Symetrické šifrování

Symetrické šifrování (též symetrická kryptografie) je kryptografická metoda, při které se pro šifrování i dešifrování dat používá stejný tajný klíč. Tento přístup je jedním ze dvou základních typů šifrování (druhým je asymetrické šifrování) a je známý svou vysokou rychlostí a nízkou výpočetní náročností, což jej činí vhodným pro šifrování velkých objemů dat.

== Princip fungování =

V symetrickém šifrování komunikující strany (např. Alice a Bob) sdílejí společný tajný klíč K. Tento klíč musí být znám pouze těmto stranám a musí být předáván bezpečným kanálem – jinak může být celý systém kompromitován.

Proces probíhá takto:

Šifrování: Odesílatel vezme otevřený text (plaintext) P a pomocí algoritmu E a klíče K vytvoří šifrovaný text (ciphertext) C: C = E(K, P)

Dešifrování: Příjemce vezme ciphertext C, aplikuje dešifrovací algoritmus D se stejným klíčem K a získá původní zprávu:

*P = D(K, C) Klíčovým požadavkem je, aby bez znalosti klíče K bylo výpočetně nemožné z ciphertextu zrekonstruovat původní zprávu. ===== Výhody a nevýhody ===== ^ Výhody ^ Nevýhody ^ | Vysoká rychlost – vhodné pro šifrování velkých datových proudů (např. souborů, komunikace v reálném čase). | Problém s distribucí klíčů – obě strany musí mít stejný klíč, což vyžaduje bezpečný způsob jeho výměny. | | Nízká výpočetní náročnost – dobře škáluje i na zařízeních s omezenými zdroji (IoT, mobilní zařízení). | Škálovatelnost – v síti s n uživateli je potřeba n(n−1)/2 klíčů pro vzájemnou komunikaci, což rychle roste. | | Dobře ověřené algoritmy – mnoho standardizovaných a dlouhodobě testovaných šifer. | Žádná vestavěná autentizace – symetrické šifry samy o sobě neověřují totožnost odesílatele (vyžadují doplnění, např. MAC nebo digitální podpis). | ===== Typy symetrických šifer ===== ==== Blokové šifry (Block ciphers) ==== Blokové šifry zpracovávají data po pevně stanovených blocích (např. 64 nebo 128 bitů). Pokud vstupní data nejsou násobkem velikosti bloku, použije se doplnění (padding). Známé blokové šifry: * DES (Data Encryption Standard) – 64bitové bloky, 56bitový klíč; dnes považován za nebezpečný. * 3DES (Triple DES) – třikrát aplikovaný DES s různými klíči; pomalejší, ale bezpečnější než DES. * AES (Advanced Encryption Standard) – moderní standard; bloky 128 bitů, klíče 128/192/256 bitů; široce používaný v praxi (TLS, diskové šifrování, Wi-Fi, atd.). * Blowfish, Twofish – alternativní šifry, méně běžné, ale bezpečné. Aby blokové šifry mohly šifrovat data delší než jeden blok, používají se tzv. režimy provozu: * ECB (Electronic Codebook) – každý blok se šifruje nezávisle; nevhodný pro opakující se data (odhaluje vzory). * CBC (Cipher Block Chaining) – každý blok se před šifrováním XORuje s předchozím ciphertextem; vyžaduje inicializační vektor (IV). * CTR (Counter) – převádí blokovou šifru na streamovou; vhodná pro paralelizaci. * GCM (Galois/Counter Mode) – poskytuje šifrování i ověření integrity (AEAD – Authenticated Encryption with Associated Data). ==== Streamové šifry (Stream ciphers) ==== Streamové šifry generují pseudonáhodný klíčový proud (keystream), který se bit po bitu (nebo bajt po bajtu) kombinuje s otevřeným textem – obvykle pomocí operace XOR. Výhody: * Nevyžadují padding. * Ideální pro reálný čas a proudová data (např. audio/video streamy). Příklady: * RC4 – dříve široce používaná (např. v SSL/TLS), ale dnes považována za nebezpečnou kvůli slabostem. * ChaCha20 – moderní, rychlá a bezpečná streamová šifra; často používána spolu s Poly1305 pro autentizaci (ChaCha20-Poly1305). * Salsa20 – předchůdce ChaCha20. ===== Použití v praxi ===== Symetrické šifrování je základem většiny moderních bezpečnostních protokolů: * TLS/SSL: Po výměně klíčů pomocí asymetrické kryptografie (např. RSA nebo ECDH) se komunikace přenáší pomocí symetrické šifry (AES-GCM, ChaCha20-Poly1305). * Diskové šifrování: BitLocker (Windows), FileVault (macOS), LUKS (Linux) – všechny využívají AES. * Wi-Fi zabezpečení: WPA2 a WPA3 používají AES v režimu CCMP nebo GCMP. * Šifrované zálohy, e-mailové klienty, messengerové aplikace (např. Signal) – vnitřně využívají symetrické šifry pro efektivitu. ===== Bezpečnostní doporučení ===== * Nikdy nepoužívej ECB režim pro citlivá data – odhaluje strukturu zprávy. * Používej náhodný inicializační vektor (IV) pro režimy jako CBC nebo CTR – nikdy stejný IV s tím samým klíčem! * Pro nové projekty upřednostňuj AES-128 nebo AES-256 v bezpečném režimu (GCM, CTR). * Alternativně zvaž ChaCha20-Poly1305, zejména na platformách bez hardwarové podpory AES. * Nikdy neimplementuj vlastní šifrovací algoritmus – používej ověřené knihovny jako OpenSSL, libsodium, Bouncy Castle**.

Související pojmy

Kryptografie

Asymetrické šifrování

AES

Šifrování

Hašovací funkce

MAC (Message Authentication Code)

Viz také

Blokové šifry

Streamové šifry

Režimy provozu blokových šifer

TLS