Šifrování dat při přenosu je důležité zejména při používání veřejných nebo nedůvěryhodných sítí, například veřejných Wi-Fi připojení. Bez něho by totiž mohl útočník komunikaci relativně snadno odposlouchávat a získávat z ní citlivé informace.
Proč firmy potřebují oba přístupy
Samotné šifrování uložených dat nestačí, pokud nejsou chráněna také během přenosu po Internetu. A naopak ani zabezpečený přenos neochrání data uložená v zařízení při jeho ztrátě nebo krádeži. Právě proto musí firmy kombinovat oba přístupy současně. Citlivá data tak zůstávají chráněná po celou dobu svého životního cyklu. Tento přístup je také součástí moderních bezpečnostních konceptů, jako je Zero Trust Architecture, kde se se předpokládá, že žádná část sítě není automaticky důvěryhodná.
Šifrování dat se dělí na 2 základní typy, kterými jsou symetrické a asymetrické šifrování. Oba přístupy fungují odlišným způsobem a každý z nich se hodí pro jiné situace. V praxi se navíc velmi často kombinují prostřednictvím takzvaného hybridního šifrování, které spojuje výhody obou metod.
Symetrické šifrování
Symetrické šifrování funguje na principu jednoho společného klíče, který slouží jak k zašifrování, tak následnému dešifrování dat. Odesílatel i příjemce tedy musí používat stejný tajný klíč a bezpečně si jej mezi sebou předat.
Hlavní výhodou symetrického šifrování je vysoká rychlost a nízká výpočetní náročnost. Díky tomu se velmi často používá pro šifrování velkých objemů dat nebo pro ochranu dat uložených na discích, serverech či v databázích.
Typicky se symetrické šifrování využívá v těchto situacích:
- při šifrování disků a souborů,
- pro zabezpečení databází,
- při šifrování cloudových úložišť,
- při VPN komunikaci,
- pro rychlé šifrování velkých objemů dat.
Nevýhodou tohoto přístupu je nutnost bezpečně sdílet šifrovací klíč mezi komunikujícími stranami. Pokud by útočník tento klíč získal, mohl by všechna data bez problémů dešifrovat.
Asymetrické šifrování
Asymetrické šifrování využívá dvojici odlišných klíčů, a to veřejný klíč a soukromý klíč. Veřejný klíč lze bezpečně sdílet s ostatními uživateli a slouží k zašifrování dat. Dešifrování je následně možné pouze pomocí odpovídajícího soukromého klíče, který zůstává tajný.
Velkou výhodou asymetrického šifrování je proto právě skutečnost, že není potřeba bezpečně předávat jeden společný tajný klíč. Tento princip výrazně zvyšuje bezpečnost komunikace mezi uživateli, kteří se navzájem neznají nebo spolu komunikují přes internet.
Asymetrické šifrování se využívá například při:
- zabezpečení HTTPS komunikace,
- digitálních podpisech,
- šifrování e-mailové komunikace,
- ověřování identity uživatelů a serverů,
- výměně kryptografických klíčů.
Nevýhodou asymetrického šifrování je vyšší výpočetní náročnost. Ve srovnání se symetrickým šifrováním je pomalejší, a proto se pro šifrování velkých objemů dat běžně nepoužívá.
Hybridní šifrování
V současnosti se často využívá i hybridní šifrování, které kombinuje výhody obou předchozích přístupů. Asymetrické šifrování zde slouží především k bezpečné výměně šifrovacích klíčů, zatímco samotná data se následně šifrují rychlejším symetrickým algoritmem.
Právě tento princip dnes využívá většina moderních bezpečnostních technologií, například HTTPS, VPN připojení, zabezpečené komunikační aplikace nebo internetové bankovnictví.
Šifrovací algoritmy představují matematické postupy, které převádějí čitelná data na zašifrovanou podobu. Právě ony určují, jakým způsobem se data šifrují, dešifrují a jak vysokou úroveň zabezpečení dané šifrování poskytuje.
Jednotlivé algoritmy se pak od sebe liší především způsobem práce s klíči, rychlostí šifrování, výpočetní náročností i oblastmi použití. Obecně se opět rozdělují na symetrické a asymetrické algoritmy.
Symetrické šifrovací algoritmy
Mezi nejznámější symetrické algoritmy patří:
Advanced Encryption Standard (AES)
AES šifrování je dnes nejrozšířenějším standardem, který se používá například při šifrování disků, cloudových úložišť, VPN nebo Wi-Fi sítí.
ChaCha20
Je moderní a velmi rychlý algoritmus optimalizovaný zejména pro mobilní zařízení a systémy s nižším výkonem.
Všeobecně pro oba tyto symetrické algoritmy platí, že se používají především tam, kde je potřeba efektivně a rychle chránit samotný obsah dat.
Asymetrické šifrovací algoritmy
V současnosti nejpoužívanějšími asymetrickými algoritmy jsou následující.
RSA
Dlouhodobě jde o jeden z nejpoužívanějších algoritmů pro zabezpečenou komunikaci, digitální podpisy a výměnu klíčů.
ECC
Elliptic Curve Cryptography je modernější alternativa k RSA využívající eliptické křivky. Nabízí vysokou úroveň zabezpečení při menší velikosti klíčů a nižší výpočetní náročnosti.
Všeobecně se pak v praxi asymetrické algoritmy využívají hlavně pro digitální podpisy, ověřování identity, bezpečnou výměnu klíčů, PKI (Public Key Infrastructure) či zabezpečení HTTPS komunikace a certifikátů.
Rozdíly ve variantách algoritmu
U mnoha šifrovacích algoritmů existuje více variant, které se od sebe liší především délkou šifrovacího klíče. Obecně platí, že čím delší klíč algoritmus používá, tím vyšší úroveň zabezpečení nabízí. Zároveň však obvykle roste také jeho výpočetní náročnost. Typickým příkladem je algoritmus AES a jeho varianty.
AES-128, 192 a 256
Jednotlivé varianty AES se liší primárně délkou klíče. Např. AES-128 používá 128bitový klíč, AES-256 zase 256 bitový a tak dále. Delší klíč znamená větší počet možných kombinací, a tedy i vyšší odolnost vůči pokusům o prolomení hrubou silou (takzvaným brute force útokům). Díky tomu AES-256 nabízí výrazně vyšší bezpečnostní rezervu než AES-128.
V praxi jsou však všechny 3 varianty dnes považovány za velmi bezpečné a jejich prolomení je při správné implementaci prakticky nereálné. Rozdíl mezi nimi proto nespočívá pouze v bezpečnosti, ale také ve výkonu a konkrétním případu použití:
- AES-128 bývá rychlejší a méně náročný na výkon.
- AES-192 se v praxi používá spíše méně často.
- AES-256 nabízí vyšší bezpečnostní rezervu pro dlouhodobou ochranu citlivých dat.
Firmy a organizace proto obvykle volí konkrétní variantu podle citlivosti dat, regulatorních požadavků nebo výkonových možností infrastruktury.
Co je AES-GCM
Kromě délky klíče se mohou jednotlivé implementace AES lišit také takzvaným režimem šifrování. Jedním z nejpoužívanějších moderních režimů je AES-GCM (Galois/Counter Mode). Ten kromě samotného šifrování zajišťuje také ověření integrity dat. To znamená, že dokáže rozpoznat, zda byla data během přenosu nebo ukládání nějak změněna či poškozena.
Právě díky těmto výhodám se AES-GCM dnes velmi často využívá například v HTTPS komunikaci, VPN připojeních, cloudových službách nebo zabezpečených firemních systémech.
Co je postkvantová kryptografie
Postkvantová kryptografie (anglicky post-quantum cryptography, často označovaná zkratkou PQC) představuje novou generaci šifrovacích algoritmů navržených tak, aby odolaly i budoucím kvantovým počítačům. Ty by totiž v budoucnu mohly prolomit některé dnes běžně používané algoritmy, zejména RSA nebo ECC.
Mezi nejvýznamnější algoritmy tohoto typu v současnosti patří například Kyber (označovaný jako ML-KEM), který je určený pro bezpečnou výměnu klíčů, nebo Dilithium (ML-DSA), který slouží hlavně pro digitální podpisy a ověřování identity. Na rozdíl od současných metod, jako jsou RSA nebo ECC, jsou tyto algoritmy založené na odlišných matematických principech, které jsou považované za odolnější vůči útokům kvantových počítačů.
Přestože prakticky použitelný kvantový počítač zatím neexistuje, firmy i státní instituce se na tento přechod již postupně připravují. Např. americký úřad NIST (National Institute of Standards and Technology) v roce 2024 zveřejnil první oficiální postkvantové standardy a očekává se, že se tyto algoritmy budou v následujících letech postupně nasazovat do běžných bezpečnostních technologií, například HTTPS komunikace, VPN či digitálních certifikátů.
Šifrování není však pouze softwarovou záležitostí, významnou roli hraje také hardware zařízení. Ten může výrazně ovlivnit jak bezpečnost, tak i rychlost šifrovacích operací. Moderní počítače, servery i mobilní zařízení proto často obsahují specializované komponenty nebo instrukční sady, které šifrování urychlují a zároveň zvyšují jeho bezpečnost. Podívejme se na ty nejoblíbenější.
TPM čip
TPM (Trusted Platform Module) je speciální bezpečnostní čip na základní desce, který je navržený pro bezpečné ukládání kryptografických klíčů a citlivých dat. Klíče jsou v něm uložené tak, aby je nebylo možné jednoduše vyčíst ani při fyzickém přístupu k zařízení. Jednoduše řečeno tedy funguje jako trezor pro vaše hesla, dešifrovací klíče a digitální certifikáty. Díky tomu výrazně zvyšuje odolnost zařízení proti útokům spojeným s fyzickým přístupem.