Криптография — наука о методах защиты информации¶
Криптография (от др.-греч. κρυπτός — «тайный» и γράφω — «пишу») — наука о методах преобразования информации с целью обеспечения её конфиденциальности, целостности и аутентичности. Классическая криптография изучает способы сокрытия содержания сообщения от посторонних, современная — включает также задачи цифровой подписи, электронной подписи, хеширования и криптографического протоколирования.
¶История
¶Древность и Средневековье
Первые известные шифры относятся к Древнему Египту (около 1900 года до н. э.) — на надписях обнаружены иероглифические замены. В I веке до н. э. Цезарь использовал шифр сдвигом (шифр Цезаря), где каждая буква заменялась буквой, стоящей на три позиции далее в алфавите. В исламском мире в IX веке аль-Кинди описал метод частотного анализа — способ взлома моноалфавитных шифров через анализ частоты букв.
На протяжении столетий криптография оставалась преимущественно инструментом дипломатии и военного дела. В XVI веке Леон Баттиста Альберти создал полиалфавитный шифр, а Блез де Виженер в 1586 году описал шифр, названный его именем, который оставался практически нерасшифровываемым до XIX века.
¶Эпоха машин
В XX веке криптография пережила технологический переворот. Немецкая машина «Энигма», применявшаяся с 1920-х годов, использовала комбинацию вращающихся роторов для создания сложного полиалфавитного шифра. Расшифровка «Энигмы» британскими математиками под руководством Алана Тьюринга в Блетчли-парке во время Второй мировой войны считается одним из крупнейших достижений в истории криптоанализа и, по оценкам историков, сократило войну на два года.
¶Современная криптография
Революционным событием стала публикация в 1976 году статьи Уитфилда Диффи и Мартина Хеллмана «Новые направления в криптографии», в которой был предложен принцип асимметричного шифрования. В 1977 году Ривест, Шамир и Адлеман создали алгоритм RSA, ставший основой публичной криптографии. В 2001 году Национальный институт стандартов и технологий США утвердил стандарт AES (Rijndael), который стал доминирующим симметричным шифром.
¶Классификация
По типу ключа криптографические алгоритмы делятся на:
- Симметричные — шифрование и расшифрование используют один и тот же ключ (AES, ChaCha20, ГОСТ 28147-89). Быстры, но требуют безопасного способа передачи ключа.
- Асимметричные (публичные) — используют пару связанных ключей: открытый и закрытый (RSA, ECC, ГОСТ Р 34.10). Решают проблему распределения ключей, но работают медленнее симметричных.
По назначению различают:
- Шифрование — обеспечение конфиденциальности (AES, RSA).
- Хеширование — преобразование данных в фиксированную строку (SHA-256, ГОСТ Р 34.11-2012). Односторонняя функция: восстановить исходные данные по хешу невозможно.
- Цифровая подпись — подтверждение авторства и целостности (RSA, ECDSA, ГОСТ Р 34.10-2012).
- Коды аутентификации — защита целостности сообщений (HMAC).
¶Основные понятия
Криптосистема строится на принципе, сформулированном Августом Керкгоффсом в 1883 году: безопасность системы должна опираться только на секретность ключа, а не на секретность алгоритма (принцип Керкгоффса). Современная формулировка — принцип открытого алгоритма (принцип Шеннона): криптостойкость должна обеспечиваться ключом, а не сложностью алгоритма.
Ключевой характеристикой является криптостойкость — невозможность подбора ключа за разумное время. Оценка стойкости основывается на сложности математических задач: факторизации больших чисел (RSA), дискретного логарифмирования (ECC), решеток (криптосистема NTRU).
¶Квантовая угроза и постквантовая криптография
В 1994 году Питер Шор предложил квантовый алгоритм факторизации, который при наличии квантового компьютера достаточной мощности позволит взломать RSA и другие системы, основанные на факторизации и дискретном логарифме. В ответ развивается постквантовая криптография — алгоритмы, устойчивые к атакам квантовых компьютеров. В 2022 году НИСТ США начал стандартизацию постквантовых алгоритмов (CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium). В России исследования в этой области ведутся в Математическом институте им. В. А. Стеклова РАН и других организациях.
¶Применение
Криптография обеспечивает безопасность интернет-протоколов (TLS/SSL), электронной коммерции, цифрового телевидения, криптовалют (блокчейн использует цифровые подписи и хеширование), систем электронной подписи. В России действует ГОСТ Р 34.12-2015 («Кузнечик» и «Магма»), ГОСТ Р 34.13-2015 для контейнеров криптографической защиты информации, а также стандарты электронной подписи (Федеральный закон № 63-ФЗ «Об электронной подписи»).
¶Криптография и государство
Государственное регулирование криптографии существует во многих странах. В 1990-е годы в США действовали ограничения на экспорт криптопрограммного обеспечения (категория Munitions List). В России распространение криптосредств регулируется Федеральным законом «О персональных данных» и правилами ФСБ; сертификация криптосредств проводится в соответствии с требованиями регуляторов.
Источники:
- Менялов В. П. «Введение в криптографию»
- Синельников В. Б. «Криптография. От Цезаря до наших дней»
- Шнайер Б. «Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходный код на C»
- Diffie W., Hellman M. New Directions in Cryptography, IEEE Trans. Inf. Theory, 1976
- Керкгоффс А. La cryptographie militaire, 1883
- ГОСТ Р 34.12-2015, ГОСТ Р 34.10-2012