Back to the topics list

kryptografia

Wprowadzenie do kryptografii

Kryptografia to praktyka i badanie technik bezpiecznej komunikacji w obecności osób trzecich zwanych przeciwnikami. Jego głównym celem jest zapewnienie prywatności, uwierzytelniania, integralności i niezaprzeczalności wiadomości lub danych.

Historyczny kontekst kryptografii

Sztuka kryptografii jest tak stara jak samo pisanie. Początkowo stosowano go po to, aby tylko zamierzeni odbiorcy mogli zrozumieć treść wiadomości. Starożytni Egipcjanie, Grecy i Rzymianie opracowali i stosowali techniki kryptograficzne. Dobrze znanym przykładem jest szyfr Cezara , szyfr podstawieniowy, w którym każda litera tekstu jawnego jest przesuwana o określoną liczbę miejsc w dół alfabetu.

Podstawowe techniki kryptograficzne

Istnieją dwie podstawowe kategorie algorytmów kryptograficznych:

• Kryptografia klucza symetrycznego: zarówno nadawca, jak i odbiorca używają tego samego klucza do szyfrowania i deszyfrowania. Obejmuje to algorytmy takie jak AES (Advanced Encryption Standard).
• Kryptografia klucza asymetrycznego: wykorzystuje parę kluczy, jeden do szyfrowania (klucz publiczny) i jeden do deszyfrowania (klucz prywatny). RSA (Rivest – Shamir – Adleman) to jeden z najpopularniejszych algorytmów asymetrycznych.

Zrozumienie szyfrowania i deszyfrowania

Szyfrowanie to proces przekształcania tekstu jawnego w tekst zaszyfrowany, który jest nieczytelny dla nikogo poza posiadaczem klucza. Deszyfrowanie to proces odwrotny, polegający na zamianie tekstu zaszyfrowanego z powrotem w czytelny tekst jawny. Zależność matematyczną można wyrazić jako:

• Szyfrowanie: \(C = E_k(P)\) , gdzie \(C\) to tekst zaszyfrowany, \(P\) to zwykły tekst, a \(E_k\) to funkcja szyfrowania przy użyciu klucza \(k\) .
• Deszyfrowanie: \(P = D_k(C)\) , gdzie \(P\) to tekst jawny, \(C\) to tekst zaszyfrowany, a \(D_k\) to funkcja deszyfrująca przy użyciu klucza \(k\) .

Przykłady algorytmów kryptograficznych

• AES (Advanced Encryption Standard): Szeroko stosowany algorytm szyfrowania symetrycznego, który szyfruje bloki danych o stałym rozmiarze. Uważa się, że jest bezpieczny przed atakami typu brute-force.
• RSA (Rivest – Shamir – Adleman): Jeden z pierwszych kryptosystemów z kluczem publicznym, szeroko stosowany do bezpiecznej transmisji danych. Działa na zasadzie, że duże liczby łatwo jest pomnożyć, ale trudno rozłożyć na czynniki ich iloczyn.

Infrastruktura klucza publicznego (PKI)

Infrastruktura klucza publicznego to platforma do zarządzania certyfikatami cyfrowymi i szyfrowaniem kluczy publicznych. Umożliwia użytkownikom niezabezpieczonej sieci publicznej, takiej jak Internet, bezpieczną i prywatną wymianę danych.

Funkcje skrótu

Funkcje skrótu to rodzaj algorytmu kryptograficznego, który generuje ciąg bajtów o stałym rozmiarze (tzw. skrót) z danych wejściowych o dowolnym rozmiarze. Służą one do zapewnienia integralności danych. Dobrze znanym przykładem jest algorytm SHA-256 stosowany w wydobywaniu Bitcoinów.

Podpisy cyfrowe

Podpisy cyfrowe to technika kryptograficzna zapewniająca pochodzenie i integralność komunikacji cyfrowej lub dokumentów. Podpis cyfrowy jest generowany przy użyciu klucza prywatnego i może zostać zweryfikowany przez każdego, kto posiada odpowiedni klucz publiczny.

Kryptanaliza

Kryptoanaliza to nauka zajmująca się analizą systemów informatycznych w celu zrozumienia ukrytych aspektów systemów. Służy do włamywania się do systemów zabezpieczeń kryptograficznych i uzyskiwania dostępu do zawartości zaszyfrowanych wiadomości.

Zastosowania kryptografii

Kryptografia ma szeroki zakres zastosowań, w tym zabezpieczanie poufnej komunikacji, ochronę informacji na urządzeniach pamięci masowej, zwiększanie bezpieczeństwa sieci i sieci, zabezpieczanie elektronicznych transakcji finansowych oraz zapewnianie integralności i autentyczności podpisów cyfrowych i certyfikatów.

Wyzwania i przyszłość kryptografii

Wraz z rozwojem mocy obliczeniowej, takiej jak obliczenia kwantowe, obecne techniki kryptograficzne stają przed nowymi wyzwaniami. Kryptografowie aktywnie pracują nad opracowaniem nowych algorytmów, które wytrzymają moc obliczeniową komputerów kwantowych.