předáváním klíčů
  • algoritmy jsou výrazně (řádově 1000x) pomalejší než algoritmy symetrické
  • jelikož většina symetrických algoritmů pracuje pouze se speciálními čísly (např. prvočísly) používají se zde klíče o velikosti až 2048 bitů
  • algoritmy - např. RSA, Diffie-Hellman, DSS, ...
    • RSA - nejznámější asymetrická šifra
      • základ většiny systému využívajících asymetrické šifrování
      • založen na problému faktorizace velkých čísel
      • faktorizace - problém rozložení čísla na součin menších čísel, v nejčastější podobě pak rozklad celého čísla na součin prvočísel (např. číslo 15 na 3×5)
    • Diffie-Hellman - systém pro výměnu kryptografických klíčů mezi dvěma stranam
      • nejedná se vlastně o šifrovací algoritmus, ale o metodu pro vyvinutí a výměnu sdíleného privátního klíče přes veřejné komunikační kanály
      • v zásadě se obě strany dohodnou na nějaké společné číselné hodnotě a pak vytvoří klíč

• Hybridní
  • spojuje výhody obou předchozích řešení (symetrické a asymetrické šifrování)
  • eliminuje tak jejich problémy
    • u symetrického šifrování - problém s přenosem klíče pro šifrování a dešifrování
    • u asymetrického šifrování - náročnost na výpočetní výkon
    • Princip
      • nejprve náhodně vygenerujeme klíč pro symetrickou šifru a zašifrujeme jím zprávu
      • poté klíč samotný zašifruje asymetricky
      • poté odešleme zašifrovaný klíč spolu se šifrovanou zprávou příjemci
      • ten si pomocí asymetrické šifry dešifruje klíč
      • pak pomocí klíče k symetrické šifře dešifruje i samotnou zprávu
  • bezpečnost systému je závislá na bezpečnosti obou použitých šifer

Využití šifrování v praxi

• HTTPS
  • nadstavba síťového protokolu HTTP
  • umožňuje zabezpečit spojení mezi webovým prohlížečem a webovým serverem před odposloucháváním, podvržením dat a umožňuje též ověřit identitu protistrany
  • používá protokol HTTP, přenášená data jsou šifrována pomocí SSL nebo TLS, standardní port na straně serveru je 443
  • využívá asymetrické šifrování
  • Princip
    • obě strany si před zahájením komunikace vygenerují privátní a veřejný klíč.
    • při zahájení komunikace si vymění veřejné klíče (tyto klíče by měly obě strany ověřit pomocí jiného komunikačního kanálu)
    • ověření může proběhnout kontrolou výtahu (otisk, hash, miniatura) veřejného klíče u protistrany
      • např. pomocí telefonu, nebo lze použít princip přenosu důvěry - protistrana předává veřejný klíč, který je digitálně podepsaný (nejlépe důvěryhodnou certifikační autoritou - VeriSign, GeoTrust, RapidSSL, ...). Digitální certifikáty jsou základním kamenem zabezpečení poskytovaného protokoly SSL/TLS.

Zásada důvěrnosti

• vyjadřuje potřebu uložit data tak, aby jejich obsah mohl přečíst jen ten, komu jsou určena

Šifrování z historického pohledu

V průběhu historie se šifrování rozvíjelo, stejně tak se uplatňovaly stále složitější šifry.

• Substituční šifry
  • Spočívá v nahrazení každého znaku zprávy jiným znakem podle nějakého pravidla
  • Posun písmen
    • Každé písmeno tajné zprávy je posunuto v abecedě o pevný počet pozic. Šifra je z dnešního pohledu velmi snadno rozluštitelná, protože je jen málo možných klíčů. Ve své době ale představovala nevídanou metodu a osvědčila se velmi dobře
    • např. Caesarova šifra
  • Tabulka záměn
    • Šifrování pomocí tabulky záměny, které je založeno na záměně znaku za jiný bez jakékoli vnitřní souvislosti či na základě znalosti klíče

• Steganografie
  • Neboli ukrývání zprávy jako takové. Sem patří různé neviditelné inkousty, vyrývání zprávy do dřevěné tabulky, která se zalije voskem apod. V moderní době lze tajné texty ukrývat například do souborů s hudbou či obrázky namísto náhodného šumu.

• Vigenèrova šifra
  • Používá heslo, jehož znaky určují posunutí otevřeného textu

• Vernamova šifra
  • Jde dosud o jedinou známou šifru, o níž bylo exaktně dokázáno, že je nerozluštitelná. Podobně jako Vigenèrova šifra i tahle spočívá ve sčítání písmen otevřeného textu a hesla

• Transpoziční šifra
  • Spočívá ve změně pořadí znaků podle určitého pravidla. Například tak, že otevřený text je zapsán do tabulky po řádcích a šifrový text vznikne čtením sloupců téže tabulky

Způsoby distribuce a uložení šifrovacích klíčů

• Způsoby distribuce

• Uložení šifrovacích klíčů
  • Doporučení pro uložení privátního klíče:
  • Klíč skladujte na přenosném médiu (USB flash, CD, …)
  • Chraňte svůj privátní klíč dostatečně silným heslem pro případ, že vám někdo zcizí fyzické médium, kde jej máte uložen
  • Zálohujte klíč na jiná média uložená na bezpečných místech
  • Mějte klíč pro nejhorší scénář i vytištěný na papíře a uložený na bezpečném místě
  • Chraňte záložní klíče fyzicky (trezor) i elektronicky použitím dalších metod zabezpečení (například šifrováním celého záložního media)
  • Nezapomínejte, že elektronická média mají konečnou životnost (u DVD např. jen 2 roky)

Pojmy

• Autentizace - ověření identity uživatele, nejčastěji heslem, ale i otiskem prstu, předmětem atd.

• Bezpečné heslo
  • je takové, které není snadno zjistitelné, uhodnutelné nebo jinak snadno zneužitelné. Hesla slouží pro ochranu přístupu k nejrůznějším systémům a informacím, do kterých by se neměl dostat nikdo nepovolaný.
  • Nejbezpečnější hesla jsou tedy „nesmyslné“ kombinace znaků
  • Bezpečné heslo by mělo mít minimálně 8 znaků
  • V dobrém hesle by neměly být použité jen běžné znaky
  • Není příliš vhodné používat pouze jedno heslo jako "hlavní"

• Jednorázové heslo - používá se, např. když zapomenete heslo. Požádáte server o přidělení jiného, které vám bude odesláno emailem popř. sms. Toho heslo platí jen omezenou dobu.

• Kryptografie (neboli šifrování)- mauka o metodách utajování smyslu zpráv převodem do podoby, která je čitelná jen se speciální znalostí
  • Šifrování může hrát významnou úlohu při každodenní komunikaci a práci s počítačem:
    • pomocí šifrování můžeme chránit informace uložené na našem počítači před neautorizovaným přístupem – a to dokonce i před lidmi, kteří jinak mají k našemu počítačovému systému přístup.
    • šifrováním můžeme chránit informace při přenosu z jednoho počítače na druhý.
    • šifrováním můžeme zabránit či detekovat náhodné nebo úmyslné změny dat.
    • pomocí šifrování je možno ověřit, zda autorem dokumentu je opravdu ten, kdo myslíme

• Šifrovací algoritmus - funkce sestavená na matematickém základě a provádí samotné šifrování a dešifrování dat.

• Šifrovací klíč - říká šifrovacímu algoritmu jak má data (de)šifrovat, podobá se počítačovým heslům, avšak neporovnává se zadaná hodnota s očekávanou, nýbrž se přímo používá a vždy tedy dostaneme nějaký výsledek, jehož správnost závisí právě na zadaném klíči.

• Délka klíče - ovlivňuje, kromě jiného, časovou náročnost při útoku hrubou silou – což je kryptoanalytická metoda, kdy postupně zkoušíme všechny možné hodnoty, kterých klíč může nabývat.

• Šifra - Kryptografický algoritmus, který převádí čitelnou zprávu neboli prostý text na její nečitelnou podobu neboli šifrový text.