Криптографические средства защиты информации 
·
Система
справочников X.500 сложна в установке, конфигурировании и администрировании.
Доступ к этому справочнику должен предоставляться либо с помощью дополнительной
службы подписки, либо организации придется самой ее организовывать. Сертификат
X.509 предполагает, что каждый человек имеет уникальное имя. Выделение имен
людям - задача еще одной доверенной службы - службы именования.
·
Сеансовые
ключи, несмотря на то, что шифруются, все-таки передаются по незащищенным
каналам связи.
Несмотря на все эти серьезные
недостатки, пользователь должен неявно доверять асимметричной криптосистеме.
Управлением ключами
называется их распределение, аутентификация и регламентация порядка
использования. Независимо от вида используемой криптосистемы ключами надо
управлять. Безопасные методы управления ключами очень важны, так как многие
атаки на криптосистемы имеют объектом атаки процедуры управления ключами.
|
Процедура
|
Комментарии
|
|
Физическая раздача ключей
|
Курьеры и ручная выдача - вот два
распространенных примера этой процедуры. Конечно, из них двоих лучше ручная
выдача. Серьезные организации имеют инструкции, описывающие порядок выдачи
ключей. Раздача ключей может аудироваться и протоколироваться, но это
все-таки не защитит ее до конца от компрометации отдельными людьми.
Используется как симметричными, так и асимметричными криптосистемами. Несмотря
на заявления о том, что в асимметричных криптосистемах не возникает проблем,
связанных с физической доставкой ключей, на самом деле они есть. X.509
предполагает, что создатель ключей будет передавать асимметричный секретный
ключ пользователю (и/или асимметричный открытый ключ CA) физически безопасным
способом, и что предприняты соответствующие меры физической безопасности,
чтобы защитить создателя и проводимые им операции с данными от атак.
|
|
Выдача общего
ключа участникам
взаимодействия
центром выдачи
ключей
|
Может использоваться как
симметричными, так и асимметричными криптосистемами. Так как при данном
способе каждый пользователь должен каким-то образом безопасно
взаимодействовать с центром выдачи ключей в самом начале работы, то это
просто еще один случай, когда начальный обмен ключами является проблемой.
Если центр скомпрометирован, то обеспечение безопасности последующих запросов
на выдачу ключей проблематично, а безопасность ранее выданных ключей зависит
от криптосистемы.
|
|
Предоставление
центром сертификации
ключей доступа к
открытым ключам
пользователей и
выдача секретных
ключей пользователям
|
Предоставление центром сертификации
ключей доступа к открытым ключам пользователей и выдача секретных ключей
пользователям
|
|
Сеть доверия
|
Используется в асимметричных
криптосистемах. Пользователи сами распространяют свои ключи и следят за
ключами других пользователей; доверие заключатся в неформальном способе
обмена ключами.
|
|
Метод
Диффи-Хеллмана
|
Обмен секретным ключом по
незащищенным каналам связи между двумя пользователями, которые до этого не
имели общего секретного ключа. Не может использоваться для шифрования или
расшифровки сообщений. Основывается на сложности взятия логарифма в конечных
полях. При правильном выборе достаточно больших элементов полей решить
проблему расчета дискретного логарифма невозможно. Уязвим к атаке
"активное вмешательство в соединение". Запатентован PKP (Public Key Partners)
|
3.4 Алгоритмы
шифрования
Алгоритмы шифрования с
использованием ключей предполагают, что данные не сможет прочитать никто, кто
не обладает ключом для их расшифровки. Они могут быть разделены на два класса,
в зависимости от того, какая методология криптосистем напрямую поддерживается
ими.
3.4.1
Симметричные алгоритмы
Для
шифрования и расшифровки используются одни и те же алгоритмы. Один и тот же
секретный ключ используется для шифрования и расшифровки. Этот тип алгоритмов
используется как симметричными, так и асимметричными криптосистемами.
|
Тип
|
Описание
|
|
DES (Data Encryption
Standard)
|
Популярный алгоритм шифрования,
используемый как стандарт шифрования данных правительством США. Шифруется
блок из 64 бит, используется 64-битовый ключ (требуется только 56 бит), 16
проходов.
Может работать в 4 режимах:
·
Электронная
кодовая книга (ECB-Electronic Code Book ) - обычный DES, использует два
различных алгоритма.
·
Цепочечный
режим (CBC-Cipher Block Chaining), в котором шифрование блока данных зависит
от результатов шифрования предыдущих блоков данных.
·
Обратная
связь по выходу (OFB-Output Feedback), используется как генератор случайных
чисел.
Обратная связь по шифратору
(CFB-Cipher Feedback), используется для получения кодов аутентификации
сообщений.
|
|
3-DES или
тройной DES
|
64-битный блочный шифратор,
использует DES 3 раза с тремя различными 56-битными ключами. Достаточно стоек
ко всем атакам
|
|
Каскадный 3-DES
|
Стандартный тройной DES, к которому
добавлен механизм обратной связи, такой как CBC, OFB или CFB. Очень стоек ко
всем атакам.
|
|
FEAL (быстрый
алгоритм шифрования)
|
Блочный шифратор, используемый как
альтернатива DES. Вскрыт, хотя после этого были предложены новые версии.
|
|
IDEA (международный
алгоритм шифрования)
|
64-битный блочный шифратор,
128-битовый ключ, 8 проходов. Предложен недавно; хотя до сих пор не прошел
полной проверки, чтобы считаться надежным, считается более лучшим, чем DES
|
|
Skipjack
|
Разработано АНБ в ходе проектов
правительства США "Clipper" и "Capstone". До недавнего
времени был секретным, но его стойкость не зависела только от того, что он
был секретным. 64-битный блочный шифратор, 80-битовые ключи используются в
режимах ECB, CFB, OFB или CBC, 32 прохода
|
|
RC2
|
64-битный блочный шифратор, ключ
переменного размера. Приблизительно в 2 раза быстрее, чем DES. Может
использоваться в тех же режимах, что и DES, включая тройное шифрование.
Конфиденциальный алгоритм, владельцем которого является RSA Data Security
|
|
RC4
|
Потоковый шифр,
байт-ориентированный, с ключом переменного размера. Приблизительно в 10 раз
быстрее DES. Конфиденциальный алгоритм, которым владеет RSA Data Security
|
|
RC5
|
Имеет размер блока 32, 64 или 128
бит, ключ с длиной от 0 до 2048 бит, от 0 до 255 проходов. Быстрый блочный
шифр. Алгоритм, которым владеет RSA Data Security
|
|
CAST
|
64-битный блочный шифратор, ключи
длиной от 40 до 64 бит, 8 проходов. Неизвестно способов вскрыть его иначе как
путем прямого перебора.
|
|
Blowfish.
|
64-битный блочный шифратор, ключ
переменного размера до 448 бит, 16 проходов, на каждом проходе выполняются
перестановки, зависящие от ключа, и подстановки, зависящие от ключа и данных.
Быстрее, чем DES. Разработан для 32-битных машин
|
|
Устройство с
одноразовыми ключами
|
Шифратор, который нельзя вскрыть. Ключом
(который имеет ту же длину, что и шифруемые данные) являются следующие 'n'
бит из массива случайно созданных бит, хранящихся в этом устройстве. У
отправителя и получателя имеются одинаковые устройства. После использования
биты разрушаются, и в следующий раз используются другие биты.
|
|
Поточные шифры
|
Быстрые алгоритмы симметричного
шифрования, обычно оперирующие битами (а не блоками бит). Разработаны как
аналог устройства с одноразовыми ключами, и хотя не являются такими же
безопасными, как оно, по крайней мере практичны.
|
3.4.2
Асимметричные алгоритмы
Асимметричные алгоритмы
используются в асимметричных криптосистемах для шифрования симметричных
сеансовых ключей (которые используются для шифрования самих данных).
Используется два разных ключа
- один известен всем, а другой держится в тайне. Обычно для шифрования и
расшифровки используется оба этих ключа. Но данные, зашифрованные одним ключом,
можно расшифровать только с помощью другого ключа.
|
Тип
|
Описание
|
|
RSA
|
Популярный алгоритм асимметричного
шифрования, стойкость которого зависит от сложности факторизации больших
целых чисел.
|
|
ECC (криптосистема
на основе
эллиптических кривых)
|
Использует алгебраическую систему,
которая описывается в терминах точек эллиптических кривых, для реализации
асимметричного алгоритма шифрования. Является конкурентом по отношению к
другим асимметричным алгоритмам шифрования, так как при эквивалентной
стойкости использует ключи меньшей длины и имеет большую производительность.
Современные его реализации показывают, что эта система гораздо более
эффективна, чем другие системы с открытыми ключами. Его производительность
приблизительно на порядок выше, чем производительность RSA, Диффи-Хеллмана и
DSA.
|
|
Эль-Гамаль.
|
Вариант Диффи-Хеллмана, который
может быть использован как для шифрования, так и для электронной подписи.
|
3.5 Хэш-функции
Хэш-функции являются одним из
важных элементов криптосистем на основе ключей. Их относительно легко вычислить,
но почти невозможно расшифровать. Хэш-функция имеет исходные данные переменной
длины и возвращает строку фиксированного размера (иногда называемую дайджестом
сообщения - MD), обычно 128 бит. Хэш-функции используются для обнаружения
модификации сообщения (то есть для электронной подписи).
|
Тип
|
Описание
|
|
MD2
|
Самая медленная, оптимизирована для
8-битовых машин
|
|
MD4
|
Самая быстрая, оптимизирована для
32-битных машин. Не так давно взломана
|
|
MD5
|
Наиболее распространенная из
семейства MD-функций. Похожа на MD4, но средства повышения безопасности
делают ее на 33% медленнее, чем MD4. Обеспечивает целостность данных.
Считается безопасной
|
|
SHA (Secure
Hash Algorithm)
|
Создает 160-битное значение
хэш-функции из исходных данных переменного размера. Предложена NIST и принята
правительством США как стандарт. Предназначена для использования в стандарте
DSS
|
3.6 Механизмы
аутентификации
Эти механизмы позволяют
проверить подлинность личности участника взаимодействия безопасным и надежным
способом.
|
Тип
|
Описание
|
|
Пароли или PIN-коды (персональные
идентификационные
номера)
|
Что-то, что знает пользователь и
что также знает другой участник взаимодействия. Обычно аутентификация
производится в 2 этапа. Может организовываться обмен паролями для взаимной
аутентификации.
|
|
Одноразовый пароль
|
Пароль, который никогда больше не
используется. Часто используется постоянно меняющееся значение, которое
базируется на постоянном пароле.
|
|
CHAP (протокол
аутентификации запрос-ответ)
|
Одна из сторон инициирует
аутентификацию с помощью посылки уникального и непредсказуемого значения
"запрос" другой стороне, а другая сторона посылает вычисленный с
помощью "запроса" и секрета ответ. Так как обе стороны владеют
секретом, то первая сторона может проверить правильность ответа второй
стороны.
|
|
Встречная проверка
(Callback)
|
Телефонный звонок серверу и
указание имени пользователя приводит к тому, что сервер затем сам звонит по
номеру, который указан для этого имени пользователя в его конфигурационных
данных.
|
3.7 Электронные
подписи и временные метки
Электронная подпись позволяет проверять
целостность данных, но не обеспечивает их конфиденциальность. Электронная
подпись добавляется к сообщению и может шифроваться вместе с ним при
необходимости сохранения данных в тайне. Добавление временных меток к электронной
подписи позволяет обеспечить ограниченную форму контроля участников
взаимодействия.
|
Тип
|
Комментарии
|
|
DSA (Digital
Signature Authorization)
|
Алгоритм с использованием открытого
ключа для создания электронной подписи, но не для шифрования. Секретное
создание хэш-значения и публичная проверка ее - только один человек может
создать хэш-значение сообщения, но любой может проверить ее корректность.
Основан на вычислительной сложности взятия логарифмов в конечных полях.
|
|
RSA
|
Запатентованная RSA электронная
подпись, которая позволяет проверить целостность сообщения и личность лица,
создавшего электронную подпись. Отправитель создает хэш-функцию сообщения, а
затем шифрует ее с использованием своего секретного ключа. Получатель
использует открытый ключ отправителя для расшифровки хэша, сам рассчитывает
хэш для сообщения, и сравнивает эти два хэша.
|
|
MAC (код
аутентификации сообщения)
|
Электронная подпись, использующая
схемы хэширования, аналогичные MD или SHA, но хэш-значение вычисляется с использованием,
как данных сообщения, так и секретного ключа.
|
|
DTS (служба
электронных временных
меток)
|
Выдает пользователям временные
метки, связанные с данными документа, криптографических стойким образом.
|
3.8. Стойкость шифра.
Способность шифра противостоять всевозможным атакам на него
называют стойкостью шифра. Под атакой на шифр понимают попытку
вскрытия этого шифра. Понятие стойкости шифра является центральным для
криптографии. Хотя качественно понять его довольно легко, но получение строгих
доказуемых оценок стойкости для каждого конкретного шифра - проблема
нерешенная. Это объясняется тем, что до сих пор нет необходимых для решения
такой проблемы математических результатов. Поэтому стойкость конкретного шифра
оценивается только путем всевозможных попыток его вскрытия и зависит от
квалификации криптоаналитиков, атакующих шифр. Такую процедуру иногда называют
проверкой стойкости. Важным подготовительным этапом для проверки стойкости
шифра является продумывание различных предполагаемых возможностей, с помощью
которых противник может атаковать шифр. Появление таких возможностей у
противника обычно не зависит от криптографии, это является некоторой внешней
подсказкой и существенно влияет на стойкость шифра. Поэтому оценки стойкости
шифра всегда содержат те предположения о целях и возможностях противника, в
условиях которых эти оценки получены. Прежде всего, как это уже отмечалось
выше, обычно считается, что противник знает сам шифр и имеет возможности для
его предварительного изучения. Противник также знает некоторые характеристики
открытых текстов, например, общую тематику сообщений, их стиль, некоторые
стандарты, форматы и т.д.
Из более специфических приведем еще три примера возможностей
противника:
1.
противник может перехватывать все шифрованные сообщения, но не имеет
соответствующих им открытых текстов;
2.
противник может перехватывать все шифрованный сообщения и добывать
соответствующие им открытые тексты;
3.
противник имеет доступ к шифру (но не к ключам!) и поэтому может
зашифровывать и дешифровывать любую информацию;
Заключение
Криптография сегодня - это важнейшая часть всех
информационных систем: от электронной почты до сотовой связи, от доступа к сети
Internet до электронной наличности. Криптография обеспечивает подотчетность,
прозрачность, точность и конфиденциальность. Она предотвращает попытки
мошенничества в электронной коммерции и обеспечивает юридическую силу
финансовых транзакций. Криптография помогает установить вашу личность, но и
обеспечивает вам анонимность. Она мешает хулиганам испортить сервер и не
позволяет конкурентам залезть в ваши конфиденциальные документы. А в будущем,
по мере того как коммерция и коммуникации будут все теснее связываться с
компьютерными сетями, криптография станет жизненно важной. Но присутствующие на
рынке криптографические средства не обеспечивают того уровня защиты, который
обещан в рекламе. Большинство продуктов разрабатывается и применяется отнюдь не
в сотрудничестве с криптографами. Этим занимаются инженеры, для которых
криптография - просто еще один компонент программы. Но криптография - это не
компонент. Нельзя обеспечить безопасность системы, «вставляя» криптографию
после ее разработки. На каждом этапе, от замысла до инсталляции, необходимо
осознавать, что и зачем вы делаете.
Для того чтобы грамотно реализовать собственную
криптосистему, необходимо не только ознакомится с ошибками других, и понять
причины, по которым они произошли, но и, возможно, применять особые защитные
приемы программирования и специализированные средства разработки. На
обеспечение компьютерной безопасности тратятся миллиарды долларов, причем
большая часть денег выбрасывается на негодные продукты. К сожалению, коробка со
слабым криптографическим продуктом выглядит так же, как коробка со стойким. Два
криптопакета для электронной почты могут иметь схожий пользовательский
интерфейс, но один обеспечит безопасность, а второй допустит подслушивание.
Сравнение может указывать сходные черты двух программ, но в безопасности одной
из них при этом зияют дыры, которых лишена другая система. Опытный криптограф
сможет определить разницу между этими системами. То же самое может сделать и
злоумышленник. На сегодняшний день компьютерная безопасность - это карточный
домик, который в любую минуту может рассыпаться. Очень многие слабые продукты
до сих пор не были взломаны только потому, что они мало используются. Как
только они приобретут широкое распространение, они станут притягивать к себе
преступников. Пресса тут же придаст огласке эти атаки, подорвав доверие публики
к этим криптосистемам. В конце концов, победу на рынке криптопродуктов
определит степень безопасности этих продуктов.
Список литературы
1.
Алферов
А.П., Зубов А.Ю., Кузьмин А.С., Черемушкин А.В. Основы криптографии: Учебное
пособие. 3-е изд., испр. и доп. - М.: 2005. - 480с.
2.
Введение
в криптографию/ Под общ. ред. В.В. Ященко. - 3-е изд., доп. - М.: 2000.-288с.
3.
Нечаев
В.И. Элементы криптографии (Основы теории защиты информации): Учеб. Пособие
для ун-тов и пед. вузов./ Под ред. В.А. Садовничьего - М.: Высш. шк., 1999 -
109с.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
|
