Symetrická kryptografie

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.

Vývoj a nejznámější zástupci asymetrického 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 Ecryption 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 ho už bylo příliš snadné 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 algoritmu 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, jenž byly přihlášeny do soutěže o nový kryptografický standard. Je zde 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 musejí spolu vyměnit šifrový klíč. To skýtá prostor pro vyzrazení klíče a může tak poskytnout příležitost jak může útočník 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.

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. Příklady: AES DES

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.

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.

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.