Что такое шифрование данных: методы, примеры и передовой опыт

Шифрование данных является важнейшим элементом современной кибербезопасности, который помогает защищать конфиденциальные данные от несанкционированного доступа. По данным доклада Cybersecurity Ventures, ожидается, что к 2025 году глобальные расходы на киберпреступность достигнут 10,5 триллионов долларов в год, что подчеркивает важность надежных методов шифрования. Шифрование гарантирует, что даже если данные перехвачены, зашифрованные данные не могут быть прочитаны без правильного ключа дешифрования. В этой статье мы рассмотрим ключевые методы шифрования, такие как симметричное и асимметричное шифрование, и обсудим их практические примеры использования в таких отраслях, как здравоохранение, финансы и облачные вычисления. Кроме того, мы рассмотрим передовые знания, которые помогут компаниям успешно внедрять шифрование и укреплять свои позиции по безопасности данных.

Что такое шифрование данных?

Шифрование данных – это процесс преобразования читаемого открытого текста или данных в зашифрованный текст, который может быть открыт только тем, кто обладает соответствующим ключом для дешифрования. Этот процесс гарантирует, что конфиденциальные данные останутся конфиденциальными, даже если их получат неуполномоченные лица. Шифрование широко используется в различных приложениях, от защиты личных сообщений до защиты данных при передаче или хранении в базах данных, серверах и облачных системах хранения данных.

Важность шифрования данных

В современном цифровом мире, где число кибератак растет, защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа очень важна. Он гарантирует, что зашифрованные данные остаются конфиденциальными, надежными и приватными, независимо от того, хранятся ли они на устройствах, передаются по сетям или обрабатываются в облаке. Шифрование данных помогает организациям соблюдать нормативные требования, минимизировать риск утечки данных и сохранять доверие клиентов, защищая конфиденциальную информацию.

Как шифровать данные?

Шифрование данных происходит путем использования алгоритма (шифра) и ключа для преобразования открытого текста в зашифрованный текст. Это возможно с помощью аппаратных или программных решений. Симметричное шифрование использует один и тот же ключ для шифрования и дешифрования, а асимметричное шифрование использует пару открытого и закрытого ключей. Для защиты конфиденциальной информации широко используются такие инструменты шифрования, как AES (Advanced Encryption Standard) и RSA (Rivest-Shamir-Adleman).

В следующих разделах мы подробнее рассмотрим методы и соответствующие им алгоритмы шифрования данных.

Методы и алгоритмы шифрования данных

Современные методы шифрования, делятся на три основных типа:

• Симметричное,
• Асимметричное,
• Хеширование,
• Гибридное.

Также каждый тип шифрования данных включает в себя использование распространенных алгоритмов.

Симметричное шифрование данных (AES, DES, 3DES)

Симметричное шифрование использует один ключ как для шифрования, так и для дешифрования, что делает его быстрым и эффективным для больших объемов данных. Симметричное шифрование включает такие распространенные алгоритмы, как AES (Advanced Encryption Standard), DES (Data Encryption Standard) и 3DES (Triple DES). AES является наиболее широко используемым из-за его высокой безопасности и скорости, в то время как DES и 3DES считаются менее безопасными и в значительной степени устарели в пользу AES.

Асимметричное шифрование данных (RSA, ECC)

Асимметричное шифрование использует два ключа: открытый для шифрования и закрытый для дешифрования. Такое разделение ключей повышает безопасность. Асимметричное шифрование включает такие распространенные алгоритмы, как RSA (Rivest-Shamir-Adleman) и ECC (Elliptic Curve Cryptography). В то время как RSA широко используется для защиты цифровых подписей и передачи данных, ECC обеспечивает такую же безопасность, но с меньшими размерами ключей, что делает его более эффективным и быстрым для мобильных устройств и устройств IoT.

Хеширование (SHA-256, MD5)

Хеширование преобразует данные, превращая их в строку символов определенного размера, которая отличается от входных данных. Хеширование является односторонним процессом, в отличие от шифрования, и его нельзя обратить вспять. К этому методу относятся SHA-256 (Secure Hash Algorithm), широко используемый для безопасного хеширования, особенно в технологиях блокчейна, и MD5 (Message Digest 5), который , правда, устарел из-за уязвимостей. В основном хеширование используется для хранения паролей, цифровых подписей и проверки целостности данных.

Гибридные методы шифрования данных

Гибридное шифрование объединяет симметричное и асимметричное шифрование для того, используя тем самым преимущества каждого из них. Широко используется асимметричного шифрования (например, RSA) для безопасного обмена ключом на симметричное шифрование (например, AES). Этот метод обеспечивает безопасность асимметричного шифрования для обмена ключами, сохраняя при этом скорость и эффективность симметричного шифрования для передачи данных. Такой метод шифрования данных является стандартным компонентом протоколов SSL/TLS.

Варианты использования шифрования данных

В этом разделе мы представим вам различные варианты использования шифрования от шифрования для облачного хранилища до шифрования устройства IoT. Все эти примеры четко демонстрируют, как шифрование данных повышает безопасность в различных средах и приложениях.

• Шифрование для облачного хранилища

Шифрование данных на удаленных серверах обеспечивает защиту от несанкционированного доступа, независимо от того, находятся ли серверы в состоянии покоя или в пути. Хотя поставщики облачных услуг часто предоставляют шифрование, организации должны использовать свое собственное шифрование, чтобы сохранить конфиденциальность данных и иметь контроль над ключами шифрования.

• Шифрование данных в состоянии покоя и данных в процессе передачи

Данные в состоянии передачи относятся к данным, перемещаемым по сетям, тогда как данные в состоянии покоя относятся к данным, хранящимся на устройствах или серверах. Шифрование данных в состоянии покоя защищает данные от физической кражи или несанкционированного доступа, а шифрование данных в состоянии передачи предотвращает перехват или фальсификацию данных во время их передачи.

• Шифрование электронной почты и сообщений

Шифрование сообщений и электронной почты защищает конфиденциальные сообщения от кражи или доступа неавторизованных лиц. Такие методы шифрования, как PGP (Pretty Good Privacy) или сквозное шифрование в приложениях для обмена сообщениями, гарантируют, что только предполагаемые получатели смогут прочитать содержимое, защищая личную и деловую информацию от киберугроз.

• Шифрование баз данных и файлов

Шифрование баз данных и файлов гарантирует, что конфиденциальные данные будут защищены, даже если система хранения будет скомпрометирована. Это особенно важно для финансовых данных, медицинских записей или интеллектуальной собственности. Прозрачное шифрование данных (TDE, Transparent Data Encryption) и шифрование на уровне файлов – это инструменты, которые помогают защитить структурированные и неструктурированные данные от несанкционированного доступа.

• Устройства IoT и шифрование

Шифрование устройств IoT имеет решающее значение для защиты данных от кражи или нецелевого использования, поскольку устройства IoT собирают и передают огромные объемы важной информации. Шифрование устройств IoT защищает конфиденциальные данные, такие как личные медицинские записи, данные устройств умного дома и показания промышленных датчиков IoT, обеспечивая безопасную связь между устройствами и облачными сервисами.

Инструменты и технологии для шифрования данных

Шифрование данных требует надежных инструментов и технологий для обеспечения безопасности в различных средах и вариантах его использования. В следующих разделах описываются популярные программные, аппаратные и облачные решения для эффективного шифрования данных.

Популярное программное обеспечение и библиотеки для шифрования

Для защиты данных широко используются следующие программы и библиотеки шифрования:

• OpenSSL – популярная группа инструментов с открытым исходным кодом, которая предлагает надежные криптографические возможности, такие как шифрование SSL/TLS для защиты коммуникаций.
• GnuPG (GPG) – еще один инструмент, использующий стандарты шифрования, подобные PGP, которые полезны для шифрования файлов и защищенной электронной почты.
• Libsodium предлагает современные криптографические функции для разработчиков, такие как аутентифицированное шифрование и управление ключами.
• VeraCrypt широко используется для шифрования дисков, обеспечивая дополнительную защиту конфиденциальных данных.

Благодаря гибким возможностям шифрования эти библиотеки и инструменты подходят разработчикам и организациям, которые хотят использовать шифрование на различных платформах.

Аппаратные решения для шифрования данных

Благодаря аппаратному шифрованию данные напрямую шифруются с помощью специализированного оборудования, что снижает риск программных уязвимостей.

• Доверенные платформенные модули (TPM, Trusted Platform Module) – модули, которые имеются в компьютерах, защищают такие конфиденциальные данные, как учетные данные и ключи шифрования данных.
• Аппаратные модули безопасности (HSM, Hardware Security Modules) – это специализированные устройства, которые используют предприятия для безопасного управления и хранения криптографических ключей. Эти устройства обеспечивают защищенную среду от несанкционированного доступа для важных задач шифрования.
• Самошифрующиеся диски (SED, Self-Encrypting Drive) автоматически шифруют данные, хранящиеся на жестких дисках, гарантируя, что данные останутся защищенными даже при извлечении диска.

Эти устройства обеспечивают эффективное и надежное шифрование, особенно для предприятий, работающих с конфиденциальными данными.

Облачные службы шифрования данных

Облачные службы шифрования гарантируют безопасное хранение и управление данными в облачных средах. Службы шифрования, предоставляемые поставщиками, такими как Amazon Web Services (AWS KMS), Google Cloud KMS и Microsoft Azure Key Vault, управляют ключами шифрования и шифруют данные в состоянии покоя или при передаче. Без необходимости использования специального оборудования эти поставщики также как и is*hosting обеспечивает безопасность данных путем автоматической ротации ключей, управления и контроля доступа. Благодаря масштабируемости облака VPS-хостинга и соблюдению стандартов безопасности VDS, таких как GDPR(General Data Protection Regulation), HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability) и PCI-DSS (Payment Card Industry Data Security Standard), облачные услуги шифрования позволяют организациям поддерживать шифрование данных, хранящихся в облаках. Эти методы обеспечивают надежную защиту, одновременно упрощая управление шифрованием.

5 лучших практик для внедрения шифрования данных

В следующем списке представлены 5 лучших практик по внедрению методов шифрования в различных вариантах его использования, а также укреплению позиций по безопасности данных:

• Выбор правильного метода шифрования

Выбор подходящего метода шифрования зависит от конфиденциальности данных, требований к производительности и варианта использования. Для больших наборов данных симметричное шифрование (например, AES) предпочтительнее из-за его скорости, в то время как асимметричное шифрование (например, RSA) идеально подходит для безопасного обмена ключами и аутентификации. Однако нередко рекомендуется сочетание обоих этих методов.

• Стратегии управления ключами

Для успешного шифрования необходимо эффективное управление ключами. Оно включает в себя безопасное хранение, распространение и ротацию ключей шифрования данных. В этом случае хорошо использовать аппаратные модули безопасности (HSM), службы управления ключами или облачные решения для управления ключами. Также важно регулярно ротировать и отзывать ключи, чтобы снизить уязвимости и обеспечить надлежащее управление доступом.

• Сквозное шифрование данных

Сквозное шифрование гарантирует, что данные остаются зашифрованными во время передачи и хранения, защищая их от несанкционированного доступа на каждом этапе процесса. Т.к. только предполагаемый получатель может расшифровать данные, это повышает безопасность. Для конфиденциальных сообщений, таких как приложения для обмена сообщениями, этот метод имеет решающее значение, поскольку он предотвращает перехват во время передачи или в состоянии покоя.

• Соответствие и нормативные требования

Для того чтобы избежать штрафов и обеспечить защиту конфиденциальной информации, организации должны внедрять методы шифрования, соответствующие нормативным требованиям, таким как GDPR, HIPAA и PCI-DSS. Также необходимо проводить регулярные аудиты и проверки соответствия, которые помогают поддерживать соблюдение этих стандартов.

• Производительность и масштабируемость шифрования данных

Успешная реализация шифрования зависит от баланса безопасности и производительности. В то время как симметричное шифрование быстрее для больших объемов данных, гибридные методы шифрования оптимизируют производительность во время обмена ключами. А для обеспечения масштабирования процессов шифрования в соответствии с потребностями организации, необходимо использовать масштабируемые облачные решения для шифрования, оптимизируя алгоритмы и регулярно отслеживая производительность системы.

Эти лучшие практики шифрования играют важную роль в защите конфиденциальных данных в различных отраслях. В следующем разделе речь пойдет о самых распространенных примерах использования шифрования.

Проблемы шифрования данных

Несмотря на то что шифрование данных необходимо для защиты конфиденциальной информации, оно часто приводит и к ряду проблем, с которыми сталкиваются организации. Для того чтобы продолжать функционировать и соответствовать требованиям, организации должны уметь с ними справляться. В следующих проблемах приведены основные проблемы с шифрованием и советы по их избежанию.

Влияние на производительность

Потенциальное влияние шифрования данных на производительность системы является одной из самых больших проблем. При работе с большими наборами данных или приложениями реального времени, процессы шифрования могут замедлить передачу данных и увеличить потребление ресурсов. Хоть симметричное шифрование и более быстрое, оно все еще требует тщательной оптимизации для минимизации накладных расходов, в то время как асимметричное шифрование может быть медленнее из-за сложных процессов генерации и обмена ключами.

Совет: В таких случаях баланс безопасности и производительности может быть достигнут благодаря эффективным алгоритмам шифрования и аппаратных ресурсов для поддержания бесперебойной работы.

Сложность управления ключами

Правильное управление ключами шифрования данных имеет важное значение для поддержания безопасности зашифрованных данных, однако оно может быть очень сложным. Управление ключами включает в себя безопасное создание, хранение, распространение, ротацию и отзыв ключей шифрования. Любое неправильно выполненное действие может привести к уязвимостям безопасности или утечкам данных. Для крупных организаций при управлении несколькими ключами в различных системах и приложениях риск человеческой ошибки увеличивается.

Совет: При возникновении сложностей в управлении ключами, могут помочь службы управления ключами и аппаратные модули безопасности (HSM), но они также вносят дополнительные расходы и сложности в инфраструктуру.

Шифрование и соответствие нормативным требованиям

При обеспечении соответствия шифрования нормативным стандартам можно столкнуться с еще одной сложностью. Как мы уже упоминали ранее, для защиты конфиденциальных данных организации должны внедрять методы шифрования, соответствующие нормативным требованиям, таким как GDPR, HIPAA и PCI-DSS. Несоблюдение этих требований может привести к крупным штрафам и юридическим последствиям.

Совет: Шифрование должно быть тщательно реализовано, чтобы сбалансировать соответствие с эксплуатационными потребностями, поскольку некоторые нормативные акты требуют детальных проверок и частых обновлений методов шифрования, что увеличивает административную нагрузку.

Расшифровка зашифрованных данных при нарушениях безопасности

Расшифровка скомпрометированных данных может стать большой проблемой в случае нарушений безопасности. Если ключи шифрования не защищены должным образом, злоумышленники могут получить доступ к зашифрованным данным, что делает шифрование бесполезным.. Кроме того, иногда компаниям может потребоваться быстро расшифровать большие объемы данных для целей расследования или исправления.

Совет: Для эффективная обработки расшифровки зашифрованных данных, без ущерба для целостности или безопасности данных, необходимо внедрение надежных механизмов защиты и восстановления ключей.

Реальные примеры шифрования данных

Шифрование жизненно важно в различных отраслях для обеспечения соблюдения правил и защиты конфиденциальных данных. В следующих разделах вы можете узнать о реальных примерах шифрования, подчеркивающих его важность и влияние в различных сферах и услугах.

Шифрование данных в финансовых услугах

Финансовые услуги по-прежнему являются основными целями для кибератак. В последние годы 63% финансовых учреждений сообщают об увеличении киберугроз. Шифрование в этой отрасли защищает такие личные данные, как информация о счетах клиентов, номера кредитных карт и записи о транзакциях. Большинство этих данных шифруются AES как в состоянии покоя, так и при передаче. Например, JPMorgan Chase использует сквозное шифрование для защиты более 50 миллионов транзакций, совершаемых ежедневно. Стандарт PCI-DSS требует надежного шифрования для обработки платежей, гарантируя, что конфиденциальные финансовые данные остаются в безопасности.

Шифрование данных в здравоохранении

Утечки данных в сфере здравоохранения становятся все более распространенными; только в 2020 году было раскрыто более 29,3 миллионов медицинских записей. Шифрование играет важную роль в соблюдении HIPAA (Закон о переносимости и подотчетности медицинского страхования), который требует шифрования данных пациентов как в состоянии покоя, так и при передаче. Cleveland Clinic и другие крупные системы здравоохранения используют шифрование AES-256 для защиты электронных медицинских карт (EHR), что гарантирует безопасность более 7 миллионов записей пациентов. По состоянию на 2024 год шифрование AES-256 остается наиболее широко используемым стандартом, защищая миллионы электронных медицинских карт в крупных медицинских учреждениях. Надежное шифрование снижает риск несанкционированного доступа во время кибератак, смягчая потенциальные нарушения и повышая конфиденциальность пациентов.

Электронная коммерция и безопасность платежей

Индустрия электронной коммерции ежегодно обрабатывает миллиарды транзакций, что делает ее главной целью для киберпреступников. В 2020 году мошенничество в электронной коммерции привело к убыткам в размере 17,5 миллиардов долларов во всем мире. Шифрование имеет решающее значение для защиты платежных данных и информации о клиентах. Шифрование TLS/SSL защищает платежные транзакции, шифруя данные между клиентами и платформами электронной коммерции. Крупные компании, такие как Amazon и Shopify, используют шифрование TLS для защиты данных миллионов пользователей. Стандарт соответствия PCI-DSS требует шифрования платежной информации, что гарантирует безопасность данных кредитных карт и персональных данных.

Правительственные и военные стандарты шифрования данных

Государственные и военные агентства обрабатывают конфиденциальную информацию, которая может представлять угрозу национальной безопасности в случае ее раскрытия. Федеральные агентства Соединенных Штатов используют шифрование FIPS 140-2, чтобы защитить конфиденциальные данные. Агентство национальной безопасности (АНБ) использует AES-256 и ECC для защиты секретных сообщений. Военные системы шифрования предназначены для защиты данных в полевых условиях, обеспечивая безопасную связь и защиту данных для миллионов действующих сотрудников и оборонной инфраструктуры.

Эти реальные случаи демонстрируют, насколько шифрование необходимо в различных отраслях, обеспечивая необходимую защиту конфиденциальных данных и помогая организациям соблюдать нормативные требования.

Заключение

В современном мире ИТ с ростом все более изощренных киберугроз шифрование данных является жизненно важным процессом для защиты конфиденциальной информации в различных отраслях. Для того чтобы оставаться надежными и эффективными, методы шифрования также не отстают в развитии. Будущие тенденции шифрования данных включает в себя постквантовую криптографию, разработанную для защиты от угроз квантовых вычислений, и развивающиеся стандарты, такие как AES-256 и ECC, которые останутся критически важными для защиты данных.

Гомоморфное шифрование и доказательства с нулевым разглашением, предлагают новые способы повышения конфиденциальности при сохранении безопасности данных. Важно, чтобы организации шли в ногу с развитием и были в курсе этих достижений, гарантируя, что их методы шифрования остаются надежными в условиях все более сложного цифрового ландшафта.