Шифрування та захист даних (усе, що потрібно знати)

Дізнайтеся, як різні типи VPN використовують шифрування для захисту ваших даних і конфіденційності.

Casey Ford, PhDКерівник відділу комунікацій

Ania M. Piotrowska, PhDТехнічний рецензент

16 травня 2024 р.3 хвилин прочитано

Поділіться

Шифрування у відкритій мережі стало величезним кроком уперед для безпеки персональних даних. Однак із поширенням технологій відстеження даних на основі штучного інтелекту саме по собі шифрування не забезпечує достатнього захисту конфіденційності користувачів. Значний обсяг персональної інформації отримують шляхом збору та аналізу метаданих, що супроводжують наш зашифрований трафік: звичок перегляду вебсторінок, особливостей спілкування, бажань і навіть політичних поглядів.

Саме тому віртуальна приватна мережа (VPN) — за умови її правильного вибору — може стати важливим інструментом захисту конфіденційності. VPN, спроєктований з акцентом на конфіденційність, може не лише додавати додаткові рівні шифрування до наших даних, а й приховувати наші IP-адреси та характер трафіку. Обираючи VPN для захисту конфіденційності, важливо знати, що існують принципово різні типи VPN (і деякі з них можуть навіть більше зашкодити, ніж допомогти).

Переважна більшість VPN на ринку використовує приватні та централізовані сервери. Коли справа доходить до витоку даних або масового стеження, ці служби становлять занадто багато ризиків, незалежно від будь-якого шифрування, яке вони можуть додати. Мережі конфіденційності, такі як Tor, забезпечують багаторівневе шифрування через децентралізовану мережу, але з помітною затримкою та вразливими місцями відстеження. Наразі існують децентралізовані VPN (dVPN), здатні забезпечити надійний захист конфіденційності з меншою затримкою.

Nym пояснить, як працює шифрування в усіх цих VPN-сервісах, щоб ви могли зрозуміти рівень захисту даних і конфіденційності, які вони забезпечують.

Спробуйте NymVPN безкоштовно вже сьогодні

Інтернет-шифрування сьогодні

Технологія шифрування даних пройшла довгий шлях від часів свого зародження як дослідницького проєкту уряду США в період холодної війни. Незважаючи на спроби уряду та державної розвідки заблокувати його під час криптовійн, на початку 2000-х років шифруванню вдалося стати широко поширеним і загальнодоступним інтернет-ресурсом. Тепер усі наші дані й інтернет-трафік, ймовірно, шифруються за замовчуванням.

Що таке шифрування?

Шифрування — це процес перетворення ваших даних таким чином, щоб вони були доступні для читання лише тим, хто має відповідні ключі шифрування та дешифрування для доступу до них. Шифрування здійснюється за допомогою математичних алгоритмів, які перетворюють ваші дані з відкритого тексту на шифротекст — з оригіналу на закодований вигляд. Щоб дізнатися про всі тонкощі цього процесу, ознайомтеся з вичерпним посібником від Nym про те, як працює шифрування.

Зараз існує багато різних типів алгоритмів, які використовуються для шифрування даних, як у стані спокою на пристрої, так і під час передачі в Інтернеті (наприклад, AES і RSA, а також сучасні, як-от ECC і ChaCha20-Poly1305). Протоколи шифрування поділяються на три загальні категорії: симетричні (використовують один і той самий ключ для шифрування та дешифрування), асиметричні (використовують два ключі, один закритий і один публічний) або гібрид двох.

Стійкість шифрування визначається довжиною ключа шифрування; більшість сучасних ключів мають довжину 128 або 256 бітів (хоча для підвищеного рівня безпеки використовуються й довші ключі). Наразі доведено, що ці стандарти шифрування непорушні, хоча розвиток квантових обчислень змінює те, якими мають бути майбутні стандарти.

Що означає наскрізне шифрування?

Наскрізне шифрування означає, що інтернет-трафік користувача шифрується з моменту виходу даних із його пристрою й до моменту їх надходження до місця призначення в мережі. Дані залишаються зашифрованими навіть під час проходження через проміжні вузли, наприклад, проксі- або VPN-сервери.

Стандартне вебшифрування

Більша частина інтернет-трафіку наразі захищена наскрізним шифруванням за замовчуванням завдяки протоколам HTTPS та SSL/TLS. Вони встановлюються автоматично між вашим веб-браузером і веб-сервісом, до якого ви звертаєтеся. Це позначатиметься на початку веб-адреси, яка починається з HTTPS://. Ваш браузер також може сигналізувати про це, наприклад, за допомогою значка замка поруч із адресою. Протокол HTTPS було розроблено на початку 1990-х років для захисту банківських транзакцій, а згодом його поширено на зростаючий ринок інтернет-торгівлі. Тепер це наріжний камінь публічного вебу.

Пам’ятайте: якщо вебсервіс не має дійсного SSL/TLS-сертифіката, а ваш браузер не відхиляє з’єднання, ваші дані можуть передаватися без шифрування — у відкритому вигляді — на всьому шляху передачі. А якщо ви використовуєте VPN, дані будуть зашифровані лише на першому етапі шляху до VPN-сервера, а на ділянці між VPN-сервером і кінцевим пунктом призначення залишаться незахищеними.

VPN-шифрування

З огляду на поширені загрози конфіденційності, що стосуються кожного в усьому світі, наполегливо рекомендується використовувати VPN. VPN не лише додає власні рівні шифрування до стандартних HTTPS-з’єднань, а й приховує вашу IP-адресу та маршрут передачі трафіку. Це може ускладнити аналіз трафіку, цифрове профілювання та заходи з масового стеження. Крім того, справжня dVPN також захищає від витоку метаданих і даних VPN-клієнта та, можливо, здатна повністю блокувати аналіз трафіку й стеження.

Як працює VPN?

VPN — це своєрідна проксі-мережа для всього вашого інтернет-трафіку. Сервер(и) VPN діє(ють) як посередник між вами та загальнодоступною мережею. Тож коли ви підключаєтеся до вебсервісу, він бачитиме, що трафік або з’єднання надходить із публічної IP-адреси VPN, а не з вашої власної. Це важливий інструмент конфіденційності, враховуючи, наскільки широко відстежуються наші повсякденні дії в Інтернеті і наші особисті дані використовуються. Але це не все, на що здатен VPN: він також подвоює або багаторазово посилює шифрування ваших даних.

Що таке VPN?

VPN-тунелювання

Шифрування даних є ключовим компонентом VPN-сервісів. Усі надійні VPN повинні спершу шифрувати ваші дані на пристрої ще до того, як вони його покинуть, створюючи захищений VPN-тунель між вашим пристроєм і VPN-сервером. Це гарантує, що будь-які спроби перехопити ваші дані або отримати до них доступ під час їх передачі до VPN будуть марними.

Пам’ятайте, що VPN — це насамперед мережі маршрутизації: вони надають один або кілька серверів, які спрямовують ваш трафік, перш ніж він потрапить у відкритий інтернет. Щоб забезпечити шифрування, VPN використовують спеціальні протоколи для передачі зашифрованого трафіку користувачів через свої мережі.

Протоколи шифрованого зв'язку для VPN

Шифрування передачі даних між кількома сторонами в режимі онлайн — це багатоетапний процес. Ця робота виконується за допомогою протоколів зашифрованого зв’язку, розроблених для VPN-трафіку (зазвичай WireGuard або OpenVPN). Ці протоколи забезпечують виконання всіх необхідних етапів зашифрованого зв’язку та маршрутизації: безпечний обмін ключами, сертифікати з автентифікацією та передачу зашифрованих даних.

Ознайомтеся з порівнянням WireGuard та OpenVPN від Nym.

Шифрування за допомогою традиційних VPN

Наявність «VPN» у жодному разі не є достатнім показником захисту конфіденційності. Архітектура VPN-сервісу має вирішальне значення: скільки серверів використовується, хто їх контролює, які дані та де зберігаються, а також наскільки централізованою є мережа загалом?

Що таке традиційні VPN?

Більшість VPN-провайдерів на ринку використовують інфраструктуру з одним сервером (або з одним переходом). Ваші дані спрямовуються через один із серверів компанії, перш ніж потрапити до загальнодоступної мережі. Ці сервери є фізичними та архітектурними ресурсами: компанії або володіють ними й експлуатують їх, або орендують їх у третіх сторін, які це роблять. Це означає, що вони контролюють їх, потенційно бачачи та записуючи вхідний і вихідний трафік. Незалежно від надійності компанії, централізовані сервери становлять загрозу для конфіденційності.

Тим не менш, існують важливі відмінності між цими популярними VPN-сервісами, які варто взяти до уваги. Деякі провайдери заявляють, що дбають про конфіденційність користувачів: вони можуть дотримуватися політики «відсутності журналів» (no-logs policy) або навіть використовувати сервери, що працюють виключно в оперативній пам’яті (RAM-сервери) і видаляють усі дані про трафік під час перезавантаження, замість того щоб записувати їх на диск. Незалежно від того, чи заявляє постачальник послуг VPN про дотримання політики «нульових логів» (zero-logs), окремі сервери можуть слугувати сховищами метаданих про трафік користувачів — навіть якщо ці дані зберігаються виключно з операційною метою. З огляду на поширеність витоків даних і випадків зламу, це вимагає від клієнта невиправданої довіри та створює невизначеність.

Інші провайдери, що пропонують безкоштовні VPN-послуги, діють із точністю до навпаки щодо захисту конфіденційності: вони свідомо зберігають записи про трафік користувачів на своїх серверах, щоб продавати їх стороннім брокерам даних. За відсутності доходу від клієнтів джерелом доходу стають дані користувачів. Існує також ризик, що вони взагалі не шифруватимуть дані користувачів.

Шифрування VPN на одному сервері

У разі використання VPN з одним сервером ваші дані шифруються лише один раз — самим VPN-сервісом у тунелі між вашим пристроєм і його сервером. Тип шифрування, що використовується для передачі даних, залежатиме від протоколу шифрування постачальника послуг. Найімовірніше, йтиметься про симетричне SSL/TLS-шифрування, яке використовує OpenVPN — протокол, застосовуваний переважною більшістю VPN-сервісів.

Коли ваші дані потрапляють на VPN-сервер, забезпечуваний VPN рівень шифрування знімається перед їх відправленням до кінцевого пункту призначення у відкритій мережі. Зауважте, що всі VPN — а не лише ті, що використовують один сервер, — самі по собі не забезпечують наскрізного шифрування. Це буде можливо лише в тому разі, якщо веб-ресурс, до якого ви звертаєтесь, уже зашифрував ваші дані до того, як вони потрапили до VPN-тунелю. У малоймовірному випадку, якщо трафік ще не зашифровано, ваші дані та трафік передаватимуться у відкритому вигляді (як звичайний текст) на ділянці між VPN-сервером і публічною мережею.

Шифрування за допомогою dVPN

З огляду на ризики для конфіденційності, пов’язані з централізованими та вразливими до цілеспрямованих атак серверами традиційних VPN, останніми роками було розроблено нові децентралізовані моделі VPN-сервісів.

Що таке dVPN?

Щоб бути по-справжньому децентралізованим, dVPN повинен (1) за замовчуванням використовувати багаторазову ретрансляцію (multi-hop) і (2) за своєю архітектурою не мати можливості вести централізовані журнали даних про трафік користувачів. Натомість VPN, що працюють на окремих серверах, можуть вести або повні журнали трафіку (наприклад, безкоштовні VPN), або журнали робочих метаданих (VPN, орієнтовані на конфіденційність).

У справжній dVPN трафік користувача спрямовується через кілька серверів, що керуються незалежно й, в ідеалі, не пов’язані між собою. Не існує центрального органу, який мав би доступ до повного маршруту трафіку користувача. Окремий оператор або вузол може вести журнал трафіку, що проходить через його сервер, але це дасть лише часткове уявлення про повний маршрут.

Тож коли провайдер VPN заявляє, що пропонує функцію подвійного VPN для «посиленої конфіденційності», навряд чи це можна вважати справді децентралізованим рішенням, оскільки всі задіяні сервери контролюються однією компанією. Так само, якщо хтось розгорне безліч серверів, розподілених по всьому світу, для багатоетапної маршрутизації, система не буде по-справжньому децентралізованою, якщо всіма цими серверами керує один оператор. Відстеження під час використання VPN все ще можливе через централізоване зберігання даних.

Загальне шифрування dVPN

Як сервіс із багаторазовою ретрансляцією (multi-hop), dVPN має забезпечувати кілька етапів шифрування, на відміну від одного етапу, характерного для традиційних VPN. У режимі dVPN із двома вузлами (2-hop) від NymVPN цей процес включає такі етапи шифрування:

Дані шифруються на пристрої користувача двічі, причому кожен етап шифрування утворює окремий шар навколо вихідних даних.
Захищені ключі передаються вузлам (або серверам) 1 і 2 у мережевому контурі.
Багатошаровий зашифрований пакет передається через тунель до вузла dVPN № 1.
Вузол dVPN № 1 видаляє рівень шифрування, до якого має ключ, відкриваючи вузол № 2 як наступного отримувача.
Після пересилання вузол 2 розшифровує зовнішній шар шифрування та надсилає пакет до кінцевого пункту призначення *

Зауважте, що один рівень наскрізного шифрування SSL/TLS має залишитися на цьому останньому етапі подорожі, щоб вузол виходу (вузол 2) dVPN не мав доступу до ваших даних у відкритому тексті.

За умови використання багатоходової маршрутизації затримки та проблеми зі з’єднанням можуть стати для користувачів серйозною перешкодою. Для вирішення цього питання режим dVPN із двома вузлами (2-hop) у NymVPN працює на базі WireGuard — найшвидшого з доступних протоколів маршрутизації VPN із шифруванням.

Шифрування цибулі

Технічно мережа Tor не є VPN, однак її механізми децентралізованої маршрутизації та шифрування дуже схожі на ті, що використовуються в dVPN. Тому багато користувачів звертаються до Tor, щоб задовольнити схожі потреби в конфіденційності та анонімності.

Що таке Tor?

Tor — це децентралізована мережа з трьома вузлами (хопами), доступна виключно через браузер Tor. Мережею керують волонтери, які пропонують свої сервери для маршрутизації та анонімізації трафіку клієнтів. Завдяки протоколу «цибулевого» шифрування трафік користувача спрямовується через три вузли: вхідний вузол (entry guard), проміжний вузол (middle relay) і, нарешті, вихідний вузол (exit node), перш ніж потрапити до місця призначення в мережі. Як і VPN, Tor забезпечує приховування IP-адреси та ускладнює аналіз трафіку. Однак воно також стало мішенню для специфічних мережевих атак.

Цибулеве шифрування Tor

Tor використовує багаторівневий протокол шифрування, що отримав назву «цибулеве» шифрування. Браузер Tor спочатку створює ланцюг із трьох серверів (або вузлів), через які спрямовуватимуться ваші дані, безпечно обмінюючись ключами з кожним із них окремо. Далі ваші дані шифруються у три шари — подібно до цибулини, — причому кожен шар відповідає ключу розшифрування, який є лише у відповідного вузла в ланцюгу.

Коли пакет даних надходить до вузла, сервер використовує свій унікальний ключ, щоб зняти зовнішній шар шифрування, відкриваючи лише інформацію про те, куди слід передати цей пакет далі. Процес маршрутизації триває доти, доки вихідний вузол не зніме останній шар «цибулевого» шифрування, відкриваючи пакет (який, як сподіваємося, зашифровано за протоколом HTTPS) і кінцевий пункт призначення в мережі. Завдяки шифруванню SSL/TLS трафік користувача під час передачі через Tor буде наскрізь зашифрованим.

Шифрування в мікс-мережі

Що таке мікснет?

Інноваційна мікс-мережа (mixnet) від Nym — це децентралізована мережа та протокол маршрутизації. Як і Tor, він використовує багатошарове шифрування для захисту даних користувача під час передавання. Мікснет Nym складається з незалежних провайдерів, які мають стимули підтримувати якісну роботу мережі. Як і справжня dVPN, мікснет Nym не має центрального органу управління мережею чи єдиної точки відмови.

Мікснет Nym також забезпечує низку надійних механізмів захисту конфіденційності:

Багатокрокова передача: Використовується процедура маршрутизації з п’ятьма етапами (5-hop), що включає три мікс-вузли (mixnodes) та два шлюзи, які контролюють доступ до мережі. На відміну від Tor, де для обміну даними протягом усього сеансу використовуються довготривалі ланцюги, для кожного пакета, що надсилається користувачем через мікснет, випадковим чином обирається новий набір із трьох мікс-вузлів. Ця архітектура наразі не має собі рівних за рівнем конфіденційності, який вона забезпечує, захищаючи від аналізу трафіку, профілювання та стеження.
Змішування: Назва «мікснет» (mixnet) походить від способу обробки даних користувача: вони розбиваються на зашифровані пакети однакового розміру та змішуються з іншим трафіком під час проходження через мікснет. Змішування непов’язаних пакетів даних надзвичайно ускладнює для сторонніх спостерігачів розшифрування та відстеження того, що є чим.
Обфускація часових характеристик: Мікс-вузли затримують передачу пакетів, щоб ускладнити складний аналіз трафіку, що ґрунтується на часі передачі та розшифрування.
Маскувальний трафік: Щоб перешкодити спробам відстеження даних, мікснет також вводить у мережевий обіг фіктивні пакети даних, збільшуючи обсяг трафіку та створюючи маскувальний потік у мережі змішаних клієнтських комунікацій. Цей метод, подібно до ховання в натовпі, приховує патерни комунікації клієнта та захищає від індивідуального профілювання.

Генерування шуму Мікснет

Шифрування за допомогою мікснету Nym

Робота мікс-мережі Nym забезпечується завдяки протоколу шифрування Sphinx, спеціально розробленому для маршрутизації змішаних пакетів. Sphinx шифрує дані користувача в пакет із чотирьох рівнів, що складається з корисної інформації (ваших даних у відкритому вигляді) та заголовка (який містить усю необхідну інформацію для маршрутизації в груповому елементі, доступному за допомогою відкритих ключів шифрування).

Особливу ефективність Sphinx забезпечує процедура розшифрування для вузлів. Коли вузол поєднує свій відкритий ключ із груповим елементом, що міститься в заголовку пакета, можна обчислити спільний ключ (за допомогою протоколу обміну ключами Діффі-Гелмана). Це дозволяє першому вузлу розшифрувати шар кодування та переслати пакет до наступного вузла, і так далі. Ця процедура маршрутизації із шифруванням захищає основну частину ваших даних, завдяки чому жоден зловмисний вузол на шляху їх передавання не зможе дізнатися самі дані, вашу IP-адресу чи повний маршрут вашого трафіку. Вузли «знають» лише попередній і наступний вузли в ланцюгу маршрутизації, тому жоден із них не може пов’язати вашу IP-адресу з вашою активністю в мережі.

Sphinx також забезпечує швидше обчислення спільних ключів, прискорюючи процес багатоетапної маршрутизації, який інакше був би надзвичайно повільним. Разом з іншими додатковими заходами безпеки це надзвичайно ускладнює аналіз трафіку — навіть для гіпотетичних супротивників, здатних бачити всю мережу.

Висновок

VPN-шифрування — це не просто зайвий крок на додачу до HTTPS-шифрування, яке забезпечує більшість вебсервісів. Вкрай важливо приховати маршрут вашого трафіку та замаскувати IP-адресу, щоб вас не могли легко відстежити. Однак забезпечення справжньої анонімності в Інтернеті також вимагає вибору найкращого VPN для захисту конфіденційності. З огляду на ризики, пов’язані з централізованими VPN-сервісами, правильним вибором для кожного має стати dVPN.

Однак dVPN можуть мати певні проблеми, однією з яких є затримка. Що більше переходів (хопів) на маршруті, то повільнішим він може бути і то більше проблем із з’єднанням може виникнути. З огляду на це, NymVPN було розроблено так, щоб надати користувачам можливість обирати рівень захисту в інтернеті, а також визначати, коли саме та для яких типів трафіку він потрібен:

Ви можете вибрати між 2-стрибковим режимом dVPN на базі WireGuard, найшвидшого доступного протоколу шифрування,
Або неперевершений режим 5-хоп мікснет для високочутливого трафіку (наприклад, приватної електронної пошти або криптовалютних транзакцій)

Спробуйте NymVPN — перший у світі VPN, створений на основі технології мікснетів, — і допоможіть нам боротися за інтернет із вищим рівнем приватності.

Маршрутизація із шифруванням: ЧаПи

Гомоморфне шифрування дозволяє виконувати обчислення із зашифрованими даними без їх попереднього розшифрування, уможливлюючи аналітику або хмарну обробку конфіденційної інформації зі збереженням її конфіденційності.

Середовища довіреного виконання дозволяють обробляти дані в ізольованих апаратних зонах, завдяки чому навіть зашифровані дані можна безпечно використовувати в межах захищеного обчислювального простору.

Постквантові схеми (наприклад, підписи на основі ґраток або хеш-функцій) протистоять загрозам квантового дешифрування, забезпечуючи захист від майбутніх зловмисників, здатних зламати традиційні методи шифрування, такі як RSA чи ECC.

Використовуйте наскрізне шифрування (наприклад, Signal, PGP) для захисту вмісту на всіх етапах передачі, а також шифрування каналу зв’язку (TLS, VPN) для захисту даних під час пересилання — поєднання цих методів забезпечує вищий рівень конфіденційності.

Зменшення кількості збережених даних, заміна ідентифікаторів на маркери та шифрування збереженого вмісту — усе це працює разом, щоб відповідати нормам, таким як GDPR або HIPAA, і зменшити ризик під час порушень.

Про авторів

Casey Ford, PhD

Керівник відділу комунікацій

Casey — керівник відділу комунікацій, провідний автор і редакційний рецензент у Nym. Він має ступінь доктора філософії та досліджує взаємозв'язок децентралізованих технологій і соціального життя.

Ania M. Piotrowska, PhD

Технічний рецензент

Ania - наукова директорка Nym. Вона зосереджена на безпеці, розподілених системах та анонімному спілкуванні, включаючи маршрутизацію через лук та мікс-мережі.