Kryptológia

Z Wikipédie

Kryptológia je vedná disciplína, ktorá sa zaoberá bezpečnosťou a tajnou komunikáciou. Pôvod tohto slova treba hľadať v Grécku, kde vzniklo ako spojenie slov kryptós (skrytý) a lógos (slovo). Zahŕňa v sebe dve samostatné disciplíny:

  1. Kryptografiu - z gréckeho gráphein (písať)
  2. Kryptoanalýzu - z gréckeho analýein (rozviazať, uvoľniť)

Kryptografia je vedná disciplína, ktorá sa zaoberá hlavne tvorbou šifier, ktoré majú jediný cieľ, a to ukryť citlivé dáta pred nepovolanými osobami. Jej cieľom je teda zabezpečiť bezpečnosť informačných systémov so zameraním na:

  • dôvernosť - utajenie (confidentiality) - pri prenose údajov, uložení na médiá
  • integritu (data integrity) - správnosť obsahu prenesenej správy
  • autentizáciu (authentication) - potvrdenie totožnosti odosielateľa

Kryptoanalýza je vedná disciplína, ktorá sa na rozdiel od kryptografie zaoberá práve lúštením šifier, ktoré boli aplikované nejakým kryptosystémom. Ide teda o nájdenie spôsobu, ako dešifrovať (neautorizovane) zašifrovaný text.

Pandrakova kryptoanalýza je metóda, ktorá vôbec nepatrí medzi vedecké, pretože je založená na skutočnosti, že kryptoanalytik mučí, vydiera alebo sa iným spôsobom vyhráža znalcovi kľúča (kľúč je potrebný pre dešifrovanie správy), prípadne človeku, ktorý pozná čistý text správy. Bohužiaľ, práve táto metóda sa často javí ako najúčinnejšia.

Matematická kryptoanalýza je metóda, ktorá je využívaná analytikmi na prelomenie šifry pomocou matematiky. Väcšinou funguje za pomoci analýzy. U jednoduchých šifier ako sú napríklad symetrické šifry (budú popísané neskôr) alebo známa Cézarová šifra sa používa štatistická analýza.

Brute force (hrubá sila) je metóda, pomocou ktorej sa podarilo prelomiť už značné množstvo šifier. Jej princíp spočíva vo využití výpočtového výkonu počítačov na odskúšanie všetkých možných kľúčov, ktoré pre danú šifru prichádzajú do úvahy. Táto metóda je v súčasnej dobe asi najspoľahlivejšia, aj keď jej negatívom je dĺžka trvania prelomenia kódu, keďže sa prechádzajú všetky možné kódy. Za zmienku u tejto metódy stojí fakt, že pri súčasnom stave informačných technológii je napríklad šifra RSA s dĺžkou kľúča 2048 bezpečná minimálne do vypočítaného výbuchu slnka. Kľúče, ktoré sú v súčasnosti menšie ako 512 bitov (v asymetrickej kryptografii) nie sú už v dnešnej dobe bezpečné pre armádne účely a finančníctvo, pretože pri dostatočnom množstve peňazí sa dá zabezpečiť výpočtový výkon, ktorý šifru o tejo dĺžke kľúča prelomí.

Obsah

[úprava] Historické pozadie

Kryptografia nepatrí medzi mladé disciplíny, práve naopak. Potreba šifrovať siaha hlboko do minulosti, až čias faraónov. Prvá zmienka o šifrovaní pochádza práve z Egypta približne 4000 rokov dozadu.

Medzi ďalšie staršie kryptografické systémy, ktoré sú viac menej pomerne známe patria scytale a Cézarova šifra.

Scytale bol na jednej strane veľmi dômyselný, no na druhej strane jednoduchý kryptografický nástroj. Celý princíp spočíval v použití drevenej paličky istého priemeru, okolo ktorého sa navinul pásik papiera, na ktorý sa napísala krátka správa (zvyčajne zľava doprava). Osoba, ktorej bola takto zašifrovaná správa určená musela mať paličku rovnakého priemeru, inak bola táto správa nečitateľná. Tento nástroj sa používal hlavne v Sparte v 5. stor. pred n. l.

Cézarova šifra, ako už hovorí aj jej samotný názov, je pomenovaná podľa slávneho a dobyvačného vojvodcu Gaia Júlia Caesara, ktorý túto šifru vymyslel, a ktorá bola dlhé obdobie nerozlúštiteľná (pozn. rozlúštená bola až potom, keď princíp jej fungovania prezradil jeden z Caesarovych lúdí). Ide o šifru, ktorá pracovala s posunutím znakov. Ak bolo napríklad posunutie n=3, tak z pôvodného textu „AHOJ“ sme dostali zašifrovaný text „DKRM“, kedže A=>D, H=>K, atď. Opäť šlo o veľmi jednoduchý princíp šifrovania.

Ďalší významný rozvoj v kryptografii nastal začiatkom 20. storočia, keď došlo k vynájdeniu a zavedeniu telegrafu. V roku 1917 bol vynájdený prvý bezpečný kryptosystém Vernam, ktorý bol postavený na prúdovej šifre. Obdobie do konca 50-tych rokov je charakteristické hlavne používaním zložitých mechanických a elektromechanických šifrovacích strojov. Veľký pokrok v kryptografii nastal hlavne pod vplyvom I. a II. svetovej vojny, keď sa šifrovanie stalo veľmi dôležitou disciplínou. Medzi najvýznamnejšie šifrovacie prístroje tej doby patrila Enigma, ktorá bola používaná Nemcami počas druhej svetovej vojny a dlhý čas predstavovala skutočne „tvrdý oriešok“. Nemci verili, že táto šifra je bez kľúča neprelomiteľná. No túto ich vieru im význačnou mierou oslabil známy britský matematik Alan Turing - autor mnohých teoretických počítačových strojov (Turingov stroj) a tzv. testu umelej inteligencie, ktorý sa podieľal na lúštení tohto kódu. Tento kód bol prelomený aj vďaka štastnej náhode, keď bola zajatá nemecká ponorka, ktorá mala na svojej palube jeden prístroj Enigma. Skôr, ako ju Nemci stihli zničiť sa dostala do rúk angličanom a tí konečne rozlúštili „záhadu neprelomiteľného kódu“ šifrovacieho stroja Enigma.

[úprava] Súčasné delenie šifier

Postupným vývojom kryptografie dochádalo k deleniu jednotlivých typov kryptografických algoritmov do niekoľkých základnych skupín. Najznámejšie, najzákladnejšie a najjednoduchšie delenie je na:

  • symetrické šifry,
  • nesymetrické šifry (asymetrické).

Ak by sme toto delenie chceli rozšíriť podrobnejšie, dostali by sme nasledujúce skupiny:

  • tradičné šifry,
  • klasické techniky,
  • substitučné šifrovacie systémy,
  • transpozičné šifrovacie systémy,
  • moderné techniky,
  • symetrické šifrovacie systémy,
  • šifry s verejným kľúčom,
  • asymetrické šifrovacie systémy.

[úprava] Substitučné šifrovacie systémy

Substitučná šifra nahrádza každý znak otvoreného textu iným znakom šifrovaného textu. Aby príjemca získal otvorený text, musí na zašifrovaný text použiť inverznú substitúciu. V klasickej kryptografii existujú štyri typy substitučných šifier:

  1. Jednoduchá substitučná šifra (monoalfabetická šifra) je taká šifra, v ktorej sa každý znak otvoreného textu nahrádza príslušným znakom šifrovaného textu.
  2. Homofónna substitučná šifra sa podobá jednoduchému substitučnému systému. Jeden znak otvoreného textu môže byť nahradený jednym znakom z niekoľko možných znakov šifrovaného textu. Znak “A” by mohol byť nahradený napr. 5, 13, 25 alebo 56, “B” napr. 7, 19, 31 alebo 42 atď.
  3. Polygramová substitučná šifra je taká, v ktorej šifrovanie prebieha medzi skupinami znakov. Napríklad skupina “ABA” môže byť nahradená skupinou “RTQ”, “ABB” skupinou “SLL” atď.
  4. Polyalfabetická substitučná šifra sa skladá z niekoľkých jednoduchých šifier. Napríklad túto šifru môže tvoriť päť rôznych, jednoduchých substitučných šifier; jednotlivé šifry sú postupne aplikované na jednotlivé po sebe idúce znaky otvoreného textu. Medzi substitučné šifry patrí napríklad Caesarova šifra alebo Vernamova šifra.

[úprava] Transpozičné šifrovacie systémy

Pri transpozičných šifrách sa znaky otvoreného textu nemenia, mení sa iba ich usporiadanie. Pri jednoduchej stĺpcovej transpozičnej šifre sa otvorený text zapisuje horizontálne na štvorčekovaný papier a zašifrovaný text sa získava jeho vertikálnym čítaním. Pri dešifrovaní sa šifrovaný text zapíše vertikálne opäť na štvorčekovaný list papiera rovnakej šírky a číta sa horizontálne.

Otvorený text: jednoduchastlpcovatranspozicnasifra; Šifrovaný text: jloepzdcinocovndaautscrihafanrssatp

Pretože znaky šifrovaného aj otvoreného textu sú rovnaké, bude sa frekvenčný výskyt jednotlivých znakov šifrovaného textu približne rovnať frekvenčnému výskytu znakov v príslušnom národnom jazyku. Navyše je tento systém náročný na pamäť a niekedy aj obmedzuje dĺžku správ. Sem patria napríklad: Cardanova mriežka, Richelieuova šifra.

[úprava] Symetrické šifrovacie systémy

V základnom delení bolo spomínané, že medzi tradičné šifrovacie systémy patria aj symetrické šifry. Využívajú vhodne zvolené kombinácie substitučných a transpozičných algoritmov. Tento šifrovací systém sa nazýva symetrický preto, lebo šifrovací kľúč je možné odvodiť z dešifrovacieho a naopak. Väčšina symetrických algoritmov má rovnaký šifrovací aj dešifrovací kľúč. Tieto algoritmy označované ako algoritmy tajného kľúča vyžadujú, aby sa príjemca aj odosielateľ vopred dohodli na kľúči, ktorý budú používať. Bezpečnosť je založená na utajení kľúča. Ak sa používa dlhšiu dobu, vzniká nebezpečenstvo, že kľúč padne do nepovolaných rúk a obsah utajovaných informácií sa prezradí. Preto sa kľúče často obmieňajú - nazývame ich aj “kľúče pre sedenie” (session - relácia).

Symetrické algoritmy sa môžu deliť na dve kategórie a to na:

  • prúdové,
  • blokové.

V dnešných algoritmoch je typická dĺžka 64 bitov. V minulosti sa otvorený text šifroval po jednom znaku. Najbežnejšie používané symetrické algoritmy sú Rivest Cipher 5 (RC5), Data Encryption Standard (DES), International Data Encryption Algorithm (IDEA), Blowfish Skipjack a AES.

[úprava] Externé odkazy