Что такое криптография и как она применяется в блокчейне

Что такое криптография? Этот метод шифрования данных вовсе не относится к инновационным. Кодированием информации человечество занимается уже больше 1000 лет. Но если раньше этот метод применялся исключительно в письменном виде, сегодня он шагнул в цифровое пространство.

Где распространено? Одним из самых востребованных направлений криптографии является обеспечение безопасности валют. Покупка, обмен и хранение цифровых денег особенно требовательны к качеству кодирования.

Что такое криптография простыми словами и как она появилась

Что такое криптография? Это способ защиты информационных данных, который предполагает применение зашифрованных алгоритмов, хеша и подписей. Информация при этом может находиться на хранении (к примеру, на внешнем носителе или жестком диске компьютера), передаваться (по электронным каналам связи от одного лица к другому и др.) либо применяться для каких-либо целей (формирования отчета, составления договора и пр.).

Криптография нацелена на решение четырех задач. Для этих целей она может задействовать некоторые низкоуровневые собственные инструменты, среди них наибольшее распространение получили такие алгоритмы, как шифрование, цифровая подпись, хеширование.

Шифрование известно человечеству еще с момента появления первой письменности. В древности существовало два вида письма:

• иератическое (использовалось только священнослужителями);
• демотическое (применялось во всех остальных сферах жизни людей).

Народы Древней Греции и Рима стали изобретателями собственной системы шифрования писем – скорописи. Ее родоначальником считается некий Тиллиус Тиро. Расцвет тайной письменности приходится на Средневековье, так как именно в это время алгоритмы шифрования начали широко использоваться в дипломатических и торговых областях. Первая книга, посвященная криптографии, датируется 1499 годом.

С течением времени алгоритмы кодирования постепенно преобразовывались. Новый виток в своем развитии они получили в 1990 году – с началом активного становления и распространения информационных технологий. С этого времени некоторые государства запустили собственные стандарты криптографических протоколов, например:

1. Rijndael (США);
2. NESSIE (европейский стандарт);
3. CRYPTREC (Япония).

Стремительный рост этой сферы привел к тому, что существовавшие ранее способы кодирования и защиты информации заметно усложнились в плане математических конструкций. Постоянно обновляющиеся требования, не всегда относящиеся к этой науке, сделали криптографические методы еще более трудными и стабильными. Не так давно появилось новое направление в кодировании, использующее квантовые вычисления совместно с математическими.

Области применения криптографии

Своим происхождением кодирование обязано военнослужащим и политическим деятелям, которым еще с древних времен необходимо было передавать конфиденциальную информацию по защищенным каналам связи. Такие сообщения для посторонних людей выглядели как случайный, ничего не значащий текст, и только получатель понимал их истинный смысл.

Абсолютно все алгоритмы шифрования, использованные ранее, были полностью декодированы. Теперь они применяются только в виде загадок и обучающих материалов для школьников и студентов либо в качестве интеллектуальных загадок на развлекательных порталах. Современная криптография существенно усложнилась и улучшилась в сторону повышения защитных функций. Сегодня она базируется на доскональном анализе и математических методах. По мере развития криптографическая сфера начала решать другие задачи, связанные с обеспечением безопасности информационных данных, а именно: аутентификация сообщений, сохранение целостности информации, организация безопасных вычислительных операций и пр.

Все онлайн-платформы и сервисы обязаны гарантировать сохранность пользовательских персональных данных и архивных сведений. Если злоумышленники получат к ним доступ, они могут быть использованы в корыстных и противозаконных целях. Сегодня очень много сфер деятельности человека переместилось в диджитал-мир: финансовые операции, различные платежи, общение, работа – все стало зависеть от мобильных технологий, которые трудно отнести к полностью безопасным и надежным каналам передачи информации. Поэтому все больше усилий направляется на повышение цифровой безопасности и защиту пользовательских данных.

Криптография используется практически везде:

• телевидение, средства массовой информации;
• компьютерные устройства;
• интернет-технологии;
• программирование;
• радиосвязь;
• деятельность банковских и кредитных организаций;
• различные коммуникации между людьми и предприятиями.

На основе криптографических алгоритмов сегодня функционируют практически все приложения, сайты, сервисы и порталы в Интернете, работающие по протоколу безопасной передачи данных HTTPS. Цифровые валюты являются ярчайшим примером масштабного применения шифрования в современном мире: большинство операций по их покупке, продаже и обмену осуществляется через децентрализованную систему.

Криптовалютная отрасль сегодня задействует несколько базовых низкоуровневых собственных алгоритмов для формирования стабильной и безопасной для пользователей платформы. В этих целях широко применяются такие инструменты, как эллиптическая криптография, цифровые подписи, хеширование. Все это помогает повышать защитные функции для всех участников рынка цифровых финансов без использования централизованного управленческого органа.

Основной криптографический способ, используемый сегодня в данной области – шифрование, трансформирующее исходные данные в код, который может быть распознан только при наличии специального подходящего ключа. Простыми словами его можно описать следующим образом: закодированное сообщение будет понятно только отправителю и держателю ключа, для всех остальных лиц оно будет выглядеть непонятным набором графических и текстовых символов.

Основные принципы криптографии

После того как мы разобрались с тем, что такое криптография и каковы ее задачи, стоит подробно рассмотреть четыре основных принципа соответствующего шифрования:

Аутентификация

Именно она гарантирует тот факт, что тот или иной человек, сервис, любой интернет-ресурс является именно тем, за кого себя выдает. Простой пример: пользование web-сайтом, работающим через защищенный протокол HTTPS. Если в браузере рядом с адресом ресурса отображается значок в виде замкнутого замочка либо URL записан зеленым шрифтом, можно быть уверенным в том, что ресурс подлинный.

Это особенно важно для площадок, через которые осуществляются платежи и банковские операции (например, для интернет-магазинов). Аутентификация гарантирует сохранность пользовательских данных от попадания к третьим лицам и злоумышленникам.

Неотказуемость (от англ. non-repudiation)

Этот криптографический принцип имеет особую важность для разработчиков и пользователей финансовых приложений, а также сервисов электронной коммерции.

На этапе становления онлайн-торговли и веб-бизнеса одной из самых распространенных проблем была ситуация, когда пользователь легко опровергал финансовые операции, которые только что совершил. То есть он мог оплатить покупку в Интернете, но при этом тут же обратиться в банк с требованием вернуть средства обратно на счет, так как он (якобы) эту транзакцию не совершал. Однако если кредитно-финансовое учреждение (КФУ) использует криптографические методы для обеспечения информационной безопасности, оно без труда докажет, что операция совершалась пользователем по собственной инициативе.

Целостность

Криптографические алгоритмы помогают сохранять информацию в исходном виде и предотвращают угрозу ее изменения в процессе передачи или хранения. К примеру, если данная технология применяется для обеспечения целостности корпоративной информации на предприятии, это гарантирует то, что все внутренние документы (в том числе переписку) будет невозможно подделать, и они останутся недосягаемыми для конкурентов и мошенников.

Хеширование – самый используемый метод обеспечения целостности информационных сведений.

Конфиденциальность

Криптографические системы с самого начала были призваны защищать пользовательскую информацию. В свете огромного числа случаев утечки конфиденциальных и частных сведений, эта задача не теряет своей актуальности на протяжении длительного времени и, скорее всего, продолжит оставаться первостепенной для современной криптографии. Ее инструменты сегодня помогают не только защищать частную информацию (например, скрыть от посторонних личную переписку или данные, хранящиеся на персональном компьютере человека), но и сохранять конфиденциальность материалов корпоративной системы.

Стремительное развитие цифровых технологий привело к тому, что теперь все чаще приходится работать с огромными массивами данных, поэтому совершенствованию и усилению существующих алгоритмов шифрования уделяется огромное внимание.

Алгоритмы шифрования

Теперь разберемся в том, что такое ключ криптографии и какие есть алгоритмы кодирования. Они подразделяются на следующие классы:

• Симметричное шифрование. Такое кодирование предполагает наличие единого ключа для кодирования и прочтения информации. Этот алгоритм чаще всего применяется при организации банковских переводов и оплате в режиме онлайн. Главная уязвимость данного метода заключается в том, что мошенники могут перехватить ключ кодирования – в этом случае они получат полный доступ к пользовательским данным.
• Асимметричное шифрование. Такой вид решает указанную выше проблему с кражей. При этом алгоритме задействованы уже два криптографических ключа: публичный и приватный. То есть отправитель сообщения кодирует его, используя свой открытый ключ, после чего пересылает по месту назначения. Получатель может расшифровать его только при наличии у него приватного ключа. Это значимо увеличивает безопасность данных. Такой метод широко используется при генерации цифровых подписей.
• Хеширование. Этот криптографический алгоритм превращает пользовательские сведения в набор графических и текстовых символов. То есть исходное сообщение становится полностью нечитаемым. Главная цель этого метода – скорее не сокрытие данных, а проверка неизменности их содержимого. Чаще всего хеширование применяется при передаче больших массивов данных и файлов.

Разберем метод на простом примере. Вы собираетесь обновить программное обеспечение на ПК. Все загружаемые в систему файлы проверяются ею при помощи хеша. Как это происходит? При появлении обновления ПО вместе с самим файлом приходит хеш. Система сравнивает два хеша: полученный и скачанный. Если они совпадают, значит, система получила подлинный файл ПО. Малейшее вмешательство в файл, попытка его изменить моментально приведут к изменению исходного хеша, что засвидетельствует, что файл не оригинален и небезопасен для системы.

Как криптография используется в блокчейне

Криптографические алгоритмы широко применяются в сфере блокчейн-технологий для обеспечения пользовательской защиты. Они помогают не только сохранять персональные данные, но и обеспечивают безопасность проведения торговых сделок.

Криптографические инструменты широко применяются при организации различных проектов в сфере цифровой валюты:

1. Хеш-функции.

Внутри блокчейна все блоки связаны между собой при помощи хеш-функций: каждый последующий присоединяемый блок содержит связь с хешем предыдущего – это полностью исключает возможность замены либо изменения компонентов этой последовательности. Такая система обеспечивает защиту информационных данных и гарантирует необратимость совершенных операций.

Чтобы к текущей цепочке блокчейна присоединить новый блок, система подбирает хеш для него. Технические устройства майнеров данной сети предлагают множество различных вариаций для данной функции. Первый из них, кому удастся сгенерировать подходящий хеш, присоединяет блок в цепочку и получает свое вознаграждение в виде цифровых монет.

При помощи хеш-функций все операции внутри блокчейна выражаются хешем одного блока. Такой подход практически полностью исключает возможность хакерской атаки и взлома системы.

2. Цифровые подписи.

В блокчейне широко применяются асимметричные алгоритмы шифрования: публичный ключ представляет собой адрес хранения токена, а приватный – открывает доступ к этой записи в регистре. При этом закрытый криптографический ключ базируется на открытом, но дешифровать его математически невозможно.

К самым распространенным методам кодирования откосятся схемы, основанные на эллиптических кривых либо разложении множителей.

3. Открытые ключи шифрования.

Этот инструмент используется для проведения транзакций. Разберем его действие на конкретном примере. Допустим, пользователь хочет перевести 23 BTC. Он оформляет торговую операцию, в которой указывает, откуда будут взяты средства и кому надо их перевести. Так формируется публичный ключ получателя криптовалюты. После создания транзакции отправитель подписывает ее секретным ключом. Система проверяет соответствие его открытому. При полном совпадении совершается перевод заявленных средств адресату.

Современные криптографические алгоритмы продолжают развиваться и усложняться. Сегодня активно тестируется использование при шифровании методов квантовой технологии, которая позволит обеспечивать максимально высокий уровень безопасности информационных данных при их передаче и хранении.