Криптографические методы защиты информации. Скзи - это что? средства криптографической защиты информации

Криптография как средство защиты (закрытия) информации приобретает все более важное значение в мире коммерческой деятельности.

Криптография имеет достаточно давнюю историю. Вначале она применялась, главным образом, в области военной и дипломатической связи. Теперь она необходима в производственной и коммерческой деятельности. Если учесть, что сегодня по каналам шифрованной связи только у нас в стране передаются сотни миллионов сообщений, телефонных переговоров, огромные объемы компьютерных и телеметрических данных, и все это, что называется, не для чужих глаз и ушей, становится ясным: сохранение тайны этой переписки крайне необходимо.

Что же такое криптография? Она включает в себя несколько разделов современной математики, а также специальные отрасли физики, радиоэлектроники, связи и некоторых других смежных отраслей. Ее задачей является преобразование математическими методами передаваемого по каналам связи секретного сообщения, телефонного разговора или компьютерных данных таким образом, что они становятся совершенно непонятными для посторонних лиц. То есть криптография должна обеспечить такую защиту секретной (или любой другой) информации, что даже в случае ее перехвата посторонними лицами и обработки любыми способами с использованием самых быстродействующих ЭВМ и последних достижений науки и техники она не должна быть дешифрована в течение нескольких десятков лет. Для такого преобразования информации используются различные шифровальные средства, такие как средства шифрования документов, в том числе и портативного исполнения, средства шифрования речи (телефонных и радиопереговоров), средства шифрования телеграфных сообщений и передачи данных.

Общая технология шифрования

Исходная информация, которая передается по каналам связи, может представлять собой речь, данные, видеосигналы, называется незашифрованными сообщениями Р (рис. 16).

Рис. 16. Модель криптографической системы

В устройстве шифрования сообщение Р шифруется (преобразуется в сообщение С) и передается по «незакрытому» каналу связи. На приемной стороне сообщение С дешифруется для восстановления исходного значения сообщения Р.

Параметр, который может быть применен для извлечения отдельной информации, называется ключом.

В современной криптографии рассматриваются два типа криптографических алгоритмов (ключей). Это классические криптографические алгоритмы, основанные на использовании секретных ключей, и новые криптографические алгоритмы с открытым ключом, основанные на использовании ключей двух типов: секретного (закрытого) и открытого.

В криптографии с открытым ключом имеются, по крайней мере, два ключа, один из которых невозможно вычислить из другого. Если ключ расшифрования вычислительными методами невозможно получить из ключа зашифрования, то секретность информации, зашифрованной с помощью несекретного (открытого) ключа, будет обеспечена. Однако этот ключ должен быть защищен от подмены или модификации. Ключ расшифрования также должен быть секретным и защищен от подмены или модификации.

Если, наоборот, вычислительными методами невозможно получить ключ зашифрования из ключа расшифрования, то ключ расшифрования может быть не секретным.

Разделение функций зашифрования и расшифрования посредством разделения на две части дополнительной информации, требуемой для выполнения операций, является той ценной идеей, которая лежит в основе криптографии с открытым ключом.

Технология шифрования речи

Наиболее распространенным способом шифрования аналогового речевого сигнала является разбиение его на части.

В этом случае входной речевой сигнал поступает в полосовые фильтры для выделения полос шифруемого спектра. Выходной сигнал каждого фильтра в процессе шифрования подвергается либо перестановке по частоте, либо перевороту спектра (инверсия), либо и тому, и другому одновременно. Затем синтезируется полный шифровальный выходной сигнал.

По этому принципу работает система AVPS (Analog Voice Prived System ) –речевой шифратор (скремблер), который осуществляет перестановку отдельных «вырезок» входного сигнала с помощью полосового фильтра – анализатора. Система имеет 12 ключей шифрования, обусловленных возможными перестановками, что обеспечивает надежность используемого метода.

Система AVPS используется в реальном времени с любыми унифицированными телефонами. Качество шифрования речи высокое, сохраняется узнаваемость абонента.

Находят очень широкое распространение цифровые системы шифрования речевых сигналов. Эти системы обеспечивают высокую надежность шифрования.

В системах шифрования данных используются, в основном, две элементарные системы:

1. Перестановка (биты или подблоки внутри каждого блока входных данных переставляются).

2. Замещение (биты или подблоки внутри каждого блокавходныхданных заменяются).

Разработано большое число алгоритмов шифрования. К числу наиболее эффективных относится алгоритм DES (Data Encryption Standart) – стандарт шифрования данных. Американское национальное бюро по стандартизации NBS узаконило алгоритм DES в качестве стандарта для систем связи. Механизм шифрования в этом алгоритме основывается на использовании ключа длиной 56 бит.

Для защиты промышленной и коммерческой информации на международном и отечественном рынке предлагаются различные технические устройства и комплекты профессиональной аппаратуры шифрования и криптозащиты телефонных и радиопереговоров, деловой переписки и др.

Широкое распространение получили скремблеры и маскираторы, заменяющие речевой сигнал цифровой передачей данных. Производятся средства защиты телетайпов, телексов и факсов. Для этих целей используются шифраторы, выполняемые в виде отдельных устройств, в виде приставок к аппаратам или встраиваемые в конструкцию телефонов, факс-модемов и других аппаратов связи (радиостанции и др.).

Распространенность шифрования как средства обеспечения безопасности теми или иными средствами можно характеризовать следующими данными (рис. 17).

Рис. 17. Распространенность шифрования как средства обеспечения безопасности

Аппаратные, программные, программно-аппаратные и криптографические средства реализуют те или иные услуги информационной безопасности различными механизмами защиты информации, обеспечивающими соблюдение конфиденциальности, целостности, полноты и доступности.

Инженерно-техническая защита информации использует физические, аппаратные, программные и криптографические средства.

Выводы

Комплексная безопасность информационных ресурсов достигается использованием правовых актов государственного и ведомственного уровня, организационных мер и технических средств защиты информации от различных внутренних и внешних угроз.

Правовые меры обеспечения безопасности и защиты информации являются основой порядка деятельности и поведения сотрудников всех уровней и степени их ответственности за нарушение установленных норм.

Защита информации путем преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, является одним из наиболее действенных методов обеспечения информационной безопасности, и имеет давнюю историю. Проблемой преобразования информации занимается наука криптология. Исходя из направленности практического применения, криптология разделяется на два противоположных направления: криптографию и криптоанализ.

Криптография – наука о методах защиты информации на основе ее преобразования с сохранением достоверности содержания.

Криптоанализ – наука о методах раскрытия и модификации данных без знания ключей.

Это научное направление преследует две цели. Первая – исследование закодированной информации с целью восстановления содержания исходного документа. Вторая – распознавание и изучение метода кодирования информации с целью фальсификации сообщения.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

1. Симметричные криптосистемы.

2. Криптосистемы с открытым ключом.

3. Системы электронной подписи.

4. Управление ключами.

Основные направления использования криптографических методов:

* передача конфиденциальной информации по каналам связи;

* установление подлинности передаваемых сообщений;

* хранение информации в зашифрованном виде.

Перечислим основные понятия и определения криптографии.

Шифрование – процесс, при котором исходный (открытый) текст сообщения заменяется шифрованным текстом.

Дешифрование – процесс преобразования шифрованного текста в открытый с помощью ключа шифрования.

Ключ шифрования – информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.

Текст – упорядоченный набор из элементов (символов) алфавита.

Алфавит – конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

В качестве примеров алфавитов, используемых в современных информационных системах, можно привести следующие:

* алфавит Z33 – 32 буквы русского языка и пробел;

* алфавит Z256 – стандартные символы компьютерной кодировки знаков латинского и национального алфавитов, цифры, знаки препинания и специальные символы;

* бинарный алфавит Z2 – цифры 0 и 1, восьмеричный, шестнадцатеричный и т.п. алфавиты.

Процесс криптографического преобразования информации может осуществляться аппаратным или программным способами. Аппаратная реализация характеризуется существенно большей стоимостью, высокой защищенностью и скоростью работы, простотой в использовании. Программный способ более практичен, допускает известную гибкость в использовании, но сравнительно медленнее и хуже защищен.

Все современные алгоритмы криптографического преобразования информации используют ключ для управления шифрованием и дешифрованием. Алгоритмы с использованием ключа делятся на два класса:

* Симметричные (с секретным ключом). Для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ, или же ключ для дешифрования вычисляется на основе ключа шифрования.

* Асимметричные (с открытым ключом). Шифрование информации осуществляется с использованием открытого ключа, который известен всем. Дешифрование производится с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.

Симметричные алгоритмы работают быстрее, чем асимметри чные. На практике оба типа алгоритмов часто используются совместно.

Электронная цифровая подпись – присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование с использованием закрытого ключа.

Электронная цифровая подпись позволяет идентифицировать владельца подписи, а также установить отсутствие искажения информации в электронном документе.

Процесс использования электронной цифровой подписи в общем виде выглядит следующим образом:

1. Отправитель рассчитывает хэш-функцию текста – идентификатор, полученный путем сжатия информации с помощью математического алгоритма.

2. Отправитель, используя свой секретный ключ, зашифровывает хэш-функцию. В результате получается определенная цифровая последовательность – цифровая подпись.

3. Отправитель формирует пересылаемое сообщение, включающее в себя исходный текст и его цифровую подпись

4. Отправитель по открытому каналу связи передает пересылаемое сообщение.

5. Получатель выделяет из принятого сообщения текст и его цифровую подпись.

6. Получатель вычисляет хэш-функцию полученного текста.

7. Получатель сообщения с помощью открытого ключа расшифровывает цифровую подпись.

8. Получатель сравнивает результат расшифровки с рассчитанной им хэш-функцией. Если вычисленная и расшифрованная хэш-функции совпадают, то сообщение считается подтвержденным.

Важной проблемой всей криптографии с открытым ключом, в том числе и систем ЭЦП, является управление ключами. Необходимо обеспечить доступ любого пользователя к подлинному открытому ключу любого другого пользователя, защитить эти ключи от подмены злоумышленником, а также организовать отзыв ключа в случае его компрометации. Управлением ключами занимаются удостоверяющие центры.

Программно-аппаратные средства защиты с электронными ключами в последнее время приобретают все большую популярность. Под программно-аппаратными средствами защиты в данном случае понимаются средства, основанные на использовании так называемых «аппаратных (электронных) ключей». Электронный ключ - это аппаратная часть системы защиты, представляющая собой плату с микросхемами памяти и, в некоторых случаях, микропроцессором, помещенную в корпус и предназначенную для установки в один из стандартных портов ПК (СОММ, LPT, PCMCIA, USB...) или слот расширения материнской платы. Также в качестве такого устройства могут использоваться СМАРТ-карты. По результатам проведенного анализа, программно-аппаратные средства защиты в настоящий момент являются одними из самых стойких систем защиты от НСД.

Электронные ключи по архитектуре можно подразделить на ключи с памятью (без микропроцессора) и ключи с микропроцессором (и памятью).

Наименее стойкими (в зависимости от типа программной части) являются системы с аппаратной частью первого типа. В таких системах критическая информация (ключ дешифрации, таблица переходов) хранится в памяти электронного ключа. Для дезактивации таких защит в большинстве случаев необходимо наличие у злоумышленника аппаратной части системы защиты (основная методика: перехват диалога между программной и аппаратной частями для доступа к критической информации).

Самыми стойкими являются системы с аппаратной частью второго типа. Такие комплексы содержат в аппаратной части не только ключ дешифрации, но и блоки шифрации/дешифрации данных, таким образом, при работе защиты в электронный ключ передаются блоки зашифрованной информации, а принимаются оттуда расшифрованные данные. В системах этого типа достаточно сложно перехватить ключ дешифрации, так как все процедуры выполняются аппаратной частью, но остается возможность принудительного сохранения защищенной программы в открытом виде после отработки системы защиты. Кроме того, к ним применимы методы криптоанализа.

Информация о пользователе, полученная системой защиты на этапе идентификации/аутентификации, используется ею в дальнейшем для наделения пользователя правами доступа в рамках модели безопасности, организованной в данной информационной системе.

Наряду с обычным шифрованием, используется и такой способ сокрытия данных, как стеганография.

Стеганография – совокупность методов, обеспечивающих сокрытие факта существования информации в той или иной среде, а также средства реализации таких методов.

К стеганографии можно отнести огромное множество секретных средств связи, таких как невидимые чернила, микрофотоснимки, условное расположение знаков и т.д.

В настоящее время активно развивается компьютерная стеганография. Она рассматривает вопросы, связанные с сокрытием информации, хранящейся на цифровых носителях или передаваемой по телекоммуникационным каналам связи.

Для стеганографического преобразования необходимы:

* скрываемая информация;

* контейнер данных;

* программное обеспечение для добавления информации в файл-контейнер и ее извлечения.

В качестве контейнера для скрываемого сообщения могут выступать графические, аудио- или видеофайлы.

Основная идея стеганографического сокрытия информации заключается в том, что добавление «секретного» сообщения в файл-контейнер должно вызывать лишь незначительные изменения последнего, не улавливаемые органами чувств человека. Поэтому файл-контейнер должен быть достаточно большого размера. Стеганографические технологии используются для решения следующих задач:

* защита информации от несанкционированного доступа;

* противодействие системам мониторинга передаваемых данных;

* создание скрытых каналов утечки информации.

Стеганография позволяет внедрить в компьютерные графические изображения, аудио- и видеопродукцию, литературные тексты, программы специальную цифровую метку, незаметную при обычном использовании файла, но распознаваемую специальным программным обеспечением. Такие специальные сведения могут рассматриваться в качестве подтверждения авторства

Введение

1.Экскурс в историю электронной криптографии

1.1 Основные задачи криптографии

1.2 Криптография сегодня

2. Основные понятия

2.1 Криптография

2.2 Конфиденциальность

2.3 Целостность

2.4 Аутентификация

2.5 Цифровая подпись

3. Криптографические средства защиты

3.1 Криптосистемы

3.2 Принципы работы Криптосистемы

3.2.1 Методология с использованием ключа

3.2.1.1 Симметричная (секретная методология)

3.2.1.2 Асимметричная (открытая методология)

3.3 Распространение ключей

3.4 Алгоритмы шифрования

3.4.1 Симметричные алгоритмы

3.4.2 Асимметричные алгоритмы

3.5 Хэш-функции

3.6 Механизмы аутентификации

3.7 Электронные подписи и временные метки

3.8 Стойкость шифра

Заключение

Список литературы

Введение

Криптография - наука о защите информации от прочтения ее посторонними. Защита достигается шифрованием, т.е. преобразованием, которые делают защищенные входные данные труднораск­рываемыми по входным данным без знания специальной ключевой ин­формации - ключа. Под ключом понимается легко изменяемая часть криптосистемы, хранящаяся в тайне и определяющая, какое шифрующие преобразование из возможных выполняется в данном случае. Крипто­система - семейство выбираемых с помощью ключа обратимых преобра­зований, которые преобразуют защищаемый открытый текст в шифрог­рамму и обратно.

Желательно, чтобы методы шифрования обладали минимум двумя свойствами:

Законный получатель сможет выполнить обратное преобразование и расшифровать сообщение;

Криптоаналитик противника, перехвативший сообщение, не сможет восстановить по нему исходное сообщение без таких затрат времени и средств, которые сделают эту работу нецелесообразной.

Цель курсовой работы: познакомиться с основами криптографической защиты информации. Для достижения данной цели в работе рассмотрены:

1. история криптографии, в которую включены основные задачи криптографии;

2. основные понятия криптографии (конфиденциальность, целостность, аутентификация, цифровая подпись);

3. криптографические средства защиты (криптосистемы, принципы работы криптосистемы, распространение ключей, алгоритмы шифрования и т.д.).

1.Экскурс в историю электронной криптографии

Появление в середине двадцатого столетия первых электронно-вычислительных машин кардинально изменило ситуацию в области шифрования (криптографии). С проникновением компьютеров в различные сферы жизни возникла принципиально новая отрасль - информационная индустрия. В 60-х и частично в 70-х годах проблема защиты информации решалась достаточно эффективно применением в основном организационных мер. К ним относились, прежде всего, режимные мероприятия, охрана, сигнализация и простейшие программные средства защиты информации. Эффективность использования указанных средств достигалась за счет концентрации информации на вычислительных центрах, как правило, автономных, что способствовало обеспечению защиты относительно малыми средствами. "Рассосредоточение" информации по местам ее хранения и обработки, чему в немалой степени способствовало появление в огромных количествах дешевых персональных компьютеров и построенных на их основе локальных и глобальных национальных и транснациональных сетей ЭВМ, использующих спутниковые каналы связи, создание высокоэффективных систем разведки и добычи информации, обострило ситуацию с защитой информации.

Проблема обеспечения необходимого уровня защиты информации оказалась (и это предметно подтверждено как теоретическими исследованиями, так и опытом практического решения) весьма сложной, требующей для своего решения не просто осуществления некоторой совокупности научных, научно-технических и организационных мероприятий и применения специфических средств и методов, а создания целостной системы организационных мероприятий и применения специфических средств и методов по защите информации.

Объем циркулирующей в обществе информации стабильно возрастает. Популярность всемирной сети Интернет в последние годы способствует удваиванию информации каждый год. Фактически, на пороге нового тысячелетия человечество создало информационную цивилизацию, в которой от успешной работы средств обработки информации зависит благополучие и даже выживание человечества в его нынешнем качестве. Произошедшие за этот период изменения можно охарактеризовать следующим образом:

Объемы обрабатываемой информации возросли за полвека на несколько порядков;

Доступ к определенным данным позволяет контролировать значительные материальные и финансовые ценности;

Информация приобрела стоимость, которую даже можно подсчитать;

Характер обрабатываемых данных стал чрезвычайно многообразным и более не сводится к исключительно текстовым данным;

Информация полностью "обезличилась", т.е. особенности ее материального представления потеряли свое значение - сравните письмо прошлого века и современное послание по электронной почте;

Характер информационных взаимодействий чрезвычайно усложнился, и наряду с классической задачей защиты передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного прочтения и искажения возникли новые задачи сферы защиты информации, ранее стоявшие и решавшиеся в рамках используемых "бумажных" технологий - например, подпись под электронным документом и вручение электронного документа "под расписку" - речь о подобных "новых" задачах криптографии еще впереди;

Субъектами информационных процессов теперь являются не только люди, но и созданные ими автоматические системы, действующие по заложенной в них программе;

Вычислительные "способности" современных компьютеров подняли на совершенно новый уровень как возможности по реализации шифров, ранее немыслимых из-за своей высокой сложности, так и возможности аналитиков по их взлому. Перечисленные выше изменения привели к тому, что очень быстро после распространения компьютеров в деловой сфере практическая криптография сделала в своем развитии огромный скачок, причем сразу по нескольким направлениям:

Во-первых, были разработаны стойкие блочные с секретным ключом, предназначенные для решения классической задачи - обеспечения секретности и целостности, передаваемых или хранимых данных, они до сих пор остаются "рабочей лошадкой" криптографии, наиболее часто используемыми средствами криптографической защиты;

Во-вторых, были созданы методы решения новых, нетрадиционных задач сферы защиты информации, наиболее известными из которых являются задача подписи цифрового документа и открытого распределения ключей. В современном мире информационный ресурс стал одним из наиболее мощных рычагов экономического развития. Владение информацией необходимого качества в нужное время и в нужном месте является залогом успеха в любом виде хозяйственной деятельности. Монопольное обладание определенной информацией оказывается зачастую решающим преимуществом в конкурентной борьбе и предопределяет, тем самым, высокую цену "информационного фактора".

Широкое внедрение персональных ЭВМ вывело уровень "информатизации" деловой жизни на качественно новую ступень. Ныне трудно представить себе фирму или предприятие (включая самые мелкие), которые не были бы вооружены современными средствами обработки и передачи информации. В ЭВМ на носителях данных накапливаются значительные объемы информации, зачастую носящей конфиденциальный характер или представляющей большую ценность для ее владельца.

1.1. Основные задачи криптографии.

Задача криптографии, т.е. тайная передача, возникает только для информации, которая нуждается в защите. В таких случаях говорят, что информация содержит тайну или является защищаемой, приватной, конфиденциальной, секретной. Для наиболее типичных, часто встречающихся ситуаций такого типа введены даже специальные понятия:

Государственная тайна;

Военная тайна;

Коммерческая тайна;

Юридическая тайна;

1. имеется какой-то определенный круг законных пользователей, которые имеют право владеть этой информацией;

2. имеются незаконные пользователи, которые стремятся овладеть этой информацией с тем, чтобы обратить ее себе во благо, а законным пользователям во вред.

1.2. Криптография сегодня

Криптография - это наука об обеспечении безопасности данных. Она занимается поисками решений четырех важных проблем безопасности - конфиденциальности, аутентификации, целостности и контроля участников взаимодействия. Шифрование - это преобразование данных в нечитабельную форму, используя ключи шифрования-расшифровки. Шифрование позволяет обеспечить конфиденциальность, сохраняя информацию в тайне от того, кому она не предназначена.

2. Основные понятия.

Целью настоящего раздела является определение основных понятий криптографии.

2.1. Криптография.

В переводе с греческого языка слово криптография означает тайнопись. Смысл этого термина выражает основное предназначение криптографии – защитить или сохранить в тайне необходимую информацию.

Криптография дает средства для защиты информации, и поэтому она является частью деятельности по обеспечению безопасности информации.

Существуют различные методы защиты информации . Можно, например, физически ограничить доступ к информации путем хранения ее в надежном сейфе или строго охраняемом помещении. При хранении информации такой метод удобен, однако при ее передаче приходится использовать другие средства.

Можно воспользоваться одним из известных методов сокрытия информации:

· скрыть канал передачи информации, используя нестандартный способ передачи сообщений;

· замаскировать канал передачи закрытой информации в открытом канале связи, например, спрятав информацию в безобидном «контейнере» с использованием тех или других стенографических способов либо обмениваясь открытыми сообщениями, смысл которых согласован заранее;

· существенно затруднить возможность перехвата, противником передаваемых сообщений, используя специальные методы передачи по широкополосным каналам, сигнала под уровнем шумов, либо с использованием «прыгающих» несущих частот и т.п.

В отличие от перечисленных методов криптография не «прячет» передаваемые сообщения, а преобразует их в форму, недоступную для понимания противником. При этом обычно исходят из предположения о полном контроле противником канала связи. Это означает, что противник может не только пассивно перехватывать передаваемые сообщения для последующего их анализа, но и активно изменять их, а также отправлять поддельные сообщения от имени одного из абонентов.

Также существуют и другие проблемы защиты передаваемой информации. Например, при полностью открытом обмене возникает проблема достоверности полученной информации. Для ее решения необходимо обеспечить:

· проверку и подтверждение подлинности содержания источника сообщения;

· предотвращение и обнаружение обмана и других умышленных нарушений со стороны самих участников информационного обмена.

Для решения этой проблемы обычные средства, применяемые при построении систем передачи информации, подходят далеко не всегда. Именно криптография дает средства для обнаружения обмана в виде подлога или отказа от ранее совершенных действий, а также других неправомерных действий.

Поэтому, современная криптография является областью знаний, связанной с решением таких проблем безопасности информации, как конфиденциальность, целостность, аутентификация и невозможность отказа сторон от авторства. Достижение этих требований и составляет основные цели криптографии.

Обеспечение конфиденциальности –решение проблемы защиты информации от ознакомления с ее содержанием со стороны лиц, не имеющих права доступа к ней.

Обеспечение целостности –гарантирование невозможности несанкционированного изменения информации. Для гарантии целостности необходим простой и надежный критерий обнаружения любых манипуляций с данными. Манипуляции с данными включают вставку, удаление и замену.

Обеспечение аутентификации -разработка методов подтверждения подлинности сторон (идентификация) и самой информации в процессе информационного взаимодействия. Информация, передаваемая по каналу связи, должна быть аутентифицирована по источнику, времени создания, содержанию данных, времени пересылки и т.д.

2.2 Конфиденциальность

Традиционной задачей криптографии является проблема обеспечения конфиденциальности информации при передаче сообщений по контролируемому противником каналу связи. В простейшем случае эта задача описывается взаимодействием трех субъектов (сторон). Владелец информации, называемый обычно отправителем , осуществляет преобразование исходной (открытой ) информации (сам процесс преобразования называется шифрованием ) в форму передаваемых получателю по открытому каналу связи шифрованных сообщений с целью ее защиты от противника.

Рис. 1. Передача шифрованной информации

Отправитель Противник Получатель

Под противником понимается любой субъект, не имеющий права ознакомления с содержанием передаваемой информации. В качестве противника может выступать криптоаналитик , владеющий методами раскрытия шифров. Законный получатель информации осуществляет расшифрование полученных сообщений. Противник пытается овладеть защищаемой информацией (его действия обычно называют атаками ). При этом он может совершать как пассивные, так и активные действия. Пассивные атаки связаны с прослушиванием, анализом трафика, перехватом, записью передаваемых шифрованных сообщений, дешифрованием , т.е. попытками «взломать» защиту с целью овладения информацией.

При проведении активных атак противник может прерывать процесс передачи сообщений, создавать поддельные (сфабрикованные) или модифицировать передаваемые шифрованные сообщения. Эти активные действия называют имитации и подмены соответственно.

Под шифром обычно понимается семейство обратимых преобразований, каждое из которых определяется некоторым параметром, называемым ключом, а также порядком применения данного преобразования, называемым режимом преобразования . Формальное определение шифра будет дано ниже.

Ключ - это важнейший компонент шифра, отвечающий за выбор преобразования, применяемого для зашифрования конкретного сообщения. Обычно ключ представляет собой некоторую буквенную или числовую последовательность. Эта последовательность как бы «настраивает» алгоритм шифрования.

Каждое преобразование однозначно определяется ключом и описывается некоторым криптографическим алгоритмом . Один и тот же криптографический алгоритм может применяться для шифрования в различных режимах. Тем самым реализуются различные способы шифрования (простая замена, гаммирование т.п.). Каждый режим шифрования имеет как свои преимущества, так и недостатки. Поэтому выбор режима зависит от конкретной ситуации. При расшифровании используется криптографический алгоритм, который в общем случае может отличаться от алгоритма, применяемого для зашифрования сообщения. Соответственно могут различать ключи зашифрования и расшифрования. Пару алгоритмов зашифрования и расшифрования обычно называют шифрсистемой , а реализующие их устройства - шифртехникой .

2.3. Целостность

Наряду с конфиденциальностью не менее важной задачей является обеспечение целостности информации, другими словами,- неизменности ее в процессе передачи или хранении. Решение этой задачи предполагает разработку средств, позволяющих обнаруживать не столько случайные искажения (для этой цели вполне подходят методы теории кодирования с обнаружением и исправлением ошибок), сколько целенаправленное навязывание противником ложной информации. Для этого в передаваемую информацию вносится избыточность. Как правило, это достигается добавлением к сообщению некоторой проверочной комбинации, вычисляемой с помощью специального алгоритма и играющей роль контрольной суммы для проверки целостности полученного сообщения. Главное отличие такого метода от методов теории кодирования состоит в том, что алгоритм выработки проверочной комбинации является «криптографическим», то есть зависящим от секретного ключа. Без знания секретного ключа вероятность успешного навязывания противником искаженной или ложной информации мала. Такая вероятность служит мерой имитостойкости шифра, то есть способности самого шифра противостоять активным атакам со стороны противника.

2.4. Аутентификация

Аутентификация - установление подлинности. В общем случае этот термин может относиться ко всем аспектам информационного взаимодействия: сеансу связи, сторонам, передаваемым сообщениям и т.д.

Установление подлинности (то есть проверка и подтверждение) всех аспектов информационного взаимодействия является важной составной частью проблемы обеспечения достоверности получаемой информации. Особенно остро эта проблема стоит в случае не доверяющих друг другу сторон, когда источником угроз может служить не только третья сторона (противник), но и сторона, с которой осуществляется взаимодействие.

Рассмотрим эти вопросы.

Применительно к сеансу связи (транзакции) аутентификация означает проверку: целостности соединения, невозможности повторной передачи данных противником и своевременности передачи данных. Для этого, как правило, используют дополнительные параметры, позволяющие «сцепить» передаваемые данные в легко проверяемую последовательность. Это достигается, например, путем вставки в сообщения некоторых специальных чисел или меток времени . Они позволяют предотвратить попытки повторной передачи, изменения порядка следования или обратной отсылки части переданных сообщений. При этом такие вставки в передаваемом сообщении необходимо защищать (например, с помощью шифрования) от возможных подделок и искажений.

Применительно к сторонам взаимодействия аутентификация означает проверку одной из сторон того, что взаимодействующая сторона - именно та, за которую она себя выдает. Часто аутентификацию сторон называют также идентификацией .

Основным средством для проведения идентификации являются протоколы идентификации , позволяющие осуществлять идентификацию (и аутентификацию) каждой из участвующих во взаимодействии и не доверяющих друг другу сторон. Различают протоколы односторонней и взаимной идентификации .

Протокол - это распределенный алгоритм, определяющий последовательность действий каждой из сторон. В процессе выполнения протокола идентификации каждая из сторон не передает никакой информации о своем секретном ключе, а хранит его у себя и использует для формирования ответных сообщений на запросы, поступающие при выполнении протокола.

Наконец, применительно к самой информации аутентификация означает проверку того, что информация, передаваемая по каналу, является подлинной по содержанию, источнику, времени создания, времени пересылки и т.д.

Проверка подлинности содержания информации сводится, по сути, к проверке ее неизменности (с момента создания) в процессе передачи или хранения, то есть проверке целостности.

Аутентификация источника данных означает подтверждение того, что исходный документ был создан именно заявленным источником.

Заметим, что если стороны доверяют друг другу и обладают общим секретным ключом, то аутентификацию сторон можно обеспечить применением кода аутентификации. Действительно, каждое успешно декорированное получателем сообщение может быть создано только отправителем, так как только он знает их общий секретный ключ. Для не доверяющих друг другу сторон решение подобных задач с использованием общего секретного ключа становится невозможным. Поэтому при аутентификации источника данных нужен механизм цифровой подписи, который будет рассмотрен ниже.

В целом, аутентификация источника данных выполняет ту же роль, что и протокол идентификации. Отличие заключается только в том, что в первом случае имеется некоторая передаваемая информация, авторство которой требуется установить, а во втором требуется просто установить сторону, с которой осуществляется взаимодействие.

2.5. Цифровая подпись

В некоторых ситуациях, например в силу изменившихся обстоятельств, отдельные лица могут отказаться от ранее принятых обстоятельств. В связи с этим необходим некоторый механизм, препятствующий подобным попыткам.

Так как в данной ситуации предполагается, что стороны не доверяют друг другу, то использование общего секретного ключа для решения поставленной проблемы становится невозможным. Отправитель может отказаться от факта передачи сообщения, утверждая, что его создал сам получатель (отказ от авторства ). Получатель легко может модифицировать, подменить или создать новое сообщение, а затем утверждать, что оно получено от отправителя (приписывание авторства ). Ясно, что в такой ситуации арбитр при решении спора не будет иметь возможность установить истину.

Основным механизмом решения этой проблемы является так называемая цифровая подпись .

Схема цифровой подписи включает два алгоритма, один - для вычисления, а второй - для проверки подписи. Вычисление подписи может быть выполнено только автором подписи. Алгоритм проверки должен быть общедоступным, чтобы проверить правильность подписи мог каждый.

Для создания схемы цифровой подписи можно использовать симметричные шифрсистемы. В этом случае подписью может служить само зашифрованное на секретном ключе сообщение. Однако основной недостаток таких подписей состоит в том, что они являются одноразовыми: после каждой проверки секретный ключ становится известным. Единственный выход из этой ситуации в рамках использования симметричных шифрсистем - это введение доверенной третьей стороны, выполняющей функции посредника, которому доверяют обе стороны. В этом случае вся информация пересылается через посредника, он осуществляет перешифрование сообщений с ключа одного из абонентов на ключ другого. Естественно, эта схема является крайне неудобной.

Два подхода к построению системы цифровой подписи при использовании шифрсистем с открытым ключом:

1. В преобразовании сообщения в форму, по которой можно восстановить само сообщение и тем самым проверить правильность «подписи». В данном случае подписанное сообщение имеет ту же длину, что и исходное сообщение. Для создания такого «подписанного сообщения» можно, например, произвести зашифрование исходного сообщения на секретном ключе автора подписи. Тогда каждый может проверить правильность подписи путем расшифрования подписанного сообщения на открытом ключе автора подписи;

2. Подпись вычисляется и передается вместе с исходным сообщением. Вычисление подписи заключается в преобразовании исходного сообщения в некоторую цифровую комбинацию (которая и является подписью). Алгоритм вычисления подписи должен зависеть от секретного ключа пользователя. Это необходимо для того, чтобы воспользоваться подписью мог бы только владелец ключа. В свою очередь, алгоритм проверки правильности подписи должен быть доступен каждому. Поэтому этот алгоритм зависит от открытого ключа пользователя. В данном случае длина подписи не зависит от длины подписываемого сообщения.

С проблемой цифровой подписи возникла проблема построения бесключевых криптографических хэш-функций . Дело в том, что при вычислении цифровой подписи оказывается более удобным осуществить сначала хэш-функции, то есть свертку текста в некоторую комбинацию фиксированной длины, а затем уже подписывать полученную комбинацию с помощью секретного ключа. При этом функция хэширования, хотя и не зависит от ключа и является открытой, должна быть «криптографической». Имеется в виду свойство односторонности этой функции: по значению комбинации- свертки никто не должен иметь возможность подобрать соответствующее сообщение.

В настоящее время имеются стандарты на криптографические хэш-функции, утверждаемые независимо от стандартов на криптографические алгоритмы и схемы цифровой подписи.

3. Криптографические средства защиты.

Криптографическими средствами защиты называются специальные средства и методы преобразования информации, в результате которых маскируется ее содержание. Основными видами криптографического закрытия являются шифрование и кодирование защищаемых данных. При этом шифрование есть такой вид закрытия, при котором самостоятельному преобразованию подвергается каждый символ закрываемых данных; при кодировании защищаемые данные делятся на блоки, имеющие смысловое значение, и каждый такой блок заменяется цифровым, буквенным или комбинированным кодом. При этом используется несколько различных систем шифрования: заменой, перестановкой, гаммированием, аналитическим преобразованием шифруемых данных. Широкое распространение получили комбинированные шифры, когда исходный текст последовательно преобразуется с использованием двух или даже трех различных шифров.

3.1 Криптосистемы

Криптосистема работает по определенной методологии (процедуре). Она состоит из:

ü одного или более алгоритмов шифрования (математических формул);

ü ключей, используемых этими алгоритмами шифрования;

ü системы управления ключами;

ü незашифрованного текста;

ü и зашифрованного текста (шифртекста).

Ключ Ключ

Текст алгоритм шифртекст алгоритм Текст

шифрования расшифровки

Методология

Согласно методологии сначала к тексту применяются алгоритм шифрования и ключ для получения из него шифртекста. Затем шифртекст передается к месту назначения, где тот же самый алгоритм используется для его расшифровки, чтобы получить снова текст. Также в методологию входят процедуры создания ключей и их распространения (не показанные на рисунке).

3.2 Принципы работы Криптосистемы.

Типичный пример изображения ситуации, в которой возникает задача криптографии (шифрования) изображён на рис. 1:

На рис.2. А и В - законные пользователи защищённой информации, они хотят обмениваться информацией по общедоступному каналу связи. П - незаконный пользователь (противник , хакер ), который хочет перехватывать передаваемые по каналу связи сообщения и попытаться извлечь из них интересную для него информацию. Эту простую схему можно считать моделью типичной ситуации, в которой применяются криптографические методы защиты информации или просто шифрование. Исторически в криптографии закрепились некоторые военные слова (противник, атака на шифр и др.). Они наиболее точно отражают смысл соответствующих криптографических понятий. Вместе с тем широко известная военная терминология, основанная на понятии кода (военно-морские коды, коды Генерального штаба, кодовые книги, кодобозначения и т. п.), уже не применяется в теоретической криптографии. Дело в том, что за последние десятилетия сформировалась теория кодирования - большое научное направление, которое разрабатывает и изучает методы защиты информации от случайных искажений в каналах связи.

Криптография занимается методами преобразования информации, которые бы не позволили противнику извлечь ее из перехватываемых сообщений. При этом по каналу связи передается уже не сама защищаемая информация, а результат ее преобразования с помощью шифра, и для противника возникает сложная задача вскрытия шифра. Вскрытие (взламывание ) шифра - процесс получения защищаемой информации из шифрованного сообщения без знания примененного шифра.

Противник может пытаться не получить, а уничтожить или модифицировать защищаемую информацию в процессе ее передачи. Это - совсем другой тип угроз для информация, отличный от перехвата и вскрытия шифра. Для защиты от таких угроз разрабатываются свои специфические методы.

Следовательно, на пути от одного законного пользователя к другому информация должна защищаться различными способами, противостоящими различным угрозам. Возникает ситуация цепи из разнотипных звеньев, которая защищает информацию. Естественно, противник будет стремиться найти самое слабое звено, чтобы с наименьшими затратами добраться до информации. А значит, и законные пользователи должны учитывать это обстоятельство в своей стратегии защиты: бессмысленно делать какое-то звено очень прочным, если есть заведомо более слабые звенья ("принцип равнопрочности защиты").

Придумывание хорошего шифра дело трудоемкое. Поэтому желательно увеличить время жизни хорошего шифра и использовать его для шифрования как можно большего количества сообщений. Но при этом возникает опасность, что противник уже разгадал (вскрыл) шифр и читает защищаемую информацию. Если же в шифре сеть сменный ключ то, заменив ключ, можно сделать так, что разработанные противником методы уже не дают эффекта.

3.2.1 Методология с использованием ключа

В этой методологии алгоритм шифрования объединяет ключ с текстом для создания шифртекста. Безопасность систем шифрования такого типа зависит от конфиденциальности ключа, используемого в алгоритме шифрования, а не от хранения в тайне самого алгоритма. Многие алгоритмы шифрования общедоступны и были хорошо проверены благодаря этому (например, DES). Но основная проблема, связанная с этой методологией, состоит в том, как сгенерировать и безопасно передать ключи участникам взаимодействия. Как установить безопасный канал передачи информации между участниками взаимодействия до передачи ключей?

Другой проблемой является аутентификация. При этом существуют две серьезных проблемы:

· Сообщение шифруется кем-то, кто владеет ключом в данный момент. Это может быть владелец ключа;

· Но если система скомпрометирована, это может быть другой человек.

· Когда участники взаимодействия получают ключи, откуда они могут узнать, что эти ключи на самом деле были

· созданы и посланы уполномоченным на это лицом?

Существуют две методологии с использованием ключей - симметричная (с секретным ключом) и асимметричная (с открытым ключом). Каждая методология использует свои собственные процедуры, свои способы распределения ключей, типы ключей и алгоритмы шифрования и расшифровки ключей. Так как терминология, используемая этими методологиями, может показаться непонятной, дадим определения основным терминам:

3.2.1.1 Симметричная (секретная) методология

В этой методологии и для шифрования, и для расшифровки отправителем и получателем применяется один и тот же ключ, об использовании которого они договорились до начала взаимодействия. Если ключ не был скомпрометирован, то при расшифровке автоматически выполняется аутентификация отправителя, так как только отправитель имеет ключ, с помощью которого можно зашифровать информацию, и только получатель имеет ключ, с помощью которого можно расшифровать информацию. Так как отправитель и получатель - единственные люди, которые знают этот симметричный ключ, при компрометации ключа будет скомпрометировано только взаимодействие этих двух пользователей. Проблемой, которая будет актуальна и для других криптосистем, является вопрос о том, как безопасно распространять симметричные (секретные) ключи. Алгоритмы симметричного шифрования используют ключи не очень большой длины и могут быстро шифровать большие объемы данных.

Порядок использования систем с симметричными ключами:

1. Безопасно создается, распространяется и сохраняется симметричный секретный ключ.

2. Отправитель создает электронную подпись с помощью расчета хэш-функции для текста и присоединения полученной строки к тексту.

3. Отправитель использует быстрый симметричный алгоритм шифрования-расшифровки вместе с секретным симметричным ключом к полученному пакету (тексту вместе с присоединенной электронной подписью) для получения зашифрованного текста. Неявно, таким образом, производится аутентификация, так как только отправитель знает симметричный секретный ключ и может зашифровать этот пакет.

4. Только получатель знает симметричный секретный ключ и может расшифровать этот пакет.

5. Отправитель передает зашифрованный текст. Симметричный секретный ключ никогда не передается по незащищенным каналам связи.

6. Получатель использует тот же самый симметричный алгоритм шифрования-расшифровки вместе с тем же самым симметричным ключом (который уже есть у получателя) к зашифрованному тексту для восстановления исходного текста и электронной подписи. Его успешное восстановление аутентифицирует кого-то, кто знает секретный ключ.

7. Получатель отделяет электронную подпись от текста.

8. Получатель создает другую электронную подпись с помощью расчета хэш-функции для полученного текста.

9. Получатель сравнивает две этих электронных подписи для проверки целостности сообщения (отсутствия его искажения).

Доступными сегодня средствами, в которых используется симметричная методология, являются:

· Kerberos, который был разработан для аутентификации доступа к ресурсам в сети, а не для верификации данных. Он использует центральную базу данных, в которой хранятся копии секретных ключей всех пользователей.

· Сети банкоматов (ATM Banking Networks). Эти системы являются оригинальными разработками владеющих ими банков и не продаются. В них также используются симметричные методологии.

3.2.1.2 Асимметричная (открытая) методология

В этой методологии ключи для шифрования и расшифровки разные, хотя и создаются вместе. Один ключ делается известным всем, а другой держится в тайне. Хотя можно шифровать и расшифровывать обоими ключами, данные, зашифрованные одним ключом, могут быть расшифрованы только другим ключом. Все асимметричные криптосистемы являются объектом атак путем прямого перебора ключей, и поэтому в них должны использоваться гораздо более длинные ключи, чем те, которые используются в симметричных криптосистемах, для обеспечения эквивалентного уровня защиты. Это сразу же сказывается на вычислительных ресурсах, требуемых для шифрования, хотя алгоритмы шифрования на эллиптических кривых могут смягчить эту проблему.

Брюс Шнейер в книге "Прикладная криптография: протоколы, алгоритмы и исходный текст на C" приводит следующие данные об эквивалентных длинах ключей.

Для того чтобы избежать низкой скорости алгоритмов асимметричного шифрования, генерируется временный симметричный ключ для каждого сообщения и только он шифруется асимметричными алгоритмами. Само сообщение шифруется с использованием этого временного сеансового ключа и алгоритма шифрования/расшифровки, описанного в пункте 2.2.1.1. Затем этот сеансовый ключ шифруется с помощью открытого асимметричного ключа получателя и асимметричного алгоритма шифрования. После этого этот зашифрованный сеансовый ключ вместе с зашифрованным сообщением передается получателю. Получатель использует тот же самый асимметричный алгоритм шифрования и свой секретный ключ для расшифровки сеансового ключа, а полученный сеансовый ключ используется для расшифровки самого сообщения. В асимметричных криптосистемах важно, чтобы сеансовые и асимметричные ключи были сопоставимы в отношении уровня безопасности, который они обеспечивают. Если используется короткий сеансовый ключ (например, 40-битовый DES), то не имеет значения, насколько велики асимметричные ключи. Хакеры будут атаковать не их, а сеансовые ключи. Асимметричные открытые ключи уязвимы к атакам прямым перебором отчасти из-за того, что их тяжело заменить. Если атакующий узнает секретный асимметричный ключ, то будет скомпрометирован не только текущее, но и все последующие взаимодействия между отправителем и получателем.

Порядок использования систем с асимметричными ключами:

1. Безопасно создаются и распространяются асимметричные открытые и секретные ключи (см. раздел 2.2 ниже). Секретный асимметричный ключ передается его владельцу. Открытый асимметричный ключ хранится в базе данных X.500 и администрируется центром выдачи сертификатов (по-английски - Certification Authority или CA). Подразумевается, что пользователи должны верить, что в такой системе производится безопасное создание, распределение и администрирование ключами. Более того, если создатель ключей и лицо или система, администрирующие их, не одно и то же, то конечный пользователь должен верить, что создатель ключей на самом деле уничтожил их копию.

2. Создается электронная подпись текста с помощью вычисления его хэш-функции. Полученное значение шифруется с использованием асимметричного секретного ключа отправителя, а затем полученная строка символов добавляется к передаваемому тексту (только отправитель может создать электронную подпись).

3. Создается секретный симметричный ключ, который будет использоваться для шифрования только этого сообщения или сеанса взаимодействия (сеансовый ключ), затем при помощи симметричного алгоритма шифрования/расшифровки и этого ключа шифруется исходный текст вместе с добавленной к нему электронной подписью - получается зашифрованный текст (шифр-текст).

4. Теперь нужно решить проблему с передачей сеансового ключа получателю сообщения.

5. Отправитель должен иметь асимметричный открытый ключ центра выдачи сертификатов (CA). Перехват незашифрованных запросов на получение этого открытого ключа является распространенной формой атаки. Может существовать целая система сертификатов, подтверждающих подлинность открытого ключа CA. Стандарт X.509 описывает ряд методов для получения пользователями открытых ключей CA, но ни один из них не может полностью защитить от подмены открытого ключа CA, что наглядно доказывает, что нет такой системы, в которой можно было бы гарантировать подлинность открытого ключа CA.

6. Отправитель запрашивает у CA асимметричный открытый ключ получателя сообщения. Этот процесс уязвим к атаке, в ходе которой атакующий вмешивается во взаимодействие между отправителем и получателем и может модифицировать трафик, передаваемый между ними. Поэтому открытый асимметричный ключ получателя "подписывается" CA. Это означает, что CA использовал свой асимметричный секретный ключ для шифрования асимметричного открытого ключа получателя. Только CA знает асимметричный секретный ключ CA, поэтому есть гарантии того, что открытый асимметричный ключ получателя получен именно от CA.

7. После получения асимметричный открытый ключ получателя расшифровывается с помощью асимметричного открытого ключа CA и алгоритма асимметричного шифрования/расшифровки. Естественно, предполагается, что CA не был скомпрометирован. Если же он оказывается скомпрометированным, то это выводит из строя всю сеть его пользователей. Поэтому можно и самому зашифровать открытые ключи других пользователей, но где уверенность в том, что они не скомпрометированы?

8. Теперь шифруется сеансовый ключ с использованием асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки и асимметричного ключа получателя (полученного от CA и расшифрованного).

9. Зашифрованный сеансовый ключ присоединяется к зашифрованному тексту (который включает в себя также добавленную ранее электронную подпись).

10. Весь полученный пакет данных (зашифрованный текст, в который входит помимо исходного текста его электронная подпись, и зашифрованный сеансовый ключ) передается получателю. Так как зашифрованный сеансовый ключ передается по незащищенной сети, он является очевидным объектом различных атак.

11. Получатель выделяет зашифрованный сеансовый ключ из полученного пакета.

12. Теперь получателю нужно решить проблему с расшифровкой сеансового ключа.

13. Получатель должен иметь асимметричный открытый ключ центра выдачи сертификатов (CA).

14. Используя свой секретный асимметричный ключ и тот же самый асимметричный алгоритм шифрования получатель расшифровывает сеансовый ключ.

15. Получатель применяет тот же самый симметричный алгоритм шифрования-расшифровки и расшифрованный симметричный (сеансовый) ключ к зашифрованному тексту и получает исходный текст вместе с электронной подписью.

16. Получатель отделяет электронную подпись от исходного текста.

17. Получатель запрашивает у CA асимметричный открытый ключ отправителя.

18. Как только этот ключ получен, получатель расшифровывает его с помощью открытого ключа CA и соответствующего асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки.

19. Затем расшифровывается хэш-функция текста с использованием открытого ключа отправителя и асимметричного алгоритма шифрования-расшифровки.

20. Повторно вычисляется хэш-функция полученного исходного текста.

21. Две эти хэш-функции сравниваются для проверки того, что текст не был изменен.

3.3 Распространение ключей

Ясно, что в обеих криптосистемах нужно решать проблему распространения ключей.

В симметричных методологиях эта проблема стоит более остро, и поэтому в них ясно определяется, как передавать ключи между участниками взаимодействия до начала взаимодействия. Конкретный способ выполнения этого зависит от требуемого уровня безопасности. Если не требуется высокий уровень безопасности, то ключи можно рассылать с помощью некоторого механизма доставки (например, с помощью простой почты или курьерской службы). Банки, например, используют почту для рассылки PIN-кодов. Для обеспечения более высокого уровня безопасности более уместна ручная доставка ключей ответственными за это людьми, возможно по частям несколькими людьми.

Асимметричные методологии пытаются обойти эту проблему с помощью шифрования симметричного ключа и присоединения его в таком виде к зашифрованным данным. А для распространения открытых асимметричных ключей, используемых для шифрования симметричного ключа, в них используются центры сертификации ключей. CA, в свою очередь, подписывают эти открытые ключи с помощью секретного асимметричного ключа CA. Пользователи такой системы должны иметь копию открытого ключа CA. Теоретически это означает, что участникам взаимодействия не нужно знать ключей друг друга до организации безопасного взаимодействия.

Сторонники асимметричных систем считают, что такого механизма достаточно для обеспечения аутентичности абонентов взаимодействия. Но проблема все равно остается. Пара асимметричных ключей должна создаваться совместно. Оба ключа, независимо от того, доступны они всем или нет, должны быть безопасно посланы владельцу ключа, а также центру сертификации ключей. Единственный способ сделать это - использовать какой-либо способ доставки при невысоких требованиях к уровню безопасности, и доставлять их вручную - при высоких требованиях к безопасности.

Проблема с распространением ключей в асимметричных системах состоит в следующем:

· X.509 подразумевает, что ключи безопасно раздаются, и не описывает способ решения этой проблемы - а только указывает на существование этой проблемы. Не существует стандартов для решения этого. Для безопасности ключи должны доставляться вручную (независимо от того, симметричные они или асимметричные).

· Нет надежного способа проверить, между какими компьютерами осуществляется взаимодействие. Есть вид атаки, при котором атакующий маскируется под CA и получает данные, передаваемые в ходе взаимодействия. Для этого атакующему достаточно перехватить запрос к центру сертификации ключей и подменить его ключи своими. Эта атака может успешно продолжаться в течение длительного времени.

· Электронная подпись ключей центром сертификации ключей не всегда гарантирует их аутентичность, так как ключ самого CA может оказаться скомпрометированным. X.509 описывает способ электронной подписи ключей CA центрами сертификации ключей более высокого уровня и называет его "путь сертификации". X.509 рассматривает проблемы, связанные с проверкой корректности открытого ключа, предполагая, что эта проблема может быть решена только при отсутствии разрыва в цепочке доверенных мест в распределенном справочнике открытых ключей пользователей. Нет способа обойти это.

· X.509 предполагает, что пользователь уже имеет доступ к открытому ключу CA. Как это осуществляется, в нем не определяется.

· Компрометация центра сертификации ключей весьма реальная угроза. Компрометация CA означает. Что все пользователи этой системы будут скомпрометированы. И никто не будет знать об этом. X.509 предполагает, что все ключи, включая ключи самого CA, хранятся в безопасном месте. Внедрение системы справочников X.509 (где хранятся ключи) довольно сложно, и уязвимо к ошибкам в конфигурации. В настоящее время слишком мало людей обладают техническими знаниями, необходимыми для правильного администрирования таких систем. Более того, понятно, что на людей, занимающих такие важные должности, может быть оказано давление.

· CA могут оказаться узким местом. Для обеспечения устойчивости к сбоям X.509 предлагает, чтобы база данных CA была реплицирована с помощью стандартных средств X.500; это значительно увеличит стоимость криптосистемы. А при маскараде под CA будет трудно определить, какая система была атакована. Более того, все данные из базы данных CA должны посылаться по каналам связи каким-то образом.

· 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.

Средства криптографической защиты информации, или сокращенно СКЗИ, используются для обеспечения всесторонней защиты данных, которые передаются по линиям связи. Для этого необходимо соблюсти авторизацию и защиту электронной подписи, аутентификацию сообщающихся сторон с использованием протоколов TLS и IPSec, а также защиту самого канала связи при необходимости.

В России использование криптографических средств защиты информации по большей части засекречено, поэтому общедоступной информации касательно этой темы мало.

Методы, применяемые в СКЗИ

• Авторизация данных и обеспечение сохранности их юридической значимости при передаче или хранении. Для этого применяют алгоритмы создания электронной подписи и ее проверки в соответствии с установленным регламентом RFC 4357 и используют сертификаты по стандарту X.509.
• Защита конфиденциальности данных и контроль их целостности. Используется асимметричное шифрование и имитозащита, то есть противодействие подмене данных. Соблюдается ГОСТ Р 34.12-2015.
• Защита системного и прикладного ПО. Отслеживание несанкционированных изменений или неверного функционирования.
• Управление наиболее важными элементами системы в строгом соответствии с принятым регламентом.
• Аутентификация сторон, обменивающихся данными.
• Защита соединения с использованием протокола TLS.
• Защита IP-соединений при помощи протоколов IKE, ESP, AH.

Подробным образом методы описаны в следующих документах: RFC 4357, RFC 4490, RFC 4491.

Механизмы СКЗИ для информационной защиты

1. Защита конфиденциальности хранимой или передаваемой информации происходит применением алгоритмов шифрования.
2. При установлении связи идентификация обеспечивается средствами электронной подписи при их использовании во время аутентификации (по рекомендации X.509).
3. Цифровой документооборот также защищается средствами электронной подписи совместно с защитой от навязывания или повтора, при этом осуществляется контроль достоверности ключей, используемых для проверки электронных подписей.
4. Целостность информации обеспечивается средствами цифровой подписи.
5. Использование функций асимметричного шифрования позволяет защитить данные. Помимо этого для проверки целостности данных могут быть использованы функции хеширования или алгоритмы имитозащиты. Однако эти способы не поддерживают определения авторства документа.
6. Защита от повторов происходит криптографическими функциями электронной подписи для шифрования или имитозащиты. При этом к каждой сетевой сессии добавляется уникальный идентификатор, достаточно длинный, чтобы исключить его случайное совпадение, и реализуется проверка принимающей стороной.
7. Защита от навязывания, то есть от проникновения в связь со стороны, обеспечивается средствами электронной подписи.
8. Прочая защита - против закладок, вирусов, модификаций операционной системы и т. д. - обеспечивается с помощью различных криптографических средств, протоколов безопасности, антивирусных ПО и организационных мероприятий.

Как можно заметить, алгоритмы электронной подписи являются основополагающей частью средства криптографической защиты информации. Они будут рассмотрены ниже.

Требования при использовании СКЗИ

СКЗИ нацелено на защиту (проверкой электронной подписи) открытых данных в различных информационных системах общего использования и обеспечения их конфиденциальности (проверкой электронной подписи, имитозащитой, шифрованием, проверкой хеша) в корпоративных сетях.

Персональное средство криптографической защиты информации используется для охраны персональных данных пользователя. Однако следует особо выделить информацию, касающуюся государственной тайны. По закону СКЗИ не может быть использовано для работы с ней.

Важно: перед установкой СКЗИ первым делом следует проверить сам пакет обеспечения СКЗИ. Это первый шаг. Как правило, целостность пакета установки проверяется путем сравнения контрольных сумм, полученных от производителя.

После установки следует определиться с уровнем угрозы, исходя из чего можно определить необходимые для применения виды СКЗИ: программные, аппаратные и аппаратно-программные. Также следует учитывать, что при организации некоторых СКЗИ необходимо учитывать размещение системы.

Классы защиты

Согласно приказу ФСБ России от 10.07.14 под номером 378, регламентирующему применение криптографических средств защиты информации и персональных данных, определены шесть классов: КС1, КС2, КС3, КВ1, КВ2, КА1. Класс защиты для той или иной системы определяется из анализа данных о модели нарушителя, то есть из оценки возможных способов взлома системы. Защита при этом строится из программных и аппаратных средств криптографической защиты информации.

АУ (актуальные угрозы), как видно из таблицы, бывают 3 типов:

1. Угрозы первого типа связаны с недокументированными возможностями в системном ПО, используемом в информационной системе.
2. Угрозы второго типа связаны с недокументированными возможностями в прикладном ПО, используемом в информационной системе.
3. Угрозой третьего типа называются все остальные.

Недокументированные возможности - это функции и свойства программного обеспечения, которые не описаны в официальной документации или не соответствуют ей. То есть их использование может повышать риск нарушения конфиденциальности или целостности информации.

Для ясности рассмотрим модели нарушителей, для перехвата которых нужен тот или иной класс средств криптографической защиты информации:

• КС1 - нарушитель действует извне, без помощников внутри системы.
• КС2 - внутренний нарушитель, но не имеющий доступа к СКЗИ.
• КС3 - внутренний нарушитель, который является пользователем СКЗИ.
• КВ1 - нарушитель, который привлекает сторонние ресурсы, например специалистов по СКЗИ.
• КВ2 - нарушитель, за действиями которого стоит институт или лаборатория, работающая в области изучения и разработки СКЗИ.
• КА1 - специальные службы государств.

Таким образом, КС1 можно назвать базовым классом защиты. Соответственно, чем выше класс защиты, тем меньше специалистов, способных его обеспечивать. Например, в России, по данным за 2013 год, существовало всего 6 организаций, имеющих сертификат от ФСБ и способных обеспечивать защиту класса КА1.

Используемые алгоритмы

Рассмотрим основные алгоритмы, используемые в средствах криптографической защиты информации:

• ГОСТ Р 34.10-2001 и обновленный ГОСТ Р 34.10-2012 - алгоритмы создания и проверки электронной подписи.
• ГОСТ Р 34.11-94 и последний ГОСТ Р 34.11-2012 - алгоритмы создания хеш-функций.
• ГОСТ 28147-89 и более новый ГОСТ Р 34.12-2015 - реализация алгоритмов шифрования и имитозащиты данных.
• Дополнительные криптографические алгоритмы находятся в документе RFC 4357.

Электронная подпись

Применение средства криптографической защиты информации невозможно представить без использования алгоритмов электронной подписи, которые набирают все большую популярность.

Электронная подпись - это специальная часть документа, созданная криптографическими преобразованиями. Ее основной задачей являются выявление несанкционированного изменения и определение авторства.

Сертификат электронной подписи - это отдельный документ, который доказывает подлинность и принадлежность электронной подписи своему владельцу по открытому ключу. Выдача сертификата происходит удостоверяющими центрами.

Владелец сертификата электронной подписи - это лицо, на имя которого регистрируется сертификат. Он связан с двумя ключами: открытым и закрытым. Закрытый ключ позволяет создать электронную подпись. Открытый ключ предназначен для проверки подлинности подписи благодаря криптографической связи с закрытым ключом.

Виды электронной подписи

По Федеральному закону № 63 электронная подпись делится на 3 вида:

• обычная электронная подпись;
• неквалифицированная электронная подпись;
• квалифицированная электронная подпись.

Простая ЭП создается за счет паролей, наложенных на открытие и просмотр данных, или подобных средств, косвенно подтверждающих владельца.

Неквалифицированная ЭП создается с помощью криптографических преобразований данных при помощи закрытого ключа. Благодаря этому можно подтвердить лицо, подписавшее документ, и установить факт внесения в данные несанкционированных изменений.

Квалифицированная и неквалифицированная подписи отличаются только тем, что в первом случае сертификат на ЭП должен быть выдан сертифицированным ФСБ удостоверяющим центром.

Область использования электронной подписи

В таблице ниже рассмотрены сферы применения ЭП.

Активнее всего технологии ЭП применяются в обмене документами. Во внутреннем документообороте ЭП выступает в роли утверждения документов, то есть как личная подпись или печать. В случае внешнего документооборота наличие ЭП критично, так как является юридическим подтверждением. Стоит также отметить, что документы, подписанные ЭП, способны храниться бесконечно долго и не утрачивать своей юридической значимости из-за таких факторов, как стирающиеся подписи, испорченная бумага и т. д.

Отчетность перед контролирующими органами - это еще одна сфера, в которой наращивается электронный документооборот. Многие компании и организации уже оценили удобство работы в таком формате.

По закону Российской Федерации каждый гражданин вправе пользоваться ЭП при использовании госуслуг (например, подписание электронного заявления для органов власти).

Онлайн-торги - еще одна интересная сфера, в которой активно применяется электронная подпись. Она является подтверждением того факта, что в торгах участвует реальный человек и его предложения могут рассматриваться как достоверные. Также важным является то, что любой заключенный контракт при помощи ЭП приобретает юридическую силу.

Алгоритмы электронной подписи

• Full Domain Hash (FDH) и Public Key Cryptography Standards (PKCS). Последнее представляет собой целую группу стандартных алгоритмов для различных ситуаций.
• DSA и ECDSA - стандарты создания электронной подписи в США.
• ГОСТ Р 34.10-2012 - стандарт создания ЭП в РФ. Данный стандарт заменил собой ГОСТ Р 34.10-2001, действие которого официально прекратилось после 31 декабря 2017 года.
• Евразийский союз пользуется стандартами, полностью аналогичными российским.
• СТБ 34.101.45-2013 - белорусский стандарт для цифровой электронной подписи.
• ДСТУ 4145-2002 - стандарт создания электронной подписи в Украине и множество других.

Стоит также отметить, что алгоритмы создания ЭП имеют различные назначения и цели:

• Групповая электронная подпись.
• Одноразовая цифровая подпись.
• Доверенная ЭП.
• Квалифицированная и неквалифицированная подпись и пр.

Криптографическая защита информации - защита информации с помощью ее криптографического преобразования.

Криптографические методы в настоящее время являются базовыми для обеспечения надежной аутентификации сторон информационного обмена, защиты.

К средствам криптографической защиты информации (СКЗИ) относятся аппаратные, программно-аппаратные и программные средства, реализующие криптографические алгоритмы преобразования информации с целью:

Защиты информации при ее обработке, хранении и передаче;

Обеспечения достоверности и целостности информации (в том числе с использованием алгоритмов цифровой подписи) при ее обработке, хранении и передаче;

Выработки информации, используемой для идентификации и аутентификации субъектов, пользователей и устройств;

Выработки информации, используемой для защиты аутентифицирующих элементов защищенной АС при их выработке, хранении, обработке и передаче.

Криптографические методы предусматривают шифрование и кодирование информации . Различают два основных метода шифрования: симметричный и асимметричный. В первом из них один и тот же ключ (хранящийся в секрете) используется и для зашифрования, и для расшифрования данных.

Разработаны весьма эффективные (быстрые и надежные) методы симметричного шифрования. Существует и национальный стандарт на подобные методы - ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования».

В асимметричных методах используются два ключа. Один из них, несекретный (он может публиковаться вместе с другими открытыми сведениями о пользователе), применяется для шифрования, другой (секретный, известный только получателю) - для расшифрования. Самым популярным из асимметричных является метод RSA, основанный на операциях с большими (100-значными) простыми числами и их произведениями.

Криптографические методы позволяют надежно контролировать целостность как отдельных порций данных, так и их наборов (таких как поток сообщений); определять подлинность источника данных; гарантировать невозможность отказаться от совершенных действий ("неотказуемость").

В основе криптографического контроля целостности лежат два понятия:

Электронная подпись (ЭП).

Хэш-функция - это труднообратимое преобразование данных (односторонняя функция), реализуемое, как правило, средствами симметричного шифрования со связыванием блоков. Результат шифрования последнего блока (зависящий от всех предыдущих) и служит результатом хэш-функции.

Криптография как средство защиты (закрытия) информации приобретает все более важное значение в коммерческой деятельности.

Для преобразования информации используются различные шифровальные средства: средства шифрования документов, в том числе и портативного исполнения, средства шифрования речи (телефонных и радиопереговоров), средства шифрова-ния телеграфных сообщений и передачи данных.

Для защиты коммерческой тайны на международном и отечественном рынке предлагаются различные технические устройства и комплекты профессиональной аппаратуры шифрова-ния и криптозащиты телефонных и радиопереговоров, деловой переписки и пр.

Широкое распространение получили скремблеры и маскираторы, заменяющие речевой сигнал цифровой передачей данных. Производятся средства защиты те-летайпов, телексов и факсов. Для этих целей использу-ются шифраторы, выполняемые в виде отдельных уст-ройств, в виде приставок к аппаратам или встраивае-мые в конструкцию телефонов, факс-модемов и других аппаратов связи (радиостанции и другие). Для обеспечения достоверности передаваемых электронных сообщений широко применяется электронная цифровая подпись.