Šifra: kaj je, kako deluje in vrste kriptografije

Šifra (ali šifrant) je algoritem za šifriranje (kodiranje) ali dešifriranje (dekodiranje). Gre za niz natančno opredeljenih korakov, ki jim je mogoče slediti kot postopku. Šifriranje ali kodiranje pomeni pretvorbo informacije iz navadnega besedila v šifro ali kodo.

V nestrokovni rabi "šifra" pogosto pomeni isto kot "koda", vendar se v kriptografiji šifre razlikujejo od kod. V enem od virov iz 20. stoletja je navedena naslednja razlaga: šifra je "metoda, pri kateri je osnovna enota prikrivanja črka. V primerjavi s tem je šifra način prikrivanja, pri katerem je osnovna enota beseda". Konec stoletja so "šifre" v tem kriptografskem smislu postale redke. Kriptografija 21. stoletja večinoma šifrira bitne tokove.

Kode so delovale tako, da so se zamenjale v skladu z obsežnim kodnim priročnikom, ki je naključni niz znakov ali številk povezoval z besedo ali besedno zvezo. Na primer, "UQJHSE" je lahko koda za "Pojdite na naslednje koordinate".

Šifra se uporablja za pretvorbo izvirne informacije ("navadnega besedila") v šifrirano obliko "šifriranega besedila". Šifrirano sporočilo vsebuje vse informacije iz odprtega sporočila, vendar ga človek ali računalnik ne moreta prebrati brez ustreznega mehanizma za dešifriranje. Za šifriranje ali dešifriranje potrebujete "ključ". Pri šifriranju ključ določa posebno pretvorbo navadnega besedila v šifrirano besedilo ali obratno med dešifriranjem.

Glede na vrsto uporabljenega ključa se šifre delijo na:

• algoritmi s simetričnim ključem (kriptografija z zasebnim ključem): za šifriranje in dešifriranje se uporablja isti ključ.
• algoritmi z asimetričnim ključem (kriptografija z javnim ključem): za šifriranje in dešifriranje se uporabljata dva različna ključa.

Beseda šifra je v francoščini cifre, v srednjeveški latinščini pa cifra iz arabske besede sifr, ki pomeni "nič". Prva znana angleška uporaba besede zero je bila leta 1598.

Vrste šifer in osnovne razlikovalne značilnosti

Šifre lahko razvrstimo tudi po drugih merilih, ne le po tem, ali uporabljajo isti ali različna ključa:

• Simbolne (substitucijske) šifre: vsaka enota (npr. črka) navadnega besedila se nadomesti z drugo enoto. Primer je Cezarjeva šifra.
• Transpozicijske šifre: enote besedila se prerazporedijo (zamenjajo položaje), pri čemer ostane vsebina enot enaka, le njihov red se spremeni.
• Blokovne šifre: delujejo na blokih bitov ali bajtov (npr. AES) in so temelj mnogih sodobnih simetričnih algoritmov.
• Tokovne šifre: generirajo tok ključa, ki se kombinira z navadnim besedilom bit po bit (ali bajt po bajt).
• Asimetrične šifre: temeljijo na paru ključev (javni in zasebni ključ) in se pogosto uporabljajo za izmenjavo ključev, digitalne podpise in šifriranje, kadar je potreben varen prenos brez vnaprejšnjega zajedanja ključa.

Zgodovina in primeri

Šifriranje ima dolgo zgodovino: od preprostih rokopisnih zamenjav črk (Cezarjeva, Atbas, Vigenère) do kompleksnih mehaničnih naprav (npr. Enigma) v 20. stoletju. V zadnjih desetletjih so matematično utemeljeni algoritmi in računska moč omogočili razvoj sodobne kriptografije.

Primeri zgodovinskih šifer:

• Cezarjeva šifra: premik vsake črke za določeno število mest v abecedi.
• Vigenèrova šifra: uporablja ponavljajoči se ključ za različne premike črk — bila je dolgo časa ocenjena kot zelo varna, dokler ni bila prelomljena z analizo frekvenc.
• Enigma: kompleksna elektromehanska naprava za šifriranje, uporabljena v drugi svetovni vojni.

Moderne metode in pogosto uporabljeni algoritmi

Sodobna kriptografija temelji na matematičnih problemih, ki so računsko zahtevni za napadalce, a učinkoviti za legitimne uporabnike:

• Simetrični algoritmi: AES (Advanced Encryption Standard) je danes široko uporabljen standard; DES je bil prej razširjen, vendar zaradi kratkega ključa ni več varen.
• Tokovne šifre: RC4 je bil pogosto uporabljen, a je danes večinoma opuščen zaradi šibkosti; novejše metode vključujejo Salsa20/ChaCha.
• Asimetrični algoritmi: RSA temelji na težavnosti faktorizacije velikih števil, ECC (eliptične krivulje) pa ponuja višjo varnost pri krajših ključih.
• Hibridni sistemi: kombinirajo asimetrično kriptografijo za varen prenos simetričnega ključa in nato simetrično šifriranje za dejansko prenosljivo vsebino (npr. TLS protokol).
• Kriptografske funkcije: heš funkcije (npr. SHA-256) in MAC (Message Authentication Code) so pomembne za integriteto in avtentičnost podatkov.

Kako šifriranje deluje — osnovni pojmi

Osnovni elementi šifriranja so:

• Navadno besedilo (plaintext): izvirna, berljiva informacija.
• Šifrirano besedilo (ciphertext): rezultat šifriranja, neberljivo brez ključa.
• Šifrirni algoritem: pravila ali postopek za pretvorbo.
• Ključ: tajna vrednost, ki nadzira prehod iz plaintexta v ciphertext in obratno.

Pomembni koncepti varnosti vključujejo avtentičnost (preverjanje izvoru sporočila), integriteto (sporočilo ni spremenjeno) in zaupnost (samo pooblaščeni lahko preberejo vsebino).

Varnostni napadi in obrambni ukrepi

Napadi na šifre se razvrščajo glede na to, kakšne informacije ima napadalec:

• Napad samo na šifrirano besedilo (ciphertext-only): napadalec ima le prestreženo šifrirano sporočilo.
• Napad z znanim navadnim besedilom (known-plaintext): napadalec pozna nekaj parov navadnega besedila in ustreznega šifriranega besedila.
• Napad z izbranim navadnim besedilom (chosen-plaintext): napadalec lahko izbere navadno besedilo in dobi ustrezno šifrirano besedilo (pomembno pri ocenjevanju varnosti algoritmov).
• Napad z izbranim šifriranim besedilom (chosen-ciphertext): napadalec lahko dešifrira izbrane šifrirane bloke (relevantno za napade na protokole).

Obrambni ukrepi vključujejo uporabo dovolj dolgih in naključnih ključev, pravilno upravljanje ključev, varne kriptografske načine delovanja (npr. CBC, GCM za blokovne šifre) ter redno posodabljanje in revizijo algoritmov.

Praktične uporabe šifriranja

• Varna komunikacija (E‑mail, sporočila, glasovni klici)
• Zaščita podatkov v mirovanju (šifriranje diskov, bazo podatkov)
• VPN, TLS/HTTPS za varno prenašanje podatkov po internetu
• Digitalni podpisi in avtentikacija uporabnikov
• Kriptovalute in verige blokov (blockchain) – kriptografija je temelj integritete in avtentifikacije transakcij

Praktični nasveti

• Uporabljajte preverjene in standardizirane algoritme (npr. AES, RSA/ECC) namesto lastnih rešitev.
• Zagotovite varno upravljanje ključev: shranjevanje, rotacija in uničenje ključev.
• Za občutljive podatke uporabite dolge in naključne ključe; pri simetrični kriptografiji naj bodo ključi ustrezne dolžine (trenutno vsaj 128 bitov za AES), pri asimetrični pa ustrezno večji (npr. RSA 2048+ bitov ali ECC z ustreznim varnostnim parametrom).
• Bodite pozorni na celovitost in avtentičnost sporočil z uporabo MAC ali digitalnih podpisov.

Šifriranje je torej temeljna tehnika za zaščito informacij v digitalnem svetu — razumevanje osnovnih principov, pravilna uporaba in skrbno upravljanje ključev pa so ključni za zagotavljanje dejanske varnosti.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je šifra?

V: Kako šifriramo informacije?

V: Kakšna je razlika med šifro in kodo?

V: Kako deluje šifriranje?

V: Kako se šifre delijo glede na vrsto uporabljenega ključa?

V: Od kod izvira beseda "šifra"?

Išči po črki