מקרי שימוש בקריפטוגרפיה: מתקשורת מאובטחת ועד אבטחת נתונים  – IBM Blog

כשמדובר אבטחת מידע, האמנות העתיקה של קריפטוגרפיה הפך לאבן יסוד קריטית בעידן הדיגיטלי של היום. ממודיעין ממשלתי סודי ביותר ועד להודעות אישיות יומיומיות, הצפנה מאפשרת לטשטש את המידע הרגיש ביותר שלנו מצופים לא רצויים. בין אם קונים באינטרנט או שמירת סודות מסחריים יקרי ערך בדיסק, אנו יכולים להודות לקריפטוגרפיה על כל מראית עין של פרטיות שיש לנו. 

העקרונות העיקריים של קריפטוגרפיה מבססים אמון בעת ​​ניהול עסקים מקוון. הם כוללים את הדברים הבאים:

• סודיות: מידע מוצפן ניתן לגשת רק על ידי האדם שלו הוא מיועד ולא אף אחד אחר. 
• יושרה: לא ניתן לשנות מידע מוצפן באחסון או במעבר בין השולח למקלט המיועד מבלי שיזוהו כל שינוי.
• אי-דחייה: היוצר/שולח של מידע מוצפן אינו יכול להכחיש את כוונתו לשלוח את המידע.
• אימות: זהות השולח והמקבל - כמו גם המקור והיעד של המידע - מאושרות.
• ניהול מפתח: המפתחות המשמשים בהצפנה ופענוח נתונים ומשימות נלוות כמו אורך מפתח, הפצה, יצירה, סיבוב וכו' נשמרים מאובטחים.

לפני שנצלול לתוך מקרי השימוש הרבים של קריפטוגרפיה, בואו נסקור את היסודות של קריפטוגרפיה.

הבנת יסודות ההצפנה

לאורך ההיסטוריה השתמשו קריפטולוגים בשיטות שונות לקידוד מידע פרטי ויצירת הודעות מוצפנות. בעוד מודרני אלגוריתמים קריפטוגרפיים הם הרבה יותר מתקדמים, השלבים הבסיסיים נשארים דומים מאוד. 

קריפטולוגיה בסיסית לוקחת את המידע המקורי, הלא מקודד (המכונה טקסט רגיל) ומקודדת אותו לקוד מקושקש (הידוע כטקסט צופן) בעזרת מפתח סודי או מפתחות, אשר ניתן להשתמש בהם גם כדי לפענח את הטקסט הצופן בחזרה לטקסט רגיל. 

אלגוריתמים קריפטוגרפיים

אלגוריתמים קריפטוגרפיים הם הנוסחאות המתמטיות המשמשות להצפנה ולפענוח נתונים. אלגוריתמים אלה יוצרים מפתחות סודיים כדי לקבוע כיצד נתונים עוברים מהטקסט הפשוט המקורי שלהם לטקסט צופן ולהיפך. כמה אלגוריתמים קריפטוגרפיים ידועים כוללים RSA (ריבסט-שמיר-אדלמן), תקן הצפנה מתקדם (AES) ו ECC (קריפטוגרפיה אליפטית עקומה). 

ברמה בסיסית, רוב האלגוריתמים ההצפנה יוצרים מפתחות על ידי הכפלת מספרים ראשוניים גדולים. בעוד שכפל קל עבור מחשבים מודרניים, הפקת מספרים גדולים בחזרה לשני ראשוניים גדולים דורשת כל כך הרבה כוח מחשוב, שזה כמעט בלתי אפשרי. מערכות קריפטו המשתמשות במפתחות קטנים יותר ניתנות להנדסה לאחור למדי בקלות, אבל אפילו למחשבי העל המהירים ביותר יידרשו מאות עד מאות אלפי שנים כדי לתקוף בכוח גס את האלגוריתמים ההצפנה החזקים יותר של היום. קריפטוגרפיה של עקומה אליפטית מוסיפה רמת אבטחה נוספת על ידי שימוש במספרים אקראיים ליצירת מפתחות הרבה יותר חזקים שאפילו מחשבים קוונטיים מהדור הבא לא יכולים לשבור. 

ניהול מפתח

ניהול מפתח הוא חלק בלתי נפרד מהצפנה; כל מערכת קריפטו משתמשת במפתחות הן להצפנת והן לפענוח נתונים. ניהול מפתחות כולל יצירה, אחסון והפצה מאובטחת של מפתחות הצפנה בין משתמשים. ניהול נכון של מפתחות חיוני לשמירה על האבטחה של נתונים מוצפנים, שכן מפתחות חלשים או גנובים עלולים ליצור נקודות תורפה קריטיות בכל מערכת קריפטו. גדלי מפתח, אקראיות ואחסון הם כולם פונקציות חיוניות של ניהול מפתחות. 

הצפנה סימטרית

ידוע גם כקריפטוגרפיה של מפתח פרטי או קריפטוגרפיה של מפתח סודי, מערכות קריפטו סימטריות השתמש רק במפתח אחד הן להצפנה והן לפענוח. כדי שסוגי מערכות אלו יפעלו, לכל משתמש כבר חייבת להיות גישה לאותו מפתח פרטי. מפתחות פרטיים עשויים להיות משותפים או דרך ערוץ תקשורת מהימן שהוקם בעבר (כגון שליח פרטי או קו מאובטח) או, באופן מעשי יותר, שיטת החלפת מפתח מאובטחת (כגון הסכם מפתח דיפי-הלמן). 

למרות נקודות תורפה שנוצרות משימוש במפתח בודד בלבד, הצפנה מסוג זה מהירה ויעילה יותר משיטות חלופיות. אלגוריתמי הצפנה סימטריים פופולריים כוללים DES (תקן הצפנת נתונים), 3DES (טריפל DES) ו AES.

הצפנה אסימטרית

אסימטרית enהצפנה, הידוע גם כהצפנת מפתח ציבורי, משתמש בזוג מפתחות - מפתח ציבורי ומפתח פרטי. המפתח הציבורי משמש להצפנה, המפתח הפרטי משמש לפענוח ולכל משתמש יש זוג מפתחות משלו. שני מפתחות ההצפנה המשמשים בהצפנת מפתח ציבורי מוסיפים שכבת אבטחה נוספת, אך הגנה נוספת זו באה במחיר של ירידה ביעילות. RSA, ECC וה Secure Shell Protocol (SSH) הם אלגוריתמי קריפטוגרפיה אסימטריים נפוצים.

מקרי שימוש בקריפטוגרפיה

תקשורת מאובטחת 

אחד ממקרי השימוש הנפוצים ביותר של קריפטוגרפיה הוא מתן תקשורת מאובטחת דרך האינטרנט. Transport Layer Security (TLS) וקודמתה, Secure Sockets Layer (SSL), משתמשים בפרוטוקולים קריפטוגרפיים כדי ליצור חיבורים מוגנים בין דפדפני אינטרנט ושרתים. ערוץ מאובטח זה מבטיח שהנתונים המשותפים בין הדפדפן של המשתמש לאתר יישארו פרטיים ולא ניתנים ליירט על ידי גורמים זדוניים. 

קריפטוגרפיה משמשת גם עבור יישומי הודעות נפוצים כמו דואר אלקטרוני ו-WhatsApp כדי לספק הצפנה מקצה לקצה (E2EE) ולשמור על פרטיות השיחות של המשתמשים. עם E2EE, רק השולח והנמען המיועד יכולים לפענח ולקרוא את ההודעות שלהם, מה שהופך את זה כמעט בלתי אפשרי עבור צדדים שלישיים - כולל ספקי השירות של המשתמשים עצמם - לגשת לתוכן.

הצפנת מידע

הצפנת נתונים היא צורה בשימוש נרחב של קריפטוגרפיה המגנה על מידע רגיש המאוחסן במכשירים שונים, כגון כוננים קשיחים, סמארטפונים ושירותי אחסון בענן. אלגוריתמי הצפנה חזקים כמו AES הופכים למעשה טקסט רגיל לטקסט צופן, ומבטיחים שגם אם גורם לא מורשה יקבל גישה, הם לא יוכלו לפענח נתונים רגישים ללא גישה למפתח ההצפנה של המשתמשים המורשים. 

שלמות הנתונים

קריפטוגרפיה משמשת גם כדי להבטיח את שלמות הנתונים. פונקציות Hash הם סוג של אלגוריתם הצפנה שמייצר גיבובים בגודל קבוע (הידוע גם כתקצירים) של נתונים - בעצם הפיכת קבוצת נתונים למספר גיבוב מספרי ייחודי. הגיבובים האלה כל כך ייחודיים ששינוי אפילו תו או רווח בודד בתוך הטקסט הפשוט ייצור ערך מספרי שונה לחלוטין. נמענים, אפליקציות או אתרי אינטרנט יכולים לאמת את שלמות הנתונים על ידי השוואת ה-hash של הנתונים שהתקבלו ל-hash הצפוי, והם יכולים לאשר שהנתונים לא שונו במהלך השידור. 

פונקציות Hash משמשות לעתים קרובות גם לאימות סיסמאות משתמש ללא צורך ביצירת מסד נתונים פגיע בצד הלקוח של סיסמאות פרטיות. במקום זאת, שירותים כמו פורטלי בנקאות מקוונים יאספו ויאחסנו רק את ה-hash של סיסמאות משתמש. גם אם נגנב מסד נתונים כזה, שחקן זדוני לא יוכל לגזור סיסמה של אף משתמש מהאש שלו בלבד. 

אימות

אימות האותנטיות של מידע שנשלח והתקבל הוא פונקציה קריטית של ההצפנה המשמשת לניהול כל צורת העסקים, המתאפשרת באמצעות חתימה דיגיטלית. באמצעות קריפטוגרפיה א-סימטרית, ניתן לתקן מסמכים בחתימות דיגיטליות, שניתן להפיק רק באמצעות מפתח פרטי. נמענים של מסמכים חתומים דיגיטלית יכולים להשתמש במפתח הציבורי של השולח כדי לאמת את מקוריות החתימה ולאשר שלא התעסק במסמך במהלך השידור. 

אי-דחייה

אי-דחייה הוא מושג משפטי המבטיח את האותנטיות של הודעות שהתקבלו ומונע משולח לשלול פוטנציאל את תקפותה של כל הודעה שנשלחה. חתימות דיגיטליות הן מרכיב קריטי באי-הדחה, שכן הן מוכיחות שהשולח, ולא אף אחד אחר, חתם על ההודעה או המסמך. אי-הדחה התומכת בקריפטוגרפיה, כפי שנקבעה על ידי פרוטוקולים של שלמות נתונים וחתימות דיגיטליות, מספקת מסגרת בת-קיימא לאימות משא ומתן מחייב כדין, חוזים וסוגים אחרים של עסקאות ועסקאות משפטיות.

החלפת מפתחות 

מרכיב מרכזי בתקשורת מאובטחת, החלפת מפתחות היא היבט קריטי ביצירת חיבור מאובטח, במיוחד במערכות קריפטו אסימטריות. לקריפטוגרפיה תפקיד חשוב גם בשלב מקדים זה. אלגוריתם החלפת מפתחות Diffie-Hellman, נקודת ציון בפיתוח של מפתחות ציבוריים, מאפשר לשני צדדים להחליף מפתחות הצפנה בצורה מאובטחת בערוץ לא מאובטח. שיטה זו מבטיחה שגם אם מצותת מיירט את דיאלוג החלפת המפתחות, הוא לא יכול לפענח את מפתחות ההצפנה המוחלפים. באמצעות קריפטוגרפיה, אלגוריתמים כמו פרוטוקול חילופי המפתחות Diffie-Hellman מאפשרים לצדדים ליצור חיבורים מאובטחים באמצעות הצפנת מפתח ציבורי, ללא צורך בחילופי מפתחות חלופיים שהוקמה בעבר ועלולה להיות פגיעה. 

אבטחת תקשורת API

סימן ההיכר של Web 2.0 (ומעבר לכך), תפעול שיתופי בין אפליקציות מאפשר ליישומים ושירותי אינטרנט שונים למשוך נתונים מתוך המערכות האקולוגיות הווירטואליות המכובדות המוקפות חומות שלהם, מה שמאפשר פונקציונליות מורחבת מאסיבית של כל מיני אפליקציות - מהטמעת פוסטים במדיה חברתית לחדשות מאמרים לשיתוף ניתוח מערכות קריטי לתוך לוחות מחוונים תפעוליים מתקדמים.

ידוע כ ממשקי תכנות יישומים (API), מערכות אלו נועדו להקל על תקשורת בין תוכניות, והצפנה מבטיחה שהנתונים הרגישים האלה יישארו מוגנים מפני האזנה חודרנית או חבלה, ומבטיחה שרק גורמים מורשים יכולים לגשת למידע. מפתחות API ואסימונים משמשים לעתים קרובות לצד הצפנה כדי להגן על נתונים רגישים המוחלפים בין יישומים, במיוחד במצבים שבהם האבטחה היא קריטית ביותר, כגון עבודות ציבוריות ותשתיות. 

אבטחת סייבר מחשוב קוונטי

העלייה של מחשוב קוונטי מהווה איום משמעותי על מתודולוגיות ההצפנה הקיימות ו אבטחת סייבר מערכות. רוב מערכות ההצפנה המודרניות מתוכננות לעמוד בכוח המחשוב הפוטנציאלי של מחשבים מסורתיים, שפשוט ידרשו מאות עד מאות אלפי שנים כדי לתקוף בהצלחה בכוח גס את האלגוריתמים ההצפנה של היום. מחשבים קוונטיים, לעומת זאת, עשויים להגדיל את כוחם של המחשבים של ימינו בסדרי גודל, ולצמצם את הזמן שייקח לפצח אפילו את מפתחות ההצפנה החזקים ביותר מאלפי שנים לשניות בלבד.

בעוד שרוב האלגוריתמים ההצפנה המודרניים לא יוכלו לעמוד בהתקפות מחשב קוונטיות תיאורטיות, קריפטולוגים מגיבים לפגיעויות אלה עם פיתוח של קריפטוגרפיה עמידה לקוונטים טכניקות. מקרי השימוש בהצפנה עמידה קוונטית ופוסט-קוונטית הם רבים כמו מקרי השימוש בהצפנה באופן כללי. למרות שמחשוב קוונטי עדיין נחשב בשלבי אב-טיפוס במקרה הטוב, רוב מדעני המחשב מסכימים שפריצות דרך משמעותיות במהלך 10 עד 50 השנים הבאות יהפכו את הפיתוח של קריפטוגרפיה עמידה לקוונטית לקריטית כמו המחשוב הקוונטי עצמו.

אבטחת Blockchain

טכנולוגיה מסתמך במידה רבה על קריפטוגרפיה כדי להבטיח את האבטחה והאי-שינוי של כל העסקאות והעדכונים בשרשרת. מטבעות קריפטוגרפיים כמו ביטקוין משתמשים באלגוריתמים קריפטוגרפיים כדי לכרות ולהטביע מטבעות חדשים, בעוד שפונקציות חשיש קריפטוגרפיות מבטיחות את שלמותם של בלוקים בשרשרת. בעת ביצוע עסקאות, נעשה שימוש בקריפטוגרפיה של מפתח ציבורי ליצירה ואימות של חתימות דיגיטליות. טכנולוגיית הבלוקצ'יין, המקיפה את רוב עקרונות הליבה של ההצפנה, משתמשת בהצפנה כדי ליצור מערכת אקולוגית חסרת אמון שבה ניתן לאמת ולאמת בקלות את כל הפעולות.

למד כיצד פתרונות ההצפנה של IBM עוזרים לעסקים לשמור על נתונים קריטיים

פתרונות ההצפנה של IBM משלבים טכנולוגיה מתקדמת, ייעוץ, אינטגרציה של מערכות ושירותי אבטחה מנוהלים כדי לסייע בהבטחת זריזות קריפטו, בטיחות קוונטית ומדיניות ממשל וסיכונים מוצקה. מקריפטוגרפיה סימטרית לאסימטרית, לפונקציות גיבוב ומעבר לכך, הבטח את אבטחת הנתונים והמיינפריים עם הצפנה מקצה לקצה המותאמת לצרכים העסקיים שלך.

חקור את פתרונות ההצפנה של IBM