Все, что необходимо знать о шифровании

По своей сути шифрование — это процесс сокрытия данных, направленный на то, чтобы никто, кроме предполагаемого получателя, не мог их прочитать. Точнее, это использование математических моделей, называемых алгоритмами шифрования, для шифрования информации таким образом, чтобы ее можно было расшифровать только с помощью определенного ключа, что является обратным процессом, известным как дешифрование.

Шифрование может быть очень простым или очень сложным в зависимости от сферы применения. Например, компании, которая обрабатывает конфиденциальные данные (к примеру, финансовую информацию), понадобится сильный и надежный алгоритм для их шифрования. Для вариантов использования с более низким уровнем риска не требуется такая высокая надежность, поэтому может быть достаточно более простого метода шифрования.

В чем разница между шифрованием и криптографией?

Шифрование тесно связано с криптографией, но это разные понятия.

В широком смысле криптография — это наука о защите коммуникаций с помощью кода. Это обобщающий термин для длинного списка криптографических методов, причем шифрование данных является лишь одним из них. Иными словами, шифрование — это особое применение криптографии, при котором информация кодируется с помощью алгоритмов.

Почему шифрование важно?

Шифрование — один из важнейших элементов современной системы безопасности данных. Поскольку злоумышленники все чаще предпринимают атаки на конфиденциальную информацию, организации используют различные методы шифрования, чтобы держать активы за семью замками.

В настоящее время, когда в интернете и в облаке хранят и передают огромное количество данных, а также управляют ими, компаниям особенно важно шифровать конфиденциальные данные. Раньше, когда предприятия хранили большую часть своих активов локально, защищать данные было немного проще.

Однако сейчас большинство бизнес-процессов выполняются в цифровом формате. В результате этого хранящиеся финансовые, медицинские и персональные данные подвергаются рискам несанкционированного доступа и раскрытия (в том случае, если они не защищены должным образом).

Шифрование — жизненно важная мера защиты на случай, если ваша организация пострадает от утечки данных. Оно не только сохраняет конфиденциальную информацию в тайне, но также может аутентифицировать ее происхождение, проверять ее целостность и обеспечивать неопровержимость. Другими словами, методы шифрования позволяют гарантировать, что критически важные данные не будут подделаны, повреждены или оспорены каким-либо образом.

Этот процесс важен не только с точки зрения информационной безопасности, но и с точки зрения соблюдения нормативно-правовых требований. Организации подчиняются строгим законам о безопасности данных, которые различаются в зависимости от сферы своего применения. Например, государственные учреждения США обязаны соблюдать Федеральные стандарты обработки информации (FIPS). По закону учреждения и подрядчики должны внедрять криптографию.

Еще один пример — европейский Общий регламент по защите персональных данных (GDPR). GDPR предусматривает суровые штрафы для компаний, которые не защищают персональные данные, поэтому большинство организаций, которые обрабатывают информацию граждан ЕС, так серьезно относятся к шифрованию и дешифрованию.

Варианты использования шифрования

Существует много способов использовать шифрование данных на пользу компании, будь то в целях информационной безопасности, соблюдения нормативно-правовых требований или в качестве конкурентного преимущества. Давайте рассмотрим три распространенных варианта использования:

1. Шифрование данных. С цифровой трансформацией появляются данные, а вместе с ними — и целый ряд злоумышленников, пытающихся их украсть. Шифрование данных защищает от угрозы того, что информация, хранящаяся в компьютерных системах или передаваемая через интернет, будет доступна кому-либо, кроме предполагаемого получателя.
2. Шифрование в облаке. По мере того, как все больше компаний отказываются от локальных технологий, шифрование в облаке помогает им уверенно получать доступ к ресурсам. Поставщики облачных хранилищ шифруют информацию перед ее сохранением, чтобы ее нельзя было прочитать в случае утечки данных. Примечательно, что методы шифрования потребляют больше пропускной способности, поэтому поставщики облачных хранилищ обычно предлагают только базовые методы.
3. Просмотр веб-страниц. Secure Sockets Layer (уровень защищенных сокетов, SSL) и Transport Layer Security (безопасность на транспортном уровне, TLS) — это протоколы, используемые для шифрования подключений к интернету. Они используют криптографические активы, называемые «цифровыми сертификатами», для подтверждения подлинности веб-сайта, браузера или другого объекта, что позволяет безопасно обмениваться конфиденциальными данными во время сеанса.

Как правило, принцип работы шифрования заключается в использовании алгоритма преобразования открытого текста (данных, которые могут быть прочитаны людьми) в шифрованный текст (зашифрованное сообщение). Сообщение можно расшифровать только с помощью пароля или строки цифр, которая называется ключом шифрования. Современные передовые алгоритмы гарантируют, что каждый ключ шифрования является случайным и уникальным, так что правильно угадать его практически невозможно.

Действительно, криптография существенно продвинулась вперед от своих простых истоков. Возьмем, к примеру, «шифр Цезаря». Принцип работы шифра Цезаря, названного в честь знаменитого римского императора Юлия Цезаря, который использовал этот метод шифрования в своей личной переписке, состоял в замене одной буквы алфавита другой, благодаря чему сообщение становилось зашифрованным.

Современные методы стали гораздо более продвинутыми: включают тысячи сгенерированных компьютером символов, представляющих собой ключ дешифрования. Тем не менее все алгоритмы по-прежнему можно разделить на два различных типа: симметричное и асимметричное шифрование.

Симметричное шифрование

Принцип работы симметричного шифрования состоит в использовании одного и того же криптографического ключа для шифрования и дешифрования. Это означает, что лицо, отправляющее зашифрованное сообщение, должно поделиться секретным ключом со всеми уполномоченными сторонами, что позволит им получить доступ к информации. Симметричное шифрование обычно используется для хранения неактивных данных (данных, которые активно не используются или не перемещаются из одного места в другое).

Хотя такая особенность способствует ускорению развертывания, для этих шифров требуется использовать параллельный и безопасный метод передачи ключа получателю для дешифрования. В свою очередь, его может быть трудно внедрить.

Асимметричное шифрование

При асимметричном шифровании используется система под названием «инфраструктура открытых ключей». Вместо одного общего ключа этот метод требует использования двух отдельных криптографических активов для шифрования и дешифрования — «открытого ключа» и «закрытого ключа».

Хотя они отдельные, оба ключа математически связаны. Как правило, открытый ключ передается всем сторонам, а закрытый ключ хранится в секрете от всех, кроме лица, получающего зашифрованное сообщение. Несмотря на то что асимметричное шифрование является более ресурсоемким, оно считается более безопасным и высоконадежным методом. Однако в общей схеме безопасности данных большинство организаций используют оба метода в своих интересах для реализации более полной стратегии шифрования.

Что такое хеширование?

Хеш-функции преобразуют входные данные переменной длины в выходные данные фиксированной длины. Другими словами, хеширование — это процесс преобразования ключа или строки символов в случайное «хешированное значение», в результате которого их становится труднее расшифровать.

В отличие от шифрования, хеширование — это односторонний процесс, который нелегко повернуть в противоположном направлении. Компании могут применять алгоритмы хеширования к данным, гарантируя, что информация останется конфиденциальной даже после утечки данных.

Шифрование и хеширование — это взаимосвязанные, но разные процессы. В то время как первый защищает конфиденциальность небольших объемов передаваемых данных, второй сохраняет целостность больших объемов хранящихся данных.

Алгоритм шифрования — это математический набор правил, который преобразует открытый текст в зашифрованный. Алгоритм использует ключи шифрования для изменения данных таким образом, что они кажутся случайными, но могут быть расшифрованы с помощью ключа дешифрования.

Примечательно, что не существует двух абсолютно одинаковых алгоритмов. За прошедшие годы появилось много типов, каждый из которых использует свой подход к криптографии. Некоторые из наиболее распространенных и важных перечислены ниже.

• Стандарт шифрования данных (DES). Разработанный в 1970-х гг., DES уже давно устарел из-за современных вычислений. Вдумайтесь: в 1999 году инженерам понадобилось 22 часа, чтобы взломать шифрование по алгоритму DES. А сейчас? С сегодняшними ресурсами это займет несколько минут.
• Стандарт тройного шифрования данных (3DES). Как следует из названия, 3DES выполняет шифрование по алгоритму DES трижды. Он шифрует, декодирует, а затем перекодирует данные. Хотя он является более надежной альтернативой первоначальному протоколу шифрования, позже он стал считаться слишком слабым для конфиденциальных данных.
• Расширенный стандарт шифрования (AES). Шифрование AES — наиболее распространенный тип шифрования с момента его создания в 2001 году. Известный своим сочетанием скорости и безопасности, он использует метод подстановки, с помощью которого можно создавать ключи длиной 128, 192 или 256 бит.
• Rivest-Shamir-Adleman (RSA). Эта асимметричная система названа в честь трех ученых, создавших ее в 1977 г. Она по-прежнему широко используется в настоящее время и особенно полезна для шифрования информации в интернете с помощью открытого или закрытого ключа.
• Эллиптическая криптография (ECC). ECC — это продвинутая форма асимметричного шифрования, которая основана на обнаружении дискретного логарифма на случайной эллиптической кривой. Чем длиннее кривая, тем выше безопасность, поскольку в этом случае ключи сложнее взломать с математической точки зрения. По этой причине эллиптическая криптография считается более безопасной, чем RSA.
• Криптография следующего поколения. Национальный институт стандартов и технологий включил в короткий список несколько перспективных алгоритмов, таких как CRYSTALS-KYBER и CRYSTALS-Dilithium. Новые, более сложные методы, подобные этим, призваны помочь организациям бороться с проблемами кибербезопасности в ближайшем и отдаленном будущем.

Очевидно, что существует множество вариантов шифрования данных. Однако универсального решения не существует. Важно учитывать различные факторы, исходя из своих потребностей в безопасности данных. К таким факторам могут относиться требуемый уровень надежности, стандарты производительности и эффективности, совместимость и многое другое.

Хороший первый шаг — понять, насколько конфиденциальны ваши данные на самом деле. Задайте себе указанный вопрос: насколько разрушительными были бы последствия, если бы эта информация стала доступной или раскрылась в результате утечки данных? Ответ на этот вопрос поможет определить тип шифрования, который лучше всего подходит для вашего конкретного варианта использования.

Очевидно, что шифрование важно для современной кибербезопасности. Вместе с тем его внедрение и управление им — непростая задача.

Существует несколько текущих и возникающих проблем, которые вам придется решать при использовании шифрования в своей организации. Давайте рассмотрим каждую из них более подробно.

1. Управление ключами

Управление ключами — это практика контроля криптографических ключей на протяжении всего их жизненного цикла (например, выдача, продление, отзыв и т. п.). Это фундаментальный аспект любого успешного внедрения шифрования, так как компрометация любого криптографического ключа может привести к уничтожению всей инфраструктуры безопасности.

Подумайте об этом: если хакер получит ваши ключи, то практически ничто не помешает ему украсть и расшифровать конфиденциальную информацию или аутентифицироваться как привилегированный пользователь. Вот почему управление ключами так сильно зависит от внедрения стандартов создания, хранения, удаления ключей и обмена ими.

К сожалению, управлять криптографической схемой непросто, особенно если вы используете ручной процесс. Именно поэтому многие организации развертывают системы управления ключами, которые могут автоматизировать и упростить рабочий процесс в необходимом масштабе. Правильно выбранное решение позволит избежать распространенных проблем, связанных с жизненным циклом, в том числе таких:

• неправильные повторно используемые ключи;
• невыполнение чередования ключей;
• неподходящее хранилище ключей;
• ненадлежащая защита;
• уязвимое перемещение ключей.

2. Кибератаки

Хакерские стратегии атак часто направлены на получение криптографических ключей. В случае неудачи хакеры не отказываются от достижения поставленной цели: они все равно делают все, что в их силах, чтобы осуществить взлом.

Это называется «атака грубой силой». Проще говоря, злоумышленники неоднократно пытаются взломать пароли, учетные данные и ключи шифрования, чтобы принудительно получить несанкционированный доступ. Они перебирают все возможные комбинации, надеясь правильно угадать.

Хотя этот метод взлома не очень эффективен, он все же представляет собой существенный фактор риска. Чем сложнее ваш алгоритм шифрования, тем меньше вероятность того, что злоумышленник добьется успеха. К счастью, современные ключи, как правило, достаточно длинные, так что атаки методом перебора непрактичны, а то и невозможны.

Еще одна существенная киберугроза — программы-шантажисты. Хотя шифрование обычно используется в качестве стратегии защиты данных, злоумышленники часто используют его против своих мишеней. После успешного сбора данных они шифруют их, чтобы вы больше не могли получить к ним доступ. Затем они требуют крупный выкуп в обмен на безопасный возврат информации.

3. Квантовые вычисления

Квантовые вычисления применяют законы квантовой физики к компьютерной обработке информации. Иными словами, это делает квантовый компьютер намного более мощным, чем обычный. Несмотря на то что эти технологии все еще находятся в разработке, вскоре они принесут огромные преимущества для таких отраслей, как здравоохранение, финансы и многие другие.

В 2019 г. компания Google опубликовала исследовательскую статью, открывающую новые горизонты. В исследовании было объявлено, что впервые в истории квантовый компьютер решил математическую задачу быстрее, чем самый быстрый в мире суперкомпьютер.

Более того, он сделал это всего за 22 секунды. Для сравнения: чтобы решить ту же задачу, классическому компьютеру понадобилось бы более 10 000 лет.

Почему это важно? Потому что это ознаменовало важную веху в развитии криптографически значимых квантовых вычислений. Другими словами, скоро наступит день, когда жизнеспособный квантовый компьютер сможет разрушить даже самые сложные асимметричные алгоритмы шифрования, доступные сегодня.

Хотя этот день еще не наступил, эксперты ожидают, что он наступит скорее раньше, чем позже. В самом деле, компания McKinsey прогнозирует, что к 2030 г. будет работать более 5000 квантовых компьютеров. И, когда они появятся, их использование во вред, а не во благо станет лишь вопросом времени.

Вот почему такие компании, как Entrust, лидируют в области постквантовой криптографии (PQC). Мы стремимся помочь организациям внедрить квантово-устойчивые криптографические системы, которые могут защитить их от возможной квантовой угрозы. Опередив появление квантовых компьютеров, вы сможете эффективно снизить текущие риски и риски отдаленного будущего.

Беспокоитесь об успешном внедрении шифрования? Не стоит: мы вам поможем. Вот несколько рекомендаций, которые помогут использовать криптографические системы в своих интересах:

1. Шифруйте все типы конфиденциальных данных. Это звучит очевидно, но слишком часто компании шифруют только те данные, которые находятся в открытом доступе и, скорее всего, будут найдены. Вместо этого используйте целостный подход к криптографии и обеспечьте защиту всей критически важной информации.
2. Оценивайте производительность. Во-первых, убедитесь, что ваш алгоритм обеспечивает защиту данных в достаточной мере. Затем оцените производительность, чтобы увидеть, не использует ли он слишком много вычислительной мощности или памяти. Это важно, так как вы не хотите перегружать системные ресурсы. Кроме того, по мере увеличения объемов данных важно, чтобы выбранный метод шифрования мог масштабироваться соответствующим образом.
3. Разработайте стратегию для неактивных и передаваемых данных. Как правило, именно эти данные наиболее уязвимы. Шифрование неактивных данных защищает активы, хранящиеся на физических устройствах, а обеспечение безопасности передачи данных снижает риски перехвата и раскрытия.
4. Учитывайте отраслевые нормы и законы. Существует множество пересекающихся требований, связанных с безопасностью и конфиденциальностью данных. Желательно понимать конкретные обязательства своей компании, чтобы можно было внедрять соответствующие решения и управлять ими надлежащим образом.
5. Всегда защищайте ключи. Криптографические ключи — основа безопасности всей стратегии шифрования. Защитите их в надежной среде, такой как аппаратный модуль безопасности (HSM).
6. Перейдите на постквантовую криптографию. Лучший способ сделать это — расставить приоритеты в отношении наиболее ценных активов, проведя инвентаризацию криптографических ключей. Затем, в соответствии с рекомендациями, проверьте готовность своей схемы к постквантовой эре. Наконец, после оценки своих возможностей заблаговременно составьте план соблюдения стандартов постквантовой криптографии на долгосрочную перспективу.

Начать внедрять шифрование может быть непросто. Однако компания Entrust поможет правильно приступить к делу. Как? С помощью самого широкого в отрасли портфеля криптографических продуктов и решений.

Возьмем, к примеру, шифрование SSL. Мы предлагаем услуги SSL и TLS, которые помогут управлять ключами шифрования и сертификатами в необходимом масштабе. Наши высоконадежные решения гарантируют безопасность данных вашей компании и данных клиентов без ущерба для скорости и эффективности.

Более того, аппаратные модули безопасности nShield от Entrust представляют собой идеальный корень доверия для всей криптографической системы. Наши аппаратные модули безопасности — это защищенные от взлома устройства, которые позволяют безопасно создавать, хранить ключи шифрования и подписи, а также управлять ими для полного управления жизненным циклом.

Вывод: шифрование — основополагающий компонент любой эффективной стратегии безопасности данных. С Entrust вы сможете прилагать меньше усилий и защитить свою компанию от угроз всех форм и размеров.