Для человека, не интересовавшегося современными информационными системами, шифрование — это скорее атрибут специальных государственных служб или описывающих их деятельность романов.
На самом деле шифрование — один из ключевых компонентов современных систем защиты, элемент, с которым сталкивается в той или иной форме практически любой человек и подавляющее большинство пользователей компьютеров. Применение надежных методов шифрования делает возможным коммерческие операции в сетях, обработку данных, составляющих государственную тайну, и так далее.

Засекреченная информация	Шифр

Перед рассказом о применяемых методах и технологиях введем несколько определений:
Шифрование — процесс преобразования данных, с целью затруднения получения доступа к исходным (не преобразованным) данным.

Шифрование часто выполняется с помощью ключа — т.е. некоторых данных, которые используются при шифровании и позволяют выполнить обратное действие. По понятным причинам как минимум часть этой информации не разглашается. Без ключа получение исходных данных (или повторное шифрование) становится гораздо более трудоемким, и таким образом для заданного уровня рентабельности становится недостижимым.

Комплект из алгоритма шифрования, алгоритма расшифровки (если он существует) и необходимых для их работы данных (таблиц, например) называют шифром.

Классифицировать шифры можно по разным основаниям. Наиболее популярны такие:

1. По общему принципу обработки: на поточные и блочные. Поточные методы выполняют шифрование побайтно (или побитно), используя только уже полученные данные. Эти методы позволяют шифровать данные при передаче.

2.  По существованию дешифрующего преобразования: обратимое преобразование, для которого существует обратное преобразование (дешифрующее), и необратимое — т.е. такое, для которого такого преобразования не существует.

3. По используемым ключам: симметричные и асимметричные. Симметричные методы шифрования используют один и тот же ключ и для шифрования, и для расшифровки сообщений. Асимметричные — два разных (хотя и связанных обычно) ключа.

При всех достоинствах, в системах шифрования с симметричным ключом есть несколько существенных проблем:

1.  Для обмена сообщениями участникам нужно знать этот ключ. То есть, необходим способ безопасного обмена ключами.

2.  Два "незнакомых" абонента не могут проверить — тот ли их собеседник, за кого себя выдает. С формальной точки зрения "своим" должен считаться тот абонент, который может подтвердить владение ключом.

3.  Нельзя точно установить, кто из двух абонентов послал сообщение, — любой из них мог его зашифровать и расшифровать.

4. Если есть некий "центр" хранения ключей — он может выдать себя за кого угодно.

В среде Интернет невозможно гарантировать канал от перехвата (а значит, и от подмены ключа), нельзя знать всех абонентов и создавать всеобщие проверяющие центры. Кроме того, любой торговый обмен требует возможности предъявить документ, от которого "подписавший" не сможет отказаться, а "проверяющий" центр мог бы выдать себя за кого угодно — и таким образом ему нельзя доверять по определению. Возникает вопрос — что делать? Решаются эти проблемы с помощью асимметричных шифров с открытым ключом.

В таких шифрах собственно шифрование и дешифрование выполняются с помощью разных ключей (они, конечно, должны быть связаны специальным соотношением). Тогда один из этих ключей делается открытым (общеизвестным), а второй вообще никому не сообщается и получает название секретного ключа.

Не вдаваясь в методы и средства такого шифрования, опишем упрощенно те особенности этого метода шифрования, которые позволяют решать указанные проблемы.

1.  Владение открытым ключом не дает возможности выдавать себя за другого. Оно дает только возможность зашифровать сообщение для кого-то или расшифровать сообщение от кого-то.

2.  Появляется возможность создавать электронную подпись — т.е. создать контрольный "отпечаток" сообщения. Создать его может только отправитель — т.е. абонент, имеющий оба ключа, а проверить — любой участник обмена, у которого есть открытый ключ.

Для организации защищенного канала связи в современных системах, как правило, начинают связь с выполнения специальной процедуры согласования метода шифрования и сеансового ключа — т.е. общего для двух абонентов ключа шифрования, который будет ими применяться в течение сеанса. Такая схема препятствует краже ключа и затрудняет его дешифровку — поскольку сокращается объем данных для анализа и время использования. То есть предполагаемая выгода от дешифровки ключа оказывается меньше, чем затраты на его подбор.

Процесс шифрования

Возникает вопрос: если ключ согласовывается фактически при обращении, то, как все-таки понять, кто на другом конце канала связи, особенно если это абонент совершенно неизвестный?
Есть два подхода к решению этой проблемы, реализуемых в виде комплексов программ и данных, имеющих общее название — "инфраструктура открытого ключа":

1. Подход, ориентированный на сертификаты и центры сертификации. В этом случае используют специальные наборы данных (сертификаты), содержащие имя пользователя, его открытый ключ, информацию о сроке действия сертификата, — получается своеобразное "удостоверение". А для того чтобы заверить его, удостоверение имеет "подпись" специально уполномоченного узла центра сертификации.
Центр сертификации не знает закрытого ключа пользователя — и не может изменить сертификат. А пользователь не знает закрытого ключа центра — и не может изменить подпись.

Конечно, чтобы проверить сертификат, нужно доверять центру. Знать все центры заранее невозможно, а поэтому центры связываются по цепочке, т.е. центр может выдать сертификат другому центру, тот — третьему и т.д. Если пользователь доверяет корневому центру и не знает о компрометации подчиненных ему центров, он может быть уверенным, что абонент — именно тот, за кого себя выдает.

Корневой сертификат пользователь устанавливает сам или получает вместе с ОС. Существует несколько крупных центров сертификации, сертификаты и открытые ключи которых приходят в поставке ОС Microsoft и в дальнейшем постоянно обновляются.
Такие сертификаты могут сопровождать web-страницы, программы (особенно ориентированные на распространение через Интернет), сообщения электронной почты и т.п. На базе такой инфраструктуры действуют платежные системы, торговые площадки, корпоративные системы и т.п.