رمزگذاری داده ها چیست؟ الگوریتم ها و روش ها

رمزگذاری داده‌ها بخش مهمی از حفظ یکپارچگی داده‌ها است و محرمانه بودن که اهمیت آن را نمی‌توان دست بالا نگرفت. تقریباً تمام موارد موجود در اینترنت در مقطعی رمزگذاری شده است. در این مطلب به رمزگذاری داده‌ها و اهمیت آن می‌پردازیم.

رمزگذاری داده چیست؟

رمزگذاری داده‌ها روشی برای حفظ محرمانه بودن داده‌ها با تبدیل آن به متن رمزی است که تنها با استفاده از یک کلید رمزگشایی منحصر به فرد تولید شده در زمان رمزگذاری یا قبل از آن قابل رمزگشایی است. تبدیل متن ساده به متن رمزی به عنوان رمزگذاری شناخته می‌شود.

هدف کلیدی داده‌های رمزگذاری شده

• محرمانه بودن: رمزگذاری تضمین می‌کند که فقط اشخاص مجاز می‌توانند به داده‌ها دسترسی داشته باشند و اطلاعات را تشخیص دهند.
• یکپارچگی داده: رمزگذاری همچنین می‌تواند با اطمینان از اینکه داده‌های رمزگذاری شده در طول انتقال بدون تغییر و بدون نقص باقی می‌مانند، یکپارچگی داده را فراهم کند. هر گونه تغییر غیرمجاز در اطلاعات رمزگذاری شده، آن را غیرقابل رمزگشایی می‌کند یا در بررسی یکپارچگی ناموفق خواهد بود.
• احراز هویت: رمزگذاری ممکن است به عنوان بخشی از مکانیسم‌های احراز هویت برای تأیید هویت طرف ارتباط استفاده شود.
• Non-Repudiation: رویدادها از طریق رمزگذاری می‌توانند اطمینان حاصل کنند که نمی‌توانند دخالت خود را در رشد یا ارسال یک قطعه داده انتخاب شده انکار کنند.

اهمیت رمزگذاری داده ها

اهمیت فوق‌العاده رمزگذاری را نمی‌توان به هیچ وجه اغراق شمرد. حتی اگر داده‌های شما در یک زیرساخت استاندارد ذخیره می‌شود، باز هم امکان هک شدن آن وجود دارد. همیشه این احتمال وجود دارد که داده‌ها در معرض خطر قرار گیرند، اما با رمزگذاری داده‌ها، اطلاعات شما بسیار امن تر خواهد بود. یک لحظه به این شکل فکر کنید. اگر داده‌های شما در یک سیستم امن ذخیره می‌شوند، رمزگذاری آن‌ها قبل از ارسال آن‌ها را ایمن نگه می‌دارد. سیستم‌های تحریم شده سطح یکسانی از حفاظت را ارائه نمی‌کنند.

بنابراین، به نظر شما این در زندگی واقعی چگونه خواهد بود؟

فرض کنید کاربر در حین کار به اطلاعات حساس دسترسی دارد. کاربر ممکن است اطلاعات را روی یک دیسک قابل حمل قرار دهد و بدون هیچ گونه رمزگذاری آن را به هر جایی که می‌خواهد منتقل کند. اگر رمزگذاری‌ها از قبل تنظیم شده باشند، کاربر همچنان می‌تواند اطلاعات را کپی کند، اما وقتی می‌خواهد آن را در جای دیگری ببیند، داده‌ها نامفهوم خواهند بود. اینها مزایای رمزگذاری داده است که ارزش واقعی آن را نشان می‌دهد.

انواع رمزگذاری داده‌ها

چندین تکنیک رمزگذاری وجود دارد که هر کدام با در نظر گرفتن الزامات امنیتی مختلف توسعه یافته‌اند. رمزگذاری متقارن و نامتقارن دو نوع رمزگذاری داده‌ها هستند.

1. رمزگذاری کلید متقارن

چند استراتژی در الگوریتم‌های رمزنگاری استفاده می‌شود. برای فرآیندهای رمزگذاری و رمزگشایی، برخی از الگوریتم‌ها از “یک کلید منحصر به فرد” استفاده می‌کنند. در چنین عملیاتی، کلید منحصر به فرد باید ایمن باشد، زیرا سیستم یا شخصی که کلید را می‌شناسد، احراز هویت کامل برای رمزگشایی پیام برای خواندن دارد. این رویکرد در زمینه رمزگذاری شبکه به «رمزگذاری متقارن» معروف است.

2. رمزگذاری کلید نامتقارن

برخی از روش‌های رمزنگاری از یک کلید برای رمزگذاری داده‌ها و کلید دیگری برای رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌کنند. در نتیجه، هر کسی که به چنین ارتباط عمومی دسترسی داشته باشد، قادر به رمزگشایی یا خواندن آن نخواهد بود. این نوع رمزنگاری که به رمزگذاری “کلید عمومی” معروف است، در اکثر پروتکل‌های امنیتی اینترنت استفاده می‌شود. اصطلاح “رمزگذاری نامتقارن” برای توصیف این نوع رمزگذاری استفاده می‌شود.

رمزگذاری چگونه کار می‌کند؟

هنگامی که داده‌ها یا اطلاعات از طریق اینترنت به اشتراک گذاشته می‌شوند، از طریق تعدادی از دستگاه‌های شبکه جهانی که جزء اینترنت عمومی هستند، عبور می‌کند. داده‌هایی که از طریق اینترنت باز منتقل می‌شوند منجر به خطر سرقت یا هک شدن توسط هکرها می‌شوند. کاربران می‌توانند سخت افزار یا نرم افزار خاصی را برای تضمین انتقال ایمن داده‌ها یا اطلاعات نصب کنند تا از این امر جلوگیری کنند. در امنیت شبکه به این عملیات رمزگذاری می‌گویند. فرآیند تبدیل متن ساده به متن رمزی، رمزگذاری نامیده می‌شود. یک کلید رمزنگاری یا مجموعه‌ای از مقادیر ریاضی توافق شده، در طول فرآیند رمزگذاری استفاده می‌شود. داده‌ها توسط گیرنده با استفاده از کلید رمزگشایی می‌شود و متن ساده قابل خواندن را بازیابی می‌کند. از آنجایی که حملات brute force که شامل آزمایش اعداد تصادفی تا زمانی که ترکیب مناسب مشخص شود، کمتر توسط اشخاص ثالث برای رمزگشایی داده‌ها استفاده می‌شود، رمزگذاریی امن‌تر است که هر چه بیشتر کلید رمزنگاری دشوارتر و پیچیده‌تر باشد. رمزهای عبور نیز با رمزگذاری ایمن می‌شوند. هکرها نمی‌توانند رمز عبور شما را رمزگشایی کنند زیرا تکنیک‌های رمزگذاری رمز عبور آن را به هم می‌ریزد.

حالت‌های رمزگذاری داده‌ها

• رمزگذاری داده در حین انتقال:  اطلاعاتی که به طور فعال از نقطه‌ای به نقطه دیگر در حال انتقال هستند، مانند از طریق اینترنت یا از طریق یک شبکه خصوصی، داده‌های در حال انتقال نامیده می‌شوند. به دلیل ضعف تکنیک‌های انتقال، داده‌ها در هنگام انتقال کمتر ایمن تلقی می‌شوند.
• رمزگذاری داده در حالت سکون: رمزگذاری داده در حالت سکون با افزایش زمان لازم برای دسترسی به اطلاعات و فراهم کردن زمان لازم برای کشف از دست رفتن داده‌ها، خطر نقض داده‌های ناشی از گم شدن یا دزدیده شدن دستگاه‌ها، اشتراک گذاری سهوی رمز عبور یا اعطای مجوز تصادفی را کاهش می‌دهد. حملات باج افزار، داده‌های پاک شده از راه دور یا تغییر اعتبار.

رمزگذاری داده‌ها چگونه انجام می‌شود؟

فرض کنید شخصی جعبه‌ای حاوی چند سند دارد. فرد از جعبه مراقبت می‌کند و آن را با قفل محکم می‌کند. فرد پس از چند روز این جعبه مدارک را برای دوست خود می‌فرستد. کلید را هم یکی از دوستان نگه می‌دارد. این نشان می‌دهد که هم فرستنده و هم گیرنده کلید یکسانی دارند. اکنون به رفیق اجازه داده شده است که جعبه را باز کند و سند را ببیند. روش رمزگذاری همان است که در نمونه ذکر کردیم. با این حال، رمزگذاری در ارتباطات دیجیتال انجام می‌شود. این روش تکنولوژیکی برای جلوگیری از رمزگشایی محتوای مخفی سیگنال توسط شخص ثالث طراحی شده است. مصرف کنندگان برای خرید کالا از طریق اینترنت تراکنش انجام می‌دهند. میلیون‌ها سرویس وب وجود دارد که می‌تواند به کارکنان آموزش دیده مختلف کمک کند تا مسئولیت‌های خود را انجام دهند. علاوه بر این، برای استفاده از این خدمات که اطلاعات شخصی را می‌طلبد، اکثر وب‌سایت‌ها نیاز به شناسایی قابل توجهی دارند. یکی از رایج‌ترین راه‌ها که به نام «رمزگذاری» شناخته می‌شود، ایمن نگه داشتن چنین اطلاعاتی است.

امنیت شبکه‌ها ارتباط تنگاتنگی با رمزگذاری دارد. رمزگذاری برای پنهان کردن داده‌ها، اطلاعات و چیزهایی که برای یک انسان عادی غیرقابل درک است مفید است. از آنجایی که هم رمزگذاری و هم رمزگشایی روش‌های مؤثر رمزنگاری هستند که یک روش علمی برای انجام ارتباطات ایمن است، اطلاعات رمزگذاری‌شده ممکن است پس از فرآیند رمزگشایی به حالت اولیه خود تبدیل شوند. الگوریتم‌های مختلفی برای رمزگذاری و رمزگشایی داده‌ها وجود دارد. با این حال، از “کلیدها” نیز می‌توان برای به دست آوردن امنیت داده‌های سطح بالا استفاده کرد.

موارد استفاده از رمزگذاری داده ها

• با استفاده از امضای دیجیتال، رمزگذاری برای اثبات یکپارچگی و صحت اطلاعات استفاده می‌شود. مدیریت حقوق دیجیتال و حفاظت از کپی هر دو نیاز به رمزگذاری دارند.
• می‌توان از رمزگذاری برای پاک کردن داده‌ها استفاده کرد. اما از آنجایی که ابزارهای بازیابی اطلاعات گاهی اوقات می‌توانند داده‌های حذف شده را بازیابی کنند، اگر ابتدا داده‌ها را رمزگذاری کنید و سپس کلید را دور بیندازید، تنها چیزی که هر کسی می‌تواند بازیابی کند متن رمز شده است، نه داده‌های اصلی.
• انتقال داده هنگام انتقال داده از طریق شبکه استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که هیچ کس دیگری در شبکه نمی‌تواند آن را بخواند.
• VPN‌ها (شبکه‌های خصوصی مجازی) از رمزگذاری استفاده می‌کنند و شما باید هر چیزی را که در ابر ذخیره می‌کنید رمزگذاری کنید. این می‌تواند کل هارد دیسک و همچنین تماس‌های صوتی را رمزگذاری کند.

مزایای رمزگذاری داده ها

1. رمزگذاری داده‌ها اطلاعات را از امنیت دستگاهی که در آن ذخیره می‌شود متمایز نگه می‌دارد. رمزگذاری با اجازه دادن به مدیران برای ذخیره و ارسال داده‌ها از طریق کانال‌های ناامن، امنیت را فراهم می‌کند.
2. اگر رمز عبور یا کلید گم شود، کاربر نمی‌تواند فایل رمزگذاری شده را باز کند. از سوی دیگر، استفاده از کلیدهای ساده‌تر در رمزگذاری داده‌ها، داده‌ها را ناامن می‌کند و هر کسی می‌تواند در هر زمانی به آن دسترسی داشته باشد.
3. رمزگذاری امنیت اطلاعات ما را بهبود می‌بخشد.

معایب رمزگذاری داده ها

1. اگر رمز عبور یا کلید گم شود، کاربر نمی‌تواند فایل رمزگذاری شده را باز کند. از سوی دیگر، استفاده از کلیدهای ساده‌تر در رمزگذاری داده‌ها، داده‌ها را ناامن می‌کند و هر کسی می‌تواند در هر زمانی به آن دسترسی داشته باشد.
2. رمزگذاری داده‌ها یک رویکرد ارزشمند امنیت داده است که به منابع زیادی مانند پردازش داده ها، مصرف زمان و استفاده از الگوریتم‌های رمزگذاری و رمزگشایی متعدد نیاز دارد. در نتیجه، این یک رویکرد تا حدودی پرهزینه است.
3. هنگامی که کاربر آنها را برای سیستم‌ها و برنامه‌های امروزی لایه بندی می‌کند، ممکن است استفاده از راه حل‌های حفاظت از داده‌ها دشوار باشد. این ممکن است تأثیر منفی بر عملکرد عادی دستگاه داشته باشد.
4. اگر شرکتی نتواند هر یک از محدودیت‌های اعمال شده توسط تکنیک‌های رمزگذاری را درک کند، ممکن است انتظارات و الزامات دلخواه خود را تعیین کند که ممکن است حفاظت از رمزگذاری داده‌ها را تضعیف کند.

الگوریتم‌های رمزگذاری داده‌ها

بسته به مورد استفاده، الگوریتم‌های رمزگذاری داده‌های مختلفی برای انتخاب وجود دارد، اما موارد زیر رایج‌ترین آنها هستند:

• DES ( استاندارد رمزگذاری داده ها) یک الگوریتم رمزگذاری متقارن قدیمی است که دیگر برای کاربردهای مدرن مناسب نیست. در نتیجه، الگوریتم‌های رمزگذاری دیگر جایگزین DES شده است.
• DES سه گانه (3DES یا TDES) : رمزگذاری، رمزگشایی و دوباره رمزگذاری می‌کند تا با اجرای سه بار الگوریتم DES، طول کلید بیشتری ایجاد کند. برای افزایش امنیت ممکن است با یک کلید، دو کلید یا سه کلید مجزا اجرا شود. 3DES در برابر حملاتی مانند برخورد بلوک آسیب پذیر است زیرا از رمزگذاری بلاک استفاده می‌کند.
• RSA یک الگوریتم رمزگذاری نامتقارن یک طرفه است که یکی از اولین الگوریتم‌های کلید عمومی بود. به دلیل طول کلید طولانی، RSA محبوب است و به طور گسترده در اینترنت استفاده می‌شود. مرورگرها از آن برای ایجاد اتصالات ایمن در شبکه‌های ناامن استفاده می‌کنند و بخشی از بسیاری از پروتکل‌های امنیتی مانند SSH، OpenPGP، S/MIME و SSL/TLS است.
• Twofish یکی از سریع ترین الگوریتم‌ها با اندازه‌های 128، 196 و 256 بیتی و ساختار کلیدی پیچیده برای امنیت بیشتر است. به صورت رایگان در دسترس است و در برخی از بهترین نرم افزارهای رایگان از جمله VeraCrypt، PeaZip و KeePass و همچنین استاندارد OpenPGP گنجانده شده است.
• رمزنگاری منحنی بیضوی (ECC) به عنوان ارتقاء به RSA ایجاد شد و امنیت بهتری را با طول کلید بسیار کوتاه‌تر ارائه می‌دهد. در پروتکل SSL/TLS، ECC یک روش نامتقارن است.
• استاندارد رمزگذاری پیشرفته (AES)  استاندارد رمزگذاری است که توسط دولت ایالات متحده استفاده می‌شود. الگوریتم AES یک الگوریتم کلید متقارن است که از روش‌های رمزگذاری بلوکی استفاده می‌کند. این الگوریتم در اندازه‌های 128، 192 و 256 بیتی عرضه می‌شود که با افزایش اندازه، تعداد دورهای رمزگذاری افزایش می‌یابد. به گونه‌ای طراحی شده است که پیاده سازی آن هم در سخت افزار و هم در نرم افزار ساده باشد.

سؤال متداول در مورد رمزگذاری داده‌ها

وقتی داده‌ها رمزگذاری نمی‌شوند چه اتفاقی می‌افتد؟

منجر به دستکاری داده‌ها می‌شود. رمزگذاری علاوه بر محرمانه بودن ایمیل‌های شما، یکپارچگی را نیز حفظ می‌کند. اگر ایمیل‌ها رمزگذاری نشده باشند، در حین حمل و نقل در معرض دستکاری یا نقص هستند.

استفاده از رمزگذاری چقدر ایمن است؟

اطلاعات رمزگذاری شده تا زمانی که رمزگشایی نشده باشند قابل خواندن یا پردازش نیستند. عنصر اساسی ساختمان امنیت داده‌ها رمزگذاری است.

آیا رمزگذاری داده‌ها شکست ناپذیر است؟

هیچ رمزگذاری کاملاً نشکن نیست.