Как шифруются данные в интернете

От открытых данных к шифротексту

Предположим, приложение должно передать серверу сообщение. В исходном виде данные имеют понятную структуру: текст, изображение, запрос или другой набор байтов.

Такую исходную информацию в криптографии называют открытым текстом. Название не означает, что речь обязательно идёт о человеческом тексте: это могут быть любые данные до шифрования.

Алгоритм шифрования вместе с ключом преобразует их в шифротекст. Для наблюдателя без нужного ключа результат должен выглядеть как набор данных, из которого невозможно практически восстановить исходное содержимое.

Получатель, обладающий необходимой информацией для расшифровки, выполняет обратное преобразование.

Безопасность современной криптографии не строится на сокрытии самого алгоритма. Алгоритмы часто публичны, подробно анализируются специалистами и стандартизируются. Секретным остаётся ключ.

Почему ключ важнее секретного алгоритма

Ранние системы защиты нередко полагались на то, что противник не знает способ шифрования. Современная криптография исходит из более строгого подхода: система должна оставаться безопасной даже тогда, когда принцип её работы известен.

Поэтому ключ становится центральным элементом.

Можно представить его как очень большое случайное значение, которое определяет конкретное преобразование данных. Знание алгоритма без правильного ключа не должно позволять расшифровать сообщение за практически разумное время.

Ключи должны генерироваться надёжным способом и храниться так, чтобы посторонний не получил к ним доступ.

Но возникает следующий вопрос: как двум сторонам получить общий секрет, если они ещё не имеют защищённого канала связи? Здесь появляется асимметричная криптография и механизмы обмена ключами.

Асимметричная криптография помогает установить защищённое соединение

В асимметричных системах используются связанные между собой открытый и закрытый ключи.

Открытый ключ можно передавать другим участникам. Закрытый должен оставаться секретным.

Такая конструкция позволяет решать задачи, которые неудобны для обычного симметричного шифрования: подтверждать подлинность, создавать цифровые подписи и согласовывать секретные значения через незащищённую сеть.

В современных протоколах стороны могут использовать криптографический обмен ключами, чтобы независимо получить общий секрет, не передавая сам этот секрет по сети в открытом виде.

Дальнейший трафик обычно не шифруют асимметричными алгоритмами целиком. Для больших объёмов данных существуют более быстрые симметричные методы.

Симметричное шифрование защищает основной поток данных

При симметричном шифровании обе стороны используют общий секретный ключ для защиты и расшифровки данных.

Такие алгоритмы чрезвычайно эффективны и хорошо подходят для постоянной передачи больших объёмов информации: веб-страниц, видео, файлов и сетевого трафика.

AES — один из наиболее известных стандартов симметричного шифрования. В современных сетевых системах часто встречается режим AES-GCM.

Другой широко используемый пример — ChaCha20-Poly1305. Он сочетает потоковое шифрование ChaCha20 с механизмом проверки целостности Poly1305 и особенно удобен для программных реализаций на устройствах без специального аппаратного ускорения AES.

Для пользователя важны не столько названия алгоритмов, сколько свойства современной схемы: данные должны оставаться конфиденциальными, а попытка незаметно изменить их должна обнаруживаться.

Именно поэтому сегодня широко используется аутентифицированное шифрование.

Шифрование должно защищать не только секретность, но и целостность

Просто сделать данные нечитаемыми недостаточно.

Представим, что злоумышленник не способен понять содержимое зашифрованного сообщения, но может незаметно изменить отдельные фрагменты. В некоторых системах такая возможность сама по себе создаёт риск.

Поэтому современные схемы часто одновременно обеспечивают конфиденциальность и проверку целостности.

AES-GCM и ChaCha20-Poly1305 относятся к подходам, которые позволяют не только зашифровать данные, но и проверить, что они не были изменены без знания соответствующего ключа.

Такой класс механизмов называют аутентифицированным шифрованием.

Если проверка не проходит, получатель понимает, что данные повреждены или изменены, и не должен обрабатывать их как корректное сообщение.

Это важная часть современных защищённых протоколов.

TLS защищает соединение с сайтом

Когда браузер открывает HTTPS-сайт, обычно используется TLS.

TLS выполняет несколько задач. Он позволяет браузеру проверить, что соединение устанавливается с сервером, обладающим корректными учётными данными для соответствующего домена. Затем стороны договариваются о параметрах защищённого сеанса и формируют ключи.

После этого основной поток данных передаётся с эффективным симметричным шифрованием.

Благодаря TLS человек в той же Wi-Fi сети или промежуточный оператор не получает содержимое HTTPS-страницы в открытом виде.

Именно TLS защищает, например, форму входа на современный сайт независимо от того, используется VPN или нет.

При этом TLS работает для конкретного соединения приложения с сервисом. VPN добавляет защиту на другом сетевом уровне.

Что добавляет VPN поверх HTTPS

VPN создаёт защищённое соединение между устройством и VPN-инфраструктурой.

Внутри этого соединения передаётся интернет-трафик, который направляется через VPN. Для локальной сети или интернет-провайдера такой трафик выглядит как обмен данными с VPN-инфраструктурой, а содержимое защищённого соединения шифруется.

После этого браузер может одновременно использовать HTTPS до конечного сайта.

Получается несколько уровней: VPN защищает участок от устройства до VPN-сети, а TLS — конкретное соединение приложения с конечным HTTPS-сервисом.

Эти технологии не дублируют друг друга полностью. Они защищают данные в разных контекстах и поэтому нормально работают одновременно.

MaskNet использует современные протоколы и технологии защищённой передачи данных, объединяя их с интеллектуальной маршрутизацией и распределённой сетевой инфраструктурой.