موارد استفاده از رمزنگاری: از ارتباطات ایمن تا امنیت داده - وبلاگ IBM

وقتی که می آید امنیت داده ها، هنر باستانی از رمزنگاری به سنگ بنای حیاتی عصر دیجیتال امروزی تبدیل شده است. از اطلاعات فوق سری دولتی گرفته تا پیام‌های شخصی روزمره، رمزنگاری این امکان را فراهم می‌کند که حساس‌ترین اطلاعات ما را از ناظران ناخواسته پنهان کنیم. چه خرید آنلاین یا ذخیره اسرار تجاری ارزشمند در دیسک، ما می‌توانیم از رمزنگاری برای هر شباهتی از حریم خصوصی که ممکن است داشته باشیم تشکر کنیم. 

اصول اصلی رمزنگاری اعتماد را هنگام انجام تجارت آنلاین ایجاد می کند. آنها شامل موارد زیر است:

• محرمانه بودن: اطلاعات رمزگذاری شده فقط توسط شخصی که برای او در نظر گرفته شده است و هیچ کس دیگری قابل دسترسی است. 
• تمامیت: اطلاعات رمزگذاری شده را نمی توان در ذخیره سازی یا انتقال بین فرستنده و گیرنده مورد نظر تغییر داد بدون اینکه هیچ گونه تغییری شناسایی شود.
• عدم انکار: خالق/فرستنده اطلاعات رمزگذاری شده نمی تواند قصد خود را برای ارسال اطلاعات انکار کند.
• احراز هویت: هویت فرستنده و گیرنده - و همچنین مبدا و مقصد اطلاعات - تأیید می شود.
• مدیریت کلیدی: کلیدهای مورد استفاده در رمزگذاری و رمزگشایی داده ها و کارهای مرتبط مانند طول کلید، توزیع، تولید، چرخش و غیره امن نگه داشته می شوند.

قبل از پرداختن به موارد متعدد استفاده از رمزنگاری، اجازه دهید اصول رمزنگاری را مرور کنیم.

آشنایی با اصول رمزنگاری

در طول تاریخ، رمزنگاران از روش های مختلفی برای رمزگذاری اطلاعات خصوصی و ایجاد پیام های رمزگذاری شده استفاده کرده اند. در حالی که مدرن است الگوریتم رمزنگاری بسیار پیشرفته تر هستند، مراحل اساسی بسیار مشابه باقی می مانند. 

رمزنگاری پایه اطلاعات اصلی و رمزگذاری نشده (معروف به متن ساده) را می گیرد و با کمک یک کلید یا کلیدهای مخفی، آن را به یک کد درهم (متن رمز شده) رمزگذاری می کند، که همچنین می تواند برای رمزگشایی متن رمز شده به متن ساده استفاده شود. 

الگوریتم های رمزنگاری

الگوریتم های رمزنگاری فرمول های ریاضی هستند که برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها استفاده می شوند. این الگوریتم‌ها کلیدهای مخفی ایجاد می‌کنند تا تعیین کنند چگونه داده‌ها از متن اصلی خود به متن رمزی تبدیل می‌شوند و بالعکس. برخی از الگوریتم های رمزنگاری معروف عبارتند از RSA (Rivest-Shamir-Adleman), AES (استاندارد رمزگذاری پیشرفته) و ECC (کریپتوگرافی منحنی بیضوی). 

در سطح پایه، اکثر الگوریتم های رمزنگاری با ضرب اعداد اول بزرگ کلیدها را ایجاد می کنند. در حالی که ضرب برای کامپیوترهای مدرن آسان است، بازگرداندن اعداد بزرگ به دو عدد اول بزرگ به قدرت محاسباتی زیادی نیاز دارد که عملا غیرممکن است. سیستم‌های رمزنگاری که از کلیدهای کوچک‌تر استفاده می‌کنند را می‌توان به راحتی مهندسی معکوس کرد، اما حتی سریع‌ترین ابررایانه‌ها نیز صدها تا صدها هزار سال زمان نیاز دارند تا به الگوریتم‌های رمزنگاری قوی‌تر امروزی حمله کنند. رمزنگاری منحنی بیضوی با استفاده از اعداد تصادفی برای ایجاد کلیدهای بسیار قوی‌تر که حتی رایانه‌های کوانتومی نسل بعدی نیز قادر به شکستن آن‌ها نیستند، سطح امنیتی بیشتری را اضافه می‌کند. 

مدیریت کلیدی

مدیریت کلیدی بخشی جدایی ناپذیر از رمزنگاری است. هر سیستم رمزنگاری از کلیدهایی برای رمزگذاری و رمزگشایی داده ها استفاده می کند. مدیریت کلید شامل تولید، ذخیره و توزیع ایمن کلیدهای رمزگذاری بین کاربران است. مدیریت صحیح کلید برای حفظ امنیت داده های رمزگذاری شده بسیار مهم است، زیرا کلیدهای ضعیف یا دزدیده شده می توانند آسیب پذیری های مهمی را در هر سیستم رمزنگاری ایجاد کنند. اندازه‌های کلید، تصادفی بودن و ذخیره‌سازی همگی از وظایف مهم مدیریت کلید هستند. 

رمزگذاری متقارن

همچنین به عنوان رمزنگاری با کلید خصوصی یا رمزنگاری کلید مخفی شناخته می شود. سیستم های رمزنگاری متقارن فقط از یک کلید برای رمزگذاری و رمزگشایی استفاده کنید. برای اینکه این نوع سیستم ها کار کنند، هر کاربر باید قبلاً به کلید خصوصی یکسان دسترسی داشته باشد. کلیدهای خصوصی ممکن است از طریق یک کانال ارتباطی مورد اعتماد از قبل ایجاد شده (مانند پیک خصوصی یا خط امن) یا به طور عملی تر، یک روش تبادل کلید امن (مانند توافقنامه کلیدی دیفی هلمن). 

با وجود آسیب‌پذیری‌هایی که تنها با استفاده از یک کلید ایجاد می‌شود، این نوع رمزگذاری سریع‌تر و کارآمدتر از روش‌های جایگزین است. الگوریتم های رایج رمزگذاری متقارن عبارتند از DES (استاندارد رمزگذاری داده ها), 3DES (DES سه گانه) و AES.

رمزگذاری نامتقارن

نامتقارن enرمزگذاریکه به عنوان رمزگذاری کلید عمومی نیز شناخته می شود، از یک جفت کلید استفاده می کند - یک کلید عمومی و یک کلید خصوصی. کلید عمومی برای رمزگذاری استفاده می شود، کلید خصوصی برای رمزگشایی استفاده می شود و هر کاربر جفت کلید خود را دارد. دو کلید رمزگذاری مورد استفاده در رمزنگاری کلید عمومی، یک لایه امنیتی اضافی را اضافه می‌کنند، اما این حفاظت اضافی به قیمت کاهش کارایی است. RSA، ECC و پروتکل پوسته ایمن (SSH) الگوریتم های رمزنگاری نامتقارن رایج هستند.

موارد استفاده از رمزنگاری

ارتباط ایمن 

یکی از رایج ترین موارد استفاده از رمزنگاری، ارائه ارتباطات امن از طریق اینترنت است. امنیت لایه حمل و نقل (TLS) و سلف آن، لایه سوکت های امن (SSL)، از پروتکل های رمزنگاری برای ایجاد ارتباطات محافظت شده بین مرورگرهای وب و سرورها استفاده می کنند. این کانال امن تضمین می کند که داده های به اشتراک گذاشته شده بین مرورگر کاربر و یک وب سایت خصوصی باقی می مانند و نمی توانند توسط عوامل مخرب رهگیری شوند. 

رمزنگاری همچنین برای برنامه های پیام رسانی رایج مانند ایمیل و واتس اپ برای ارائه استفاده می شود رمزگذاری سرتاسر (E2EE) و حفظ حریم خصوصی مکالمات کاربران. با E2EE، فقط فرستنده و گیرنده مورد نظر می توانند پیام های خود را رمزگشایی کرده و بخوانند و دسترسی به محتوا را برای اشخاص ثالث - از جمله ارائه دهندگان خدمات خود کاربران - تقریبا غیرممکن می کند.

رمزگذاری داده ها

رمزگذاری داده ها یک شکل پرکاربرد رمزنگاری است که از اطلاعات حساس ذخیره شده در دستگاه های مختلف مانند هارد دیسک، تلفن های هوشمند و سرویس های ذخیره سازی ابری محافظت می کند. الگوریتم‌های رمزگذاری قوی مانند AES به طور مؤثر متن ساده را به متن رمز تبدیل می‌کنند و تضمین می‌کنند که حتی اگر یک شخص غیرمجاز دسترسی پیدا کند، بدون دسترسی به کلید رمزگذاری کاربران مجاز قادر به رمزگشایی داده‌های حساس نخواهد بود. 

یکپارچگی داده

همچنین از رمزنگاری برای اطمینان از یکپارچگی داده ها استفاده می شود. توابع هش نوعی الگوریتم رمزنگاری هستند که هش با اندازه ثابت (همچنین به عنوان خلاصه شناخته می شود) از داده ها تولید می کند - اساساً مجموعه ای از داده ها را به یک عدد هش عددی منحصر به فرد تبدیل می کند. این هش‌ها آنقدر منحصربه‌فرد هستند که تغییر حتی یک کاراکتر یا فاصله در متن ساده، یک مقدار عددی کاملاً متفاوت ایجاد می‌کند. گیرندگان، برنامه‌ها یا وب‌سایت‌ها می‌توانند یکپارچگی داده‌ها را با مقایسه هش داده‌های دریافتی با هش مورد انتظار تأیید کنند و می‌توانند تأیید کنند که داده‌ها در طول انتقال تغییر نکرده است. 

توابع هش همچنین اغلب برای تأیید گذرواژه‌های کاربر بدون نیاز به ایجاد یک پایگاه داده آسیب‌پذیر در سمت سرویس گیرنده از رمزهای عبور خصوصی استفاده می‌شوند. در عوض، خدماتی مانند درگاه‌های بانکداری آنلاین فقط هش‌های رمز عبور کاربران را جمع‌آوری و ذخیره می‌کنند. حتی اگر چنین پایگاه داده‌ای به سرقت رفته باشد، یک عامل مخرب نمی‌تواند رمز عبور هیچ کاربر را تنها از هش آن‌ها استنتاج کند. 

تصدیق

تأیید صحت اطلاعات ارسالی و دریافتی، یکی از عملکردهای مهم رمزنگاری است که برای انجام کلیه روش های تجاری استفاده می شود و با استفاده از امضاهای دیجیتال. از طریق رمزنگاری نامتقارن، اسناد را می توان با امضای دیجیتال اصلاح کرد که تنها با استفاده از یک کلید خصوصی قابل تولید است. گیرندگان اسناد امضا شده دیجیتالی می‌توانند از کلید عمومی فرستنده برای تأیید صحت امضا و تأیید عدم دستکاری سند در طول انتقال استفاده کنند. 

عدم رد

عدم انکار یک مفهوم قانونی است که صحت پیام های دریافتی را تضمین می کند و مانع از انکار احتمالی یک فرستنده اعتبار هر پیام ارسال شده می شود. امضای دیجیتال یکی از اجزای مهم عدم انکار است، زیرا ثابت می کند که فرستنده، و هیچ کس دیگری، پیام یا سند را امضا نکرده است. عدم انکار رمزنگاری فعال، همانطور که توسط پروتکل‌های یکپارچگی داده‌ها و امضاهای دیجیتال ایجاد شده است، چارچوبی قابل اجرا برای تأیید مذاکرات، قراردادها، و سایر انواع معاملات و تجارت قانونی الزام آور فراهم می‌کند.

تعویض کلید 

یکی از اجزای اصلی ارتباطات ایمن، مبادله کلید یک جنبه حیاتی برای ایجاد یک ارتباط امن، به ویژه در سیستم های رمزنگاری نامتقارن است. رمزنگاری نقش ارزشمندی در این مرحله مقدماتی نیز دارد. الگوریتم تبادل کلید Diffie-Hellman که نقطه عطفی در توسعه رمزنگاری کلید عمومی است، به دو طرف اجازه می دهد تا کلیدهای رمزگذاری را به طور ایمن از طریق یک کانال ناامن مبادله کنند. این روش تضمین می کند که حتی اگر یک استراق سمع گفتگوی تبادل کلید را رهگیری کند، نمی تواند کلیدهای رمزگذاری مبادله شده را رمزگشایی کند. از طریق رمزنگاری، الگوریتم‌هایی مانند پروتکل تبادل کلید Diffie-Hellman به طرفین اجازه می‌دهد تا ارتباطات ایمن را از طریق رمزگذاری کلید عمومی، بدون نیاز به یک مبادله کلید جایگزین از قبل ایجاد شده و بالقوه آسیب‌پذیر برقرار کنند. 

ایمن سازی ارتباطات API

ویژگی بارز Web 2.0 (و فراتر از آن)، قابلیت همکاری بین برنامه‌ای به برنامه‌ها و سرویس‌های وب مختلف اجازه می‌دهد تا داده‌ها را از درون اکوسیستم‌های مجازی دیواری مورد احترام خود بیرون بکشند و عملکرد گسترده‌ای را در انواع برنامه‌ها - از جاسازی پست‌های رسانه‌های اجتماعی در اخبار، امکان‌پذیر می‌سازد. مقالاتی برای به اشتراک گذاری تجزیه و تحلیل سیستم های حیاتی در داشبوردهای عملیاتی پیشرفته.

شناخته شده به عنوان رابط های برنامه نویسی کاربردی (API)، این سیستم‌ها برای تسهیل ارتباطات بین برنامه‌ای طراحی شده‌اند و رمزنگاری تضمین می‌کند که این داده‌های حساس در برابر استراق سمع یا دستکاری مزاحم محافظت می‌شوند و تضمین می‌کند که فقط اشخاص مجاز می‌توانند به اطلاعات دسترسی داشته باشند. کلیدها و نشانه‌های API اغلب در کنار رمزگذاری برای محافظت از داده‌های حساس رد و بدل شده بین برنامه‌ها استفاده می‌شوند، به ویژه در شرایطی که امنیت بسیار مهم است، مانند کارهای عمومی و زیرساخت. 

امنیت سایبری محاسبات کوانتومی

ظهور محاسبات کوانتومی یک تهدید قابل توجه برای روش های رمزگذاری موجود و امنیت سایبری سیستم های. اکثر سیستم‌های رمزنگاری مدرن برای مقاومت در برابر قدرت محاسباتی بالقوه رایانه‌های سنتی طراحی شده‌اند، که به سادگی صدها تا صدها هزار سال برای حمله موفقیت‌آمیز brute-force به الگوریتم‌های رمزنگاری امروزی نیاز دارد. با این حال، رایانه‌های کوانتومی به طور بالقوه می‌توانند قدرت رایانه‌های امروزی را تا حد زیادی افزایش دهند و زمان لازم برای شکستن حتی قوی‌ترین کلیدهای رمزنگاری را از هزاران سال به چند ثانیه کاهش دهند.

در حالی که اکثر الگوریتم‌های رمزنگاری مدرن قادر به مقاومت در برابر حملات نظری رایانه‌های کوانتومی نیستند، رمزنگارها در حال پاسخگویی به این آسیب‌پذیری‌ها با توسعه رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی تکنیک. موارد استفاده برای رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی و رمزنگاری پس کوانتومی به اندازه موارد استفاده از رمزنگاری به طور کلی است. اگرچه محاسبات کوانتومی هنوز در بهترین حالت در مراحل نمونه سازی قرار دارد، اکثر دانشمندان کامپیوتر بر این باورند که پیشرفت های بزرگ در 10 تا 50 سال آینده توسعه رمزنگاری مقاوم در برابر کوانتومی را به اندازه خود محاسبات کوانتومی حیاتی می کند.

امنیت بلوچین

تکنولوژی Blockchain برای اطمینان از امنیت و تغییر ناپذیری تمام تراکنش‌ها و به‌روزرسانی‌های زنجیره‌ای، به شدت به رمزنگاری متکی است. ارزهای رمزنگاری شده مانند بیت کوین از الگوریتم‌های رمزنگاری برای استخراج و ضرب سکه‌های جدید استفاده می‌کنند، در حالی که توابع هش رمزنگاری یکپارچگی بلوک‌های زنجیره را تضمین می‌کنند. هنگام انجام تراکنش‌ها، رمزنگاری کلید عمومی برای ایجاد و تأیید امضای دیجیتال استفاده می‌شود. فناوری بلاک چین که اکثر اصول اصلی رمزنگاری را در بر می گیرد، از رمزگذاری برای ایجاد یک اکوسیستم غیرقابل اعتماد استفاده می کند که در آن همه اقدامات به راحتی قابل احراز هویت و تأیید هستند.

بیاموزید که چگونه راه حل های رمزنگاری IBM به کسب و کارها کمک می کند تا از داده های حیاتی محافظت کنند

راه‌حل‌های رمزنگاری آی‌بی‌ام ترکیبی از فناوری‌های پیشرفته، مشاوره، یکپارچه‌سازی سیستم‌ها و خدمات امنیتی مدیریت‌شده برای کمک به تضمین چابکی رمزنگاری، ایمنی کوانتومی و حاکمیت و سیاست‌های ریسک است. از رمزنگاری متقارن گرفته تا نامتقارن، تا توابع هش و فراتر از آن، با رمزگذاری انتها به انتها که متناسب با نیازهای کسب و کار شما ساخته شده است، امنیت داده ها و پردازنده مرکزی را تضمین کنید.

راه حل های رمزنگاری IBM را کاوش کنید