Moderní použití kryptologie: Porovnání verzí

m
Řádek 1: Řádek 1:
''„[[Základní rozdělení kryptologie|'''Kryptologie''']] je matematický vědní obor, který se zabývá šifrovacími a kódovacími algoritmy.”''<ref name="doseděl">DOSEDĚL, Tomáš. <i>Počítačová bezpečnost a ochrana dat</i>. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.</ref><br /><br />
+
[[Základní rozdělení kryptologie|'''Kryptologie''']] je matematický vědní obor, který se zabývá utajováním a odkrýváním obsahu tajných zpráv. K tomu využívá šifrovací a dešifrovací algoritmy.<br />
  
 +
Slovo kryptologie pochází z řečtiny => '''kryptós''' = skrytý a '''logia''' = studovat<br />
 +
 +
'''Moderní kryptologie''' pracuje na pomezí [[matematika|matematiky]], [[výpočetní technika|výpočetní techniky]] a [[elektrotechnika|elektrotechniky]]. Nejčastěji je využívána k ochraně dat ve formě, počítačového hesla, digitálního podpisu a také je využívána k autentizaci dat, viz níže.<ref>Cryptography. In: <i>Wikipedia: the free encyclopedia</i> [online]. Wikimedia Foundation, 2001-. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/cryptography</ref><br />
 +
 
Kryptologie se dále dělí na tři skupiny:
 
Kryptologie se dále dělí na tři skupiny:
 
* [[Kryptografie]] - zabývá se šifrovacími algoritmy a konstrukcí šifrovacích klíčů
 
* [[Kryptografie]] - zabývá se šifrovacími algoritmy a konstrukcí šifrovacích klíčů
 
* [[Kryptoanalýza]] - snaží se zajistit dešifrovací kód a prolomit šifrovací algoritmy
 
* [[Kryptoanalýza]] - snaží se zajistit dešifrovací kód a prolomit šifrovací algoritmy
* [[Steganografie]] - snaží se zakrýt existenci tajné zprávy  
+
* [[Steganografie]] - snaží se zakrýt existenci tajné zprávy<ref name="doseděl">DOSEDĚL, Tomáš. <i>Počítačová bezpečnost a ochrana dat</i>. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.</ref>  
 
 
Z hlediska historického dělíme kryptologii na dvě skupiny:
 
* [[Klasická kryptologie]]
 
* Moderní kryptologie<ref name="piper">PIPER, Fred a  MURPHY, Sean. <i>Kryptografie</i>. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-7363-074-5.</ref>
 
 
== Základní pojmy moderní kryptologie ==
 
== Základní pojmy moderní kryptologie ==
 
=== Šifrovací algoritmus ===
 
=== Šifrovací algoritmus ===
Řádek 29: Řádek 29:
  
 
Blokové šifrování je snadno prolomitelné, proto bylo vyvinuto pět [[módy činnosti|módů činnosti]].<ref name="doseděl"/>
 
Blokové šifrování je snadno prolomitelné, proto bylo vyvinuto pět [[módy činnosti|módů činnosti]].<ref name="doseděl"/>
==== Módy činnosti blokových šifer ====
 
* '''ECB (Electronic Cipher Book)'''
 
:- základní mód, každému bloku otevřeného textu přiřadí jeden blok šifrovaného textu
 
:- velice snadno prolomitelný
 
* '''CBC (Cipher Block Chaining)'''
 
:- mód, který se snaží zavést nějakou závislost mezi šifrovanými bloky => využívá k tomu [[nonekvivalence|nonekvivalenci (XOR)]]
 
:- nevýhodou je stále stejné šifrování prvního bloku a to v módu ECB
 
 
Další dva módy přepínají blokovací šifru do proudového režimu. Data jsou u těchto módů šifrována pomocí posloupnosti [[generátor pseudonáhodných čísel|pseudonáhodných čísel]], která jsou generována zpětnou vazbou.
 
* '''CFB (Cipher Feedback Mode)'''
 
:- ''„generátor pseudonáhodných čísel je řízen symboly šifrovaného textu”''<ref name="doseděl"/>
 
:- zpětná vazba až v úplném výstupu šifrovacího zařízení
 
* '''OFB (Output Feedback Mode)'''
 
:- ''„generátor pseudonáhodných čísel je řízen výstupem samotného generátoru”''<ref name="doseděl"/>
 
:- zde je zpětná vazba již z výstupu generátoru
 
  
Pátý mód se používá ke zvýšení délky klíče.
 
* '''EDE (Encryption-Decryption-Encryption)'''
 
:- tři šifrovací bloky zapojené do série
 
:- první a poslední blok je šifrován stejným klíčem K1, prostřední blok pak šifrovaná data dešifruje druhým klíčem K2<ref name="doseděl"/>
 
 
==== Algoritmy symetrické kryptografie ====
 
==== Algoritmy symetrické kryptografie ====
 
Při tvorbě těchto algoritmů se používají dvě techniky, [[substituce]] a [[transpozice]].
 
Při tvorbě těchto algoritmů se používají dvě techniky, [[substituce]] a [[transpozice]].
Řádek 65: Řádek 46:
 
:- šifrovací algoritmus pro '''ochranu elektronických dat''', který s původním názvem Rijndael zvítězil v soutěži pořádané [[Národní institut pro standardy a technologie|Národním institutem pro standardy a technologie]] (NIST)
 
:- šifrovací algoritmus pro '''ochranu elektronických dat''', který s původním názvem Rijndael zvítězil v soutěži pořádané [[Národní institut pro standardy a technologie|Národním institutem pro standardy a technologie]] (NIST)
 
:- jedná se o symetrickou blokovou šifru, která k šifrování a dešifrování využívá jeden klíč
 
:- jedná se o symetrickou blokovou šifru, která k šifrování a dešifrování využívá jeden klíč
:- délka klíče je může nabývat hodnoty 128, 192 a 256 bitů, měl by tak být odolný proti [[útok hrubou silou|útokům hrubou silou]]<ref name="piper"/>
+
:- délka klíče je může nabývat hodnoty 128, 192 a 256 bitů, měl by tak být odolný proti [[útok hrubou silou|útokům hrubou silou]]<ref name="piper">PIPER, Fred a  MURPHY, Sean. <i>Kryptografie</i>. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-7363-074-5.</ref>
 
* '''[[IDEA|IDEA]] (International Data Encryption Algorithm)'''
 
* '''[[IDEA|IDEA]] (International Data Encryption Algorithm)'''
 
:- bloková šifra, která používá 128-bitový klíč a šifruje bloky o délce 64 bitů
 
:- bloková šifra, která používá 128-bitový klíč a šifruje bloky o délce 64 bitů
Řádek 121: Řádek 102:
 
<references/>
 
<references/>
 
=== Použitá literatura ===
 
=== Použitá literatura ===
 +
* Cryptography. In: <i>Wikipedia: the free encyclopedia</i> [online]. Wikimedia Foundation, 2001-. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/cryptography
 
* DOSEDĚL, Tomáš. <i>Počítačová bezpečnost a ochrana dat</i>. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.<br />
 
* DOSEDĚL, Tomáš. <i>Počítačová bezpečnost a ochrana dat</i>. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.<br />
 
* PIPER, Fred a MURPHY, Sean. <i>Kryptografie</i>. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-736-3074-5.<br />  
 
* PIPER, Fred a MURPHY, Sean. <i>Kryptografie</i>. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-736-3074-5.<br />  
Řádek 127: Řádek 109:
 
* VONDRUŠKA, Pavel. <i>Kryptologie, šifrování a tajná písma</i>. 1. vyd. Praha: Albatros, 2006, 340 s. ISBN 80-00-01888-8.
 
* VONDRUŠKA, Pavel. <i>Kryptologie, šifrování a tajná písma</i>. 1. vyd. Praha: Albatros, 2006, 340 s. ISBN 80-00-01888-8.
 
=== Doporučená literatura ===
 
=== Doporučená literatura ===
DOSEDĚL, Tomáš. <i>'''Počítačová bezpečnost a ochrana dat'''</i>. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.<br />
+
* DOSEDĚL, Tomáš. <i>'''Počítačová bezpečnost a ochrana dat'''</i>. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.<br />  
PIPER, Fred a MURPHY, Sean. <i>'''Kryptografie'''</i>. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-736-3074-5.<br />  
+
* PIPER, Fred a MURPHY, Sean. <i>'''Kryptografie'''</i>. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-736-3074-5.<br />  
 
=== Zdroje obrázků ===
 
=== Zdroje obrázků ===
 
Obr. 1 Wikimedia commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Symetrick%C3%A1_%C5%A1ifra.png?uselang=cs<br />
 
Obr. 1 Wikimedia commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Symetrick%C3%A1_%C5%A1ifra.png?uselang=cs<br />

Verze z 22. 1. 2015, 12:58

Kryptologie je matematický vědní obor, který se zabývá utajováním a odkrýváním obsahu tajných zpráv. K tomu využívá šifrovací a dešifrovací algoritmy.

Slovo kryptologie pochází z řečtiny => kryptós = skrytý a logia = studovat

Moderní kryptologie pracuje na pomezí matematiky, výpočetní techniky a elektrotechniky. Nejčastěji je využívána k ochraně dat ve formě, počítačového hesla, digitálního podpisu a také je využívána k autentizaci dat, viz níže.[1]

Kryptologie se dále dělí na tři skupiny:

  • Kryptografie - zabývá se šifrovacími algoritmy a konstrukcí šifrovacích klíčů
  • Kryptoanalýza - snaží se zajistit dešifrovací kód a prolomit šifrovací algoritmy
  • Steganografie - snaží se zakrýt existenci tajné zprávy[2]

Základní pojmy moderní kryptologie

Šifrovací algoritmus

Algoritmus, který se snaží zašifrovat důležitá data. K šifrování a dešifrování těchto dat může být použit různý šifrovací klíč.

Kódovací algoritmus

Algoritmus, který také chrání data, ale nevyužívá k tomu žádný šifrovací klíč. Data jsou utajena samotným algoritmem. Může se jednat např. o data v jiném jazyce, která budou rozluštěna pouze těmi, kteří daným jazykem hovoří.

Prolomení algoritmu

K prolomení dochází, pokud je možno chráněná data přečíst, aniž by byl znám šifrovací klíč nebo kódovací algoritmus.[2]

Další důležité pojmy z oblasti kryptologie viz Základní pojmy v kryptologii

Dělení moderní kryptografie

Symetrická kryptografie

Symetrická kryptografie využívá pro šifrování i dešifrování zprávy jeden klíč. Využívá se ve všech tradičních formách šifrování, které byly objeveny do 70. let 20. století. Výhodou je nízká výpočetní náročnost při vytváření a rychlost. Naopak nevýhodou je, že obě strany musí spolu sdílet tajný klíč, na kterém se musí předem dohodnout nebo jej předem náhodně vygenerovat. Na správu a počet klíčů je symetrická kryptografie velice náročná. Aby se předešlo vyzrazení, často se symetrické šifry používají v kombinaci se šifrou asymetrickou. Symetrické šifry dále dělíme na šifry blokové a proudové.[3]

Obr. 1 Symetrická šifra

Blokové a proudové šifry

Blokové šifry používají algoritmy, které otevřený text šifrují po blocích.
Proudové šifry otevřený text šifrují po jednotlivých bitech.

Oba typy šifrování se dost prolínají, dochází k přepínání mezi jednotlivými šiframi, v krajním případě může také délka bloku degradovat na velikost jednoho znaku.

Blokové šifrování je snadno prolomitelné, proto bylo vyvinuto pět módů činnosti.[2]

Algoritmy symetrické kryptografie

Při tvorbě těchto algoritmů se používají dvě techniky, substituce a transpozice.

  • Substituční šifry
- písmena ve zprávě zachovávají svou pozici, ale během šifrování jsou nahrazena jinými znaky
  • Transpoziční šifry
- písmena si zachovávají svou totožnost, ale během šifrování se každé písmeno ve zprávě přemístí na jinou pozici[4]

V moderní kryptologii se využívají šifrovací algoritmy, které tyto dvě techniky kombinují.

  • DES (Data Encryption Standard)
- symetrická bloková šifra, která má 256 klíčů
- nejširší využití našla ve finančním sektoru
- je však snadno prolomitelná, klíč se v dnešní době dá vyhledat během jediného dne
- v současnosti se proto DES používá ve verzi zvané trojitý DES => klíč se skládá ze dvou až tří DES klíčů (112 nebo 168 bitů)
  • AES (Advanced Encryption Standard)
- šifrovací algoritmus pro ochranu elektronických dat, který s původním názvem Rijndael zvítězil v soutěži pořádané Národním institutem pro standardy a technologie (NIST)
- jedná se o symetrickou blokovou šifru, která k šifrování a dešifrování využívá jeden klíč
- délka klíče je může nabývat hodnoty 128, 192 a 256 bitů, měl by tak být odolný proti útokům hrubou silou[5]
  • IDEA (International Data Encryption Algorithm)
- bloková šifra, která používá 128-bitový klíč a šifruje bloky o délce 64 bitů
- byla používána v Pretty Good Privacy (PGP) = počítačový program sloužící k šifrování a podepisování[6]
  • RC2 (zkratka autorova pseudonymu Rivest Cipher)
- bloková šifra, která pracuje s 64-bitovými bloky dat, autorem je Ronald Rivest
- délka klíče se může měnit
  • RC4 (zkratka autorova pseudonymu Rivest Cipher)
- proudová šifra, používá se např. pro šifrovaný přenos webových stránek
- patent patří stejně jako u RC2 firmě RSA
- až do roku 1994 byl tento algoritmus tajen[2]

Asymetrická kryptografie

Asymetrická kryptografie využívá pro šifrování a dešifrování zprávy dva rozdílné klíče. Každý uživatel si tak nastaví veřejný šifrovací klíč a dešifrovací klíč soukromý. Soukromý klíč musí zůstat v tajnosti.[3]

Obr. 2 Asymetrická šifra

Tyto veřejné a soukromé klíče tvoří tzv. klíčový pár. Proto text, který je zašifrován jedním klíčem z páru, může být dešifrován pouze druhým klíčem ze stejného páru.[2]

Algoritmy asymetrické kryptografie

Tyto algoritmy se využívají nejen při šifrování, ale také při vytváření elektronických podpisů.[6]

  • RSA (podle počátečních písmen autorů)
- roku 1978 tento algoritmus vytvořili Ron Rivest, Adi Shamir a Len Adleman
- velikost bloků se pohybuje od velikosti 640 bitů, výjimkou nebývají ani velikosti 1024 nebo 2048 bitů
- proces je pomalejší než u symetrických šifer, protože šifrovací i dešifrovací procesy zahrnují hodně výpočtů s velkými čísly
- největší uplatnění nachází při tvorbě digitálních podpisů, příležitostně se používá také k šifrování symetrických algoritmů
- základ amerického standardu pro digitální podpisy (DSS)
- klíče obdobných velikostí jako u RSA
- ne moc vhodný algoritmus pro klasické šifrování[5]

Využití moderní kryptologie

Autentizace

Autentizace má dva různé významy

  1. Autentizace původu dat - ověřuje odkud data skutečně pocházejí
  2. Autentizace entit (párová) - jedna entita ověřuje entitu druhou

Většinou probíhá právě výměnou zpráv mezi dvěma entitami = autentizační protokol.
V tomto kontextu nemusí být entitou pouze člověk, ale může se jednat i o počítač. Aby uživatel mohl prokázat svou totožnost, nejen jinému uživateli, ale i počítači, využívají se k tomu tři prvky:

  • něco známého - heslo, PIN, atd.
  • něco vlastněného - plastiková kartička, autentizační kalkulačka, atd.
  • něco charakteristického pro uživatele - otisky prstů, sken sítnice, podpisy, rozpoznání hladu

Autentizace lze docílit také symetrickou kryptografií. Pak rozlišujeme dva druhy autentizace:

  1. Jednostranná - jeden uživatel se prokazuje druhému (ověřování pravosti v bankomatu, přihlašování do počítače,...)
  2. Oboustranná - oba uživatelé se prokazují navzájem (viz výše autentizační protokol)

Nejrozšířenějším autentizátorem, hlavně ve finančním sektoru je kód pro ověření zprávy (MAC = Message Authentication Code)[5]

Digitální podpis

Obr. 3 Digitální podpis

Pro vytváření elktronických podpisů se využívají asymetrické algoritmy. Úkolem takového podpisu je zajistit, aby po podepsání nebyl obsah otevřeného textu pozměněn. Pracuje se s dvojicí klíčů, veřejným a soukromým.
Určitá osoba zaeviduje veřejný klíč u nezávislé autority a obdrží elektronické potvrzení o jeho vlastnictví = certifikát.
Vlastník soukromého klíče použije na otevřený text tranformaci = elektronický podpis.
K veřejnému klíči má přístup kdokoliv, není důvod jej utajovat. Pomocí tohoto klíče lze pouze ověřit, že byl podepsán a že po podepsání nebyl text pozměněn.[6]
Zpracování asymetrické kryptografie je z výpočetního hlediska velice náročné, proto se využívají tzv. hashovací funkce.

Hashovací funkce

Hash = digitální otisk zprávy.
Základním principem je to, že výslednou hashovací funkcí je zhuštěný otisk => ten zastupuje původní zprávu. Hashovací funkce přijímají vstupní data libovolné délky, ale výstupní data jsou vždy řetězce o stejné délce.[5]

Certifikační autority

Hlavním úkolem certifikační autority je poskytování digitálně podepsaných certifikátů, které propojí entitu s hodnotou jeho veřejného klíče. Aby mohl být certifikát udělen, musí být veřejný klíč všeobecně známý a přístupný.
Certifikát je podepsaná zpráva, na které najdeme totožnost entity, hodnotu jejího veřejnéh klíče a někdy také datum platnosti.

Zdroje

Reference

  1. Cryptography. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Wikimedia Foundation, 2001-. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/cryptography
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 DOSEDĚL, Tomáš. Počítačová bezpečnost a ochrana dat. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.
  3. 3,0 3,1 SINGH, Simon. Kniha kódů a šifer: tajná komunikace od starého Egypta po kvantovou kryptografii. 2. vyd. Praha: Dokořán, 2009, 382 s. ISBN 978-80-7363-268-7.
  4. ADAMS, Simon. Šifry a kódy: od hieroglyfů po hackery. 1. vyd. Praha: Slovart, 2003, 96 s. ISBN 80-7209-503-X.
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 PIPER, Fred a MURPHY, Sean. Kryptografie. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-7363-074-5.
  6. 6,0 6,1 6,2 VONDRUŠKA, Pavel. Kryptologie, šifrování a tajná písma. 1. vyd. Praha: Albatros, 2006, 340 s. ISBN 80-00-01888-8.

Použitá literatura

  • Cryptography. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Wikimedia Foundation, 2001-. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/cryptography
  • DOSEDĚL, Tomáš. Počítačová bezpečnost a ochrana dat. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.
  • PIPER, Fred a MURPHY, Sean. Kryptografie. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-736-3074-5.
  • SINGH, Simon. Kniha kódů a šifer: tajná komunikace od starého Egypta po kvantovou kryptografii. 2. vyd. Praha: Dokořán, 2009, 382 s. ISBN 978-80-7363-268-7.
  • ADAMS, Simon. Šifry a kódy: od hieroglyfů po hackery. 1. vyd. Praha: Slovart, 2003, 96 s. ISBN 80-7209-503-X.
  • VONDRUŠKA, Pavel. Kryptologie, šifrování a tajná písma. 1. vyd. Praha: Albatros, 2006, 340 s. ISBN 80-00-01888-8.

Doporučená literatura

  • DOSEDĚL, Tomáš. Počítačová bezpečnost a ochrana dat. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2004, 190 s. ISBN 80-251-0106-1.
  • PIPER, Fred a MURPHY, Sean. Kryptografie. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2006, 157 s. ISBN 80-736-3074-5.

Zdroje obrázků

Obr. 1 Wikimedia commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Symetrick%C3%A1_%C5%A1ifra.png?uselang=cs
Obr. 2 Wikimedia commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Asymetrick%C3%A1_kryptografie.svg
Obr. 3 Wikimedia commons http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Digital_Signature_diagram_cs.svg

Související články

Základní pojmy v kryptologii
Základní rozdělení kryptologie
Historie kryptologie
Vládou ovládaná kryptologie

Klíčová slova

Módy činnosti, Algoritmy kryptologie, Šifrování, Digitální podpis