Symetrické šifrování představuje efektivní a rychlou metodu zabezpečení dat, která k zakódování i odšifrování informací používá jediný klíč.
Šifrování je proces transformace srozumitelných informací do zakódované, nečitelné podoby, známé jako šifrovaný text. Tento postup je navržen tak, aby zabránil neautorizovanému přístupu k citlivým údajům.
Šifrovací algoritmy využívají náhodné posloupnosti bitů k transformaci dat do podoby, která je nesrozumitelná. Tyto náhodné posloupnosti se nazývají šifrovací klíče a jsou nezbytné pro proces šifrování.
V únoru 2009 zaznamenal Dave Crouse na svém bankovním účtu podezřelé transakce. Zpočátku si všímal menších plateb pod 40 dolarů, které ho znepokojovaly, ale nepanikařil. Situace se však po šesti měsících zhoršila. Platby se vyšplhaly na 500, 600 dolarů a někdy dosahovaly až 2800 až 3200 dolarů během jediného dne.
Během necelých šesti měsíců přišel Crouse o 900 000 dolarů kvůli zlomyslným útočníkům a dalších 100 000 dolarů vynaložil na snahu napravit vzniklou situaci.
Ještě horší bylo, že jeho číslo sociálního pojištění, adresa a telefonní číslo byly opakovaně zneužívány k zakládání nových bankovních účtů. Důvodem byl malware, který pronikl do jeho počítače a odcizil jeho osobní údaje.
Případ Dava Crouse není ojedinělý. Mnoho jednotlivců a organizací se potýká s finančně nákladnými úniky dat, které vedou nejen ke ztrátě důležitých informací a narušení služeb, ale také k značným finančním škodám.
Proto je klíčové zajistit ochranu citlivých informací před zlomyslnými aktéry. Účinnou metodou, jak toho dosáhnout, je právě symetrické šifrování.
Symetrické šifrování
Šifrování má za cíl zajistit, že i když se citlivé informace dostanou do nesprávných rukou, zůstanou nečitelné pro neoprávněné osoby. Existují dvě hlavní kategorie šifrování: asymetrické a symetrické.
Hlavní rozdíl mezi nimi spočívá v klíčích používaných k šifrování a dešifrování dat. Asymetrické šifrování, též známé jako šifrování veřejným klíčem, používá dva klíče – jeden pro šifrování a druhý pro dešifrování.
Symetrické šifrování naopak používá jediný klíč pro obě operace. Při komunikaci dvou stran, které používají symetrické šifrování, obě strany disponují stejným klíčem, který se používá pro šifrování i dešifrování. Proto se symetrickému šifrování také říká šifrování sdíleným klíčem.
Kdokoli, kdo má tento klíč, může data jak šifrovat, tak i dešifrovat. Z tohoto důvodu je nezbytné, aby byl tento klíč udržován v tajnosti před neautorizovanými osobami. Proto se symetrické šifrování také označuje jako šifrování tajným klíčem. Bezpečnost tohoto typu šifrování tedy závisí na utajení klíče.
Jak funguje symetrické šifrování
Symetrické šifrování pracuje ve dvou režimech: proudovém a blokovém. V proudovém režimu se každý bit dat šifruje nezávisle a přenáší se jako kontinuální proud. V blokovém režimu se data rozdělí do bloků o velikosti 56, 128, 192 nebo 256 bitů. Tyto bloky jsou následně šifrovány a přenášeny.
Když dvě strany komunikují pomocí symetrického šifrování, symetrický klíč se generuje s využitím algoritmů, jako je Advanced Encryption Standard (AES). Tento klíč se následně sdílí mezi komunikujícími stranami.
Klíč lze sdílet prostřednictvím protokolů pro dohodu o klíči, jako je Diffie-Hellman Ephemeral (ECDH) nebo pomocí mechanismu zapouzdření klíče, kde je symetrický klíč zašifrován veřejným klíčem a přenesen.
Alternativní možností sdílení symetrického klíče je použití jiných komunikačních prostředků, jako jsou e-maily, telefonní hovory nebo osobní setkání.
Po získání klíče oprávněnými stranami mohou být data bezpečně přenášena. Odesílatel si nejprve zvolí preferovaný režim šifrování (proudový nebo blokový) a data zašifruje do nečitelného šifrovaného textu. Blokové šifrování je v současnosti preferovanou a modernější volbou.
Zašifrovaná data se následně přenesou k zamýšlenému příjemci. Po obdržení šifrovaných dat příjemce použije dohodnutý klíč k transformaci šifrovaného textu zpět do čitelné formy. Tento proces se nazývá dešifrování.
Symetrické šifrovací algoritmy
Mezi běžně používané symetrické šifrovací algoritmy patří:
#1. Standard šifrování dat (DES)
Algoritmus DES byl vyvinut společností IBM v 70. letech 20. století s cílem poskytnout bezpečný a snadno implementovatelný způsob šifrování dat.
DES rozděluje data na 64bitové bloky a k šifrování používá 56bitový klíč. Nicméně, DES je považován za méně bezpečný a NIST ho stáhl ze standardů.
Vzhledem k tomu, že byl vytvořen v době, kdy byl výpočetní výkon omezený, 56bitová délka klíče nepředstavovala problém. Moderní počítače však dokáží tento klíč prolomit hrubou silou, a proto NIST nedoporučuje jeho používání.
#2. Trojitý standard šifrování dat (3DES, TDES)
TDES je založen na algoritmu DES a byl vyvinut s cílem vyřešit jeho hlavní slabinu, kterou je krátká délka klíče. TDES řeší tento problém tak, že data rozdělí na 64bitové bloky a aplikuje na ně DES třikrát. Tím se 56bitový klíč, používaný v DES, rozšíří na bezpečnější 168bitový klíč.
I když se tento algoritmus stále používá, NIST zakázal jeho používání po 31. prosinci 2023 z důvodu bezpečnostních obav, protože TDES je náchylný k útokům hrubou silou.
#3. Advanced Encryption Standard (AES)
Jedná se o nejrozšířenější symetrický algoritmus, který se používá na internetu. Je považován za bezpečnější než ostatní symetrické šifrovací algoritmy a byl vyvinut jako náhrada a vylepšení algoritmu DES.
AES je založen na substituční permutační síti a používá blokový režim šifrování. Data se rozdělí do 128bitových bloků, které se šifrují jeden po druhém.
AES používá klíč o délce 128, 192 nebo 256 bitů. Je tak bezpečný, že se používá k zabezpečení vysoce citlivých informací ve vojenských, bankovních, zdravotnických a vládních institucích.
V roce 2001 byl AES vyhlášen standardem pro použití ve vládě USA. Od té doby se stal jedním z nejpoužívanějších a nejoblíbenějších symetrických algoritmů.
Symetrické šifrování: Důležité aspekty
Při používání symetrického šifrování je třeba zvážit několik faktorů:
Správa klíčů
Slabinou symetrického šifrování je způsob, jakým se klíče generují, distribuují a bezpečně uchovávají. Proto je při používání symetrického šifrování nezbytné mít účinné strategie pro správu klíčů, které zajistí, že klíče budou bezpečně spravovány, pravidelně měněny a nebudou nadměrně používány.
Soulad s předpisy
Použitý symetrický algoritmus musí splňovat regulatorní požadavky. Například, ačkoli se TDES stále používá, jeho aplikace po 31. prosinci 2023 nebude v souladu s předpisy. Naopak, použití algoritmu, jako je DES, je úplným porušením pravidel. AES však požadavky splňuje.
Délka klíče
Bezpečnost symetrického šifrování přímo souvisí s délkou použitého klíče. Krátké šifrovací klíče jsou náchylné k útokům hrubou silou, které mohou vést k prolomení zabezpečení dat.
Typ použitého algoritmu
Každý symetrický algoritmus má své silné a slabé stránky a je vhodný pro jiné situace. Při používání symetrického šifrování je důležité zohlednit použitý algoritmus, aby bylo zajištěno nejvyšší možné zabezpečení šifrovaných dat.
Zohledněním všech těchto aspektů si uživatel může vybrat správné algoritmy a postupy správy klíčů, které budou odpovídat jeho bezpečnostním potřebám.
Symetrické vs. asymetrické šifrování
Rozdíly mezi těmito dvěma typy šifrování zahrnují:
| Symetrické šifrování | Asymetrické šifrování |
| Používá jeden klíč pro šifrování a dešifrování | Používá dva různé klíče, veřejný klíč pro šifrování a soukromý klíč pro dešifrování |
| Rychlé a nenáročné na výpočetní zdroje | Pomalejší a náročnější na výpočetní zdroje |
| Šifrovací klíč si strany musí bezpečně předat | Veřejný klíč lze sdílet bez obav |
| Méně bezpečné díky použití jediného klíče | Bezpečnější, protože používá dva různé klíče |
| Vhodné pro přenos velkého množství dat | Ideální pro přenos malých objemů dat |
Moderní systémy kombinují výhody symetrického i asymetrického šifrování, protože v některých situacích je jedna metoda efektivnější než druhá.
Symetrické šifrování: Výhody
Používání symetrického šifrování přináší několik výhod:
Bezpečnost
Symetrické šifrování je velmi bezpečné. Například, při použití doporučeného algoritmu AES by i s využitím moderních počítačů trvalo miliardy let, než by se klíč prolomil hrubou silou. To znamená, že při správném použití je symetrické šifrování vysoce spolehlivé.
Rychlost
Symetrické algoritmy nejsou výpočetně náročné a snadno se implementují. Díky tomu je symetrické šifrování velmi rychlé, což je ideální pro zabezpečení velkého množství dat.
Dodržování předpisů
Vzhledem k tomu, že bezpečnost je klíčová pro každou organizaci, je důležité dodržovat platné předpisy, aby se předešlo sankcím a porušením. Symetrické šifrovací algoritmy, jako je AES, jsou uznávány standardními orgány, jako je NIST, což umožňuje organizacím dodržovat bezpečnostní předpisy.
Nízká výpočetní náročnost
Symetrické šifrování nevyžaduje velké výpočetní zdroje, takže ho lze použít i v systémech s omezeným výpočetním výkonem.
Pokud je pro vás při výběru metody šifrování důležitá rychlost, zabezpečení, dodržování předpisů a nízká výpočetní náročnost, pak je symetrické šifrování vynikající volbou.
Symetrické šifrování: Nevýhody
Hlavní nevýhodou symetrického šifrování je nutnost bezpečného sdílení šifrovacích klíčů. Bezpečnost tohoto typu šifrování je přímo závislá na schopnosti uživatelů bezpečně sdílet klíč. I částečné odhalení klíče může vést k jeho rekonstrukci útočníky.
Pokud se šifrovací klíč dostane do nesprávných rukou, následky mohou být katastrofální, protože útočníci mohou získat přístup ke všem datům, která byla tímto klíčem zašifrována. To znamená, že pokud je klíč uživatele kompromitován, může dojít k rozsáhlým škodám.
I přes tyto nevýhody zůstává symetrické šifrování efektivní metodou zabezpečení dat, zejména pokud jde o ochranu dat uložených v klidu.
Šifrování: Vzdělávací zdroje
Chcete-li se o symetrickém šifrování dozvědět více, zvažte studium následujících zdrojů:
#1. Symetrický šifrovací algoritmus, analýza a aplikace
Tato kniha je určena pro postgraduální studenty, výzkumníky a odborníky z praxe a popisuje různé techniky symetrického šifrování, které mají zásadní význam pro bezpečnost dat a počítačových systémů.
Kniha začíná úvodními definicemi symetrického šifrování, poté pokrývá a analyzuje různé techniky a jejich praktické využití.
Díky mnoha příkladům, které pomáhají rozebrat a ilustrovat složité koncepty, je tato kniha vhodná pro každého, kdo si chce rozšířit své znalosti symetrického šifrování.
#2. Algoritmy symetrického klíče
Tato kniha je ideální pro začátečníky, kteří se chtějí snadno naučit o různých symetrických šifrovacích algoritmech.
Kniha pokrývá veškerou terminologii používanou v kryptografii a poskytuje příklady pro detailní vysvětlení pojmů. Následně rozebírá stavební kameny symetrického šifrování, doplněné ilustracemi a stručnými, srozumitelnými vysvětleními.
Tuto knihu lze doporučit čtenářům, kteří se chtějí dozvědět o kryptografii a šifrování, aniž by se museli hlouběji nořit do složitých konceptů.
#3. Kryptografie: Naučte se všechny šifrovací algoritmy
Tento kurz na platformě Udemy je vhodný pro všechny, kteří se zajímají o kryptografii, zejména o symetrické a asymetrické šifrování. Kurz poskytuje stručný úvod do šifrování a seznamuje studenty se všemi pojmy, se kterými se mohou setkat při studiu.
Dále zkoumá různé typy útoků na šifrovaná data a představuje kryptografické techniky, které lze použít k obraně proti nim. Instruktor nabízí podrobný pohled na šifry a pokrývá různé typy šifer používaných k šifrování.
#4. Šifrování a kryptografie pro profesionály
Pro ty, kdo se chtějí hlouběji ponořit do šifrování a kryptografie, je tento kurz Udemy vynikající volbou. Kurz předpokládá, že studenti jsou v kryptografii a šifrování úplní nováčci, a proto začíná úvodem do kryptografie, teorie informací a základů šifrování.
Následně se kurz přesouvá k pokročilejším tématům a pokrývá symetrické a asymetrické šifrovací algoritmy, hashovací funkce a algoritmy. Zahrnuje také pokročilé koncepty, jako je postkvantová kryptografie, kruhové podpisy a důkazy s nulovou znalostí.
Závěr
Symetrické šifrování je velmi užitečné pro zabezpečení dat při přenosu i v klidu. Chcete-li se chránit před nákladnými úniky dat, zvažte šifrování dat pomocí symetrického šifrování, které nezpomalí úložná zařízení a nezvýší nároky na výpočetní výkon. Chcete-li se o symetrickém šifrování dozvědět více, doporučujeme prostudovat doporučené knihy nebo absolvovat kurzy.
Můžete také prozkoumat cloudovou kryptografii, její typy a nasazení v Google Cloud.