Что такое СКЗИ, и какие они бывают
СКЗИ (средство криптографической защиты информации) — это программа или устройство, которое шифрует документы и
генерирует электронную подпись (ЭП). Все операции производятся с помощью ключа электронной подписи, который
невозможно подобрать вручную, так как он представляет собой сложный набор символов. Тем самым обеспечивается
надежная защита информации.
Что такое СКЗИ и для чего нужны средства криптографической защиты
Подробно разбираем, как работают электронная подпись, хеш-функции, асимметричное шифрование и другие средства защиты данных.
Иллюстрация: Катя Павловская для Skillbox Media
Журналист, изучает Python. Любит разбираться в мелочах, общаться с людьми и понимать их.
В конце девяностых — начале нулевых в научно-популярном журнале «Наука и жизнь» публиковали логические задачки с двумя детективами: инспектором Боргом и сержантом Глумом.
В одной из них инспектор хотел отправить сержанту посылку, но почтальоны всё время воровали содержимое. Борг нашёл выход: сначала он послал коробку, запертую на большой амбарный замок, а на следующий день — бандероль с ключом от него. В итоге Глум получил свой подарок в целости и сохранности.
По схожему принципу работает и криптографическое шифрование данных. Даже если злоумышленники перехватят защищённую информацию, «вскрыть» её будет нелегко — придётся ломать «амбарный замок». Чтобы его навесить, и нужны СКЗИ.
Из этой статьи вы узнаете:
СКЗИ (средства криптографической защиты информации) — это программы и устройства, которые шифруют и дешифруют информацию и проверяют, вносились ли в неё изменения. С КЗИ используют для безопасного хранения и передачи данных. С их помощью также создают электронные подписи.
Чтобы защитить информацию, её шифруют одним из криптографических алгоритмов. Например, сравнительно простым шифром Цезаря. В нём каждая буква исходного сообщения заменяется на другую. На какую — зависит от ключа и расположения буквы в алфавите.
Например, если ключ равен трём, то все буквы в сообщении сдвигаются на три позиции вправо: А превращается в Г, Б — в Д, В — в Е, Я — в В.
Если таким образом зашифровать сообщение «Средство криптографической защиты информации», получится следующее: «Фузжфхес нултхсёугчлъзфнсм кгьлхю лрчсупгщлл».
Проблема подобных шифров в том, что их можно взломать простым перебором ключей. Поэтому сегодня для защиты информации применяют куда более изощрённые математические алгоритмы, обратить которые трудно даже с помощью суперкомпьютеров.
Например, протокол RSA в качестве одной из операций перемножает большие . Сделать это несложно, а вот для факторизации (то есть разложения на множители) удобной формулы не придумали. Затем в протоколе проводятся и другие операции: применяются функция Эйлера и возведение в степень по модулю.
Есть несколько подходов к шифрованию данных. Оно может быть:
При симметричной криптографии для шифрования и расшифровки используется один и тот же секретный ключ. Шифр Цезаря, о котором мы говорили раньше, как раз симметричный.
Инфографика: Майя Мальгина для Skillbox Media
Этот метод прост и удобен, но имеет крупную уязвимость: и у отправителя, и у получателя — один и тот же ключ. Если злоумышленники его узнают (например, перехватят при передаче), то смогут без труда получить доступ к информации.
Поэтому симметричную криптографию редко применяют для отправки сообщений. Обычно таким образом шифруют данные в состоянии покоя.
При асимметричной криптографии данные шифруются одним ключом и расшифровываются другим. Причём ключ для шифрования обычно открытый, а для дешифровки — закрытый.
Открытый ключ можно передать кому угодно, а закрытый оставляют у себя и никому не сообщают. Теперь зашифровать сообщение сможет любой, у кого есть открытый ключ, а расшифровать — только владелец секретного.
Такой подход гораздо безопаснее симметричного, но его алгоритмы сложнее, требуют больше ресурсов компьютера и, следовательно, занимают больше времени.
Гибридное шифрование — компромисс между двумя предыдущими подходами. В этом случае сообщение шифруется симметрично, а ключ к нему — асимметрично. Получателю нужно сначала расшифровать симметричный ключ, а потом с его помощью — само сообщение.
Так алгоритмы работают быстрее, чем при асимметричном подходе, а узнать ключ от сообщения сложнее, чем в симметричном.
Подробнее о симметричном, асимметричном и гибридном шифровании можно прочитать в нашей статье.
Хеш-функции отличаются от других методов криптографической защиты тем, что они необратимы: преобразованные ими данные нельзя расшифровать. Они выдают строку заранее определённого фиксированного размера (например, 256 бит), которую называют хешем, хеш-суммой или хеш-кодом.
В идеальной хеш-функции, если ей захешировать одно и то же сообщение несколько раз, результат тоже будет получаться одинаковый. Но если исходное сообщение изменить хоть немного, то хеш выйдет совершенно другой.
С помощью хеш-функций проверяют, вносились ли в данные изменения, — это полезно в электронных подписях (о них мы расскажем ниже).
Многие сервисы хранят пароли пользователей не в открытом виде, а в хешированном. Когда пользователь при авторизации вводит пароль, тот хешируется и сравнивается с хешем из базы данных. Если хеши одинаковые, значит, пароль верный.
Это даёт дополнительную защиту. Даже если кто-то получит доступ к базе данных сервиса, то увидит просто список хешей, по которым никак не сможет восстановить исходные пароли пользователей.
Основная задача СКЗИ — шифровать и расшифровывать данные. Это делают как для информации, которую куда-то отправляют (при передаче она наиболее уязвима: её можно перехватить), так и для той, которая просто хранится на одном устройстве.
Если кто-то перехватит информацию или получит доступ к устройству, ломать криптографический протокол будет просто нерационально. Например, в 2019 году французские учёные взломали 795-битный ключ RSA, потратив 4000 лет компьютерного времени — это последний рекорд. При этом в современной криптографии используют ключи с длиной от 2048 бит.
Помимо шифрования и дешифрования данных, СКЗИ могут управлять электронной подписью (ЭП). Раньше её ещё называли электронной цифровой подписью (ЭЦП), но сейчас этот термин устарел.
Электронная подпись — это дополнение к пересылаемому документу, созданное криптографическими методами. Она позволяет подтвердить авторство сообщения и проверить данные на целостность: не вносились ли в них изменения после того, как поставили подпись.
Так как реальные документы могут быть большого объёма, обычно ЭП применяют не к ним самим, а к их хешу. Это ускоряет работу с подписью. Также протоколы шифрования могут не уметь работать с некоторыми видами документов — хеширование же преобразует все данные в . Это решает проблему совместимости.
Чтобы поставить ЭП, используют асимметричный метод шифрования, но наоборот: сообщение шифруют закрытым ключом, а дешифруют — открытым. В общем виде электронная подпись ставится так:
Сертификат электронной подписи (его ещё называют сертификатом открытого ключа) хранит данные об отправителе и всю информацию, которая нужна для проверки авторства и подлинности документа. Работает это по следующей схеме:
Если после применения ЭП документ был хоть немного изменён, то при проверке хеши не совпадут. Если же они одинаковые, можно быть уверенным: данные добрались до получателя в целости и сохранности.
Человек, который поставил свою ЭП, потом не сможет отрицать это. Дело в том, что доступ к закрытому ключу есть только у него, а значит, никто другой подписать документ не мог.
Современные СКЗИ бывают программные и программно-аппаратные (часто их называют просто аппаратными).
Программно-аппаратные СКЗИ вшиты в специальное устройство (обычно токен). Все операции происходят на этом устройстве и скрыты от оперативной памяти компьютера, к которому он подключён. Такой вид СКЗИ считается более безопасным, чем программный.
Главная задача СКЗИ — уберечь данные от возможного взлома, поэтому в них встраивают защиту. В зависимости от её уровня присваивется класс защиты. Каждый последующий класс включает в себя все предыдущие.
Вот что нужно запомнить:
Жизнь можно сделать лучше!Освойте востребованную профессию, зарабатывайте больше и получайте от работы удовольствие. А мы поможем с трудоустройством и важными для работодателей навыками.
Как работает СКЗИ
Есть два вида средств криптографической защиты информации: устанавливаемые отдельно и встроенные в носитель.
СКЗИ, устанавливаемое отдельно — это программа, которая устанавливается на любое компьютерное
устройство. Такие СКЗИ используются повсеместно, но имеют один недостаток: жесткую привязку к одному рабочему
месту. Вы сможете работать с любым количеством электронных подписей, но только на том компьютере или ноутбуке,
на котором установлена СКЗИ. Чтобы работать на разных компьютерах, придется для каждого покупать дополнительную
лицензию.
При работе с электронными подписями в качестве устанавливаемого СКЗИ чаще всего используется криптопровайдер
КриптоПро CSP. Программа работает в Windows,
Unix и других операционных системах, поддерживает отечественные стандарты безопасности ГОСТ Р 34.11-2012
и ГОСТ Р 34.10-2012.
Реже используются другие СКЗИ:
Все перечисленные СКЗИ сертифицированы ФСБ и ФСТЭК, соответствуют стандартам безопасности, принятым в России.
Для полноценной работы также требуют покупки лицензии.
СКЗИ, встроенные в носитель, представляют собой «вшитые» в устройство средства шифрования, которые
запрограммированы на самостоятельную работу. Они удобны своей самодостаточностью. Все необходимое для того, чтобы
подписать договор или отчет, уже есть на самом носителе. Не надо покупать лицензии и устанавливать дополнительное
ПО. Достаточно компьютера или ноутбука с выходом в интернет. Шифрование и расшифровка данных производятся внутри
носителя. К носителям со встроенным СКЗИ относятся Рутокен ЭЦП, Рутокен ЭЦП 2.0 и JaCarta SE.