Симетричне шифрування, асиметричне шифрування і хешування

Люди часто кажуть «це зашифровано», ніби це закриває питання безпеки. Це не так, бо шифрування — не одна річ. Це заняття розглядає три будівельні блоки, що стоять майже за кожним твердженням про цифровий захист: симетричне шифрування, асиметричне шифрування та хешування. Кожен гарантує щось інше, і знання того, який саме задіяний, показує, що насправді захищено.

Симетричне шифрування: один спільний ключ

Навчальний центр Cloudflare описує симетричне шифрування просто: «є лише один ключ, і всі сторони спілкування використовують той самий (секретний) ключ як для шифрування, так і для розшифрування». Advanced Encryption Standard (AES) — стандартний приклад сьогодні, що замінив старіший Data Encryption Standard (DES) після того, як коротка довжина ключа DES зробила його зламним грубою силою. Симетричне шифрування швидке й саме воно фактично перемішує основну масу ваших даних, будь то файл на диску чи тіло веб-сторінки, завантаженої через HTTPS. Його головна проблема — розповсюдження: обидві сторони потребують того самого секретного ключа, а передача цього ключа іншій стороні так, щоб ніхто інший його не побачив, — саме та проблема, яку вирішує асиметричне шифрування.

Асиметричне шифрування: два ключі, що працюють парою

В асиметричному, або шифруванні з відкритим ключем, є два математично пов’язані ключі: «один ключ використовується для шифрування, а інший — для розшифрування», за Cloudflare. Ключ шифрування можна опублікувати для будь-кого — звідси «відкритий ключ» — тоді як відповідний ключ розшифрування залишається приватним. Дані, замкнені відкритим ключем, можна розблокувати лише приватним ключем. Саме це дозволяє двом людям, які ніколи не зустрічалися, домовитися про спільний секрет через відкриту мережу, що й відбувається на початку кожного HTTPS-з’єднання (наступне заняття детально розглядає це рукостискання). RSA та криптографія на еліптичних кривих — поширені алгоритми, що стоять за цим сьогодні.

Хешування: відбиток, а не замок

Функція хешування — не те й не інше з переліченого: вона нічого не замикає, і немає ключа, щоб її розблокувати. NIST визначає її як функцію, що «перетворює бітовий рядок довільної довжини на бітовий рядок фіксованої довжини» — простими словами, вона перетворює будь-який файл чи повідомлення на короткий відбиток фіксованого розміру. NIST визначає властивості, які має мати схвалена хеш-функція: обчислювально неможливо знайти вхід, що дає заданий вихід (одностороння дія), і неможливо знайти два різних входи, що дають однаковий вихід (стійкість до колізій). Саме тому хешування перевіряє цілісність — чи змінився цей файл? — і захищає збережені паролі: сервіс може перевірити пароль за збереженим хешем, ніколи не зберігаючи сам пароль. Старіші хеш-функції на кшталт MD5 і SHA-1 більше не вважаються безпечними проти вмотивованого зловмисника, тому сучасні системи натомість використовують родини SHA-2 чи SHA-3.

Що насправді гарантує кожен із них

Як вони поєднуються на практиці

Майже ніщо не використовує лише один із цих інструментів. Типове захищене з’єднання коротко використовує асиметричне шифрування, щоб домовитися про спільний секрет, а потім переходить на швидке симетричне шифрування для самих даних, тоді як хешування працює весь час, щоб переконатися, що надіслане нічого не змінилося дорогою. Розпізнавання цих трьох ролей — саме те, що робить решту цього курсу — підписи, сертифікати, TLS і наскрізне шифрування — зрозумілою як комбінації того самого невеликого набору інструментів, а не окремою магією.