Kurz kryptografie

Informace hrají zásadní roli v podnikání, vládě a vojenských operacích a informace v nesprávných rukou mohou stát příjmy nebo i horší věci. Pro zabezpečení komunikace organizace používá kryptologii k šifrování informací – transformaci do formátu nečitelného pro člověka a zpět.

V tomto článku o kryptografii a síťové bezpečnosti se dozvíte, jak kryptologie funguje a jak chránit informace před nepovolanými rukama.

Co je kryptografie?

Kryptografie je studium a aplikace technik, které skrývají skutečný význam informací jejich transformací do formátu nečitelného pro člověka a zpět.

Uvažujme příklad. Chcete-li odeslat „I LOVE APPLES“, nahraďte každé písmeno třetím po sobě jdoucím písmenem abecedy, čímž získáte „K NQXG CRRNGU“. Aby si ji příjemce mohl přečíst, musí se posunout o tři písmena zpět, jak je znázorněno níže.

Převod informace do formy nečitelné pro člověka se nazývá šifrovánía jeho obrácení se nazývá dešifrováníZašifrovaný výsledek je známý jako šifra.

Dešifrování používá tajný klíč známý pouze legitimním příjemcům. Protože je klíč vyžadován, komunikace zůstává bezpečná i v případě, že útočník zachytí šifru, což bez něj nedává smysl.

Vlastnosti kryptografie

Kryptografický systém se posuzuje na základě níže uvedených charakteristik.

vlastnost	Co to znamená
Algoritmus	Publikovaný matematický postup provádějící transformaci.
Důvěrnost	Chráněná data si mohou přečíst pouze držitelé klíče.
Integrity	Jakákoli změna dat je detekovatelná.
Přizpůsobivost	Schéma se ladí s různými velikostmi klíčů a úrovněmi hrozeb.
Interoperabilita	Různé systémy a dodavatelé si vyměňují chráněná data.
Ověřování	Původ zprávy lze prokázat.
Škálovatelnost	Výkon se drží i s rostoucími objemy dat.
Správa klíčů	Klíče jsou generovány, ukládány, rotovány a bezpečně vyřazovány z provozu.

Aplikace kryptografie

Tyto vlastnosti se stávají každodenními službami, na které se lidé spoléhají, aniž by si to uvědomovali.

editaci videa	Jak se používá kryptografie
Šifrování TLS	Chrání provoz mezi prohlížečem a webovou stránkou.
Ukládání hesel	Ukládá solené hashe místo čitelných hesel.
Online bankovnictví	Zabezpečuje transakce a ověřuje banku.
kryptoměna	Podepisuje transakce a propojuje bloky pomocí hashů.
Šifrovaný e-mail	Uchovává obsah zpráv v soukromí během přenosu a ukládání.
Digital podpisy	Prokazuje autorství a to, že dokument zůstal nezměněn.
Zabezpečené zasílání zpráv	Aplikuje end-to-end šifrování mezi zařízeními.
E-commerce	Chrání údaje o kartě během placení.

Co je to kryptoanalýza?

Kryptoanalýza je umění dešifrování zpráv bez klíče použitého k jejich zašifrování. Aplikuje matematickou analýzu a algoritmy k luštění šifer a používá se jak k prolomení systémů, tak i v obraně k měření míry ochrany, kterou algoritmus nabízí.

Úspěch kryptoanalytického útoku závisí na:

• Množství dostupného času
• K dispozici výpočetní výkon
• K dispozici skladovací kapacita

Následují běžně diskutované kryptoanalytické útoky:

• Útok hrubou silou — zkouší všechny možné kombinace prostého textu nebo klíče, každou z nich zašifruje a porovnává s původní šifrou.
• Slovníkový útok — používá seznam slov k nalezení porovnání buď s otevřeným textem, nebo s klíčem. Používá se nejčastěji při pokusu o prolomit šifrovaná hesla.
• Útok na duhový stůl — porovnává zašifrovaný text s předem vypočítanými haši, aby našel shody. Solení každého uloženého hesla jej znemožní.

Co je to kryptologie?

Kryptologie je zastřešující obor spojující kryptografii a kryptoanalýzu. Obě poloviny jsou důležité: algoritmu se důvěřuje pouze tehdy, když se ho kryptoanalytici pokusili prolomit a nepodařilo se jim to.

Šifrování Algorithms

Níže uvedené algoritmy se v bezpečnostních pracích opakovaně objevují. Všimněte si, které zůstávají schválené a které přežívají pouze ve starších systémech.

• MD5 — zkratka pro Message-Digest 5, produkuje 128bitové hashovací hodnoty. MD5 je spíše hashovací funkce než šifrování, takže jej nelze záměrně obrátit. Není odolný vůči kolizím – dva různé vstupy mohou vytvořit stejný hash – a není vhodný pro hesla ani podpisy.
• SHA — zkratka pro Secure Hash Algorithm (bezpečný hašovací algoritmus), tato rodina algoritmů generuje zhuštěné reprezentace zprávy, nazývané message digest (výtah zprávy):
  • SHA-0: produkuje 160bitové hashovací hodnoty. Byl stažen z důvodu závažné chyby a nahrazen SHA-1.
  • SHA-1: produkuje 160bitové hashovací hodnoty. Praktická kolize byla demonstrována v roce 2017 a NIST ji zakázal pro digitální podpisy, proto se jí vyhněte.
  • SHA-2: rodina šesti funkcí včetně SHA-256 a SHA-512, pracujících s 32bitovými a 64bitovými slovy. Obě zůstávají schválené.
  • SHA-3Standardizován v roce 2015 a dříve známý jako Keccak, používá odlišný interní design jako zálohu SHA-2.
• AES — Advanced Encryption Standard je symetrická bloková šifra, která dnes chrání většinu dat v klidu i při přenosu, se 128bitovými, 192bitovými a 256bitovými klíči. Nahradila DES a je výchozí pro nové systémy.
• RC4 — proudová šifra, která byla kdysi běžná v protokolech SSL (Secure Sockets Layer) a WEP (Wired Equivalent Privacy). Oba protokoly jsou zastaralé a RFC 7465 v roce 2015 zakázal RC4 ve všech verzích TLS. Zde přežila jako učební příklad.
• Blowfish — klíčovaná symetrická bloková šifra používaná historicky pro hesla a soubory. Díky 64bitové velikosti bloku je AES moderní volbou.

S ohledem na budoucnost zveřejnil NIST v srpnu 2024 své první postkvantové standardy – ML-KEM pro výměnu klíčů, ML-DSA a SLH-DSA pro podpisy – které postupně nahradí dnešní algoritmy s veřejným klíčem.

Hackerská aktivita: Jak vytvořit šifru pomocí CrypToolu

V tomto praktickém cvičení s CrypToolem vytvoříte jednoduchou šifru s RC4 a poté ji obnovíte hrubou silou za předpokladu, že klíč má 24 bitů. Cílem je ukázat, proč krátký klíč a prolomena šifra nenabízejí žádnou skutečnou ochranu.

Vytvoření datové šifry RC4

Krok 1) Stáhněte a nainstalujte CrypTool

CrypTool 1 je open-source vzdělávací nástroj pro kryptologii. Aktivní vývoj se od té doby přesunul do CrypTool 2, ale verze 1.4.42 stále běží na... Windows a odpovídá níže uvedeným obrazovkám. Stáhněte si jej z cryptool.org.

Krok 2) Otevřete CrypTool a nahraďte text

Fráze k zašifrování je Nikdy nepodceňujte odhodlání dítěte, které je bohaté na čas a nemá penízeKlíč je 00 00 00.

• Otevřete CrypTool 1.

• Nahraďte text výše uvedenou frází.

Krok 3) Zašifrujte text

• Klikněte na nabídku Šifrovat/Dešifrovat.

• Ukažte na Symetrické (moderní) a poté vyberte RC4.

Krok 4) Vyberte šifrovací klíč

• Jako délku klíče vyberte 24 bitů.
• Nastavte hodnotu na 00 00 00.
• Kliknutím na tlačítko Šifrovat vygenerujete níže uvedenou proudovou šifru.

Útok na proudovou šifru

Krok 5) Spuštění analýzy

• Klikněte na nabídku Analýza.

• Ukažte na Symetrické šifrování (moderní) a poté vyberte RC4.

• Předpokládá se 24bitový tajný klíč, proto vyberte jako délku klíče 24 bitů.
• Klepněte na tlačítko Start.

• Poznámka: Doba potřebná k vygenerování závisí na výpočetní kapacitě použitého stroje a na délce klíče. Delší klíč vyžaduje více času, a proto mají moderní klíče 128 bitů nebo více.

Krok 6) Analýza výsledků

• Po dokončení analýzy se kandidátské klíče seřadí následovně.

• Poznámka: Nižší hodnota entropie obvykle indikuje správný výsledek, i když vyšší může být správná.
• Vyberte řádek, který se čte jako smysluplný text, a poté klikněte na tlačítko Přijmout výběr.

Nejčastější dotazy