Περιπτώσεις χρήσης κρυπτογραφίας: Από την ασφαλή επικοινωνία στην ασφάλεια δεδομένων  – Ιστολόγιο της IBM

Όταν πρόκειται για την την ασφάλεια των δεδομένων, η αρχαία τέχνη του κρυπτογράφηση έχει γίνει ένας κρίσιμος ακρογωνιαίος λίθος της σημερινής ψηφιακής εποχής. Από άκρως απόρρητες κυβερνητικές πληροφορίες μέχρι καθημερινά προσωπικά μηνύματα, η κρυπτογραφία καθιστά δυνατή την απόκρυψη των πιο ευαίσθητων πληροφοριών μας από ανεπιθύμητους θεατές. Είτε κάνετε αγορές μέσω Διαδικτύου είτε αποθηκεύοντας πολύτιμα εμπορικά μυστικά στο δίσκο, μπορούμε να ευχαριστήσουμε την κρυπτογραφία για οποιαδήποτε εμφάνιση απορρήτου που μπορεί να έχουμε. 

Οι κύριες αρχές της κρυπτογραφίας καθιερώνουν την εμπιστοσύνη κατά τη διεξαγωγή επιχειρήσεων στο διαδίκτυο. Περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

• Εμπιστευτικότητα: Κρυπτογραφημένες πληροφορίες μπορεί να έχει πρόσβαση μόνο από το άτομο για το οποίο προορίζεται και κανένας άλλος. 
• Ακεραιότητα: Οι κρυπτογραφημένες πληροφορίες δεν μπορούν να τροποποιηθούν κατά την αποθήκευση ή τη μεταφορά μεταξύ του αποστολέα και του προβλεπόμενου παραλήπτη χωρίς να εντοπιστούν αλλαγές.
• Μη απόρριψη: Ο δημιουργός/αποστολέας των κρυπτογραφημένων πληροφοριών δεν μπορεί να αρνηθεί την πρόθεσή του να στείλει τις πληροφορίες.
• Αυθεντικοποίηση: Η ταυτότητα του αποστολέα και του παραλήπτη —καθώς και η προέλευση και ο προορισμός των πληροφοριών— επιβεβαιώνονται.
• Διαχείριση κλειδιών: Τα κλειδιά που χρησιμοποιούνται για την κρυπτογράφηση και την αποκρυπτογράφηση δεδομένων και τις σχετικές εργασίες όπως το μήκος του κλειδιού, η διανομή, η παραγωγή, η περιστροφή κ.λπ. διατηρούνται ασφαλή.

Πριν βουτήξουμε στις πολλές περιπτώσεις χρήσης της κρυπτογραφίας, ας δούμε τα βασικά της κρυπτογραφίας.

Κατανόηση των βασικών στοιχείων της κρυπτογραφίας

Σε όλη την ιστορία, οι κρυπτολόγοι έχουν χρησιμοποιήσει διάφορες μεθόδους για την κωδικοποίηση προσωπικών πληροφοριών και τη δημιουργία κρυπτογραφημένων μηνυμάτων. Ενώ μοντέρνα κρυπτογραφικούς αλγορίθμους είναι πολύ πιο προχωρημένα, τα θεμελιώδη βήματα παραμένουν πολύ παρόμοια. 

Η βασική κρυπτολογία παίρνει τις πρωτότυπες, μη κωδικοποιημένες πληροφορίες (γνωστές ως απλό κείμενο) και τις κωδικοποιεί σε έναν κωδικοποιημένο κώδικα (γνωστό ως κρυπτογραφημένο κείμενο) με τη βοήθεια ενός μυστικού κλειδιού ή κλειδιών, το οποίο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αποκωδικοποίηση του κρυπτογραφημένου κειμένου ξανά σε απλό κείμενο. 

Κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι

Οι κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι είναι οι μαθηματικοί τύποι που χρησιμοποιούνται για την κρυπτογράφηση και την αποκρυπτογράφηση δεδομένων. Αυτοί οι αλγόριθμοι δημιουργούν μυστικά κλειδιά για να καθορίσουν πώς τα δεδομένα μετατρέπονται από το αρχικό τους απλό κείμενο σε κρυπτογραφημένο κείμενο και αντίστροφα. Μερικοί γνωστοί κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι περιλαμβάνουν RSA (Rivest-Shamir-Adleman), AES (Advanced Encryption Standard) και ECC (Elliptic Curve Cryptography). 

Σε βασικό επίπεδο, οι περισσότεροι κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι δημιουργούν κλειδιά πολλαπλασιάζοντας μεγάλους πρώτους αριθμούς. Ενώ ο πολλαπλασιασμός είναι εύκολος για τους σύγχρονους υπολογιστές, η παραγοντοποίηση μεγάλων αριθμών σε δύο μεγάλους πρώτους αριθμούς απαιτεί τόση υπολογιστική ισχύ, που είναι πρακτικά αδύνατο. Τα κρυπτοσυστήματα που χρησιμοποιούν μικρότερα κλειδιά μπορούν να κατασκευαστούν αντίστροφα σχετικά εύκολα, αλλά ακόμη και οι ταχύτεροι υπερυπολογιστές θα χρειαστούν εκατοντάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια για να επιτεθούν με ωμή βία στους σημερινούς ισχυρότερους κρυπτογραφικούς αλγόριθμους. Η κρυπτογραφία ελλειπτικής καμπύλης προσθέτει ένα επιπλέον επίπεδο ασφάλειας χρησιμοποιώντας τυχαίους αριθμούς για τη δημιουργία πολύ ισχυρότερων κλειδιών που ακόμη και οι κβαντικοί υπολογιστές επόμενης γενιάς δεν μπορούν να σπάσουν. 

Βασική διαχείριση

Βασική διαχείριση αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της κρυπτογραφίας. κάθε κρυπτοσύστημα χρησιμοποιεί κλειδιά τόσο για την κρυπτογράφηση όσο και για την αποκρυπτογράφηση δεδομένων. Η διαχείριση κλειδιών περιλαμβάνει την ασφαλή δημιουργία, αποθήκευση και διανομή κλειδιών κρυπτογράφησης μεταξύ των χρηστών. Η σωστή διαχείριση κλειδιών είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ασφάλειας των κρυπτογραφημένων δεδομένων, καθώς τα αδύναμα ή κλεμμένα κλειδιά μπορούν να δημιουργήσουν κρίσιμα τρωτά σημεία σε οποιοδήποτε κρυπτογραφικό σύστημα. Τα μεγέθη κλειδιών, η τυχαιότητα και η αποθήκευση είναι όλες κρίσιμες λειτουργίες της διαχείρισης κλειδιών. 

Συμμετρική κρυπτογράφηση

Επίσης γνωστή ως κρυπτογραφία ιδιωτικού κλειδιού ή κρυπτογραφία μυστικού κλειδιού, συμμετρικά κρυπτοσυστήματα χρησιμοποιήστε μόνο ένα κλειδί τόσο για κρυπτογράφηση όσο και για αποκρυπτογράφηση. Για να λειτουργήσουν αυτοί οι τύποι συστημάτων, κάθε χρήστης πρέπει να έχει ήδη πρόσβαση στο ίδιο ιδιωτικό κλειδί. Τα ιδιωτικά κλειδιά μπορεί να κοινοποιούνται είτε μέσω ενός προηγουμένως εδραιωμένου διαύλου επικοινωνίας (όπως ιδιωτική ταχυμεταφορά ή ασφαλής γραμμή) είτε, πιο πρακτικά, μια ασφαλής μέθοδος ανταλλαγής κλειδιών (όπως η Συμφωνία-κλειδί Diffie-Hellman). 

Παρά τις ευπάθειες που δημιουργούνται από τη χρήση μόνο ενός κλειδιού, αυτός ο τύπος κρυπτογράφησης είναι ταχύτερος και πιο αποτελεσματικός από τις εναλλακτικές μεθόδους. Οι δημοφιλείς αλγόριθμοι συμμετρικής κρυπτογράφησης περιλαμβάνουν DES (Πρότυπο κρυπτογράφησης δεδομένων), 3DES (Τριπλό DES) και AES.

Ασύμμετρη κρυπτογράφηση

Asymmetric enκρυπτογράφηση, επίσης γνωστή ως κρυπτογράφηση δημόσιου κλειδιού, χρησιμοποιεί ένα ζεύγος κλειδιών—ένα δημόσιο κλειδί και ένα ιδιωτικό κλειδί. Το δημόσιο κλειδί χρησιμοποιείται για κρυπτογράφηση, το ιδιωτικό κλειδί χρησιμοποιείται για αποκρυπτογράφηση και κάθε χρήστης έχει το δικό του ζεύγος κλειδιών. Τα δύο κλειδιά κρυπτογράφησης που χρησιμοποιούνται στην κρυπτογράφηση δημόσιου κλειδιού προσθέτουν ένα πρόσθετο επίπεδο ασφάλειας, αλλά αυτή η πρόσθετη προστασία έχει το κόστος της μειωμένης απόδοσης. RSA, ECC και το Πρωτόκολλο ασφαλούς κελύφους (SSH) είναι κοινοί αλγόριθμοι ασύμμετρης κρυπτογραφίας.

Περιπτώσεις χρήσης κρυπτογραφίας

Ασφαλής επικοινωνία 

Μία από τις πιο συνηθισμένες περιπτώσεις χρήσης κρυπτογραφίας είναι η παροχή ασφαλούς επικοινωνίας μέσω Διαδικτύου. Transport Layer Security (TLS) και ο προκάτοχός του, το Secure Sockets Layer (SSL), χρησιμοποιούν κρυπτογραφικά πρωτόκολλα για τη δημιουργία προστατευμένων συνδέσεων μεταξύ προγραμμάτων περιήγησης ιστού και διακομιστών. Αυτό το ασφαλές κανάλι διασφαλίζει ότι τα δεδομένα που κοινοποιούνται μεταξύ του προγράμματος περιήγησης ενός χρήστη και ενός ιστότοπου παραμένουν ιδιωτικά και δεν μπορούν να υποκλαπούν από κακόβουλους παράγοντες. 

Η κρυπτογραφία χρησιμοποιείται επίσης για κοινές εφαρμογές ανταλλαγής μηνυμάτων όπως το email και το WhatsApp κρυπτογράφηση από άκρο σε άκρο (E2EE) και να διατηρήσουν το απόρρητο των συνομιλιών των χρηστών. Με το E2EE, μόνο ο αποστολέας και ο προβλεπόμενος παραλήπτης μπορούν να αποκρυπτογραφήσουν και να διαβάσουν τα μηνύματά τους, καθιστώντας σχεδόν αδύνατο για τρίτα μέρη —συμπεριλαμβανομένων των παρόχων υπηρεσιών των χρηστών— να έχουν πρόσβαση στο περιεχόμενο.

Κρυπτογράφηση δεδομένων

Η κρυπτογράφηση δεδομένων είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μορφή κρυπτογραφίας που προστατεύει ευαίσθητες πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες σε διάφορες συσκευές, όπως σκληρούς δίσκους, smartphone και υπηρεσίες αποθήκευσης cloud. Ισχυροί αλγόριθμοι κρυπτογράφησης όπως ο AES μετατρέπουν αποτελεσματικά το απλό κείμενο σε κρυπτογραφημένο κείμενο, διασφαλίζοντας ότι ακόμη και αν ένα μη εξουσιοδοτημένο μέρος αποκτήσει πρόσβαση, δεν θα μπορεί να αποκρυπτογραφήσει ευαίσθητα δεδομένα χωρίς πρόσβαση στο κλειδί κρυπτογράφησης των εξουσιοδοτημένων χρηστών. 

Ακεραιότητα δεδομένων

Η κρυπτογραφία χρησιμοποιείται επίσης για τη διασφάλιση της ακεραιότητας των δεδομένων. Λειτουργίες κατακερματισμού είναι ένας τύπος κρυπτογραφικού αλγορίθμου που δημιουργεί κατακερματισμούς σταθερού μεγέθους (επίσης γνωστοί ως αναλύσεις) δεδομένων – μετατρέποντας ουσιαστικά ένα σύνολο δεδομένων σε έναν μοναδικό αριθμητικό κατακερματισμό. Αυτοί οι κατακερματισμοί είναι τόσο μοναδικοί που η αλλαγή ακόμη και ενός χαρακτήρα ή διαστήματος εντός του απλού κειμένου θα παρήγαγε μια εντελώς διαφορετική αριθμητική τιμή. Οι παραλήπτες, οι εφαρμογές ή οι ιστότοποι μπορούν να επαληθεύσουν την ακεραιότητα των δεδομένων συγκρίνοντας τον κατακερματισμό των ληφθέντων δεδομένων με τον αναμενόμενο κατακερματισμό και μπορούν να επιβεβαιώσουν ότι τα δεδομένα δεν έχουν τροποποιηθεί κατά τη μετάδοση. 

Οι συναρτήσεις κατακερματισμού χρησιμοποιούνται επίσης συχνά για την επαλήθευση των κωδικών πρόσβασης χρηστών χωρίς να χρειάζεται να δημιουργηθεί μια ευάλωτη βάση δεδομένων από την πλευρά του πελάτη με ιδιωτικούς κωδικούς πρόσβασης. Αντίθετα, υπηρεσίες όπως οι διαδικτυακές πύλες τραπεζικών συναλλαγών θα συλλέγουν και θα αποθηκεύουν μόνο τους κατακερματισμούς των κωδικών πρόσβασης χρηστών. Ακόμα κι αν μια τέτοια βάση δεδομένων κλαπεί, ένας κακόβουλος παράγοντας δεν θα μπορούσε να συναγάγει τον κωδικό πρόσβασης οποιουδήποτε χρήστη μόνο από τον κατακερματισμό του. 

Πιστοποίηση

Η επαλήθευση της αυθεντικότητας των πληροφοριών που αποστέλλονται και λαμβάνονται είναι μια κρίσιμη λειτουργία της κρυπτογραφίας που χρησιμοποιείται για τη διεξαγωγή κάθε είδους επιχειρηματικής δραστηριότητας, η οποία καθίσταται δυνατή με τη χρήση ψηφιακές υπογραφές. Μέσω της ασύμμετρης κρυπτογραφίας, τα έγγραφα μπορούν να τροποποιηθούν με ψηφιακές υπογραφές, οι οποίες μπορούν να δημιουργηθούν μόνο με τη χρήση ιδιωτικού κλειδιού. Οι παραλήπτες ψηφιακά υπογεγραμμένων εγγράφων μπορούν να χρησιμοποιήσουν το δημόσιο κλειδί του αποστολέα για να επαληθεύσουν τη γνησιότητα της υπογραφής και να επιβεβαιώσουν ότι το έγγραφο δεν έχει παραβιαστεί κατά τη μετάδοση. 

Μη αποκήρυξη

Η μη απόρριψη είναι μια νομική έννοια που διασφαλίζει την αυθεντικότητα των ληφθέντων μηνυμάτων και εμποδίζει τον αποστολέα να αρνηθεί την εγκυρότητα οποιουδήποτε συγκεκριμένου απεσταλμένου μηνύματος. Οι ψηφιακές υπογραφές αποτελούν κρίσιμο στοιχείο της μη απόρριψης, καθώς αποδεικνύουν ότι ο αποστολέας, και κανείς άλλος, υπέγραψε το μήνυμα ή το έγγραφο. Η μη απόρριψη με δυνατότητα κρυπτογραφίας, όπως καθορίζεται από πρωτόκολλα ακεραιότητας δεδομένων και ψηφιακές υπογραφές, παρέχει ένα βιώσιμο πλαίσιο για την επαλήθευση νομίμως δεσμευτικών διαπραγματεύσεων, συμβάσεων και άλλων τύπων νομικών συναλλαγών και επιχειρήσεων.

Ανταλλαγή κλειδιών 

Ένα σημαντικό στοιχείο της ασφαλούς επικοινωνίας, η ανταλλαγή κλειδιών είναι μια κρίσιμη πτυχή της δημιουργίας μιας ασφαλούς σύνδεσης, ειδικά σε ασύμμετρα κρυπτοσυστήματα. Η κρυπτογραφία παίζει πολύτιμο ρόλο και σε αυτό το προκαταρκτικό βήμα. Ορόσημο στην ανάπτυξη της κρυπτογραφίας δημόσιου κλειδιού, ο αλγόριθμος ανταλλαγής κλειδιών Diffie-Hellman επιτρέπει σε δύο μέρη να ανταλλάσσουν με ασφάλεια κλειδιά κρυπτογράφησης μέσω ενός μη ασφαλούς καναλιού. Αυτή η μέθοδος διασφαλίζει ότι ακόμα κι αν ένας υποκλοπής παρακολουθεί το διάλογο ανταλλαγής κλειδιών, δεν μπορεί να αποκρυπτογραφήσει τα κλειδιά κρυπτογράφησης που ανταλλάσσονται. Μέσω της κρυπτογραφίας, αλγόριθμοι όπως το πρωτόκολλο ανταλλαγής κλειδιών Diffie-Hellman επιτρέπουν στα μέρη να δημιουργούν ασφαλείς συνδέσεις μέσω κρυπτογράφησης δημόσιου κλειδιού, χωρίς την ανάγκη για μια προηγουμένως καθιερωμένη και δυνητικά ευάλωτη εναλλακτική ανταλλαγή κλειδιών. 

Ασφάλεια επικοινωνίας API

Χαρακτηριστικό γνώρισμα του Web 2.0 (και πέραν αυτού), η συνεργατική λειτουργικότητα μεταξύ εφαρμογών επιτρέπει σε διάφορες εφαρμογές και υπηρεσίες ιστού να αντλούν δεδομένα μέσα από τα σεβαστά εικονικά οικοσυστήματα τους, επιτρέποντας μαζικά διευρυμένη λειτουργικότητα όλων των ειδών εφαρμογών—από την ενσωμάτωση αναρτήσεων στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης σε ειδήσεις άρθρα για την κοινή χρήση αναλυτικών στοιχείων κρίσιμων συστημάτων σε προηγμένους πίνακες εργαλείων.

Γνωστή ως διεπαφές προγραμματισμού εφαρμογών (API), αυτά τα συστήματα έχουν σχεδιαστεί για να διευκολύνουν την επικοινωνία μεταξύ προγραμμάτων και η κρυπτογραφία διασφαλίζει ότι αυτά τα ευαίσθητα δεδομένα παραμένουν προστατευμένα από παρεμβατική υποκλοπή ή παραποίηση, διασφαλίζοντας ότι μόνο εξουσιοδοτημένα μέρη μπορούν να έχουν πρόσβαση στις πληροφορίες. Τα κλειδιά και τα διακριτικά API χρησιμοποιούνται συχνά παράλληλα με την κρυπτογράφηση για την προστασία ευαίσθητων δεδομένων που ανταλλάσσονται μεταξύ εφαρμογών, ειδικά σε καταστάσεις όπου η ασφάλεια είναι πιο κρίσιμη, όπως δημόσια έργα και υποδομές. 

Κβαντική ασφάλεια στον κυβερνοχώρο υπολογιστών

Η άνοδος του κβαντική υπολογιστική αποτελεί σημαντική απειλή για τις υπάρχουσες μεθοδολογίες κρυπτογράφησης και κυβερνασφάλεια συστήματα. Τα περισσότερα σύγχρονα κρυπτοσυστήματα έχουν σχεδιαστεί για να αντέχουν την πιθανή υπολογιστική ισχύ των παραδοσιακών υπολογιστών, που θα απαιτούσαν απλώς εκατοντάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια για να επιτεθούν επιτυχώς οι σημερινοί κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι με ωμή βία. Οι κβαντικοί υπολογιστές, ωστόσο, θα μπορούσαν ενδεχομένως να αυξήσουν την ισχύ των σημερινών υπολογιστών κατά τάξεις μεγέθους, μειώνοντας τον χρόνο που θα χρειαζόταν για να σπάσει ακόμη και τα ισχυρότερα κρυπτογραφικά κλειδιά από χιλιάδες χρόνια σε λίγα δευτερόλεπτα.

Ενώ οι περισσότεροι σύγχρονοι κρυπτογραφικοί αλγόριθμοι δεν θα είναι σε θέση να αντέξουν τις θεωρητικές επιθέσεις κβαντικών υπολογιστών, οι κρυπτολόγοι ανταποκρίνονται σε αυτά τα τρωτά σημεία με την ανάπτυξη κβαντική κρυπτογραφία τεχνικές. Οι περιπτώσεις χρήσης για κβαντική και μετα-κβαντική κρυπτογραφία είναι τόσο πολλές όσο και οι περιπτώσεις χρήσης κρυπτογραφίας γενικά. Παρόλο που ο κβαντικός υπολογιστής θεωρείται ακόμα στα στάδια δημιουργίας πρωτοτύπων στην καλύτερη περίπτωση, οι περισσότεροι επιστήμονες υπολογιστών συμφωνούν ότι οι σημαντικές ανακαλύψεις μέσα στα επόμενα 10 έως 50 χρόνια θα καταστήσουν την ανάπτυξη ανθεκτικής στην κβαντική κρυπτογραφία τόσο κρίσιμη όσο και ο ίδιος ο κβαντικός υπολογισμός.

Ασφάλεια blockchain

Τεχνολογία Blockchain βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην κρυπτογραφία για να διασφαλίσει την ασφάλεια και το αμετάβλητο όλων των on-chain συναλλαγών και ενημερώσεων. Κρυπτονομίσματα όπως το Bitcoin χρησιμοποιούν κρυπτογραφικούς αλγόριθμους για την εξόρυξη και την κοπή νέων νομισμάτων, ενώ οι κρυπτογραφικές συναρτήσεις κατακερματισμού διασφαλίζουν την ακεραιότητα των μπλοκ στην αλυσίδα. Κατά την πραγματοποίηση συναλλαγών, η κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού χρησιμοποιείται για τη δημιουργία και την επαλήθευση ψηφιακών υπογραφών. Περιλαμβάνοντας τις περισσότερες από τις βασικές αρχές της κρυπτογραφίας, η τεχνολογία blockchain χρησιμοποιεί κρυπτογράφηση για να δημιουργήσει ένα οικοσύστημα χωρίς εμπιστοσύνη, όπου όλες οι ενέργειες μπορούν εύκολα να πιστοποιηθούν και να επαληθευτούν.

Μάθετε πώς οι λύσεις κρυπτογραφίας της IBM βοηθούν τις επιχειρήσεις να προστατεύουν κρίσιμα δεδομένα

Οι λύσεις κρυπτογραφίας της IBM συνδυάζουν τεχνολογία αιχμής, συμβουλευτικές υπηρεσίες, ενοποίηση συστημάτων και διαχειριζόμενες υπηρεσίες ασφάλειας για να συμβάλουν στη διασφάλιση της κρυπτογραφικής ευελιξίας, της κβαντικής ασφάλειας και της σταθερής διακυβέρνησης και των πολιτικών κινδύνου. Από τη συμμετρική έως την ασύμμετρη κρυπτογραφία, έως τις λειτουργίες κατακερματισμού και όχι μόνο, διασφαλίστε την ασφάλεια δεδομένων και mainframe με κρυπτογράφηση από άκρο σε άκρο προσαρμοσμένη στις ανάγκες της επιχείρησής σας.

Εξερευνήστε λύσεις κρυπτογράφησης της IBM