Вопросы практического применения криптографии для обеспечения безопасности данных

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 004.056                                        

В современном информационном обществе, где цифровые технологии стали неотъемлемой частью повседневной жизни, обеспечение безопасности данных становится критически важным аспектом. Каждый день мы взаимодействуем с различными электронными устройствами, передаем чувствительную информацию через интернет, проводим финансовые операции онлайн. В такой среде, где обмен информацией стал неотъемлемой частью нашего быта, риск утечки и несанкционированного доступа к данным значительно возрастает [1].

Применение криптографии в повседневной жизни становится ключевым инструментом для обеспечения конфиденциальности, целостности и аутентичности информации. Будь то защита личных персональных данных, шифрование сообщений в мессенджерах или обеспечение безопасности онлайн-транзакций, криптографические методы играют решающую роль в предотвращении кибератак и сохранении доверия в цифровом пространстве.

На сегодняшний день применение криптографии для обеспечения безопасности данных сталкивается с рядом вызовов и проблем. С одной стороны, с развитием технологий и повсеместным использованием цифровых средств общения и хранения информации расширяются возможности для злоумышленников проводить атаки на системы и нарушать безопасность данных. С другой стороны, сами методы криптографии также постоянно развиваются, а существующие стандарты могут оказаться уязвимыми перед новыми методами взлома [2].

Одной из основных проблем является недостаточное осознание пользователями важности применения криптографии и соблюдения базовых правил безопасности. Часто люди используют слабые пароли, не обеспечивают шифрование информации на своих устройствах или недостаточно внимательны к защите своих личных данных, что делает их уязвимыми к кибератакам. Также с развитием квантовых вычислений стоит и вопрос об устойчивости существующих алгоритмов криптографии, поскольку они могут стать уязвимыми к атакам нового типа. Это поднимает вопрос о необходимости разработки и внедрения новых квантово-устойчивых криптографических методов [3].

Для решения описанных проблем в области применения криптографии с целью обеспечения безопасности данных, в работе предлагается комплексный подход, включающий следующие шаги.

• 1.    Образование и повышение осведомленности:

• -    проведение образовательных программ для пользователей о важности безопасности данных, методах шифрования и базовых правилах безопасности;

• -    регулярные кампании по информированию о новых угрозах и методах защиты.

• 2.    Улучшение стандартов безопасности:

• -    развитие и внедрение более строгих стандартов безопасности в различных отраслях, таких как финансы, здравоохранение и государственные службы;

• -    обязательная сертификация систем и приложений на соответствие высоким стандартам безопасности.

• 3.    Разработка и внедрение квантово-устойчивых криптографических методов:

• -    инвестирование в исследования и разработку квантово-устойчивых алгоритмов шифрования, которые были бы устойчивы к атакам квантовых вычислений;

• -    постепенное внедрение этих методов в системы обработки данных.

• 4.    Совершенствование технологий аутентификации:

• -    использование биометрических методов аутентификации для усиления безопасности доступа к устройствам и данным;

• -    развитие и внедрение многофакторной аутентификации для предотвращения несанкционированного доступа.

• 5.    Активное обновление методов шифрования:

• -    регулярное обновление и адаптация криптографических алгоритмов с учетом последних открытий в области криптоанализа;

• -    поощрение обновления программного обеспечения и устройств для использования последних версий безопасных протоколов.

Далее поясним суть шифрования данных в общем и рассмотрим основные сферы применения криптографии. Криптология — это область науки, которая изучает два основных процесса: шифрование и дешифрование. В ее состав входят криптография, занимающаяся разработкой и анализом математических методов преобразования данных, и криптоанализ, который оценивает эффективность методов шифрования, а также разрабатывает методы для их взлома [4].

Современным средством обеспечения безопасности данных является шифрование. Этот процесс включает в себя обратимое преобразование открытого текста с использованием определенного алгоритма, чтобы получить набор бессмысленных данных. Эти данные становятся недоступными для лиц, не обладающих определенным секретным ключом. Основной целью шифрования является обеспечение конфиденциальности передаваемой информации. Каждый алгоритм шифрования характеризуется использованием ключа, который определяет конкретное преобразование данных. Зашифрованная информация может быть расшифрована только с использованием того же ключа, который может принадлежать отдельному пользователю или группе пользователей. Шифрование применяется для защиты информации при хранении в ненадежных местах и передаче по открытым каналам связи. Этот процесс включает два взаимосвязанных этапа: данные зашифровываются перед отправкой или сохранением, а затем расшифровываются для восстановления исходных данных (Рисунок) . Алгоритмы шифрования подразделяются на две основные категории: симметричные и асимметричные. В симметричных методах как отправитель, так и получатель используют общий секретный ключ для обеспечения шифрования и расшифровки данных. В случае асимметричных методов отправитель использует открытый ключ для шифрования, в то время как получатель расшифровывает данные при помощи закрытого ключа [5].

Один из наиболее известных и эффективных алгоритмов симметричного шифрования — это Advanced Encryption Standard (AES). Он применяется для защиты личных файлов на компьютерах, шифрования трафика в сети Wi-Fi (например, с использованием протокола WPA2) и в сфере онлайн-банкинга для обеспечения безопасности финансовых операций. Другим примером симметричного шифрования является алгоритм Data Encryption Standard (DES), который, несмотря на свою устаревшую криптографическую стойкость, все еще может применяться в некоторых контекстах, но в современных приложениях часто заменяется более надежным вариантами, такими как Triple-DES (3DES).

Рисунок. Упрощенная схема криптографической системы

Среди асимметричных алгоритмов шифрования наиболее распространенным является RSA (Rivest–Shamir–Adleman), который применяется для защиты данных, передаваемых по электронной почте, и создания цифровых подписей. Другим примером асимметричного алгоритма является ECC (Elliptic Curve Cryptography), который активно используется в сфере криптовалют, таких как биткоин, для создания уникальных ключей и обеспечения безопасности транзакций. ECC обладает высокой стойкостью к криптоанализу при более низкой потребности в вычислительных ресурсах по сравнению с классическими алгоритмами. Асимметричное шифрование часто используется для обеспечения безопасного соединения между веб-браузером и сервером в протоколах SSL/TLS, которые предназначены для безопасной передачи данных в интернете (например, при онлайн-покупках). Также оба типа алгоритмов часто используются в комбинации, чтобы сочетать преимущества каждого. Например, асимметричные алгоритмы могут использоваться для безопасной передачи симметричных ключей, которые применяются для последующего шифрования данных.

В заключении следует отметить, что применение криптографии в повседневной жизни играет ключевую роль в обеспечении безопасности данных. В настоящее время технологии криптографии встроены в различные аспекты, начиная от безопасности банковских транзакций и защиты личных данных в сети до обеспечения безопасности мессенджеров и электронной почты. Все это подчеркивает важность понимания и применения криптографии в повседневной цифровой среде, поскольку она служит фундаментальным инструментом для защиты личных и конфиденциальных данных, создавая основу для безопасности в современном информационном обществе.