Symetrická kryptografie: Porovnání verzí

Aktuální verze z 28. 12. 2020, 22:09

Symetrická šifra je taková šifra, ve které je použit pro zašifrování zprávy ten samý klíč jako k jejímu dešifrování. Je zásadní, aby bez tohoto klíče nebylo možné zprávu rozšifrovat a zároveň aby byl algoritmus (většinou veřejný) takový, že po použití klíče získáme odpovídající původní text. ^[1]

Vývoj a nejznámější zástupci symetrického šifrování

Symetrické kryptosystémy patří mezi ty historicky starší. Až později se objevily systémy asymetrické. První perfektní symetrický kryptosystém se objevil už na začátku 20. století, ještě před vynálezem počítačů Vernamem.

Vernamova šifra - One time pad

Jedná se o kryptosystém objevený Vernamem. I přesto že je tento kryptosystém relativně jednoduchý, pokud je použit správně, je ho možné nazvat perfektním. Tzn. pokud délka klíče je stejná jako délka zprávy k zašifrování, není možné bez znalosti klíče žádným způsobem tuto zprávu rozšifrovat.

Data Encryption Standard

Data Encryption Standard (zkráceně DES) je druh symetrického šifrovacího algoritmu se soukromým klíčem, používaný k ochraně soukromých dat. Po dlouhou dobu fungoval jako oficiální standard pro informační bezpečnost. Časem ale musel být nahrazen, protože už šel příliš snadno prolomit.

Advanced Encryption Standard

Advanced Encryption Standard je symetrická bloková šifra, která zpracovává data v blocích o velkosti 128 bitů a za použití šifrovacího klíče velkosti 128 bitů. Jedná se o nejpoužívanější symetrický kryptosystém, který se stal mezinárodním standardem v soukromém, průmyslovém i státním sektoru.

Twofish

Jedná se o symetrickou blokovou šifru, která byla vyvinuta Brucem Schneierem. Tento algoritmus byl publikován jako volné dílo. Tato šifra se ucházela o to, aby se stala mezinárodním šifrovacím standardem v soutěži vypsané NIST. Ačkoliv se dostala mezi pět závěrečných kandidátů a její kryptografická síla je dostatečná, nebyla vybrána vzhledem k horšímu výkonu.

Serpent

Další ze série šifer, jež byly přihlášeny do soutěže o nový kryptografický standard. Je u ní kladen silný důraz na množství opakování při šifrování jednotlivých bloků, ovšem za cenu výkonnosti šifry.

Fungování

Základem symetrických šifrovacích systémů je použití jednoho klíče pro šifrování i dešifrování komunikace. U ideálního symetrického kryptografického systému by nemělo být možné bez znalosti klíče převést text šifrový na text původní. Symetrické kryptosystémy mají oproti ostatním kryptosystémům jak řadu výhod, tak i jisté nevýhody. Při rozhodování, který z nich využít, je dobré se rozhodovat hlavně podle situace a potřeby. I samotné symetrické šifry se dělí na více typů vhodných pro různé účely. Při normálním nasazení je také potřeba využít jednoho z operačních módů.

Výhody

Největší výhodou symetrického šifrování je snadná a rychlá hardwarová i softwarová implementace. Oproti asymetrickému šifrování je možné pomocí symetrických šifer zpracovat a zašifrovat velké množství dat ve velice krátkém čase a s minimálními nároky na výkon systému. Klíče pro symetrické šifry stačí krátké. Symetrické šifry lze využít jako základ pro vytváření nejrůznějších kryptografických mechanismů, zahrnujících generátor pseudonáhodných čísel, hashovací funkce, schémata pro digitální podpisy atd. Jednoduché symetrické šifry se dají kombinovat a vytvořit tak šifry mnohem silnější.

Nevýhody

Naopak největší nevýhodou symetrických šifrovacích systémů je skutečnost, že si obě strany mezi sebou musí vyměnit šifrový klíč. To skýtá prostor pro vyzrazení klíče, a může tak útočníkovi poskytnout příležitost, jak snadno prolomit jinak silný algoritmus. Ve velkých sítích je nutné udržovat velké množství různých klíčů. Pro bezpečnou komunikaci je nutné, aby byly klíče dostatečně často obměňovány, což opět řeší problém číslo jedna.^[2]

Dva typy symetrických šifer

Blokové šifry

Hlavním a nejpoužívanějším druhem symetrických šifer jsou šifry blokové. Blokové šifry jsou takové, jež zpracovávají otevřený text předem určené velikosti do šifrového textu stejné velikosti. Je samozřejmé, že tento proces musí být reverzibilní, tzn. musí být možné provést ten samý proces v obráceném pořadí a získat tak z textu šifrového text otevřený. Příklady: AES DES

Proudové šifry

Dalším druhem symetrických šifer jsou šifry proudové. Na rozdíl od těch blokových transformují text v řadě po jednotlivých znacích. Dá se říct, že fungují jako blokové šifry pracující s bloky o délce jedna. Užitečnými je činí fakt, že se znaky šifrují postupně a odděleně. To znamená, že jsou užitečné v prostředí, kde dochází k velkým ztrátám při přenosu. Zároveň mohou být užitečné i v prostředí, kde je nutné transformovat jeden symbol po druhém, kupříkladu v systémech, kde chybí paměťový systém apod.^[3]

Příklady: RC4 - jedná se o nejpoužívanější proudovou šifru FISH

Operační módy

Jedná se o způsoby použití šifer v daném kryptosystému, ve kterém se pracuje s tím, že otevřený text je posloupnost znaků dané abecedy.^[4]

Electronic Codebook Mode

Jedná se o základní mód. Každý blok je v něm šifrován zvlášť. Nevýhodou je, že stejné bloky otevřeného textu mají ve výsledků i stejný zašifrovaný obraz.

Cipher-Block Chaining Mode

Jedná se o nejpoužívanější operační mód, který je efektivnější než Electronic Codebook Mode. U toho módu dochází k tomu, že při šifrovnání bloků otevřeného textu dochází k jeho modifikaci pomocí již transfromovaných bloků, a tím pádem je zajištěna vyšší bezpečnosti.

Cipher Feedback Mode

Převádí blokovou šifru na proudovou.

Odkazy

Reference

↑ DELFS, Hans a Helmut KNEBL. Introduction to cryptography: principles and applications. 2nd ed. New York: Springer, 2007, xvi, 367 p. ISBN 35-404-9243-7.
↑ ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7.
↑ ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7.
↑ LÓRENZ, Robert. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ KATEDRA POČÍTAČOVÝCH SYSTÉMŮ. Bezpečnost. Dostupné z: https://edux.fit.cvut.cz/oppa/BI-BEZ/prednasky/bez7.pdf

Související články

Informační bezpečnost - její klíčové aspekty, hrozby a minimalizace rizika
Asymetrická kryptografie
Moderní použití kryptologie

Klíčová slova

Kryptografie, symetrická kryptografie, šifrování

[1] DELFS, Hans a Helmut KNEBL. Introduction to cryptography: principles and applications. 2nd ed. New York: Springer, 2007, xvi, 367 p. ISBN 35-404-9243-7.

[2] ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7.

[3] ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7.

[4] LÓRENZ, Robert. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ KATEDRA POČÍTAČOVÝCH SYSTÉMŮ. Bezpečnost. Dostupné z: https://edux.fit.cvut.cz/oppa/BI-BEZ/prednasky/bez7.pdf

[1]

[2]

[3]

[4]

@@ Řádek 1: / Řádek 1: @@
+'''Symetrická šifra''' je taková [[Šifry|šifra]], ve které je použit pro zašifrování zprávy ten samý klíč jako k jejímu dešifrování. Je zásadní, aby bez tohoto klíče nebylo možné zprávu rozšifrovat a zároveň aby byl [[Algoritmy kryptologie|algoritmus]] (většinou veřejný) takový, že po použití klíče získáme odpovídající původní text. <ref>DELFS, Hans a Helmut KNEBL. Introduction to cryptography: principles and applications. 2nd ed. New York: Springer, 2007, xvi, 367 p. ISBN 35-404-9243-7.
-== Popis ==
-Symetrická šifra je taková šifra ve které je použit pro zašifrování zprávy ten samý klíč jako k jejímu dešifrování. Je zásadní aby nebylo možné bez tohoto klíče zprávu rozšifrovat a zároveň aby byl algoritmus (většinou veřejný) takový že po použití klíče získáme odpovídající původní text. <ref>DELFS, Hans a Helmut KNEBL. Introduction to cryptography: principles and applications. 2nd ed. New York: Springer, 2007, xvi, 367 p. ISBN 35-404-9243-7.
 </ref>
 [[File:symetrickeKrypto.png|400px]]
-== Vývoj a nejznámější zástupci asymetrického šifrování ==
+== Vývoj a nejznámější zástupci symetrického šifrování ==
 Symetrické kryptosystémy patří mezi ty historicky starší. Až později se objevily systémy asymetrické. První perfektní symetrický kryptosystém se objevil už na začátku 20. století, ještě před vynálezem počítačů Vernamem.
 === [[Vernamova šifra - One time pad]] ===
-Jedná se o kryptosystém objevený Vernamem. I přesto že je tento kryptosystém relativně jednoduchý, pokud je použit správně je ho možné nazvat perfektním. Tzn. pokud délka klíče je stejná jako délka zprávy k zašifrování není možné bez znalosti klíče žádným způsobem tuto zprávu rozšifrovat.
+Jedná se o kryptosystém objevený Vernamem. I přesto že je tento kryptosystém relativně jednoduchý, pokud je použit správně, je ho možné nazvat perfektním. Tzn. pokud délka klíče je stejná jako délka zprávy k zašifrování, není možné bez znalosti klíče žádným způsobem tuto zprávu rozšifrovat.
-=== [[Data Ecryption Standard]] ===
+=== [[Data Encryption Standard]] ===
+Data Encryption Standard (zkráceně DES) je druh symetrického šifrovacího algoritmu se soukromým klíčem, používaný k ochraně soukromých dat. Po dlouhou dobu fungoval jako oficiální standard pro informační bezpečnost. Časem ale musel být nahrazen, protože už šel příliš snadno prolomit.
 === [[Advanced Encryption Standard]] ===
-Advanced Encryption Standard je symetrická bloková šifra která zpracovává data v blocích o velkosti 128 bitů a za použití šifrovacího klíče velkosti 128 bitů. Jedná se o nejpoužívanější symetrický kryptosystém který se stal mezinárodním standardem v soukromém, průmyslovém i státním sektoru.
+Advanced Encryption Standard je symetrická bloková šifra, která zpracovává data v blocích o velkosti 128 bitů a za použití šifrovacího klíče velkosti 128 bitů. Jedná se o nejpoužívanější symetrický kryptosystém, který se stal mezinárodním standardem v soukromém, průmyslovém i státním sektoru.
 === [[Twofish]] ===
+Jedná se o symetrickou blokovou šifru, která byla vyvinuta Brucem Schneierem. Tento algoritmus byl publikován jako volné dílo. Tato šifra se ucházela o to, aby se stala mezinárodním šifrovacím standardem v soutěži vypsané NIST. Ačkoliv se dostala mezi pět závěrečných kandidátů a její kryptografická síla je dostatečná, nebyla vybrána vzhledem k horšímu výkonu.
 === [[Serpent]] ===
+Další ze série šifer, jež byly přihlášeny do soutěže o nový kryptografický standard. Je u ní kladen silný důraz na množství opakování při šifrování jednotlivých bloků, ovšem za cenu výkonnosti šifry.
+== Fungování ==
-= Fungování =
+Základem symetrických šifrovacích systémů je použití jednoho klíče pro šifrování i dešifrování komunikace. U ideálního symetrického kryptografického systému by nemělo být možné bez znalosti klíče převést text šifrový na text původní. Symetrické kryptosystémy mají oproti ostatním kryptosystémům jak řadu výhod, tak i jisté nevýhody. Při rozhodování, který z nich využít, je dobré se rozhodovat hlavně podle situace a potřeby. I samotné symetrické šifry se dělí na více typů vhodných pro různé účely. Při normálním nasazení je také potřeba využít jednoho z operačních módů.
-Základem symetrických šifrovacích systémů je použití jednoho klíče pro šifrování i dešifrování komunikace. U ideálního symetrického kryptografického systému by nemělo být možné bez znalosti klíče převést text šifrový na text původní. Symetrické kryptosystémy mají oproti ostatním kryptosystémům jak řadu výhod tak i jisté nevýhody, při rozhodování který z nich využít je dobré se rozhodovat hlavně podle situace a potřeby. I samotné symetrické šifry se dělí na více typů vhodných pro různé účely. Při normálním nasazení je také potřeba využít jednoho z operačních módů.
 == Výhody ==
 Největší výhodou symetrického šifrování je snadná a rychlá hardwarová i softwarová implementace. Oproti asymetrickému šifrování je možné pomocí symetrických šifer zpracovat a zašifrovat velké množství dat ve velice krátkém čase a s minimálními nároky na výkon systému.
 Klíče pro symetrické šifry stačí krátké.
-Symetrické šifry lze využít jako základ pro vytváření nejrůznějších kryptografických mechanismů zahrnujících generátor pseudonáhodných čísel, hashovací funkce, schémata pro digitální podpisy atd.
+Symetrické šifry lze využít jako základ pro vytváření nejrůznějších kryptografických mechanismů, zahrnujících generátor pseudonáhodných čísel, hashovací funkce, schémata pro digitální podpisy atd.
 Jednoduché symetrické šifry se dají kombinovat a vytvořit tak šifry mnohem silnější.
 == Nevýhody ==
-Naopak největší nevýhodou symetrických šifrovacích systémů je skutečnost že si obě strany musejí spolu vyměnit šifrový klíč. To skýtá prostor pro vyzrazení klíče a může tak poskytnout příležitost jak může útočník snadno prolomit jinak silný algoritmus.
+Naopak největší nevýhodou symetrických šifrovacích systémů je skutečnost, že si obě strany mezi sebou musí vyměnit šifrový klíč. To skýtá prostor pro vyzrazení klíče, a může tak útočníkovi poskytnout příležitost, jak snadno prolomit jinak silný algoritmus.
 Ve velkých sítích je nutné udržovat velké množství různých klíčů.
-Pro bezpečnou komunikaci je nutné aby byly klíče dostatečně často obměňovány což opět řeší problém čislo jedna.<ref>ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7. </ref>
+Pro bezpečnou komunikaci je nutné, aby byly klíče dostatečně často obměňovány, což opět řeší problém číslo jedna.<ref>ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7. </ref>
 == Dva typy symetrických šifer ==
 === Blokové šifry ===
-Hlavním a nejpoužívanějším druhem symetrických šifer jsou šifry blokové. Blokové šifry jsou takové jenž zpracovávají otevřený text předem určené velikosti do šifrového textu stejné velikosti. Je samozřejmé že tento proces musí být reverzibilní, tzn. musí být možné provést ten samý proces v obráceném pořadí a získat tak z textu šifrového text otevřený.
+Hlavním a nejpoužívanějším druhem symetrických šifer jsou šifry blokové. Blokové šifry jsou takové, jež zpracovávají otevřený text předem určené velikosti do šifrového textu stejné velikosti. Je samozřejmé, že tento proces musí být reverzibilní, tzn. musí být možné provést ten samý proces v obráceném pořadí a získat tak z textu šifrového text otevřený.
 Příklady:
 AES
@@ Řádek 46: / Řádek 44: @@
 === Proudové šifry ===
-Dalším druhem symetrických šifer jsou šifry proudové. Narozdíl od těch blokových transformují text v řadě po jednotlivých znacích. Dá se říct že fungují jako blokové šifry pracující s bloky o délce jedna. Užitečnými je činí fakt že vzhledem k tomu že se znaky šifrují postupně a odděleně. To znamená že jsou užitečné v prostředí kde dochází k velkým ztrátám při přenosu. Zároveň mohou být užitečné i v prostředí ke je nutné transformovat jeden symbol po druhém, kupříkladu v systémech kde chybí paměťový systém apod.<ref>ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7. </ref>
+Dalším druhem symetrických šifer jsou šifry proudové. Na rozdíl od těch blokových transformují text v řadě po jednotlivých znacích. Dá se říct, že fungují jako blokové šifry pracující s bloky o délce jedna. Užitečnými je činí fakt, že se znaky šifrují postupně a odděleně. To znamená, že jsou užitečné v prostředí, kde dochází k velkým ztrátám při přenosu. Zároveň mohou být užitečné i v prostředí, kde je nutné transformovat jeden symbol po druhém, kupříkladu v systémech, kde chybí paměťový systém apod.<ref>ALFRED J. MENEZES, Alfred J.Paul C a Helmut KNEBL. Handbook of applied cryptography: principles and applications. 2nd ed. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1997, xvi, 367 p. ISBN 14-398-2191-7. </ref>
 Příklady:
 [[RC4]] - jedná se o nejpoužívanější proudovou šifru
 FISH
 == Operační módy ==
-Jedná se o způsoby použití šifer v daném kryptosystému ve kterém se pracuje s tím že otevřený text je posloupnost znaků dané abecedu.<ref> LÓRENZ, Robert. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ KATEDRA POČÍTAČOVÝCH SYSTÉMŮ. Bezpečnost. Dostupné z: https://edux.fit.cvut.cz/oppa/BI-BEZ/prednasky/bez7.pdf
+Jedná se o způsoby použití šifer v daném kryptosystému, ve kterém se pracuje s tím, že otevřený text je posloupnost znaků dané abecedy.<ref> LÓRENZ, Robert. ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ KATEDRA POČÍTAČOVÝCH SYSTÉMŮ. Bezpečnost. Dostupné z: https://edux.fit.cvut.cz/oppa/BI-BEZ/prednasky/bez7.pdf
 </ref>
 === Electronic Codebook Mode ===
-Jedná se o základní mód. Každý blok je v něm šifrován zvlášť. Nevýhodou je že stejné bloky otevřeného textu mají ve výsledků i stejný zašifrovaný obraz.
+Jedná se o základní mód. Každý blok je v něm šifrován zvlášť. Nevýhodou je, že stejné bloky otevřeného textu mají ve výsledků i stejný zašifrovaný obraz.
 === Cipher-Block Chaining Mode ===
-Jedná se o nejpoužívanější operační mód který je efektivnější než Electronic Codebook Mode. U toho módu dochází k tomu že při šifrovnání bloků otevřeného textu dochází k jeho modifikaci pomocí již transfromovaných bloků a tím pádem je zajištěna vyšší bezpečnosti.
+Jedná se o nejpoužívanější operační mód, který je efektivnější než Electronic Codebook Mode. U toho módu dochází k tomu, že při šifrovnání bloků otevřeného textu dochází k jeho modifikaci pomocí již transfromovaných bloků, a tím pádem je zajištěna vyšší bezpečnosti.
 === Cipher Feedback Mode ===
 Převádí blokovou šifru na proudovou.
+== Odkazy ==
+=== Reference ===
+<references/>
-= Zdroje =
+=== Související články ===
+[[Informační bezpečnost - její klíčové aspekty, hrozby a minimalizace rizika]]<br />
+[[Asymetrická kryptografie]]<br />
+[[Moderní použití kryptologie]]
+=== Klíčová slova ===
+Kryptografie, symetrická kryptografie, šifrování
 [[Kategorie: Informační studia a knihovnictví]]
+[[Kategorie:Informační technologie, knihovnické technologie]]