Septiņas tēmas par to, kas tieši aizsargā datus katrā stāvoklī: kādi ir primitīvi un kuru problēmu katrs atrisina, kā dati tiek aizsargāti diskā, tīklā un apstrādes laikā, kā tiek pārvaldītas atslēgas un kas mainās līdz ar post-kvantu standartiem.
Datu dzīves cikls
Nav jēgas šifrēt disku, ja tie paši dati ceļo pa tīklu bez TLS, un nav jēgas no TLS, ja rezerves kopija guļ atvērtā veidā. Aizsardzība tiek plānota visiem trim stāvokļiem, ne vienam.
Tā ir kontrole, kas risku pārvieto no datiem uz atslēgām. Ja atslēga glabājas blakus šifrētajiem datiem, risks nav mazināts, tikai pārbīdīts.
Konfidencialitāte (neviens cits nelasa), integritāte (neviens nemaina nepamanīts), autentiskums (zināms, kas sūtīja). Šifrēšana pati par sevi dod tikai pirmo.
Pašu rakstīts kriptogrāfijas kods. Algoritmi ir publiski un pārbaudīti; ievainojamības rodas ieviešanā: vājā nejaušības avotā, atkārtoti lietotā nonce (vienreizējā skaitlī, ko nedrīkst izmantot divreiz) vai laika noplūdē (pēc tā, cik ilgi notiek pārbaude, var uzminēt noslēpumu).
Būvbloki
Primitīvs ir kriptogrāfijas pamatbloks - viena operācija ar vienu uzdevumu. Neviens bloks nedod visu: šifrēšana slēpj saturu, bet nepierāda, kas to sūtīja; paraksts pierāda sūtītāju, bet saturu neslēpj. Tāpēc sistēmās tos liek kopā.
Izvēlies veidu un ej cauri soļiem. Vidējā josla rāda, ko pa ceļam redz uzbrucējs, kas noklausās tīklu.
Abi iepriekš vienojas par vienu kopīgu atslēgu K. Tas ir vājais punkts: kā to nodot, ja kanāls vēl nav drošs?
Alise šifrē ziņu ar atslēgu K. Rezultāts ir nesaprotams šifrs.
Uzbrucējs tīklā redz: x7#Qp9… - nesaprotamu šifru
Šifrs iet pa tīklu. Uzbrucējs to redz, bet bez K izlasīt nevar.
Bobs atšifrē ar to pašu atslēgu K.
Tāpēc kopīgo atslēgu nodod ar asimetrisko kriptogrāfiju - nākamais piemērs.
Bobs izveido atslēgu pāri. Privāto S viņš nevienam nedod.
Uzbrucējs tīklā redz: publisko atslēgu P - tas nav noslēpums
Bobs sūta Alisei savu publisko atslēgu. Uzbrucējs to redz, bet ar to var tikai aizslēgt, ne atslēgt.
Alise šifrē ziņu ar Boba publisko atslēgu P.
Uzbrucējs tīklā redz: k2!Vz8… - šifru, ko atslēgt var tikai ar S
Šifrs iet pa tīklu. Uzbrucējam ir P, bet ar P šo šifru atslēgt nevar.
Bobs atšifrē ar savu privāto atslēgu S - tā ir tikai viņam.
Asimetriskā ir lēna, tāpēc ar to droši nodod K, un tālāk dati iet ar ātro simetrisko - tā sākas TLS.
Izdevējs aprēķina faila nospiedumu un publicē to savā vietnē.
Uzbrucējs tīklā redz: failu - un var to aizstāt ar savu
Fails iet pa tīklu vai caur spoguļserveri. Uzbrucējs var to nomainīt.
Lietotājs pats aprēķina saņemtā faila nospiedumu.
Ja uzbrucējs failu nomainīja, nospiedums būtu pilnīgi cits. Bet nospiedumam jānāk no uzticama avota - citādi uzbrucējs nomaina arī to.
Uzbrucējs tīklā redz: neko - savienojums ir šifrēts (TLS)
Reģistrējoties lietotājs sūta paroli pa šifrētu savienojumu.
Serveris paroli neglabā. Tas glabā tikai sāli un rezultātu, kas iegūts ar apzināti lēnu funkciju.
Uzbrucējs tīklā redz: neko - savienojums ir šifrēts
Piesakoties lietotājs atkal sūta paroli.
Serveris atkārto aprēķinu un salīdzina. Sakrīt - parole pareiza.
Katrs minējums maksā ~0,1 s, un sāls dēļ vienādas paroles izskatās dažādi - miljardi minējumu kļūst par gadiem.
Abām pusēm iepriekš ir viena kopīga atslēga K.
Sūtītājs aprēķina pārbaudes kodu no ziņas un atslēgas.
Uzbrucējs tīklā redz: ziņu atklāti un kodu - MAC saturu neslēpj
Ziņa iet kopā ar kodu. Uzbrucējs var nomainīt '10 €' uz '1000 €', bet bez K pareizu kodu izveidot nevar.
Saņēmējs pats aprēķina kodu un salīdzina. Ja ziņa mainīta, kodi nesakrīt, un ziņu noraida.
Izdevējs izveido atslēgu pāri. Publisko P publicē (piemēram, sertifikātā), privāto S glabā drošā vietā.
Izdevējs paraksta failu ar savu privāto atslēgu S.
Uzbrucējs tīklā redz: failu un parakstu - abi nav noslēpums
Fails iet kopā ar parakstu. Paraksts neslēpj saturu - tas pierāda izcelsmi.
Ikviens pārbauda ar izdevēja publisko atslēgu P. Derīgs - fails nav mainīts un to parakstīja S turētājs.
Atšķirībā no MAC pārbaudīt var ikviens, bet parakstīt tikai privātās atslēgas turētājs.
Viena kopīga atslēga: ar to pašu aizslēdz un atslēdz.
Teksts kopīgā atslēga Šifrs tā pati atslēga Teksts
AES-256-GCM, ChaCha20-Poly1305Atslēgu pāris: publisko drīkst zināt visi, privāto tikai saņēmējs. Ar publisko aizslēdz, atslēgt var tikai ar privāto.
Teksts saņēmēja publiskā Šifrs saņēmēja privātā Teksts
X25519, RSA-3072, ECDH P-256Pārvērš jebkura izmēra datus īsā "pirkstu nospiedumā". Atpakaļ datus no tā iegūt nevar, un mazākā izmaiņa dod pilnīgi citu nospiedumu.
Fails, jebkurš izmērs SHA-256 64 zīmju nospiedums
SHA-256, SHA-3, BLAKE2Speciāla, apzināti lēna jaucējfunkcija parolēm. Tai pievieno sāli (salt) - nejaušu vērtību, kas katrai parolei ir cita - un darba faktoru (cost), kas nosaka, cik lēni tā strādā.
Parole sāls Argon2id, lēni Glabājamā vērtība
Argon2id, scrypt, bcryptAbām pusēm ir viena kopīga atslēga. Sūtītājs pievieno datiem pārbaudes kodu, saņēmējs to aprēķina vēlreiz un salīdzina - ja dati mainīti, kods nesakrīt.
Dati kopīgā atslēga Dati + kods tā pati atslēga sakrīt / nesakrīt
HMAC-SHA256 (AES-GCM to iekļauj šifrēšanā)Paraksta ar privāto atslēgu, pārbauda ar publisko. Pierāda, ka dati nav mainīti un ka tos parakstīja tieši privātās atslēgas turētājs.
Dokuments parakstītāja privātā Dokuments + paraksts parakstītāja publiskā derīgs / nederīgs
Ed25519, ECDSA, RSA-PSSTā strādā TLS: asimetriskā vienojas par kopīgu atslēgu, digitālais paraksts servera sertifikātā pierāda, ka serveris ir īstais, un simetriskā (AEAD) šifrē datus un vienlaikus pārbauda, ka tie nav mainīti.
AES-256-GCM vai ChaCha20-Poly1305 - tie šifrē un vienlaikus pārbauda, ka dati nav mainītiArgon2id vai bcrypt - tie paši pievieno sāli un darba faktoru (skat. blakus)secrets modulis Python valodā - tā skaitļus nevar paredzētcryptography, ne pašu rakstītu koduAES-ECB - katru bloku šifrē atsevišķi, tāpēc vienādi dati dod vienādu šifrējumu un datu raksts paliek redzamsMD5, SHA-1 - var apzināti izveidot divus dažādus failus ar vienādu jaucējvērtību (sadursmi), tāpēc integritātes pārbaude un paraksts ar tiem nav uzticamirandom moduli noslēpumiem - no dažiem tā skaitļiem var aprēķināt nākamosDati diskā un datubāzē
Kāpēc divi līmeņi: atslēgas rotācija nozīmē pāršifrēt tikai DEK, ne visus datus. Miljons ierakstu paliek vietā, mainās viena maza vērtība.
Aizsargā pret nozagtu iekārtu. Kad sistēma darbojas, dati ir atvērti - tāpēc tas neaizsargā pret ielaušanos serverī.
Šifrē konkrētus laukus (personas dati, veselības dati). Aizsargā arī pret DB administratoru, bet pēc šifrētajiem laukiem vairs nevar meklēt un kārtot.
Biežāk aizmirstā vieta. Kopija ir tie paši dati bez piekļuves kontroles. Šī vietne kopijas šifrē ar age un glabā ārpus servera.
Dati tīklā
Forward secrecy (PFS) nozīmē, ka vēlāk nozagta servera privātā atslēga neatšifrē agrāk ierakstīto satiksmi - katrai sesijai ir sava īslaicīga atslēga. Latviski to mēdz saukt par nākotnes noslēpumu, bet nozarē lieto oriģinālo terminu.
Kā pārlūks un serveris vienojas par kopīgu atslēgu, nevienam to nesūtot pa tīklu.
Uzbrucējs tīklā redz: vietnes vārdu (SNI) un klienta atslēgu daļu - tas nav noslēpums
Pārlūks sveicina serveri, nosauc atbalstītos šifrus un uzreiz sūta savu īslaicīgo atslēgu daļu.
Serveris no abām atslēgu daļām aprēķina kopīgo atslēgu (ECDHE). Pa tīklu tā nekad neiet.
Uzbrucējs tīklā redz: ServerHello atklāti; sertifikāts un viss pārējais jau ir šifrēts
Serveris atbild ar savu daļu, sertifikātu un parakstu, kas pierāda, ka tam ir sertifikāta privātā atslēga.
Pārlūks pārliecinās, ka runā ar īsto serveri, un aprēķina to pašu kopīgo atslēgu.
Uzbrucējs tīklā redz: tikai šifrētus datus un to apjomu
Viens turp-atpakaļ cikls, un dati jau iet šifrēti ar kopīgo atslēgu.
To sauc par forward secrecy: pierakstīta satiksme paliek droša arī tad, ja serveris vēlāk tiek uzlauzts.
Metadatus: ar kuru serveri runā, cik daudz un cik bieži. Saturs ir slēgts, saziņas fakts nav.
TLS beidzas pie servera. Ja aiz tā dati iet atvērti starp mikropakalpojumiem, aizsargāts ir tikai pirmais posms - tāpēc mTLS iekšējā tīklā.
Parasts sertifikāts apliecina domēna kontroli, ne to, ka īpašnieks ir godīgs. Pikšķerēšanas lapai arī ir derīga slēdzene.
Grūtākais stāvoklis
Lietošanas stāvoklis ir vienīgais, kur nav universāla risinājuma. Godīgi vairumam sistēmu: minimizēšana un tokenizācija atrisina lielāko daļu, un tikai pēc tam ir vērts skatīties uz anklāviem.
Uzticamās izpildes vides (TEE) vērtība ir attālinātā apliecināšanā (remote attestation): anklāvs var pierādīt, kāds kods tieši tajā darbojas. Bez tā anklāvs ir tikai vēl viena melnā kaste.
Anklāvs pārceļ uzticību no mākoņa uzturētāja uz procesora ražotāju. Tā ir maiņa, ne likvidēšana - un pret sānkanālu uzbrukumiem (noslēpuma nolasīšanu pēc procesora laika, kešatmiņas vai patēriņa) tie ir bijuši ievainojami.
Šī vietne lieto vienkāršāko slāni: kartes dati nekad nenonāk serverī (maksājumus apstrādā maksājumu pakalpojuma sniedzējs), tāpēc lietošanas stāvoklī tos nav jāaizsargā.
Kur kriptogrāfija praksē krīt
Konstatēts noplūdis noslēpums nozīmē rotāciju, ne dzēšanu no vēstures. Kas reiz ir bijis publisks, ir jāuzskata par zināmu.
Tā pati atslēga šifrēšanai un parakstīšanai vājina abus. Atsevišķas atslēgas nozīmē arī, ka vienas kompromitēšana neatver visu.
Saknes atslēgu neviens cilvēks nezina pilnībā. Tā tiek sadalīta daļās, un atjaunošanai vajag vairākus cilvēkus - aizsardzība pret vienu vājo punktu.
Sistēma, kurā kriptogrāfisko algoritmu var nomainīt bez pārrakstīšanas. Tā kļuva par praktisku prasību tieši post-kvantu kriptogrāfijas (PQC) pārejas dēļ.
Standartu ainava
FIPS 203 (ML-KEM, atslēgu iekapsulēšana), FIPS 204 (ML-DSA, paraksti) un FIPS 205 (SLH-DSA, uz jaucējfunkcijām balstīti paraksti) NIST apstiprināja 2024. gada 13. augustā. 2025. gadā NIST kā rezerves KEM izvēlējās HQC. NIST IR 8547 (projekts) paredz RSA un ECC novecošanu no 2030. gada un aizliegumu no 2035. gada.
FIPS 197 (AES), FIPS 180-4 (SHA-2), FIPS 202 (SHA-3), FIPS 186-5 (paraksti). Pārejas termiņus nosaka NIST SP 800-131A.
NIST SP 800-175B (kā lietot), SP 800-57 (atslēgas), ISO/IEC 19790 (moduļu prasības), OWASP ASVS 5.0 V11 (pārbaudāmas prasības izstrādei).
NIS2 21. panta 2. punkta h) apakšpunkts prasa kriptogrāfijas politiku. eIDAS regulē uzticamības pakalpojumus un kvalificētu e-parakstu Eiropas Savienībā.
Visi ceļvedī lietotie apzīmējumi vienuviet.