Algorytm kryptograficzny

Algorytm kryptograficzny to metoda polegająca na przekształceniu pewnych danych w taki sposób, by ukryć ich zawartość informacyjną. Algorytm pomaga także w dekodowaniu dokumentów. Osoba, która ma kodować dane zostaje wyposażona w swego rodzaju listę poszczególnych czynności, mających na celu przemianę danych pierwotnych w zaszyfrowane.

Algorytmy kryptograficzne: symetryczne i asymetryczne

Ta funkcja szyfrowania dzieli się na dwie główne grupy: algorytmy symetryczne oraz algorytmy asymetryczne.

Algorytmy symetryczne

Symetryczne algorytmy kryptograficzne wykorzystują ten sam klucz do zarówno szyfrowania, jak i deszyfrowania danych. Oznacza to, że zarówno nadawca, jak i odbiorca muszą znać ten sam tajny klucz, co może stanowić pewne wyzwanie w przypadku bezpiecznej dystrybucji klucza.

Przykładem popularnego symetrycznego algorytmu szyfrowania jest DES (ang. Data Encryption Standard). DES korzysta z 64-bitowego klucza i jest stosowany do szyfrowania danych w wielu obszarach, takich jak bankowość czy komunikacja sieciowa.

Warto zauważyć, że symetryczne algorytmy kryptograficzne są stosowane od wielu lat i są uważane za stosunkowo proste w implementacji. Jednak wraz z rozwojem technologii i zwiększaniem się mocy obliczeniowej komputerów, symetryczne algorytmy zaczęły być uważane za mniej bezpieczne niż asymetryczne.

Kategorię algorytmów symetrycznych obowiązuje podział na blokowe i strumieniowe. W przypadku szyfrowania metodą algorytmów blokowych tekst dzielony jest na określonej długości bloki, z których każdy jest szyfrowany indywidualnie. Z kolei w przypadku metod strumieniowych dokument przekształca się po mniejszych jednostkach, najczęściej bitach. Warto przy tym wspomnieć, że podczas szyfrowania korzysta się z klucza publicznego (przesyłany w formie jawnej), zaś osoba która odszyfrowuje wykorzystuje już klucz prywatny (znany jedynie osobie, która go utworzy).

Algorytmy klucza publicznego (asymetryczne)

Asymetryczne algorytmy kryptograficzne, znane również jako algorytmy z kluczem publicznym, są bardziej zaawansowane niż symetryczne. W tym przypadku istnieje para kluczy: klucz publiczny i klucz prywatny. Klucz publiczny może być udostępniany publicznie, podczas gdy klucz prywatny jest poufny i znany tylko właścicielowi.

Asymetryczne algorytmy zapewniają większe bezpieczeństwo, ponieważ nawet jeśli klucz publiczny jest dostępny publicznie, to niemożliwe jest odtworzenie klucza prywatnego na jego podstawie.

Jednym z najpopularniejszych asymetrycznych algorytmów kryptograficznych jest RSA (ang. Rivest-Shamir-Adleman). RSA jest oparty na matematycznym problemie faktoryzacji dużych liczb i jest szeroko stosowany w systemach komunikacji elektronicznej, takich jak poczta e-mail czy protokoły bezpiecznego przesyłania danych przez Internet.

Asymetryczne algorytmy szyfrowania są bardziej złożone w implementacji i wymagają większych zasobów obliczeniowych niż symetryczne. Jednak ich zaletą jest większe bezpieczeństwo i możliwość bezpiecznej komunikacji nawet w przypadku, gdy klucz publiczny jest dostępny publicznie. W niektórych algorytmach wykorzystywane są dwa klucze, jednak muszę one być od siebie zależne. W celu zapewnienia bezpiecznej komunikacji, algorytm szyfrowania musi być tak skonstruowany, żeby odtworzenie tekstu jawnego bez znajomości klucza było zadaniem trudnym obliczeniowo.

Jak działają algorytmy kryptograficzne?

Proces szyfrowania i deszyfrowania danych za pomocą algorytmów kryptograficznych jest złożony, ale można go opisać w uproszczony sposób.

Szyfrowanie polega na zamianie czytelnych danych na dane zaszyfrowane, które są nieczytelne dla osób nieuprawnionych. Jest to realizowane za pomocą algorytmu kryptograficznego i klucza. Odbiorca, mając klucz, może odtworzyć oryginalne dane z danych zaszyfrowanych w procesie deszyfrowania.

Algorytmy kryptograficzne są zazwyczaj oparte na matematycznych operacjach, które są trudne do odwrócenia bez posiadania odpowiedniego klucza. Jednym z najpopularniejszych algorytmów kryptograficznych jest RSA, który opiera się na trudności faktoryzacji dużych liczb pierwszych.

Proces szyfrowania zwykle składa się z kilku kroków. Pierwszym krokiem jest przekształcenie danych wejściowych na postać, która jest odpowiednia do dalszych operacji. Następnie dane są poddawane różnym operacjom, takim jak permutacje, zamiany bitów lub operacje matematyczne. Klucz kryptograficzny jest używany do kontrolowania tych operacji, a także do generowania pseudolosowych danych, które są używane w procesie szyfrowania.

Ważnym aspektem algorytmów kryptograficznych jest odporność na ataki. Algorytmy powinny być odporne na różne techniki ataków, takie jak ataki brute force, w których atakujący próbuje wszystkich możliwych kombinacji kluczy, aby złamać szyfrowanie. Dlatego klucze kryptograficzne są zazwyczaj bardzo długie i skomplikowane.

Proces deszyfrowania jest odwrotnością procesu szyfrowania. Dane zaszyfrowane są poddawane operacjom odwrotnym do tych, które zostały zastosowane podczas szyfrowania. Klucz kryptograficzny jest ponownie używany do kontrolowania tych operacji. Ostatecznie, po wykonaniu wszystkich operacji, odbiorca otrzymuje oryginalne dane.

Algorytmy kryptograficzne są niezwykle ważne w dzisiejszym świecie, gdzie bezpieczeństwo danych jest kluczowe. Są one szeroko stosowane w różnych dziedzinach, takich jak bankowość elektroniczna, komunikacja internetowa, czy przechowywanie danych w chmurze. Dzięki nim nasze dane są chronione przed nieuprawnionym dostępem i manipulacją.

Zastosowanie algorytmów szyfrowania i deszyfrowania

  • Bezpieczeństwo danych w internecie

Algorytmy kryptograficzne odgrywają kluczową rolę w zapewnianiu bezpieczeństwa danych w internecie. Są one wykorzystywane w protokołach komunikacyjnych, takich jak SSL/TLS, które zabezpieczają transmisję danych między stroną internetową a użytkownikiem. Dzięki zastosowaniu odpowiednich algorytmów, dane są szyfrowane podczas transmisji, co minimalizuje ryzyko kradzieży czy manipulacji.

  • Kryptografia w systemach bankowych

Algorytmy kryptograficzne są również szeroko stosowane w systemach bankowych. Zapewniają one poufność danych finansowych, chroniąc informacje o kontach bankowych i przeprowadzanych transakcjach.

Zastosowanie algorytmów kryptograficznych w systemach bankowych umożliwia bezpieczny transfer pieniędzy i komunikację między bankiem a klientem, minimalizując ryzyko nieautoryzowanego dostępu do poufnych danych.

  • Integralność danych

Kryptografia jest stosowana nie tylko po to, by utajnić pewne dokumenty. Pełni ona także inne funkcje, między innymi zapewnia integralność. W praktyce oznacza to, że osoba odczytująca dokumenty może bez trudu stwierdzić, czy brakuje w nich jakichś danych. Bez problemu można także zweryfikować nadawcę dzięki funkcji uwierzytelniania.

W obrębie algorytmu kryptograficznego funkcjonują także pojęcia uzupełniające. Bardzo istotna jest umiejętność rozróżnienia kryptografii i kryptoanalizy. Kryptografia zajmuje się tworzeniem szyfrów, zaś kryptoanaliza – ich dekodowaniem.  Tekstem czystym lub inaczej otwartym nazywamy dokument przeznaczony do zakodowania, z kolei szyfrogram to już efekt przekształcenia.

Zalety szyfrowania

Dzięki algorytmom kryptograficznym zawartość dokumentów jest niemożliwa do odczytania dla osób nieupoważnionych. Aby mogły one odczytać zapisane treści, będą musiały uzyskać dostęp do specjalnego klucza. W dzisiejszych czasach szyfrowanie stało się wysoko zaawansowane. Najczęściej wykorzystuje się w nim algorytmy asymetryczne, ponieważ zapewniają one bezpieczeństwo zarówno podczas szyfrowania, jak i dekodowania. Są one także dużo wygodniejsze w użytkowaniu.

Współczesne przechowywanie danych

Algorytmy kryptograficzne są niezbędne we współczesnej archiwizacji. W związku z rozwojem nowych technologii, dokumenty często archiwizuje się w formie elektronicznej. Jest to dużo bezpieczniejsza i ekologiczna forma archiwizacji. Minimalizuje ona także ryzyko zniszczenia bądź zgubienia dokumentacji. Aby archiwizacja cyfrowa była możliwa, niezbędne będą odpowiednie zabezpieczenia. Jest to istotne z dwóch powodów. Po pierwsze kodowanie chroni treści przed ewentualnymi atakami z zewnątrz, a po drugie zabezpiecza dane osobowe, które zgodnie z ustawą RODO powinny być odpowiednio przechowywane i chronione przed osobami nieupoważnionymi.

Algorytmy kryptograficzne wykorzystywane są głównie do kodowania informacji niejawnych, ale nie tylko. Można je wykorzystać także w przypadku innych danych, na których utajnieniu nam zależy.