Обеспечение безопасности в компьютерных системах – одна из ключевых задач ИБ-специалистов во всем мире. Любители и профессионалы находят и исправляют уязвимости в программах, уничтожают вирусы, ведут борьбу с киберпреступниками. Кроме того, многие специалисты по кибербезопасности занимаются разработкой средств криптографической защиты информации.

Чем занимается криптография

Криптография – это наука, занимающаяся изучением средств защиты информации, ее сокрытия от посторонних лиц. Еще одна задача — сохранение аутентичности (подлинности и неизменности) информации, которая передается с помощью шифрования. 

История науки

Принято считать, что зачатки криптографических систем возникли еще в третьем тысячелетии до н. э. – первые упоминания о них можно найти среди древнеегипетских иероглифов. 

Период развития науки до XX века называют классическим. Его характерная особенность в том, что для криптографической защиты информации в это время использовали моноалфавитные системы. В Средневековье в дополнение к ним стали применять и полиалфавитные системы.

В начале XX века специалисты начали пользоваться сложными средствами защиты. Это стало возможным благодаря развитию науки и технологий, а также появлению электричества. При сокрытии информации все еще использовались полиалфавитные шифры, но, несмотря на это, был совершен большой шаг вперед, так как теперь информация передавалась на расстоянии, а текст шифровался в автоматическом режиме.

В пору классического периода криптографические системы были в арсенале правителей, дипломатов, шпионов и командующих армиями. В XX веке наука получила массовое распространение во время мировых войн – такое средство защиты позволяло скрывать передаваемую информацию от противника. С 1970-х основы криптологии становятся доступными широкому кругу частных лиц. Из-за этого государства по-разному определяют науку в правовом поле – от разрешения до запрета.

Тем не менее, начиная с 1970-х годов, криптографическая наука вышла на новый, современный уровень развития. Были опубликованы исследовательские работы, в которых значительное внимание уделяли математическим средствам. Благодаря внедрению новых алгоритмов появились открытые ключи, а также была создана устоявшаяся терминология. Так начался современный период развития науки. 

Шифрование как метод защиты данных

Основной объект криптографических изысканий – информация. Цель науки – сокрытие информации. Основной способ решения указанных задач – использование шифрования.

Шифрование – изменение информации таким образом, что посторонний человек не может извлечь из нее ничего полезного, но при этом тот, кому она адресована, может преобразовать ее в исходный вид. 

В общем случае шифрование используют для достижения трех целей: 

1. Конфиденциальность. Благодаря средствам криптографической защиты информацию можно сделать недоступной для посторонних.

2. Неизменность. Зашифрованная информация не может быть подделана или искажена во время передачи или хранения.

3. Подтверждение источника. Зашифрованная информация обладает свойствами, которые подтверждают, что она была отправлена определенным человеком, а не кем-то другим.

Процесс передачи данных от одного человека к другому с использованием метода шифрования выглядит следующим образом:

1. исходный текст, изображение, видеозапись с помощью алгоритма преобразовывается в зашифрованный вид, при этом пользователь получает специальный ключ для дешифровки; 
2. зашифрованный текст передается получателю;
3. получатель с помощью специального ключа расшифровывает текст и приводит его в исходный вид.

Говоря проще, процесс состоит из двух ключевых этапов – шифрования (сокрытия сведений) и дешифрования (возвращение сообщения в исходный вид).

Есть два метода шифрования и дешифрования. В первом случае для этих задач используется один и тот же ключ, а во втором – два разных ключа (один для сокрытия и второй для раскрытия информации). 

Основная трудность, с которой люди сталкивались в процессе обмена информацией, – передача ключа. Было сложно передать его так, чтобы исключить возможность перехвата посторонними людьми. Для решения этой проблемы была разработана система открытых ключей. Суть системы в том, что у человека есть два ключа – скрытый и открытый. Первый используется только в индивидуальных целях и нужен для расшифровывания информации, а второй может передаваться по открытым каналам (т. е. не защищенным от посторонних лиц). Таким образом, два человека могут обменяться своими открытыми ключами и в дальнейшем не беспокоиться за сохранность информации, так как есть универсальное средство – секретный ключ, который не нужно никому передавать, и он всегда находится у них. Появление этого метода – революция в средствах защиты информации.

Алгоритмы шифрования

Для того чтобы информацию можно было зашифровать, а потом расшифровать, нужно создать алгоритм. Алгоритм – это совокупность правил и действий, которые нужны для успешной расшифровки или зашифровки данных. 

Простейшие алгоритмы возникли в древние времена. К примеру, шифр Цезаря. Суть его заключалась в том, что буквы в исходном тексте сдвигались на одну позицию вперед согласно латинскому алфавиту. То есть A превращалась в B, C – в D и т. д. Пример простейшего сообщения, которое зашифровано с помощью таких систем, – сигнал «SOS». Его можно передать как «TPT», смещая буквы слова на одну позицию вправо (согласно алфавиту). Для возвращения в исходный вид достаточно сделать то же самое, но теперь сместить буквы влево – получим SOS. 

Алгоритмы принято разделять на следующие категории: 

• Симметричные криптосистемы. Это тот самый метод, когда для шифрования и дешифрования используется один ключ.
• Асимметричные. Для шифрования и дешифрования используются два ключа (открытый и закрытый).
• Хэш-функции. Об этом средстве защиты информации написано меньше исследований, хотя пользуются им часто. Например, чтобы подтвердить подлинность информации или авторство сообщения. Особенность хэш-функций в том, что они необязательно должны подвергаться расшифровыванию другими лицами, и, как правило, с их помощью не передают никакой важной информации. 

Все три вида алгоритмов широко используются для защиты сведений. Преимущество симметричных алгоритмов в том, что они менее требовательны к вычислительным ресурсам и работают быстрее асимметричных. Недостаток симметричного шифрования в том, что нужно передавать ключ второму лицу. Для решения этой проблемы вместе с симметричным используют гибридное шифрование. Суть метода заключается в том, что информация шифруется симметричным алгоритмом, а ключ для расшифровки отправляется по каналам, которые защищены асимметричными системами. 

Криптографические методы используются и в комплексных средствах защиты – DLP-системах. К примеру, механизмы шифрования, реализованные в «СёрчИнформ КИБ», делают невозможным прочтение конфиденциальных документов из корпоративной системы за ее пределами. Подробнее о продукте.

Современное состояние криптологии

Алгоритмы усложнялись с развитием математики и появлением электромеханизмов. Старые средства (тот же шифр Цезаря) можно взломать простым компьютерным перебором за несколько секунд. Современные алгоритмы обладают высокой криптостойкостью, поэтому на их взлом можно потратить столетия, но так и не дешифровать текст. 

Новый период развития науки наступил в 1970-е годы и ознаменовался появлением открытых алгоритмов шифрования, которые решали фундаментальную проблему – безопасную передачу ключа. Теперь отпала необходимость беспокоиться о том, что кто-то перехватит ключ и сможет прочитать сообщение. Посторонний человек, который получил открытый ключ (средство защиты), не сможет прочитать ни одно сообщение.

Наука развивается вместе с ростом возможностей компьютерных систем. За последние десятилетия специалисты разработали много универсальных алгоритмов, которые позволяют с высокой надежностью сохранять и передавать информацию. Самые распространенные системы защиты:

• симметричные: AES, «Кузнечик», Camellia, Twofish, Blowfish;
• асимметричные: Elgamal, RSA;
• хэш-функции: MD (4, 5, 6), SHA (-1, -2), «Стрибог».

Некоторые из этих стандартов были разработаны для использования государствами и сертифицированы в качестве национальных алгоритмов шифрования (AES в США, «Кузнечик» в России).

Правовой статус 

Во всем мире крупные государства регулируют применение средств защиты информации правовыми методами. Государство может запрещать или ограничивать использование криптографических систем частными лицами, при этом некоторые документы и другая секретная информация государственной важности хранятся в зашифрованном виде.

Так, в Великобритании человек обязан выдать пароль от своего компьютера или телефона правоохранительным органам, в том случае, если проводится судебное расследование. Отказ выдать средство дешифрования является уголовным преступлением. 

В России использование криптографии ограничено для компаний и индивидуальных предпринимателей. Любая деятельность по выпуску и продаже шифровальных программ должна лицензироваться.

В США действует стандарт AES, согласно которому важная государственная информация должна храниться в зашифрованном виде. Спецслужбы (АНБ, ЦРУ) могут требовать от производителей устройств и разработчиков ПО выдачу ключей дешифрования.

Наука о криптографических методах сокрытия информации – одна из самых актуальных в наше время. Она занимает большую нишу в области информационной безопасности и широко используется не только государствами, но и крупными компаниями, бизнесом, частными лицами. 

22.10.2019