Šifrovanie e-mailov a správ. Ako fungujú dnešné kryptovacie systémy?

Asi by ste neboli šťastní, keby ste sa dozvedeli, že vaše e-maily a smsky čítajú cudzí ľudia, však? Alebo si idete kúpiť niečo v e-shope, zaplatíte kreditkou…a vlastne ktokoľvek môže vidieť všetky potrebné údaje vrátane verifikačného kódu.
To nie je príliš príjemná predstava, však? Pritom internetový predaj ako ho dnes poznáme bol pred dvadsiatimi rokmi tak trochu exotika. A samozrejme, bol by takmer nemysliteľný bez možnosti kódovať správy. Vďaka tomu môžeme posielať informácie o kreditnej karte obchodníkovi bez toho, aby sme sa museli báť, že naše heslá a kódy získa celý svet.
Ako vlastne prebieha šifrovanie e-mailov a správ? Môže v tomto smere pomôcť kvantová fyzika, aby sme komunikovali ešte bezpečnejšie? Ukážeme vám jednoduchý príklad, ako funguje súčasná moderná krytptografia.

Šifrovanie e-mailov a správ

Na technológie zabezpečujúce obchodné transakcie na internete sa utratili obrovské sumy peňazí a rozvoj metód posielania finančných informácií je z veľkej časti zodpovedný za obrovský rozmach internetových obchodov.
A za tým všetkým je kvantová kryptografická technológia, ktorá sa však nepoužíva bežne… zatiaľ.

Výborne o nej píše Chad Orzel v knihe Raňajky s Einsteinom. Pútavo vysvetľuje rôzne každodenné záležitosti z pohľadu fyziky – ako a prečo tak fungujú. A jedna z kapitol sa venuje aj šifrovaniu a kryptológii. Ak vás takýto typ knihy zaujíma, nižšie nájdete viac informácií.

Ale vráťme sa k šifrovaniu.
Techniky spomínanej kvantovej krytpografie sú skutočné a každým dňom lepšie využiteľné. „V jeseni roku 2017 vedci z Pekingu a Viedne demonštrovali kvantovo chránenú komunikáciu cez čínsky satelit. Otvorili vedeckú konferenciu telefónnym hovorom medzi Čínou a Rakúskom, ktorý zakódovali kvantovým kľúčom. Je pravdepodobné, že čoskoro sa bude bežne komunikovať pomocou kvantových technológií, hoci táto technológia má korene v jednom z najexotickejších fyzikálnych javov, aký bol objavený,” vysvetľuje Orzel vo svojej knihe.

Ako fungujú dnešné kryptosystémy?

Kryptografia pravdepodobne existuje už od čias, odkedy poznáme písaný jazyk. Najlepším spôsobom na udržanie tajomstva je povedať si ho medzi štyrmi očami. Osobné stretnutia však nie sú vždy praktické 🙂

Jedným z riešení je využitie kódov: písanie správy takým spôsobom, ktorý vie rozlúštiť zamýšľaný prijímateľ, a zároveň znie ako hatmatilka pre všetkých ostatných.

Už pred tisíckami rokov vzniklo množstvo dômyselných kódových systémov, nás však zaujíma moderná bezpečnosť, ktorej najlepšie porozumieme matematickými prostriedkami. V dnešných kryptosystémoch sa tajná správa konvertuje na reťazec čísel, potom odosielateľ uskutoční matematické operácie na daných číslach, takže prijímateľovi sa verejne vyšle iný reťazec čísel. Ak prijímateľ presne vie, čo sa s reťazcom stalo, vie obrátiť proces a získať pôvodnú správu. Pre všetkých ostatných bude reťazec čísel nezrozumiteľný.

Jednoduchý príklad

Ukážme si zjednodušený príklad a predstavme si, že premieňame písmená na čísla jednoduchou substitúciou:

A = 01, B = 02 až po Z = 26.
Ak chceme zakódovať slovo „raňajky“, dostaneme:

R A Ň A J K Y
18 01 14 01 10 11 25

Potom zašifrujeme pôvodné čísla matematickou operáciou. Ako šifrovací kľúč použijeme náhodný reťazec jednotiek a núl, jeden znak pre každé písmeno správy. Potom oba číselné reťazce skombinujeme – pripočítame 1 k pôvodnému číslu, ak náš kľúč má na tom mieste jednotku, a odčítame 1, ak tam náš kľúč má nulu.

R A Ň A J K Y
18 01 14 01 10 11 25
0 1 0 1 1 1 0
17 02 13 02 11 12 24
Q B M B K L X

Človek, ktorý dostane správu „QBMBKLX“ bez toho, aby poznal kód, pravdepodobne zhodnotí, že odosielateľovi opäť po klávesnici prebehla mačka.
No ak má cieľový prijímateľ kľúč a pozná správnu sekvenciu operácií, môže rozlúštiť kódovanie – pridať jednotku pri nule a odčítať jednotku pri jednotke v kľúči – a získať pôvodnú správu.

„Táto jednoduchá šifra znázorňuje základný princíp kódovania, ktorý je zároveň aj jeho hlavným problémom: závisí od toho, či odosielateľ aj prijímateľ poznajú správnu sekvenciu operácií kľúča – v tomto prípade 0101110. Ak prijímateľ nemá rovnaký kľúč ako odosielateľ, nemôže rozlúštiť správu rovnako ako všetci ostatní,” vysvetľuje Orzel v knihe Raňajky s Einsteinom.

Ešte bezpečnejšie šifrovanie

Väčšina dnešných internetových správ používa jediný zdieľaný kľúč, ktorý má toľko cifier, že je takmer vylúčené, aby ho niekto rozlúštil v takom čase, že by tým niekomu uškodil. Tento druh kryptografie je však zraniteľný voči moderným počítačom  alebo novým matematickým technikám – človek s lepším dešifrovacím programom a so zlými úmyslami môže dešifrovať obrovské množstvo materiálu.

Bezpečnejšou metódou je zoznam náhodných čísel, ktoré sa používajú ako kľúč – takzvaná „jednorazová tabuľková šifra“. Na zakódovanie každej správy sa vždy použije nový kľúč, lenže pre odosielateľa a prijímateľa to predstavuje logistický problém. Každý z nich musí mať prístup k tomu istému zoznamu náhodných čísel a čím je tento zoznam dlhší, tým ťažšie je utajiť ho.

Ideálnym systémom pre tento druh kryptografie by bol taký, ktorý generuje náhodné čísla na požiadanie. Lenže hoci existuje množstvo náhodných procesov, ktoré by odosielateľ alebo prijímateľ mohli použiť na generovanie užitočného kľúča, ak ho generujú na dvoch rôznych miestach, vyprodukované čísla budú rôzne. Takže nepoužiteľné pre dekódovanie textu. Potreba identických čísel u odosielateľa a prijímateľa znemožňuje splniť požiadavku vygenerovať kľúč.

Teda aspoň v klasickej fyzike. Kvantová mechanika však  umožňuje generovať skutočne náhodné čísla, ktoré vedia zdieľať ľudia na rôznych miestach. Funguje to vďaka jednému z najchúlostivejších problémov, ktoré predostrela kvantová fyzika a pre ktorý Einstein zanevrel na tento vedný odbor, ktorý sám pomáhal vytvoriť…

Prečítajte si tiež
Bezpečné wi-fi. Nezabudnite sa chrániť.

Foto: Unsplash, ChadOrzel.com, vydavateľstvo Motýľ

Mohlo by vás zaujímať:

E-mailová choroba. Trpíte ňou aj vy? A ako sa jej zbaviť? Bezpečné Wi-Fi? Nezabudnite sa chrániť! Roaming v EÚ sa skončil. Všetko, čo by ste mali vedieť Nové vydieračské e-maily: „Poznáme vaše heslo a vieme, že navštevujete erotické stránky!“ Rodičovská kontrola. Ustrážte si bezpečnosť detí na internete Audioknihy. Oplatí sa ich počúvať? Aká je ponuka a koľko stoja?