Симметричное шифрование
Симметричное шифрование — класс шифров, где один и тот же секретный ключ служит и для шифрования, и для расшифровки. Оно быстрое, но ключ нужно безопасно передать обеим сторонам.
Как работает симметричное шифрование
Отправитель и получатель заранее получают один и тот же секретный ключ. Первый закрывает им сообщение, второй открывает. Так устроены и исторические шифры: у шифра Цезаря ключ — сдвиг, у Виженера — слово. Современные алгоритмы делятся на блочные и поточные.
Алгоритмы симметричного шифрования: блочные и поточные
- Блочные режут данные на блоки фиксированной длины и шифруют блок за блоком. AES (стандарт FIPS 197, 26 ноября 2001 года) работает с блоком в 128 бит и ключом в 128, 192 или 256 бит. В ГОСТ Р 34.12-2015 (на его основе подготовлен межгосударственный ГОСТ 34.12-2018, введённый в России с 1 июня 2019 года) описаны «Кузнечик» (блок 128 бит, ключ 256 бит) и «Магма» (блок 64 бита, ключ 256 бит). Как блоки связывают друг с другом, определяет режим шифрования, это отдельная тема.
- Поточные смешивают данные с псевдослучайной последовательностью, вырабатываемой из ключа. Пример — ChaCha20 (RFC 8439, 2018). Поточный RC4 из протокола TLS запрещён с 2015 года (RFC 7465).
Плюс всей группы — скорость: так шифруют файлы, диски и трафик. DES с ключом в 56 бит считается устаревшим: в 1998 году его вскрыли за 56 часов.
Главная проблема: как передать ключ
Обе стороны должны иметь один ключ, и передать его надо так, чтобы никто не перехватил. Перехваченный ключ обесценивает всё шифрование. Растёт и число ключей: на n участников приходится n(n − 1)/2 пар. Для 10 человек это 45 ключей, для 100 — 4950, для 1000 — 499 500. Выход нашли в 1976 году Диффи и Хеллман: ключ согласуют асимметричным обменом, а данные шифруют быстрым симметричным шифром. По такой схеме работает HTTPS: в TLS 1.3 ключ согласуют методом (EC)DHE либо берут заранее известный общий ключ, а записи защищают симметричными шифрами.
Симметричное, асимметричное шифрование и хеширование
| Признак | Симметричное | Асимметричное | Хеширование |
|---|---|---|---|
| Ключи | Один общий секретный | Пара: открытый и закрытый | Нет |
| Обратимость | Да, с ключом | Да, с закрытым ключом | Нет |
| Скорость | Высокая | Ниже | Высокая |
| Задача | Шифрование данных | Обмен ключами, подпись | Контроль целостности |
| Примеры | AES, «Кузнечик», ChaCha20 | RSA, эллиптические кривые | SHA-256, «Стрибог» |
Хеш необратим: по значению SHA-256 данные не восстановить, а свойства таких функций описаны в термине про хеш-функцию. От кодирования (Base64, азбука Морзе) шифрование отличается ключом: кодировку снимает любой, кто знает правило, о чём подробно в статье про кодирование информации.
Частые вопросы
Что такое симметричное шифрование простыми словами?
Один ключ на двоих: тем же ключом, которым данные закрыли, их и открывают. Как сейф, к которому у двух людей одинаковые ключи. Это быстро, поэтому так шифруют файлы и трафик, а сложность в том, чтобы безопасно передать ключ.
Какие алгоритмы симметричного шифрования самые известные?
Из блочных — AES и российские «Кузнечик» с «Магмой» из ГОСТ Р 34.12-2015, из поточных — ChaCha20. Устаревшими считаются DES (ключ 56 бит, вскрыт за 56 часов в 1998 году) и RC4 (запрещён в TLS с 2015 года), поэтому в новых системах их не выбирают.
Чем симметричное шифрование отличается от асимметричного?
Ключами: в симметричном один общий секрет, в асимметричном пара, где открытый ключ можно публиковать, а закрытый держат в тайне. Симметричное быстрее, асимметричное решает проблему передачи ключа и позволяет подписывать. В реальных системах их сочетают.
Можно ли зашифровать QR-код симметричным шифром?
Шифруют не код, а текст до него. Зашифруйте сообщение, запишите шифртекст в QR-код с текстом, а ключ передайте другим путём. Сам QR-код ничего не шифрует, и генератор QRcode.website тоже: шифровать и расшифровывать придётся отдельно.