Кибербезопасность: как интернет защищает данные пользователей / Skillbox Media

Содержание:

• Как протокол TLS защищает информацию
• Почему квантовые компьютеры «выщелкнут» все интернет-шифры

Передача информации через интернет несет в себе определенные риски. При оплате товаров с помощью банковской карты или отправке электронных писем мы рассчитываем на безопасность наших данных и надеемся, что они не станут добычей злоумышленников. Защита личной информации в сети является важной задачей для каждого пользователя, так как утечка данных может привести к серьезным последствиям. Поэтому необходимо принимать меры предосторожности и использовать надежные методы шифрования и аутентификации для защиты своих финансов и личной информации.

Интернет действительно создан с акцентом на защиту чувствительной информации. Для обеспечения безопасности между клиентами и серверами устанавливаются защищенные каналы связи. Например, при просмотре веб-страницы в браузере рядом с URL-адресом часто появляется значок замка. Это свидетельствует о том, что данные передаются по защищённому протоколу HTTPS, где «S» означает «Secure». Использование HTTPS гарантирует шифрование данных, что защищает их от несанкционированного доступа и обеспечивает безопасность пользователей в сети.

Как это работает? Когда информация передаётся от пользователя к сайту и обратно, она проходит через узлы интернет-сети. На каждом из этих узлов существует риск перехвата данных злоумышленниками. Чтобы предотвратить утечку информации, каждый фрагмент данных, называемый пакетом, подвергается шифрованию, что делает его нечитаемым при перехвате. Для обеспечения безопасности передачи данных используется криптографический протокол TLS, который также применяется в электронной почте, IP-телефонии и интернет-мессенджерах. Таким образом, TLS обеспечивает защиту конфиденциальности и целостности данных, что является критически важным в современном цифровом мире.

TLS является надежным протоколом для защиты информации, использующим сложные криптографические алгоритмы. Взломать эту систему крайне сложно, даже с использованием самой мощной вычислительной техники. Однако ученые предупреждают о потенциальной угрозе со стороны квантовых компьютеров, которые могут сделать существующие методы защиты данных уязвимыми. В случае появления таких технологий банковские счета, электронная почта, переписки в социальных сетях и криптовалютные кошельки могут оказаться под угрозой.

В этом контексте важно понять, как функционирует протокол TLS, какие особенности имеют квантовые компьютеры и существуют ли надежные методы шифрования, которые смогут защитить данные в условиях квантовой угрозы. Исследования в области квантовой криптографии и новых алгоритмов шифрования могут предоставить решения, которые обеспечат безопасность данных даже в эпоху квантовых технологий.

Как протокол TLS защищает информацию

TLS (Transport Layer Security) использует шифрование с помощью ключей, чтобы защитить передаваемую информацию. С помощью математических алгоритмов данные, которые могут быть поняты человеком, трансформируются в нечитаемый набор символов. Расшифровать эту информацию может только устройство, обладающее соответствующим ключом. Важно отметить, что уровень безопасности системы шифрования больше зависит от конфиденциальности ключа, чем от секретности самого алгоритма.

Шифрование с ключом в сети делится на три основных типа: симметричное, асимметричное и гибридное. Каждый из этих методов имеет свои особенности и применяется в различных сценариях. Симметричное шифрование использует один и тот же ключ для шифрования и расшифрования данных, что делает процесс быстрым, но требует надежного способа передачи ключа. Асимметричное шифрование, в свою очередь, использует пару ключей: публичный и приватный, что обеспечивает более высокий уровень безопасности, но может быть медленнее. Гибридное шифрование сочетает в себе оба метода, используя преимущества каждого из них для обеспечения максимальной безопасности и скорости передачи данных. Понимание этих типов шифрования важно для выбора подходящей технологии защиты данных в сети.

Симметричное шифрование подразумевает использование одного и того же ключа как для шифрования, так и для расшифровки данных. Этот метод обеспечивает быструю обработку информации и высокую скорость работы, что делает его популярным в различных сферах. Однако важно помнить, что безопасность симметричного шифрования зависит от сохранности ключа: если он окажется в руках злоумышленника, вся защищенная информация станет уязвимой. Поэтому эффективное управление ключами и их защита — ключевые аспекты при использовании симметричного шифрования.

Протокол TLS применяет алгоритм симметричного шифрования AES, который на сегодняшний день является одним из самых надёжных и распространённых. AES генерирует ключи длиной 128, 192 или 256 бит, что зависит от требуемого уровня секретности. Эти ключи представляют собой длинные пароли, взломать которые методом перебора практически невозможно. Например, 128-битный ключ предлагает 2^128 комбинаций, и даже с использованием суперкомпьютеров их перебор займет приблизительно 150 триллионов лет. Такой уровень безопасности делает TLS и алгоритм AES крайне важными для защиты данных в современных сетевых коммуникациях.

AES является одним из наиболее эффективных алгоритмов шифрования, который обеспечивает защиту файлов и мобильных приложений. Он также играет ключевую роль в обеспечении безопасности веб-сайтов, сетей Wi-Fi и VPN-технологий. Этот стандарт шифрования широко применяется, включая правительственные организации США, которые используют его для защиты секретной информации. Благодаря своей высокой надежности и скорости работы, AES стал основным выбором для реализации шифрования в различных сферах, обеспечивая защиту данных и конфиденциальность пользователей.

Симметричные алгоритмы шифрования обладают преимуществом, заключающимся в низких требованиях к вычислительной мощности для процессов шифрования и расшифровки, а также в отсутствии значительного влияния на скорость интернет-соединения. Однако их основным недостатком является использование одного и того же ключа на передающем и принимающем устройствах. Это создает риск перехвата ключа злоумышленниками, особенно во время передачи. В таких случаях для повышения уровня безопасности рекомендуется применять асимметричные схемы шифрования, которые используют пару ключей: открытый и закрытый. Это позволяет значительно снизить риски несанкционированного доступа к данным.

Асимметричное шифрование основывается на использовании пары математически связанных ключей: открытого и закрытого. Открытый ключ предназначен для шифрования данных, в то время как закрытый ключ используется для их расшифровки. Эта технология обеспечивает высокий уровень безопасности, поскольку только обладатель закрытого ключа может расшифровать информацию, зашифрованную открытым ключом. Асимметричное шифрование широко используется в современных системах защиты данных, таких как электронная почта и онлайн-транзакции, обеспечивая конфиденциальность и целостность передаваемой информации.

Информация шифруется с использованием различных методов и алгоритмов, обеспечивая защиту данных от несанкционированного доступа. Шифрование является ключевым элементом в области кибербезопасности и используется для защиты конфиденциальной информации, такой как финансовые данные, личные сообщения и корпоративные секреты.

Существует несколько типов шифрования, включая симметричное и асимметричное. Симметричное шифрование использует один и тот же ключ для шифрования и дешифрования данных, в то время как асимметричное шифрование использует пару ключей: открытый и закрытый.

Обеспечение безопасности данных становится все более важным в современном цифровом мире, где кибератаки становятся все более изощренными. Применение надежных алгоритмов шифрования помогает защитить информацию и сохранить ее конфиденциальность. Важно также учитывать, что для успешной защиты данных необходимо не только применять шифрование, но и следить за безопасностью ключей и использовать дополнительные меры безопасности.

Шифрование данных является необходимым инструментом для защиты личной и корпоративной информации, поэтому его использование должно быть частью комплексной стратегии безопасности для любой организации или частного лица.

• Владелец ключей сообщает открытый ключ отправителю информации, не заботясь о его секретности. Закрытый ключ он сохраняет в тайне.
• Отправитель шифрует своё послание открытым ключом и отправляет по незащищённому каналу. Даже если ключ перехватят, расшифровать данные не сможет никто, кроме владельца закрытого ключа.

Закрытый ключ остается конфиденциальным и не передается никому, включая отправителя данных. Это гарантирует высокий уровень безопасности шифрования и защищает информацию от несанкционированного доступа. Безопасность закрытого ключа является критически важной для обеспечения надежности и защиты передаваемых данных.

На сегодняшний день алгоритм асимметричного шифрования RSA является одним из самых надёжных и распространённых. Он был разработан американскими учеными в 1977 году. Основой RSA являются математические операции, которые позволяют легко выполнять шифрование, но делают крайне сложным расшифровку без знания приватного ключа. Этот аспект делает RSA популярным выбором для обеспечения безопасности данных в различных приложениях, включая электронную коммерцию и защищённую связь.

Чтобы создать ключи, используются два больших простых числа размером 1024 бита, которые перемножаются. Обратное разложение произведения на исходные множители представляет собой крайне сложную задачу, даже для самых мощных суперкомпьютеров. Это делает процесс шифрования надежным и защищает информацию от несанкционированного доступа.

Взлом алгоритма RSA стал увлекательным занятием для многих ученых и энтузиастов. В 1977 году разработчики RSA зашифровали фразу «The Magic Words are Squeamish Ossifrage» с использованием 500-значного ключа и объявили награду в 100 долларов за её расшифровку. Однако эта задача оставалась нерешённой до 1995 года, что подчеркивает сложность и устойчивость алгоритма. Конкуренция в области криптографии привлекла внимание исследователей, которые стремились разгадать этот шифр, что в итоге способствовало развитию новых методов взлома и улучшению существующих систем безопасности.

Для взлома шифра 600 добровольцев из разных стран в течение восьми месяцев использовали 1600 компьютеров. В результате им удалось взломать ключ, затратив более тысячи лет машинного времени. Выигранные 100 долларов победители передали Фонду свободного программного обеспечения. Это событие обрадует Ричарда Столлмана, который активно поддерживает идеи открытого программного обеспечения и сотрудничества.

В 2010 году был успешно взломан ключ с длиной 232 десятичных знака, что соответствует 768 битам. Рекорд расшифровки был установлен в 2019 году французскими учеными, которые смогли разложить на простые числа ключ из 240 десятичных разрядов (765 бит). Исходные оценки времени, необходимого для расшифровки, составляли 35 миллионов лет вычислительных ресурсов, однако исследователи справились за 4000 лет. Для достижения этой цели они использовали мощную сеть компьютеров, объединяющую ресурсы Франции, Германии и США. Этот прорыв в криптоанализе подчеркивает важность вычислительных мощностей и совместных усилий в области кибербезопасности и криптографии.

На сегодняшний день в практике широко применяется стандарт RSA с ключами длиной более 2048 бит. Современные компьютеры не способны эффективно взломать такие ключи, что значительно повышает уровень безопасности данных. Использование длинных ключей RSA обеспечивает надежную защиту информации, что делает этот алгоритм одним из самых предпочтительных для шифрования.

Асимметричное шифрование обладает своими недостатками. Главной проблемой является медленное генерирование ключей, что связано со сложными вычислениями. Это требует значительных компьютерных ресурсов. В отличие от этого, симметричное шифрование обеспечивает более высокую скорость обработки данных. Однако для безопасной передачи ключа необходимо использовать защищённое соединение. Таким образом, при выборе метода шифрования важно учитывать как скорость, так и уровень безопасности.

Чтобы устранить указанные недостатки, в протоколе TLS применяется гибридное шифрование. Этот метод сочетает в себе симметричное и асимметричное шифрование, что обеспечивает высокий уровень безопасности и производительности. Ассиметричное шифрование используется для обмена ключами, в то время как симметричное шифрование обеспечивает быструю передачу данных. Этот подход позволяет защитить информацию от несанкционированного доступа и обеспечивает целостность передаваемых данных, что делает TLS надежным выбором для защиты интернет-коммуникаций.

• Отправитель с помощью симметричного ключа шифрует отправляемую информацию, а сам симметричный ключ он шифрует открытым асимметричным ключом. Зашифрованную информацию и ключ он отправляет получателю.
• Получатель своим закрытым ключом сначала расшифровывает симметричный ключ, а уже расшифрованным ключом расшифровывает и переданную информацию.

Данная схема объединяет преимущества симметричного и асимметричного шифрования, при этом избавляясь от их недостатков. Использование ключа фиксированной длины позволяет значительно упростить процесс шифрования по сравнению с шифрованием больших объемов данных. Это обеспечивает как высокую скорость обработки, так и надежный уровень безопасности.

Почему квантовые компьютеры «выщелкнут» все интернет-шифры

В современных компьютерах вычисления осуществляются с использованием битов, которые могут принимать значения 0 или 1. Бит можно представить как лампочку: 1 обозначает, что лампочка горит, а 0 — что она выключена. При выполнении задач транзисторные компьютеры постоянно изменяют значения битов — записывают и удаляют информацию, чтобы освободить память. Этот процесс требует времени, и в результате сложные задачи могут решаться достаточно долго. Оптимизация работы с битами и улучшение алгоритмов обработки данных становятся важными аспектами для повышения производительности современных вычислительных систем.

В квантовых компьютерах вместо традиционных битов используются кубиты. Кубиты имеют уникальную способность мгновенно переходить между состояниями 0 и 1, а также находиться в этих состояниях одновременно. Это явление называется суперпозицией и является основным принципом квантовой физики. Кубит можно представить как лампочку, которая при выключении продолжает мерцать, или как кота Шрёдингера, который одновременно является живым и мёртвым. Эти свойства кубитов открывают новые горизонты для вычислений и обработки информации, значительно увеличивая вычислительную мощность квантовых компьютеров по сравнению с классическими.

Кубит, обладая уникальными свойствами, может находиться в нескольких состояниях одновременно, что позволяет квантовым компьютерам эффективно обрабатывать и анализировать данные. Это приводит к мгновенному перебору всех возможных решений. Например, для взлома алгоритма RSA с ключами длиной 2048 бит обычному компьютеру потребуется триллионы лет непрерывной работы. В отличие от этого, квантовый компьютер с 4099 стабильными и безошибочными кубитами, способный выполнять миллион операций в секунду, сможет справиться с этой задачей всего за 10 секунд. Американский учёный Питер Шор разработал алгоритм, который делает это возможным, что подчеркивает значительную угрозу, которую квантовые технологии представляют для современных систем безопасности.

Симметричная криптография, обладая меньшей зависимостью от математических алгоритмов, демонстрирует устойчивость к атакам со стороны квантовых компьютеров. На данный момент не существует эффективных методов взлома симметричных шифров, что делает их надежными в условиях квантовой эры. С появлением квантовых технологий можно ожидать, что простое увеличение длины ключа обеспечит необходимый уровень защиты данных. Это открывает новые горизонты для безопасности информации и подтверждает важность симметричной криптографии в будущем.

На данный момент у нас не только наблюдается нехватка кубитов, но и отсутствует хотя бы один качественный кубит, который стабильно функционировал бы. Говорить о создании единой рабочей системы для взлома информации в таких условиях не имеет смысла, так как любое внешнее воздействие, будь то случайный электромагнитный шум или даже процесс наблюдения, может привести к ошибкам или потере данных.

В настоящее время самые мощные квантовые компьютеры располагают менее чем 100 кубитами, при этом коэффициент ошибок составляет 0,6%. Ключевой проблемой является время согласованности, которое определяет период, в течение которого кубиты сохраняют свои уникальные квантовые свойства. Это означает, что все вычисления должны быть завершены в пределах этого времени. В настоящее время время согласованности варьируется от 50 до 90 микросекунд, что ограничивает возможность выполнения длительных вычислительных задач. Для повышения устойчивости кубитов производители применяют крайне низкие температуры, достигающие −273 °C. Это позволяет значительно улучшить характеристики квантовых систем и продвинуться к созданию более эффективных квантовых компьютеров.

Современные квантовые компьютеры выглядят как высокие шкафы высотой около трёх метров, в значительной степени состоящие из систем охлаждения и экранирования. Квантовые чипы, содержащие кубиты, имеют размер, сопоставимый с ногтем большого пальца. Эти устройства представляют собой передовые технологии, которые обещают революционизировать вычислительные процессы и решить задачи, недоступные для классических компьютеров.

Квантовые компьютеры в большинстве случаев функционируют как специализированные симуляторы, способные эффективно решать ограниченный набор задач. На сегодняшний день универсальный квантовый компьютер, который мог бы справляться с любыми вычислительными задачами, еще не был создан. Это ограничение определяет область применения квантовых технологий и подчеркивает необходимость дальнейших исследований в этой области.

К разработке квантовых компьютеров активно участвуют ведущие компании, такие как IBM, Microsoft, Google и Intel. Эти организации инвестируют значительные ресурсы в исследования и технологии, направленные на создание более мощных и эффективных квантовых вычислительных систем. Квантовые компьютеры обещают революционизировать вычислительные процессы, обеспечивая решение сложных задач, которые недоступны для классических компьютеров.

• Первый двухкубитный компьютер был создан в 1998 году в Калифорнийском университете.
• В 2001 году IBM создала 7-кубитный компьютер, на котором был реализован алгоритм разложения числа на множители.
• В 2018 году в Google объявили, что их инженерам удалось построить 72-кубитный квантовый процессор с низкой вероятностью ошибок в вычислениях. Компания не раскрыла подробностей, но утверждает, что он позволяет достичь «квантового превосходства над обычными компьютерами».
• В декабре 2020 года исследователи из Китая заявили, что их квантовый компьютер Jiuzhang смог за несколько минут провести операцию, которая на обычном компьютере выполнялась бы около двух миллиардов лет.
• А в 2021 году IBM представила свой новый квантовый процессор со 127 кубитами.

Хотя полноценный квантовый убийца безопасного интернета пока не создан (исключение составляет лишь «Пегий дудочник», который был удален разработчиками), технологии продолжают стремительно развиваться. Google прогнозирует, что к 2030 году на рынке появятся мощные и экономически эффективные универсальные квантовые компьютеры. Это предвещает значительные изменения в области информационной безопасности и вычислительных технологий, что может повлиять на существующие системы защиты данных. Квантовые технологии открывают новые горизонты, и их внедрение может кардинально изменить подход к безопасности в интернете.

Квантовые технологии найдут применение в разработке лекарств для лечения серьезных заболеваний, создании новых материалов с уникальными характеристиками и решении других значимых проблем человечества. Важно также учитывать защиту информации; можно ожидать, что к этому времени появятся новые квантовые методы для ее обеспечения.

Для улучшения вашего текста с точки зрения SEO, важно использовать ключевые слова, связанные с темой, а также обеспечить его четкость и структурированность. Вот переработанный текст:

Чтение является важным аспектом нашей жизни. Оно не только помогает развивать воображение и критическое мышление, но и обогащает знания. Книги, статьи и блоги предоставляют информацию на разнообразные темы, позволяя каждому находить что-то интересное. Кроме того, чтение улучшает концентрацию и память, что положительно сказывается на общей продуктивности. Поэтому стоит уделять время чтению, чтобы развивать свои навыки и расширять горизонты.

Читайте также:

• Данные: новая нефть или обыкновенный хайп?
• Как искусственный интеллект повлияет на подход к образованию
• Big O Notation: что это такое и как её посчитать