Symmetrisk kryptering, asymmetrisk kryptering, och hashning

Folk säger ofta ”det är krypterat” som om det avgör en säkerhetsfråga. Det gör det inte, eftersom kryptering inte är en enda sak. Den här lektionen täcker de tre byggstenarna bakom nästan alla påståenden om digitalt skydd: symmetrisk kryptering, asymmetrisk kryptering, och hashning. Var och en garanterar något annorlunda, och att veta vilken som är i spel talar om vad som faktiskt skyddas.

Symmetrisk kryptering: en delad nyckel

Cloudflares Learning Center beskriver symmetrisk kryptering enkelt: ”det finns bara en nyckel, och alla kommunicerande parter använder samma (hemliga) nyckel för både kryptering och dekryptering.” Advanced Encryption Standard (AES) är standardexemplet idag, efter att ha ersatt den äldre Data Encryption Standard (DES) sedan DES korta nyckellängd gjorde den knäckbar genom brute force. Symmetrisk kryptering är snabb och är det som faktiskt krypterar merparten av din data, oavsett om det är en fil på disk eller innehållet i en webbsida laddad över HTTPS. Dess centrala problem är distribution: båda sidor behöver samma hemliga nyckel, och att få den nyckeln till den andra parten utan att någon annan ser den är precis det problem asymmetrisk kryptering löser.

Asymmetrisk kryptering: två nycklar som fungerar som ett par

I asymmetrisk, eller publik-nyckel, kryptering finns två matematiskt kopplade nycklar: ”en nyckel används för kryptering, och en annan nyckel används för dekryptering,” enligt Cloudflare. Krypteringsnyckeln kan publiceras till vem som helst — därav ”publik nyckel” — medan den matchande dekrypteringsnyckeln förblir privat. Data låst med den publika nyckeln kan bara låsas upp med den privata nyckeln. Detta är vad som låter två personer som aldrig träffats komma överens om en delad hemlighet över ett öppet nätverk, vilket är precis vad som händer i början av varje HTTPS-anslutning (nästa lektion täcker den handskakningen i detalj). RSA och elliptisk kurv-kryptografi är de vanliga algoritmerna bakom det idag.

Hashning: ett fingeravtryck, inte ett lås

En hashfunktion är ingetdera av ovanstående: den låser ingenting, och det finns ingen nyckel att låsa upp den med. NIST definierar den som en funktion som ”mappar en bitsträng av godtycklig längd till en bitsträng med fast längd” — i klarspråk, den gör om vilken fil eller vilket meddelande som helst till ett kort fingeravtryck med fast storlek. NIST specificerar egenskaperna en godkänd hashfunktion måste ha: det måste vara beräkningsmässigt omöjligt att hitta en indata som ger en given utdata (envägs), och omöjligt att hitta två olika indata som ger samma utdata (kollisionsresistens). Det är därför hashning kontrollerar integritet — ändrades den här filen? — och skyddar sparade lösenord: en tjänst kan kontrollera ett lösenord mot sin sparade hash utan att någonsin ha lagrat det faktiska lösenordet. Äldre hashfunktioner som MD5 och SHA-1 anses inte längre säkra mot en målmedveten angripare, vilket är varför moderna system använder SHA-2- eller SHA-3-familjerna istället.

Vad var och en faktiskt garanterar

Hur de kombineras i praktiken

Nästan inget använder bara en av dessa. En typisk säker anslutning använder asymmetrisk kryptering kortvarigt, för att komma överens om en delad hemlighet, och växlar sedan till snabb symmetrisk kryptering för själva datan, medan hashning körs hela tiden för att säkerställa att inget som skickats ändrats på vägen. Att känna igen dessa tre roller är det som gör resten av den här kursen — signaturer, certifikat, TLS, och totalsträckskryptering — begriplig som kombinationer av samma lilla uppsättning verktyg snarare än separat magi.