22
зависимости от одного сотрудника. Ротация обязанностей и полномочий
персонала повышает шансы компании обнаружить нарушения или факты
мошенничества.
1.3 Криптографические методы защиты
Криптография является наукой о обеспечении конфиденциальности и
аутентичности данных. Математическая криптография была известна как о
шифровании данных, т.е. как наука о криптосистемах. В привычной модели
системы секретной связи существуют двое доверяющих друг другу
участника, которые должны передать друг другу данные, не
предназначенные для остальных. Такие данные называются
конфиденциальными или секретными. Задача поддержания секретности, т.е.
защиты конфиденциальной информации от противника – основополагающая
задача криптографии.
Зачастую возникает ситуация, когда данные не считаются
конфиденциальными, но важен факт передачи сообщений в исходном виде,
т.е. наличие гарантии, что сообщение не было кем-то изменено. Такая
гарантия определяется поддержанием целостности данных и составляет
вторую задачу криптографии.
В процессе отправки электронных документов (зачастую, через сеть)
возможна как их подмена или корректировка, так и доступ посторонних лиц
к отправляемым данным. Поэтому электронные документы очень нуждаются
в шифровании.
Существуют две базовые задачи по их защите от НСД:
• Поддержание уверенности получателя в том, что документ
верный и корректный, т.е. при передаче не мог быть отредактированным или
замененным;
23
• Поддержание недоступности посторонних лиц к самому
документу.
Фундаментальное допущение криптоанализа, описанное Кирхгоффом,
заключается в том, что секретность сообщения часто зависит от ключа, т.е.
процесс шифрования, кроме значения ключа, чаще всего известен
противнику. Да и саму секретность алгоритма нельзя назвать большим
препятствием: к примеру, для нахождения типа программно-реализованного
алгоритма шифрования нужно несколько дней инженерного анализа
исходного кода.
Атаки с использованием известного или найденного открытого текста
доступны чаще, чем думаете. Важным требованием к стойкому крипто
алгоритму становится умение отражать подобные атаки.
Это доказывает тот факт, что вскрытие одних данных, передаваемых по
каналу связи в шифрованном виде, не приводит к вскрытию остальных
данных, которые обрабатываются аналогичным ключом. Еще данное
требование отвечает за нюансы подстройки аппаратуры и имеет некоторые
вольности со стороны оператора или тех, кто имеет доступ к генерации
секретных данных. В рамках крипто анализа нельзя назвать невозможными
факты добычи начального текста недоступного сообщения или перевод в
долю персонал, который занимается сокрытием некоторых сообщений. Есть
и непрямые методы внедрения атаки в рамках рассматриваемого шифр-
текста. Взломщик зачастую убеждает хозяина секретного ключа переслать
одно сообщение, но в закрытом виде.
Описанные криптоатаки можно отнести к классу пассивных [17]. Так
определяются действия противника, пассивно изучающего шифрованные
передачи, что он может их перехватить и проанализировать для получения
данных об открытом тексте или ключе. Но нынешние технические средства
24
дают возможность потенциальному противнику «активно» мешать процессу
передачи сообщения.
Атаки делят по количеству ресурсов, необходимых для успешной
реализации:
• Объем памяти, нужной для прохождения атаки;
• Объем времени прохождения операций, требующих выполнения;
• Данные, полученные из открытого и зашифрованного текстов.
Часто подобные параметры связаны между собой: например, благодаря
росту объема памяти можно уменьшить время атаки.
Умение защищенной системы отражать атаки крипто-аналитика
именуется стойкостью. Суммарно данный показатель измеряется, как
сложность оптимального алгоритма, позволяющего крипто аналитику
успешно завершить работу с некой вероятностью. Каждый метод прямого
перебора совокупности всех доступных ключей помогает оценить сверху для
стойкости алгоритма. Основная проблема современной криптографии
состоит в отсутствии самой минимальной черты стойкости; длина ключа
отражает весь объём вариантов ключей, но часто изменяется сама
возможность, и можно просто угадать точное решение. Приблизительное
ожидаемое статичное время подсчитывается как 1/2 произведения числа всех
ключей и длительности, требуемой аналитику для сверки совокупных
ключей. Исходя из возможней и целей крипто аналитика, корректируется и
стойкость. Есть понятие трудности раскрытия ключа самым популярным
алгоритмом, выдержка чтения без ключей, трудность навязывания неверных
схем наиболее популярным алгоритмом и доступность привязки ложных
данных. Также определяют сложность шифр-алгоритма, стойкость алгоритма
реализации и пересылки ключей, трудность самого протокола.
В рамках проблематичности взлома алгоритмы имеют несколько
уровней защиты. Изначально определяется лишь доступность перехвата как
25
такового любых данных о доступном тексте или используемом ключе. Есть
теоретически стойкие, наиболее стойкие и возможно стойкие алгоритмы
шифрования.
Теоретически стойкие системы применяют шифр-тексты, которые
включают минимальное количество данных для единого отражения ключей
или текстов. Любой открытый текст может располагаться в максимальном
подмножестве совокупности всех доступных текстов, и возможно узнать
лишь про него. Для оптимизации шифра, доступный текст состоит везде в
множестве доступных текстов. И сама задача расшифровать в этом случае
уже бессмыслена. Ни один метод крипто анализа, включая проход по всем
ключам, не сможет найти искомый ключ или текст, не сможет получить
какие-либо данные по нему. Алгоритм является сильным, если перевод в
открытый текст нельзя перевести на любом уровне шифр-текста, который
применяет аналитик. Сила наиболее стойких крипто алгоритмов основана на
теоремах о недоступности прочтения ключа. Уже говорилось, что самые не
раскрываемые шифры (к примеру, сокрытые системы Клода Шеннона, где
ключ проходит повторно, а его размер больше или равен объему текста) не
могут быть опробованы на практике (аналогичные криптосистемы с единым
применением ключа нуждаются в защищенной памяти для ключевой записи,
системы квантовой криптографии зависят от ВОЛС для связи и поэтому
очень дорогие, а уровень их защищенности уходит за грань математики). В
силу неудобства и высоких изначальных требований к ресурсам самые
сложные шифры можно применить лишь в сетях связи с малым уровнем
исходящих данных, когда можно иметь для всех клиентов некий запас других
ключей и свести к минимуму их вторичное применение: зачастую это сети
для передачи секретных гос. данных.
Сила доказуемо стойких крипто алгоритмов выражается в трудности
решения очень распространенной математической задачи, которую пытались
26
решить разные мыслители, которая является общепринято трудной. Для
примера можно примести системы DH и RSA, базирующиеся на
проблематичности выведения логарифма и деления некоторого целого на
множители. Плюсом доказуемо стойких алгоритмов часто считают хорошую
осведомленность в задачах, являющихся их основой, а недостатком –
невозможность в нужный момент оперативно скорректировать крипто
алгоритм, другими словами, малая гибкость. Рост сложности реализован
благодаря росту трудности самой задачи или ее полной замене, что часто
ведет к покупке новой техники, используемой для шифрования.
Предположительно стойкие крипто алгоритмы отражает минимальная
изученность математических задач, на который базируется крипто стойкость.
Но подобные шифры имеют большую гибкость, что дает возможность
при нахождении слабых мест не отвергать алгоритмы, а дорабатывать их.
Разработка новых методов криптоанализа и увеличение эффективности
текущих методов нужны для исследования стойкости криптографических
средств, а также для создания методов их взлома. Любой новый метод
крипто анализа ведет к пересмотру безопасности шифров, к которым он
применим.
Деление криптографических систем основано на следующих 3
параметрах:
1. Количество применяемых ключей;
2. Тип операций по переводу открытого текста в закрытый;
3. Принцип обработки открытого текста.
По числу применяемых ключей можно разделить на:
• Симметричные криптосистемы;
• Асимметричные криптосистемы.
Если отправитель и получатель применяют идентичный ключ, система
шифрования называется симметричной, системой с 1 ключом, системой с
27
секретным ключом, схемой классического шифрования. (Например, DES,
CAST, RC5, IDEA, Blowfish).
Если отправитель и получатель применяют свои ключи, система
становится асимметричной, системой с 2 ключами, схемой шифрования с
открытым ключом. (RSA, Эль-Гамаля).
2) По типу операций по преобразованию открытого текста в
шифрованный.
Подстановочные шифры - шифрование основано на замещении
каждого элемента открытого текста (бита, буквы, группы битов или букв)
другим элементом. (Цезаря, Плейфейера, Хилла);
Перестановочные шифры – шифрование основано на изменении
порядка следования элементов открытого текста. (Лесенка, перестановка
столбцов);
Продукционные шифры – шифрование основано на комбинации
нескольких операций замены и перестановки. Продукционные шифры
применяются в большинстве реальных современных систем шифрования.
(DES).
3) По методу обработки открытого текста.
Блочные шифры – Блочными называются шифры, в которых
логической единицей шифрования является некоторый блок открытого
текста, после преобразования которого получается блок шифрованного
текста такой же длины. Например: DES, шифр Файстеля.
Поточные шифры – подразумевают шифрование всех элементов
открытого текста последовательно, одного за другим (бит за битом, байт за
байтом).
Примерами классических поточных шифров являются шифры
Виженера (с автоматическим выбором ключа) и Вернама.
28
Блочные шифры изучены гораздо лучше. Считается, что они обладают
более широкой областью применения, чем поточные. Большинство сетевых
приложений, в которых применяется схема традиционного шифрования,
используют блочные шифры.
Симметричные системы шифрования считаются методом
криптозащиты, где для шифрования и расшифровывания используется
единый криптографический ключ. До создания схемы асимметричного
шифрования одним из существовавших способов было симметричное
шифрование. Ключ алгоритма держался в секрете обеими сторонами.
Алгоритм шифрования определяется сторонами еще до начала обмена
сообщениями.
Шифровальная система с открытым ключом (асимметричный шифр)
является системой шифрования или электронной подписи (ЭП), где
открытый ключ передаётся по незащищенному каналу и применяется для
проверки ЭП и для шифрования сообщения. Для создания ЭП и для
расшифровки сообщения также применяется закрытый ключ.
Криптографические системы с открытым ключом сегодня очень популярны в
различных сетевых протоколах, к примеру, в протоколах TLS и его
предшественнике SSL, в SSH. Также применяется в PGP, S/MIME.
Такая схема была разработана Тахером Эль-Гамалем в 1984г. Эль-
Гамаль создал один из вариантов алгоритма Диффи-Хеллмана,
модифицировав систему Диффи-Хеллмана и получил два алгоритма,
применяемые для шифрования и для поддержания определения
пользователя. В отличие от RSA, алгоритм Эль-Гамаля не прошел
патентование, потому и стал дешевой альтернативой, поскольку не
требовалась оплата взносов за лицензию. Считается, что алгоритм все же
попадает под действие патента Диффи-Хеллмана.
29
Безопасность схемы Эль-Гамаля определена сложностью вычисления
дискретных логарифмов в конечном поле.
Чтобы создать пару ключей (открытый ключ - секретный ключ), для
начала определяют некоторое большое простое число Р и большое целое
число G в соотношении G <Р. Числа Р и G могут находится среди группы
пользователей.
Далее выбирают случайное целое число X в соотношении Х <Р. Число
Х считается секретным ключом и сохраняется в тайне.
ГОСТ Р34.10-1994, принятый в 1994 году в РФ, определил процедуру
формирования и проверки ЭЦП, базировался на схеме Эль-Гамаля. С 2001г.
Применяется новый ГОСТ Р 34.10-2001, включающий арифметику
эллиптических кривых, находящимися над простыми полями Галуа. Есть
большое количество алгоритмов, базирующихся на схеме Эль-Гамаля: это
алгоритмы KCDSA, DSA, ECDSA, схема Шнорра.
Методика применения системы ЭЦП включает в себя наличие сети
абонентов, отправляющих друг другу заверенные электронные документы.
Для каждого абонента создается пара ключей: секретный и открытый.
Секретный ключ сохраняется абонентом в тайне и используется им для
формирования ЭЦП. Открытый ключ известен всем другим пользователям и
предназначен для проверки ЭЦП получателем подписанного электронного
документа. Другими словами, открытый ключ становится необходимым
инструментом, помогающим проверить целостность и неизменность
электронного документа и автора подписи. Открытый ключ не может найти
секретный ключ.
RSA (аббревиатура от фамилий Rivest, Shamir и Adleman) —
криптографический алгоритм с открытым ключом, основывающийся на
вычислительной сложности задачи факторизации больших целых чисел.
30
IDEA (англ. International Data Encryption Algorithm, алгоритм
шифрования международного уровня) — симметричный блочный алгоритм
шифровки данных, зарегистрированный фирмой из Швеции - Ascom.
Известен он тем, что использовался в программе шифрования PGP. В ноябре
2000 года IDEA был показан одним из кандидатов в проекте NESSIE в
рамках программы Европейской комиссии IST (англ. Information Societies
Technology, информационные технологии общества).
Криптосистема RSA является первой системой, подходящей и для
шифрования, и для ЦП. Алгоритм применяется во многих
криптографических приложений (PGP, S/MIME, TLS/SSL, IPSEC/IKE и т.п.).
Алгоритм, описанный ГОСТ 28147-89, с длиной ключа шифрования
256 бит шифрует данные блоками по 64 бит (эти алгоритмы зовутся
блочными), которые делятся на пару субблоков по 32 бит (N1 и N2). Первый
субблок анализируется определенным образом, после чего его параметр
суммируется со значением второго субблока (сложение реализовано по
модулю 2, т. е. используется логическая операция XOR - "исключающее
или"), а затем эти субблоки переходят на места друг друга. Такое
преобразование реализуется несколько этапов (или раундов): 16 или 32 в
зависимости от стадии действия алгоритма.
В отличие от алгоритма ГОСТ 28147-89, который очень долго был в
секрете, американский стандарт шифрования AES, заменяющий DES,
отбирался на открытом конкурсе, где все компании, организации и частные
лица, заинтересованные в процессе, могли комментировать и анализировать
алгоритмы-претенденты.
Мероприятие по замене DES началось в 1997 г. В Национальном
институте стандартов и технологий США (NIST - National Institute of
Standards and Technology). Всего участвовало 15 алгоритмов-претендентов,
созданных как влиятельными и известными области криптографии
31
компаниями (RSA Security, Counterpane и т. д.), а также просто отдельными
разработчиками. Итоги конкурса были проведены в октябре 2000 года, и
первое место взял алгоритм Rijndael, созданный двумя криптографами из
Бельгии - Винсентом Риджменом (Vincent Rijmen) и Джоан Даймен (Joan
Daemen).
Алгоритм Rijndael нельзя назвать похожим на известные алгоритмы
симметричного шифрования, структура которых похожа на "сеть Фейстеля"
и схожа с отечетсвенным ГОСТ 28147-89. Основной нюанс сети Фейстеля
заключается в том, что начальное значение делится на два и более субблоков,
часть из которых в каждом этапе обрабатывается по конкретному закону,
после чего передается на необрабатываемые субблоки.
В отличие от российского типа шифра, алгоритм Rijndael включал в
себя блок данных в виде 2-мерного байтового массива размерностью 4X4,
4X6 или 4X8 (возможно применение отдельных фиксированных размеров
шифруемого блока данных). Все операции реализуются с отдельными
байтами массива, а также с отдельными столбцами и строками.
Некоторые из асимметричных алгоритмов применяются для создания
цифровой подписи (ЦП). ЦП называют блок данных, созданный при помощи
некоторого секретного ключа. При этом благодаря открытому ключу
происходит проверка, что данные были реально сгенерированы при помощи
этого секретного ключа. Алгоритм генерации ЦП поддерживает
невозможность создания подписи без секретного ключа, которая в случае
проверки может быть правильной.
ЦП применяются для указания, что сообщение пришло точно от
конкретного отправителя (поскольку лишь отправитель по идее имеет
секретный ключ, равный его открытому ключу). Также ЦП применяются для
установки штампа времени (timestamp) на документах: персона, которой мы
можем доверять, визирует документ со оттиском времени с использованием