Какие алгоритмы шифрования используются?
Posted: Tue Jun 17, 2025 4:54 am
В современной криптографии используются различные алгоритмы шифрования, которые можно разделить на несколько основных категорий в зависимости от того, как они используют ключи.
1. Симметричные алгоритмы шифрования (Symmetric-Key Algorithms)
В симметричном шифровании для шифрования и расшифрования данных используется один и тот же ключ. Это делает его очень быстрым и эффективным для шифрования больших объемов данных. Однако основной проблемой является безопасный обмен этим общим секретным ключом между сторонами.
Как работает: Отправитель и получатель должны заранее договориться об одном и том же секретном ключе. Отправитель шифрует данные с помощью этого ключа, а получатель использует тот же ключ для расшифрования.
Преимущества: Высокая скорость, эффективность.
Недостатки: Проблема безопасной передачи ключа (Key Exchange Problem).
Распространенные алгоритмы:
AES (Advanced Encryption Standard): Самый распространенный и широко используемый симметричный блочный шифр в мире. Он является стандартом шифрования для правительства США и используется практически везде, от Wi-Fi до банковских систем и шифрования дисков. AES поддерживает ключи длиной 128, 192 и 256 бит.
3DES (Triple DES): Более старый стандарт, который трижды применяет алгоритм DES (Data Encryption Standard) с двумя или тремя разными ключами. Он гораздо медленнее AES и считается менее безопасным для большинства новых приложений, но все еще используется в некоторых устаревших системах, особенно в финансовой сфере.
RC4 (Rivest Cipher 4): Потоковый шифр, который когда-то был популярен (например, в SSL/TLS и WEP), но сейчас считается небезопасным из-за обнаруженных уязвимостей и не рекомендуется к использованию.
ChaCha20: Относительно новый потоковый шифр, часто используемый в связке с полиномиальным аутентификатором Poly1305 (ChaCha20-Poly1305). Используется в TLS 1.3 и некоторых VPN-протоколах, как более быстрая и безопасная альтернатива RC4.
ГОСТ 28147-89: Российский симметричный блочный шифр, используемый в государственных и коммерческих системах РФ.
2. Асимметричные алгоритмы шифрования (Asymmetric-Key Algorithms / Public-Key Cryptography)
В асимметричном шифровании используется пара математически связанных ключей: открытый (public key) и закрытый (private key). Открытый ключ можно свободно распространять, а закрытый ключ должен храниться в строжайшем секрете. Данные, зашифрованные одним ключом, могут быть расшифрованы только другим ключом из этой же пары.
Как работает: Если Алиса хочет отправить зашифрованное сообщение Бобу, она шифрует его публичным ключом Боба. Только Боб может расшифровать сообщение своим приватным ключом. Если Боб хочет доказать, что сообщение действительно от него (цифровая подпись), он шифрует его своим приватным ключом, а Алиса проверяет подпись публичным ключом Боба.
Преимущества: Решает проблему безопасного обмена ключами. Позволяет реализовать цифровую подпись, аутентификацию.
Недостатки: Гораздо медленнее симметричных алгоритмов, поэтому обычно используется для шифрования небольших объемов данных (например, симметричных ключей) или для цифровых подписей.
Распространенные алгоритмы:
RSA (Rivest-Shamir-Adleman): Один из первых и наиболее широко используемых алгоритмов асимметричного шифрования. Его безопасность основана на сложности факторизации больших простых чисел. Используется для шифрования, цифровых подписей, обмена ключами (например, в TLS/SSL). Длина ключей обычно 2048, 3072 или 4096 бит.
ECC (Elliptic Curve Cryptography - Криптография на эллиптических кривых): Более новый и эффективный алгоритм, чем RSA. Обеспечивает тот же уровень безопасности с гораздо меньшей длиной ключа (например, 256-битный ECC-ключ обеспечивает примерно такую же безопасность, как 3072-битный RSA-ключ). Это делает его идеальным для мобильных устройств и сред с ограниченными ресурсами. Используется для цифровых подписей (ECDSA) и обмена ключами (ECDH).
Diffie-Hellman (Диффи-Хеллман): Алгоритм для безопасного обмена симметричным ключом по незащищенному каналу. Сам по себе не шифрует данные, но позволяет двум сторонам создать общий секретный ключ, который затем используется для симметричного шифрования.
3. Хеш-функции (Hash Functions)
Хотя хеш-функции не являются алгоритмами шифрования в прямом смысле (они не предназначены для обратимого преобразования данных), они являются фундаментальным компонентом криптографических систем. Хеш-функция принимает на вход данные любого размера и выдает фиксированную строку символов (хеш, дайджест сообщения, отпечаток).
Свойства:
Однонаправленность: Практически невозможно восстановить исходные данные по хешу.
Уникальность: Небольшое изменение во входных данных приводит к совершенно другому хешу.
Детерминированность: Одни и те же входные данные всегда дают один и тот же хеш.
Применение:
Проверка целостности данных: Сравнение хешей для проверки, не были ли данные изменены в процессе передачи или хранения.
Хранение паролей: Вместо самих паролей хранятся их хеши. При аутентификации вводимый пароль хешируется и сравнивается с сохраненным хешем.
Цифровые подписи: Подписывается хеш документа, а не сам документ целиком.
Распространенные алгоритмы:
SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2): Семейство хеш-функций, включая SHA-256, SHA-384, SHA-512. Широко используются для проверки целостности данных, в блокчейне и SSL/TLS.
SHA-3 (Keccak): Более новая хеш-функция, разработанная как альтернатива SHA-2.
MD5 (Message Digest 5): Очень старая хеш-функция, которая считается криптографически скомпрометированной (найдены коллизии) и не рекомендуется для использования в целях безопасности.
Гибридное шифрование
В реальных системах часто используется гибридное шифрование, которое сочетает преимущества симметричного и асимметричного шифрования:
Асимметричное шифрование (например, RSA или ECC) используется для безопасного обмена симметричным ключом.
Затем этот симметричный ключ (ключ сессии) используется для симметричного шифрования больших объемов данных, что значительно быстрее.
1. Симметричные алгоритмы шифрования (Symmetric-Key Algorithms)
В симметричном шифровании для шифрования и расшифрования данных используется один и тот же ключ. Это делает его очень быстрым и эффективным для шифрования больших объемов данных. Однако основной проблемой является безопасный обмен этим общим секретным ключом между сторонами.
Как работает: Отправитель и получатель должны заранее договориться об одном и том же секретном ключе. Отправитель шифрует данные с помощью этого ключа, а получатель использует тот же ключ для расшифрования.
Преимущества: Высокая скорость, эффективность.
Недостатки: Проблема безопасной передачи ключа (Key Exchange Problem).
Распространенные алгоритмы:
AES (Advanced Encryption Standard): Самый распространенный и широко используемый симметричный блочный шифр в мире. Он является стандартом шифрования для правительства США и используется практически везде, от Wi-Fi до банковских систем и шифрования дисков. AES поддерживает ключи длиной 128, 192 и 256 бит.
3DES (Triple DES): Более старый стандарт, который трижды применяет алгоритм DES (Data Encryption Standard) с двумя или тремя разными ключами. Он гораздо медленнее AES и считается менее безопасным для большинства новых приложений, но все еще используется в некоторых устаревших системах, особенно в финансовой сфере.
RC4 (Rivest Cipher 4): Потоковый шифр, который когда-то был популярен (например, в SSL/TLS и WEP), но сейчас считается небезопасным из-за обнаруженных уязвимостей и не рекомендуется к использованию.
ChaCha20: Относительно новый потоковый шифр, часто используемый в связке с полиномиальным аутентификатором Poly1305 (ChaCha20-Poly1305). Используется в TLS 1.3 и некоторых VPN-протоколах, как более быстрая и безопасная альтернатива RC4.
ГОСТ 28147-89: Российский симметричный блочный шифр, используемый в государственных и коммерческих системах РФ.
2. Асимметричные алгоритмы шифрования (Asymmetric-Key Algorithms / Public-Key Cryptography)
В асимметричном шифровании используется пара математически связанных ключей: открытый (public key) и закрытый (private key). Открытый ключ можно свободно распространять, а закрытый ключ должен храниться в строжайшем секрете. Данные, зашифрованные одним ключом, могут быть расшифрованы только другим ключом из этой же пары.
Как работает: Если Алиса хочет отправить зашифрованное сообщение Бобу, она шифрует его публичным ключом Боба. Только Боб может расшифровать сообщение своим приватным ключом. Если Боб хочет доказать, что сообщение действительно от него (цифровая подпись), он шифрует его своим приватным ключом, а Алиса проверяет подпись публичным ключом Боба.
Преимущества: Решает проблему безопасного обмена ключами. Позволяет реализовать цифровую подпись, аутентификацию.
Недостатки: Гораздо медленнее симметричных алгоритмов, поэтому обычно используется для шифрования небольших объемов данных (например, симметричных ключей) или для цифровых подписей.
Распространенные алгоритмы:
RSA (Rivest-Shamir-Adleman): Один из первых и наиболее широко используемых алгоритмов асимметричного шифрования. Его безопасность основана на сложности факторизации больших простых чисел. Используется для шифрования, цифровых подписей, обмена ключами (например, в TLS/SSL). Длина ключей обычно 2048, 3072 или 4096 бит.
ECC (Elliptic Curve Cryptography - Криптография на эллиптических кривых): Более новый и эффективный алгоритм, чем RSA. Обеспечивает тот же уровень безопасности с гораздо меньшей длиной ключа (например, 256-битный ECC-ключ обеспечивает примерно такую же безопасность, как 3072-битный RSA-ключ). Это делает его идеальным для мобильных устройств и сред с ограниченными ресурсами. Используется для цифровых подписей (ECDSA) и обмена ключами (ECDH).
Diffie-Hellman (Диффи-Хеллман): Алгоритм для безопасного обмена симметричным ключом по незащищенному каналу. Сам по себе не шифрует данные, но позволяет двум сторонам создать общий секретный ключ, который затем используется для симметричного шифрования.
3. Хеш-функции (Hash Functions)
Хотя хеш-функции не являются алгоритмами шифрования в прямом смысле (они не предназначены для обратимого преобразования данных), они являются фундаментальным компонентом криптографических систем. Хеш-функция принимает на вход данные любого размера и выдает фиксированную строку символов (хеш, дайджест сообщения, отпечаток).
Свойства:
Однонаправленность: Практически невозможно восстановить исходные данные по хешу.
Уникальность: Небольшое изменение во входных данных приводит к совершенно другому хешу.
Детерминированность: Одни и те же входные данные всегда дают один и тот же хеш.
Применение:
Проверка целостности данных: Сравнение хешей для проверки, не были ли данные изменены в процессе передачи или хранения.
Хранение паролей: Вместо самих паролей хранятся их хеши. При аутентификации вводимый пароль хешируется и сравнивается с сохраненным хешем.
Цифровые подписи: Подписывается хеш документа, а не сам документ целиком.
Распространенные алгоритмы:
SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2): Семейство хеш-функций, включая SHA-256, SHA-384, SHA-512. Широко используются для проверки целостности данных, в блокчейне и SSL/TLS.
SHA-3 (Keccak): Более новая хеш-функция, разработанная как альтернатива SHA-2.
MD5 (Message Digest 5): Очень старая хеш-функция, которая считается криптографически скомпрометированной (найдены коллизии) и не рекомендуется для использования в целях безопасности.
Гибридное шифрование
В реальных системах часто используется гибридное шифрование, которое сочетает преимущества симметричного и асимметричного шифрования:
Асимметричное шифрование (например, RSA или ECC) используется для безопасного обмена симметричным ключом.
Затем этот симметричный ключ (ключ сессии) используется для симметричного шифрования больших объемов данных, что значительно быстрее.