Kryptografian ymmärtäminen: peruskomponentit, tekniikat ja sovellukset

Kryptografia on käytäntö, jossa suojataan tietojen luottamuksellisuus, eheys ja aitous käyttämällä matemaattisia algoritmeja tietojen salaamiseen ja salauksen purkamiseen. Se sisältää salaisten avainten käytön muuntaaksesi selkeän tekstin lukukelvottomaksi salatekstiksi, jonka voi tulkita vain joku, jolla on asianmukainen salauksenpurkuavain. Salausta käytetään monissa sovelluksissa, mukaan lukien suojatut viestintäprotokollat, kuten SSL/TLS, digitaaliset allekirjoitukset ja viestien todennuskoodit (MAC).

2. Mitkä ovat salausjärjestelmän peruskomponentit?

Salausjärjestelmä koostuu kolmesta peruskomponentista:

1. Avaimen luominen: Tämä sisältää salaisen avaimen luomisen, jota käytetään tietojen salaamiseen ja salauksen purkamiseen.
2. Salaus: Tämä on prosessi, jossa pelkkä teksti muunnetaan salatekstiksi salaisella avaimella.
3. Salauksen purku: Tämä on prosessi, jossa salakirjoitus muunnetaan takaisin tavalliseksi tekstiksi salaisella avaimella.

3. Mitkä ovat yleisiä salaustekniikoita?

Joitakin yleisiä salaustekniikoita ovat:

1. Symmetrinen salaus: Tämä käyttää samaa avainta sekä salaukseen että salauksen purkamiseen. Esimerkkejä ovat AES (Advanced Encryption Standard) ja DES (Data Encryption Standard).
2. Epäsymmetrinen salaus: Tämä käyttää paria avaimia, toista salaukseen ja toista salauksen purkamiseen. Esimerkkejä ovat RSA (Rivest-Shamir-Adleman) ja Diffie-Hellman.
3. Hash-funktiot: Nämä ottavat kaikenkokoisia syötetietoja ja tuottavat kiinteän kokoisen lähdön, jota voidaan käyttää viestien todentamiseen tai digitaalisiin allekirjoituksiin. Esimerkkejä ovat SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) ja MD5 (Message-Digest Algorithm 5).
4. Digitaaliset allekirjoitukset: Nämä käyttävät hajautustoimintoja ja epäsymmetristä salausta viestin lähettäjän todentamiseksi ja varmistamaan, että viestiä ei ole peukaloitu.
5. Viestin todennuskoodit (MAC): Nämä ovat samanlaisia kuin digitaaliset allekirjoitukset, mutta ne eivät tarjoa kiistämättömyyttä (kykyä todistaa lähettäjän lähettäneen viestin). Esimerkkejä ovat HMAC (Keyed-Hash Message Authentication Code) ja CBC-MAC (Cipher Block Chaining Message Authentication Code).
6. Näennäissatunnaisten lukujen luominen: Tätä käytetään satunnaislukujen luomiseen, joita on vaikea ennustaa tai arvata. Esimerkkejä ovat satunnaislukugeneraattori (RNG) ja pseudo-satunnaislukugeneraattori (PRNG).
7. Avainten vaihto: Tämä sisältää salausavainten turvallisen vaihdon kahden osapuolen välillä suojaamattoman kanavan kautta. Esimerkkejä ovat Diffie-Hellman-avainten vaihto ja elliptinen käyräsalaus (ECC).
8. Secure sockets layer/transport layer security (SSL/TLS): Näitä protokollia käytetään turvaamaan Internet-viestintä, kuten verkkopankki ja sähköinen kaupankäynti.
9. Julkisen avaimen infrastruktuuri (PKI): Tämä on järjestelmä, jota käytetään digitaalisten allekirjoitusten ja muiden salaussovellusten julkisten avainten hallintaan ja jakeluun.
10. Kryptografiset hajautustoiminnot: Nämä ovat yksisuuntaisia toimintoja, jotka ottavat kaikenkokoisia syötetietoja ja tuottavat kiinteän kokoisen lähdön, jota voidaan käyttää viestien todentamiseen tai digitaalisiin allekirjoituksiin. Esimerkkejä ovat SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) ja MD5 (Message-Digest Algorithm 5).

4. Mitä eroa on symmetrisellä ja epäsymmetrisellä salauksella?

Symmetrinen salaus käyttää samaa avainta sekä salaukseen että salauksen purkamiseen, kun taas epäsymmetrinen salaus käyttää paria avaimia, toista salaukseen ja toista salauksen purkamiseen. Symmetrinen salaus on nopeampaa ja tehokkaampaa, mutta se edellyttää, että molemmilla osapuolilla on pääsy samaan salaiseen avaimeen. Epäsymmetrinen salaus on hitaampaa ja monimutkaisempaa, mutta se tarjoaa korkeamman suojaustason ja mahdollistaa avainten vaihdon epävarman kanavan kautta.

5. Mitkä ovat salauksen yleisiä sovelluksia?

Salauksella on monia sovelluksia eri aloilla, mukaan lukien:

1. Suojatut viestintäprotokollat, kuten SSL/TLS, jotka suojaavat verkkoviestintää ja verkkokauppatapahtumia.
2. Digitaaliset allekirjoitukset, jotka todentavat viestin lähettäjän ja varmistavat, että viestiä ei ole peukaloitu.
3. Viestin todennuskoodit (MAC), jotka tarjoavat samanlaisen suojaustason kuin digitaaliset allekirjoitukset, mutta eivät takaa kiistämättömyyttä.
4. Lepotilan ja siirron aikana olevien tietojen, kuten salattujen kiintolevyjen ja suojattujen online-tallennuspalvelujen, salaus.
5. Suojatut avaintenvaihtoprotokollat, kuten Diffie-Hellman ja Elliptic Curve Cryptography (ECC), joiden avulla osapuolet voivat vaihtaa salausavaimia turvallisesti suojaamattoman kanavan kautta.
6. Turvalliset äänestysjärjestelmät, jotka käyttävät salausta vaalien eheyden suojaamiseen ja petosten estämiseen.
7. Suojatut rahoitustapahtumat, kuten verkkopankki ja verkkokauppa, jotka käyttävät salausta suojaamaan arkaluontoisia tietoja, kuten luottokorttinumeroita ja salasanoja.
8. Suojatut viestisovellukset, kuten WhatsApp ja Signal, jotka käyttävät päästä päähän -salausta viestien ja puhelujen yksityisyyden suojaamiseen.
9. Suojatut sähköpostipalvelut, kuten ProtonMail ja Tutanota, jotka käyttävät salausta suojaamaan sähköpostien ja liitteiden yksityisyyttä.
10. Suojattu online-identiteetin vahvistus, kuten kaksivaiheinen todennus (2FA) ja monitekijätodennus (MFA), jotka käyttävät salausta suojaamaan käyttäjätilejä ja estämään luvattoman käytön.