Vad är symmetrisk kryptering?

Om kryptering inte implementeras korrekt utgör det säkerhetsrisker. För att illustrera detta kan vi ta ett aktuellt exempel från Group Health Cooperative of South-Central Wisconsin (GHC-SCW). I januari 2024 fick hackare obehörig åtkomst till organisationens nätverk och försökte kryptera patienters data och utföra en ransomware-attack. Även om försöket misslyckades lyckades de få tillgång till databasen som lagrade patienters känsliga information, innehållande deras inloggningsuppgifter, personnummer, försäkringsuppgifter etc., vilket komprometterade data som tillhörde över 530 000 individer.

Om stark symmetrisk kryptering Om detta hade implementerats hade komprometteringen av känsliga uppgifter kunnat förhindras. Detta beror på att även om angriparna hade infiltrerat säkerhetsområdet skulle informationen ha varit i oläslig form. Denna attack visar tydligt i vilken utsträckning alla organisationer är i riskzonen när stark kryptering inte används på deras data.   

Beskrivning

Vid symmetrisk kryptering används endast en enda hemlig nyckel, även känd som en symmetrisk nyckel, för att kryptera och dekryptera information. En enkel analogi skulle vara att låsa en zip-fil med ett lösenord för kryptering samtidigt som man låser upp den för dekryptering. Den hemliga nyckeln är känd för både avsändaren och mottagaren.  

Arbeta

En hemlig nyckel som delas exklusivt mellan avsändare och mottagare används för att kryptera och dekryptera data med hjälp av en symmetrisk krypteringsalgoritm. Informationen krypteras först till chiffertext med hjälp av en symmetrisk algoritm som gör att informationen inte kan läsas i någon form under överföring. När informationen når sin destination dekrypterar mottagaren chiffertexten med samma nyckel.

Formlerna nedan representerar hur data krypteras och dekrypteras:

chiffertext = kryptera(klartext, nyckel) 
klartext = dekryptera(chiffertext, nyckel) 

Låt oss nu förstå rollen av att generera nyckelpar i symmetrisk kryptering. 

Processen för nyckelgenerering

Vid symmetrisk kryptering är genereringen av privata nycklar en kritisk process som säkerställer att de genereras på ett sätt som är både slumpmässigt och starkt. Enkla slumptalsfunktioner räcker inte eftersom de kan visa förutsägbara mönster, vilket gör det lättare för angripare att utnyttja värdena. Därför används angriparsäkra metoder som kryptografiskt säkra pseudoslumptalsgeneratorer (CSPRNG).

Ett exempel på en sådan generator är Blum Blum Shub-algoritmen, som används för att eliminera alla attacker baserade på mönster. För att ytterligare förbättra säkerheten tillämpas mer sofistikerade metoder, såsom att använda elliptiska kurvor med säkra hashalgoritmer vid generering av nyckelpar, vilket säkerställer att de genererade nycklarna är unika och extremt svåra att gissa. En sådan stark nyckelgenereringsmetod kommer att vara praktisk när kryptering sker för data eftersom svaga och förutsägbara nycklar kan komprometteras, vilket hotar deras konfidentialitet och integritet. 

Det finns två metoder för att kryptera data med symmetrisk kryptering, enligt följande: 

1. Blockera kryptering

I den här metoden krypteras block med fast längd, vilka vanligtvis är bitar på 128 bitar. Den omvandlar de enskilda klartextblocken till motsvarande chiffertextblock. 

2. Strömkryptering

I den här metoden krypteras data en byte i taget samtidigt som en kontinuerlig ström av pseudoslumpmässiga bitar genereras för ökad säkerhet.  

För att lära dig mer om blockchiffer och strömchiffer, klicka på här..

Typer av symmetriska krypteringsalgoritmer och deras driftsätt

De olika typerna av symmetriska krypteringsalgoritmer är utformade för att möta specifika säkerhetskrav. Dessutom beskriver deras driftsätt hur informationen krypteras och bearbetas effektivt. Låt oss utforska dem i detalj. 

1. Datakrypteringsstandarden (DES)

Utvecklad av IBM på 1970-talet och accepterad av National Institute of Standards and Technology (NIST) 1977. Den blev allmänt antagen. Det är en blockchiffreringsalgoritm där data krypteras i 64-bitarsblock med en nyckel på 64 bitar, medan endast 56 bitar används för själva krypteringen och de återstående 8 bitarna är reserverade för paritet för att upptäcka fel. Krypteringen som används i DES kombinerar två kryptografiska principer, substitution (förvirring) och transposition (diffusion), för att dölja förhållandet mellan ett meddelandes klartext, chiffertext och nyckel. 

Låt oss nu dela upp DES-krypteringsprocessen i tre nivåer, som var och en är ett kritiskt steg i att omvandla klartext till chiffertext. 

Nivå 1: Initial permutation (IP) tillämpas initialt på 64-bitars klartextblocket, och transponering utförs på det med ett fast mönster. De efterföljande stegen är uppdelningen av klartextblocket i vänster klartext (LPT) och höger klartext (RPT), dvs. två delar på 32 bitar vardera. 
 
Nivå 2: Var och en av dessa halvor genomgår 16 krypteringsrundor. Varje runda består av steg som involverar substitution och transposition. Nu expanderas Right Plain Text (RPT) till 48 bitar och XOR:as med en rundspecifik 48-bitars undernyckel. Därefter passerar resultaten genom substitutionsrutor och komprimeras till 32 bitar. Nu inkluderas permutationer och överförs till LPT, vilket skapar en interaktion för LPT och RPT.  
 
Nivå 3: Nu kombineras LPT och RPT om och ges slutlig permutation (FP). Resultatet av denna process kallas chiffertext, som är 64 bitar och den krypterade versionen av den ursprungliga klartexten. 

På grund av framsteg inom beräkningskraft är dock brute-forcering av nycklar en säkerhetssårbarhet, och därför används DES inte längre i stor utsträckning. 

2. Trippel DES

Den är också känd som efterföljaren till DES-algoritmen. Dess krypteringsprocess består av tre omgångar, där tre 56-bitars unika nycklar (t.ex. K1, K2 och K3) används för att kryptera 64-bitars klartext med K1, sedan dekryptera den med K2 och sedan kryptera ovanstående utdata igen med K3.

Triple DES ger betydligt högre säkerhet än DES-algoritmen. För mer information, följ detta länk.

3. Blowfish

Denna algoritm anses vara ett alternativ till DES-algoritmen och använder en 64-bitars blockstorlek som indata med variabel nyckellängd (från 32 bitar till 448 bitar), vilket gör den flexibel för olika säkerhetskrav.  

Algoritmen är baserad på Fiestel-strukturen för kryptering och dekryptering, där 16 omgångar ger högre säkerhet och snabbare hastighet än DES.  

Om du vill veta mer klickar du på här..

4. Avancerad krypteringsstandard

Det är den mest använda algoritmen i dagens cyberrymd och publicerades av NIST med avsikten att ersätta DES med både mjukvaru- och hårdvaruoptimering för bättre prestanda. Den möjliggör flera omgångar av kryptering och dekryptering genom att använda olika nyckelstorlekar: 128 bitar, 196 bitar eller 256 bitar för 10, 12 respektive 14 omgångar, vilket gör den säkrare.   

Processen involverar flera transformationer, inklusive fyra huvudsteg - substitution, permutation, mixning och tangentmixning.  

Om du vill veta mer klickar du på här..

5. Tvåfiskar

Twofish strukturerar data i block om 128 bitar och använder nycklar med storlekarna 128, 192 och 256 bitar. Dessutom designades den för att vara mycket säker genom kombinationen av ett substitution-permutation-nätverk (SPN) och mycket komplexa nyckelscheman.   

Vanligtvis används Twofish i applikationer som kräver en hög säkerhetsnivå som ett alternativ till AES i vissa situationer.  

Om du vill veta mer klickar du på här..

6. RC4

Rivest Cipher 4 är en typ av symmetrisk strömchiffer som designades av Ron Rivest 1987. Den grundläggande funktionen för RC4 är att den genererar en pseudoslumpmässig nyckelström, som sedan XOR-behandlas med klartexten för att producera chiffertexten. Medan nyckeln kan variera från 1 till 256 byte, är 128 bitar den vanliga nyckelstorleken för RC4. Den är snabb och effektiv och mycket välkänd i många vanliga protokoll som WEP och SSL/TLS. Tyvärr ledde några av de sårbarheter som upptäcktes över tid i nyckelschemaläggningen och den partiska nyckelströmmen till att RC4 avvecklades.

Om du vill veta mer klickar du på här..

7. AES-CBC-krypteringssviter

AES-CBC använder Advanced Encryption Standard (AES)-algoritmen i Cipher Block Chaining (CBC) för att säkerställa konfidentialitet. Det garanterar dock inte meddelandeintegritet eller nödvändig autentisering. Därför har en ytterligare mekanism formulerats och använts med AES-CBC, såsom HMAC (Hash-based Message Authentication Code), för att ta hänsyn till autentisering och integritet.  

I CBC-läge XOR:as varje klartextblock med chiffertexten från föregående block före kryptering. Det första blocket XOR:as med en slumpmässig initialiseringsvektor för att lägga till variation. Detta gör krypteringen säkrare eftersom identiska klartextblock kommer att producera olika chiffertexter, vilket förhindrar vissa typer av attacker, såsom mönsterattacker.  

Utvecklarnas implementering av AES-CBC-HMAC Konstruktionen är inte enkel på grund av dess komplexitet. Tekniken är vanligtvis svår att hantera, särskilt med initialiseringsvektorn (IV), som har missbrukats flera gånger och kan vara benägen att orsaka problem. För att hantera dessa utmaningar introducerades en välorganiserad process med en ny autentiserad krypteringsstandard som kallas Authenticated Encryption with Associated Data (AEAD), vilket gör det enklare för utvecklare att kryptera sina verk.  

AEAD förenklar komplexiteten i autentisering och kryptering till en enda enhet. Autentiseringstaggen medföljer chiffertexten, där taggen beräknas baserat på både chiffertextdata och eventuellt tillhandahållen ytterligare data.   

Därför skulle detta göra det möjligt för ett system att autentisera inte bara chiffertexten utan även medföljande data, vilket ger en extra nivå av garanti för integriteten hos all skickad data.  

Ocuco-landskapet AES-GCM är det mest populära och mest använda AEAD-läget. AES-GCM använder ekonomiskt Counter (CTR)-krypteringsläget och tillämpar även multiplikation i ett Galois-fält för autentisering, vilket resulterar i hög effektivitet och säkerhet för krypteringssystemet. Här uppnås chiffertextkonfidentialitet genom AES-kryptering, men integriteten upprätthålls av en autentiseringstagg, vilket är en allt-i-ett-process. 

Kan symmetriska krypteringssystem hackas?   

Trots att symmetrisk kryptering är en pålitlig metod för att säkra känslig information, står den fortfarande inför vissa hot. För att bryta en motståndares symmetriska krypteringssystem finns det två aspekter som illvilliga angripare måste undersöka: den hemliga nyckeln och krypteringsalgoritmen. Dessa två aspekter är grunden för krypteringens styrka, så varje brott i deras säkerhet kan resultera i att känslig information görs tillgänglig för en oönskad part.   

Avancerad kryptanalys är den primära metoden som används av motståndare som försöker bryta symmetrisk kryptering, vilket innebär att matematiska metoder tillämpas för att upptäcka svagheter i krypteringsmetoderna. Centralt för detta tillvägagångssätt är "ciphertext-only attack", vilket hänvisar till en metod där en angripare endast har tillgång till det krypterade innehållet i ett meddelande och tillämpar analys över chiffertexten, vilket möjliggör dechiffrering av den hemliga nyckeln utan att någonsin ha direkt åtkomst till den.   

NIST-rekommendationer för att säkra symmetriska krypteringsnycklar   

Flera faktorer påverkar styrkan hos de symmetriska krypteringsnycklarna. De är följande:

1. Längd på nyckelbitsstorleken

Det rekommenderas att använda längre nycklar för att motstå brute-force-attacker, vilket är en typ av attack som använder alla möjliga nyckelkombinationer för att dekryptera krypterad data. Till exempel, när det gäller AES-kryptering, NIST specificerar användningen av en 256-bitars nyckelstorlek för provisionering mot framtida datortekniker som kvantdatorer.    

Nyckellängden bestäms av den krypteringsalgoritm som används och den önskade säkerhetsnivån; NIST rekommenderar också lämplig nyckellängd för olika algoritmer som AES och andra.

2. Slumpmässighet

NIST betonar vikten av högkvalitativ slumpmässighet, vilket är oförutsägbart i processen för nyckelgenerering. Sådan slumpmässighet tas helst från ett säkert ursprung, såsom en kryptografiskt säker pseudoslumptalsgenerator (CSPRNG).     

Till exempel tillhandahåller SP 800-90A 'Rekommendation för slumptalsgenerering' så att inga mönster eller regelbundenheter är förutsägbara.  

3. Nyckelgenerering

Det är avgörande att nyckelgenereringssystemet säkerställer att de producerade nycklarna är både oförutsägbara och unika för varje instans. I NIST:s rekommendationer påpekas det tydligt att alla nyckelgenereringsprocesser bör undvika att använda metoder som är svaga eller lätt kan förutsägas, såsom systemtidsstämplar.

4. Nyckelhantering, rotation och förstöring

I termer av nyckelhanteringNIST nämner att metoderna för förvaring, distribution och användning av nycklar bör vara säkra. Regelbundna nyckelrotationer bör ske för att minska riskerna i samband med användning av nycklar under en längre period. Gamla nycklar måste också återkallas för att förhindra obehörig åtkomst, och de måste förstöras så att obehörig återställning inte är möjlig. Allt detta, tillsammans med policyer för säker åtkomst, nyckelrotation och förstöring, måste implementeras via nyckelhanteringssystem.

5. Åtkomstkontroll

Åtkomst till symmetriska nycklar bör begränsas enligt principerna om rollbaserad åtkomstkontroll (RBAC) och identitetsåtkomsthantering (IAM). Endast personal eller system som har behörighet att använda nycklarna bör beviljas åtkomst.   

Vissa restriktioner måste införas för övervakning av nyckelanvändning och -aktiviteter, såsom loggning och granskning, för att förhindra eller minska vem som försöker missbruka nycklar eller komma åt dem utan behörighet. 

Om du vill veta mer, besök här.. 

Fördelar med symmetrisk kryptering

Symmetrisk kryptering erbjuder olika fördelar som ökar effektiviteten i datasäkerheten. Nedan följer några av de viktigaste fördelarna: 

1. Hastighet och effektivitet

Symmetriska tekniker använder en enda nyckel för både kryptering och dekryptering, vilket gör utvecklingen av sådana tekniker mindre komplex.   

Detta beror till stor del på att just denna metod använder effektiva metoder för att utföra beräkningsprocesser som inte tar upp mycket drifttid. I denna mening blir effektiviteten hos symmetrisk kryptering ännu viktigare för applikationer med låg latens och hög dataflöde, såsom skydd av röstkommunikation i realtid, massöverföringar av data eller säkerhetsprotokoll på nätverksnivå som IPsec och SSL/TLS.   

2. Låg beräkningskostnad

Den symmetriska nyckelalgoritmen är utformad på ett sätt som minimerar beräkningskostnaden och kommer därför att vara lämplig i de tillämpningar där realtidskryptering och dekryptering bör äga rum.    

Däremot är de nyckeltekniker som används i asymmetrisk kryptering de modulärt aritmetiska nyckelteknikerna, vilka är mycket resurskrävande. Å andra sidan förlitar sig symmetriska krypteringsalgoritmer på enkla bitmanipulationer med mindre krav på systemet. Därför gör detta symmetrisk kryptering lämplig för system med låg effekt eller applikationer som inte har höga bearbetningskrav, såsom inbyggda system, inklusive mobila applikationer och IoT-enheter.

3. Hög säkerhet

Symmetriska krypteringsalgoritmer, som inkluderar AES-256, erbjuder hög säkerhet genom större nyckelstorlekar och systemdesigner som är resistenta mot moderna kryptografiska attacker, särskilt brute-force eller olika kryptanalysattacker.     

En sådan design är AES-256, som arbetar med en 256-bitars nyckel och är välkänd för sin massiva säkerhet i både teoretiska och praktiska kryptografiscenarier. Tillsammans med effektiva kontroller för att skydda krypteringsnycklarna, såsom hårdvarusäkerhetsmoduler (HSM) för nyckellagring och sessionsnycklar med kort varaktighet, utökar symmetrisk kryptering sin förmåga att skydda datakonfidentialiteten inom flera områden, från överföring av känslig information till diskkryptering.   

4. Skalbarhet för stora datamängder

På grund av sin snabbare exekveringshastighet är symmetrisk kryptering naturligt lämplig för bearbetning och överföring av stora mängder data. Asymmetrisk kryptering är däremot inte effektiv för att kryptera massdata eftersom det kräver mycket tid och beräkningskraft för att kryptera och sedan dekryptera meddelanden.    

Symmetrisk krypterings kortare driftstid gör den användbar i fall som involverar stora datamängder eller dataströmning, till exempel för att säkra videoströmning etc.    

5. Brett använd och mångsidig

Symmetrisk kryptering är en av grundpelarna och används flitigt i protokoll för TLS / SSL, VPN (OpenVPN), diskkryptering (BitLocker) och många fler. Detta beror på dess effektivitet och kompatibilitet med tekniken. Eftersom symmetrisk kryptering nästan alltid används tillsammans med andra krypteringstekniker (till exempel kryptografi med offentlig nyckel för att kryptera de symmetriska nycklarna) möjliggör det hög prestanda. Därför är det allmänt antaget.  

Nackdelar med symmetrisk kryptering

Nu när vi känner till fördelarna med symmetrisk kryptering, låt oss utforska begränsningarna. De viktigaste utmaningarna som är förknippade med det är följande: 

1. Problem med nyckelfördelning

Den kryptografiska delade nyckeln i symmetrisk kryptering måste distribueras över diskreta kanaler med hög risk för informationsläckage. Om den osäkra kanalen avlyssnas och någon får tag på nyckeln, äventyras kommunikationssäkerheten. Därför måste ytterligare protokoll, t.ex. Diffie-Hellman eller andra stödda infrastrukturer för publika nycklar, användas för att förhindra exponering vid distribution av nycklarna.    

2. Skalbarhetsproblem

Vid symmetrisk kryptering krävs att varje unikt användarpar har en unik nyckel, vilket gör att nyckelhanteringen växer exponentiellt med det totala antalet användare. Detta ökar problemet med skalbarhet i hög grad, särskilt i miljöer där användare är dynamiska och ständigt förändras, eftersom det skapar en stor administrativ börda och hot mot säkerheten.

3. Brist på oavvislighet

Eftersom samma nyckel används för både kryptering och dekryptering finns det ingen garanti för oförnekelse vid symmetrisk kryptering. Eftersom det inte finns något bevis på källan gör detta det omöjligt att använda sådana funktioner i applikationer där ansvarsskyldighet krävs, såsom digitala signaturer eller valutaväxling.  

4. Komplexitet i nyckelhantering

Symmetrisk nyckelhantering, som inkluderar processerna för generering, distribution, lagring, roterande hantering och återkallelse av nycklar, blir en mödosam uppgift när antalet nycklar ökar. Sårbarheter uppstår på grund av dålig nyckelhantering, vilket kräver säkra hanteringssystemlösningar som hårdvarusäkerhetsmoduler (HSM) som är avgörande för säker hantering.    

5. Risken för viktiga kompromisser

Om den hemliga nyckeln avslöjas kommer all data som skyddades med denna nyckel inte längre att förbli skyddad. Detta beror på att i symmetrisk kryptering används en enda nyckel för båda operationerna, där det, om nyckeln avslöjas, är möjligt att läsa all annan krypterad text som skyddas av den nyckeln. Därför är det mycket viktigt att byta nycklar ofta och hålla dem borta från allmänheten. 

Kombinera symmetrisk och asymmetrisk kryptering

Moderna kommunikationssystem garanterar både säkerhet och effektivitet i hybridkrypteringssystem. asymmetrisk Nyckelutbytesmekanismen startar hela transaktionsprocessen. Först delar klienten och servern sina publika nycklar för att möjliggöra en säker kanal för dataöverföring. Detta är särskilt viktigt i serverns autentiseringsprocess, medan certifikatutfärdare (CA) spelar en betydande roll för serverns publika nyckel i verifieringen av serverns publika nyckels åtkomst genom tillhandahållande av digitala certifikat.  

Vid denna tidpunkt, när en säker kanal redan har upprättats, genereras en sessionsnyckel slumpmässigt. Serverns publika nyckel, som görs tillgänglig för klienten, används för att kryptera sessionsnyckeln. Sedan skickas denna krypterade sessionsnyckel till servern, som har motsvarande privata nyckel, för att dekryptera den och hämta sessionsnyckeln. Den delade symmetriska nyckeln är tillräckligt effektiv för att tillåta all krypterad och dekrypterad datautbyte mellan klienten och servern.

SCENARIO

Två individer, nämligen Alice och Bob, där Alice vill dela ett konfidentiellt dokument med Bob. Här använder de symmetrisk kryptering för att säkerställa att dokumentet är skyddat från obehörig åtkomst. 

steg 1Det första steget i kommunikationen är att upprätta en gemensam hemlig nyckel genom att ömsesidigt komma överens om en säker metod för att använda en lösenfras och säkert utbyta den, eller genom att använda säkra protokoll för nyckelutbyte. 

Steg 2: Så snart den gemensamma hemliga nyckeln har etablerats krypterar Alice det känsliga dokumentet med en stark symmetrisk krypteringsalgoritm. Klartextdokumentet omvandlas således till chiffertext, vilket säkerställer att ingen kan läsa det utan den delade nyckeln. För att öka säkerheten tillämpas krypteringslägen som Galois/Counter Mode (GCM) eller Cipher Block Chaining (CBC), ofta kombinerat med en initialiseringsvektor (IV) för att förhindra mönster i den krypterade informationen. 

Steg 3: Alice skickar nu det krypterade dokumentet till Bob. Chiffertexten, även om den avlyssnas under överföringen, kan inte läsas av obehöriga personer utan nyckeln. Den säkra kanalen som Alice kan använda för att skicka chiffertexten till Bob inkluderar krypterade e-posttjänster, SFTP eller till och med offline-metoder som ett USB-minne. 

Steg 4: Efter att ha mottagit chiffertexten använder Bob samma symmetriska krypteringsalgoritm och delade nyckel för att dekryptera chiffertexten. Dekrypteringsprocessen återställer originaldokumentet till Bob och ger säker åtkomst till dess innehåll. 

Säkerställ att kryptografiska standarder följs  

FIPS 140-3

Bilaga A innehåller en omfattande lista över de kryptografiska algoritmer som kan godkännas för användning i en kryptografisk modul. Alla algoritmer som nämns i bilaga A måste dock också valideras enligt Kryptografiskt algoritmvalideringsprogram (CAVP). 

NIST Specialpublikationer (SP)

SP 800-38A är ett utarbetat dokument som markerar valet och användningen av olika blockchiffer-driftsätt. Det dyker in i säkerhetsegenskaperna samt fördelarna och nackdelarna med varje läge och hjälper utvecklare och implementatörer att fatta välgrundade beslut.  

SP 800-38D beskriver CCM-driftsläget för blockchiffer och ger rekommendationer för att uppnå både autentisering och konfidentialitet i kryptografiska processer. 

ISO/IEC-standarder

ISO/IEC 29192-2 fastställer de specifika säkerhetskraven och testprocedurerna för lätta symmetriska krypteringsalgoritmer. Dessa algoritmer är avsedda för resursbegränsade enheter som distribueras på sakernas internet (IoT) eller inbyggda system, eftersom beräkningskraften och minnet inte är tillräckliga.  

Use Cases 

Symmetrisk kryptering används inom olika domäner för att säkerställa konfidentialiteten för känsliga data. Här är några viktiga användningsområden för symmetrisk kryptering och deras betydelse för skyddet av digital information: 

1. För att säkra data i vila

Vilande data avser all digital information som lagras på en specifik plats i olika lagringsanläggningar, såsom molnlagring, fillagringstjänster, relationsdatabaser, icke-relationella databaser och datalager. Denna information kategoriseras i strukturerad data, som den som finns i tabeller, scheman eller kalkylblad, och ostrukturerad data, såsom text, video, bilder och loggfiler.  

De flesta tjänster använder symmetrisk kryptering för att hålla sina säkerhetskopior säkra. Till exempel rekommenderar både AWS och IBM Cloud att använda AES-256 för serversideskryptering under överföring och i vila för att skydda data med striktaste sekretess enligt branschstandarder. Sådan mycket säker kryptering förhindrar obehörig åtkomst till den skyddade informationen i molnet.   

2. Säkra data under överföring med virtuella privata nätverk (VPN)

Symmetrisk säkerhet tillämpas i ett VPN för att skapa en krypterad tunnel över vilken informationen kan överföras säkert mellan klienten och dess värdar. Vid symmetrisk kryptering använder vi en delad nyckel för både kryptering och dekryptering för att göra det möjligt för endast avsändaren och dess tillhörande mottagare att läsa vad som skickas. Vanligtvis använder VPN:er krypteringsprotokoll som AES (Advanced Encryption Standard) i kombination med säkra nyckelutbytesmetoder (som Diffie-Hellman eller ECDH) för att säkert dela den symmetriska nyckeln över nätverket.   

De olika VPN-tjänsterna använder flera starka algoritmer för att erbjuda hög säkerhetsnivå; till exempel är VPN-protokollen OpenVPN, som är fri programvara, och SSTP, som skapades av Microsoft, båda beroende av AES-256 för att säkerställa att dataöverföringen är säker, särskilt där det finns en hög säkerhetsrisk, såsom för att förhindra man-in-the-middle-attacker.    

3. För att säkra trådlös nätverkskommunikation (Wi-Fi)

Trådlösa nätverk använder vanligtvis protokoll som WPA (Wi-Fi Protected Access), WPA2 och den senaste WPA3, vilket gör deras användning säker i trådlös kommunikation.  

För att garantera säkerheten använder de symmetrisk kryptering av data under förflyttning, vilket uppnår perfekt konfidentialitet och integritet utan att påverka prestandan för trådlös kommunikation. 

Postkvantkryptografi och dess inverkan på symmetriska algoritmer 

Post-quantum kryptografi fokuserar på att mildra effekterna av kvanthot på symmetrisk kryptering med avseende på nyckelstorlekar och hybridkrypteringssystem. För att veta mer om hur dessa framsteg formar krypteringens framtid, läs vidare. 

1. Nyckelstorlek

En algoritm med en 128-bitars nyckel har 2¹²⁸ möjliga kombinationer. Detta gör det omöjligt för klassisk beräkning att gissa nyckeln med råstyrka. Men i takt med att kvantteknologier blir mer och mer avancerade är det högst sannolikt att de kommer att knäcka nästan alla nuvarande krypteringsalgoritmer.

Användningen av Grovers algoritm minskar det effektiva nyckelutrymmet för symmetrisk kryptering för kvantdatorer. Denna algoritm gör det möjligt för en kvantdator att söka igenom alla möjliga nycklar med en hastighet som är proportionell mot kvadratroten ur det totala antalet kombinationer. 

Således halverar Grovers algoritm den effektiva styrkan hos symmetriska nycklar. 

För att mildra detta problem använder kryptografer större nyckelstorlekar. Till exempel anses AES-256 nu vara guldstandarden, eftersom dess 256-bitarsnyckel erbjuder en effektiv säkerhetsnivå, även i närvaro av kvantdatorer. 

2. Hybridkrypteringssystem

Som diskuterats halverar kvantalgoritmer som Grovers algoritm den effektiva styrkan hos symmetriska nycklar, vilket kräver större nyckelstorlekar för säkerhet. Men även om denna risk minskas kan sårbarheter i ett helt kryptografiskt ramverk, såsom nyckelutbytesprocesser, utnyttjas.  

Å andra sidan är asymmetriska krypteringsmetoder, som underlättar säkra nyckelutbyten, mest sårbara för kvantalgoritmer som Shors algoritm. Denna algoritm bryter effektivt dessa metoder.   

Därför har hybridkrypteringssystem kommit till undsättning. Detta beror på att i hybridsystem är kvantsäkra algoritmer som gitterbaserad kryptografi, hashbaserad kryptografi, eller kodbaserad kryptografi är integrerade i system för att skydda den delade kryptografiska nyckeln under kryptering. Med denna flerskiktade form av säkerhet, om en säkerhetsnivå äventyras, fortsätter den andra att hålla data säker. Hybridsystem kombinerar både effektivitetsfunktioner från symmetrisk kryptering och kvantmotståndskraft med hjälp av kvantsäkra algoritmer. 

Slutsats

Symmetrisk kryptering framstår som ett av de mest acceptabla sätten att skydda din information. Symmetrisk nyckelkryptografi möjliggör kryptering och dechiffrering med hjälp av en gemensam hemlig nyckel, från vilken de tillåtna enheterna endast kan erhålla de nödvändiga säkra uppgifterna.   

Organisationer behöver förbereda sig för ökande cybersäkerhetshot genom att tillämpa starka symmetriska krypteringsalgoritmer som AES, Blowfish och Twofish för att förhindra obehörig åtkomst eller dataläckor av alla slag.