Симметричное и асимметричное шифрование простыми словами

Это не копипаста, это то, что лично я, в силу своей специфики изучал, изучал, да невыизучил, поэтому погрешности в изложении возможны.

Проблема «конфиденциальности» передаваемых сообщений существует издревле. В разные годы существовали разные способы. Вспомним «17 мгновений весны» - персонаж Тихонова вслушивается в набор чисел, передаваемых в открытый эфир, записывает, берет книгу с полки и дешифрует сообщение.

В «Гардемаринах» (я специально использую знакомые всем нам с детства примера») – послание читается в зеркале. Бред конечно, например, я в зеркалах спокойно читаю номера автомобилей, для меня нет проблем прочитать зеркальное отображение, как и для любого другого человека, ну да ладно, это всего лишь фантазия автора фильма.

Но наша задача обеспечить секретность послания.

Первый вариант – мы заранее договариваемся, каким ключом мы шифруем сообщения. Например, мы берем некоторое число, берем алфавит, и вот теперь мы создаем сообщение.

Пример «поешь еще мягких булочек». При этом ключ шифрования – 12345. Мы составляем сообщение так – «п» - это буква «п», но плюс одна буква – это «р», «о» превращается (плюс две буквы) в «р», «е» превращается (плюс три буквы) в «з», и.т.д. Потом стоит в послании провести обратное вычитание букв, р-1=п, р-2=о, з-3=е и т.д. Мы восстановили исходное послание.

Даже статистически, вычислить ключ шифрования крайне сложно, потому что буквы уже не соответствуют языку. В «Кортике» (была такая книга, как и «Бронзовая птица, где кодирование было более сложным) применено шифрование, с помощью подмены символов алфавита «секретными» символами, но каждый из них однозначно соответствует одной букве алфавита, поэтому расшифровка подобного – это простой статистический анализ повторяемости символов, на котором можно сопоставить символ реальной букве – в основных фразах языка есть статистика повторяемости тех или иных букв, на основании которых можно все понять. Этот процесс мы используем в кроссвордах и в играх, аналогичных «Поле чудес». Кстати, именно этим способом «ломалась» древняя игрушка «Duck Tales» - там был код, который мы ломали именно сопоставлением «выдуманных» символов реальными – в оригинальной версии игры была описание этого кода, но у нас его не было. Но нас это не останавливало.

Но проблема одна. Ключ шифрования и дешифрования – один.

И её проблема – наличие ключа, который известен обеим сторонам изначально. Симметричное шифрование.

Теперь мы попробуем поставить задачу – две стороны обмена информации изначально друг друга не знают, поэтому договориться об общем ключе не могут.

И что вот делать, если абонент, с которым мы хотим наладить шифрованный канал, не может знать ключ шифрования?

Вот в этот момент вступает система асимметричного шифрования.

В чем заключается основная идея? Не буду вдаваться в исторический и математический экскурс, но есть интересная система, сугубо математическая, которая решает эту проблему.

Итак. Мы генерируем два ключа шифрования. Один – «секретный», назовем его «закрытым», а второй – «публичным» или «открытым».

Вся прелесть данной пары заключается в простых тезисах:

1) сообщение, зашифрованное открытым ключом, может быть дешифровано исключительно закрытым;

2) по известному открытому ключу невозможно узнать закрытый;

Итак. Начнем с простых определений. В англоязычной литературе применяются стороны обмена информацией, как «Анна», «Боб» и «Чарли» (про третьего участника ниже).

Дело в том, что в английском языке имя «Чарли» начинается с буквы «Си» - это та буква, которая выглядит, как наша «С» - «Charlie», т.е. – ABC, в русском языке – это АБВ.

Введем наши русские понятия – Анна, Борис, Виктор.

Итак.

1) Анна хочет получить шифрованные сведения от Бориса. Она генерирует пару закрытый-открытый ключи;

2) Отправляет Борису открытый ключ;

3) Борис шифрует сообщение открытым ключом и отправляет его Анне;

4) Закрытым ключом Анна дешифрует сообщение.

Расшифровать данное сообщение может только Анна, т.к. только у нее есть парный закрытый ключ.

Если же сообщение нужно отправить от Анны к Борису, то он делает то же самое – генерирует свою пару ключей, отправляет Анне открытый, а дешифрует своим закрытым ключом.

Идеальная схема, не так ли?

Да. Пока не возникает знаменитая «Атака посередине».

Что это такое? Вот тут и вступает в действие Чарли/Виктор.

Анна передает Борису открытый ключ. Но Виктор, админ магистрали передачи информации, перехватывает открытый ключ от Анны, но не передает его Борису. Вместо этого, он генерирует свою пару закрытого-открытого ключа и передает СВОЙ открытый ключ.

Естественно, Борис об этом не знает и воспринимает открытый ключ, как полученный от Анны, не подозревая, что ключ получен на самом деле от Виктора. Борис шифрует сообщение открытым ключом Виктора и отправляет сообщение. Виктор сообщение декодирует, сохраняет его и шифрует его ключом Анны. Анна получает сообщение, дешифрует, но не подозревает, что сообщение ранее уже было расшифровано.

С точки зрения Анны и Бориса – Борис передал сообщение, зашифрованное открытым ключом Анны. Но на самом деле, сообщение было перехвачено, дешифровано, и переотправлено Анне.

Поэтому важно знать, был ли перехвачен ключ.

Небольшое отступление.

Была тема про квантовую передачу ключа. Это не квантовый компьютер. В системе спутанных квантов, любая атака «посередине» обречена на провал – перехват ключа отразится на состоянии фотонов, это сразу выявит перехват. Поэтому, в системах с квантовой передачей ключа нет смысла городить огород из удостоверяющих центров и прочего (включая асимметричное шифрование).

Но для нас, обывателей, надо понять простую истину.

Наличие на магистральной сети системы перехвата пакетов – это и есть «атака посередине».

Это, кстати, то, чем и занимается РКН. Кстати, как ни странно, но именно РКН является уголовником – он использует «хакерские» методы. Его действия по установке средств контроля магистральных и провайдерских сетей, как ни странно, противоречат УК РФ. Впрочем, всем пофиг (ну, или, по..й, но не забываем, в какой стране мы живем).

В общем, как-то так вот. Все наши «ВПН» и т.д. пока защищены исключительно самой основой системы Интернета. Нет возможности определить точность прохождения полной суммы пакетов по сети, и какими маршрутами они проходили. Но установкой «перехватчиков» на уровне провайдера РКН будет «ловить» пакеты на этапе отправки. Это незаконно, нарушает УК РФ, но это есть.

В остальном, есть много применений систем с асимметричным шифрованием. Я рассказал лишь об одной из сфер применения. Постарался, как мог, простым языком.

И да прибудут с нами знания и сила.

С уважением.