Алгоритм Data Encryption Stantart (DES).

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 10Следующая ⇒

Шифрование с секретным ключом В некоторых алгоритмах шифрования для шифрования и расшифровки используется один и тот же ключ, или дешифровальный ключ может быть вычислен по шифровальному ключу за небольшое время. Такие алгоритмы называются алгоритмами с секретным ключом, алгоритмами с закрытым ключом или симметричными алгоритмами. Ключ используемый в таких алгоритмах, должен храниться в тайне. Примером алгоритма с секретным ключом является алгоритм Data Encryption Stantart (DES).

В 1997 г. в США Национальным Институтом Стандартов и Технологий (NIST) в качестве стандартного алгоритма шифрования для защиты несекретной информации был принят алгоритм DES. Этот алгоритм вполне уверенно противостоял открытым попыткам взлома вплоть до середины 90-х годов, когда были отмечены попытки взлома с использованием методов дифференциального и линейного криптоанализа. К январю 1999 г. фонду Electronic Frontier Foundation уже удавалось взламывать сообщения, зашифрованные с помощью алгоритма DES, не более чем за сутки.

Несмотря на свою уязвимость, этот алгоритм все еще используется в некоторых приложениях и обеспечивает достаточно высокий уровень защиты в тех случаях, когда затраты на расшифровку информации превышают ее ценность. К тому же, DES уже используется в нескольких более сложных алгоритмов шифрования, таких, например, как TripleDES.

Алгоритм DES может быть использован в различных методах шифрования, в зависимости от назначения. Вот несколько примеров методов шифрования:

Метод ECB (Electronic Codebook – Электронная шифровальная книга) – шифрование осуществляется 8-и-байтовыми блоками, причем последующий блок зашифрованного текста не зависит от предыдущих блоков как зашифрованного, так и открытого текста.

Метод CBC (Cipher Block Changing – Сцепление зашифрованных блоков) – n-ный блок шифруемого текста получается в результате выполнения операции XOR (исключающего или) над (n-1)-м блоком защифрованного текста и n-ным блоком открытого текста.

Метод CFB (Cipher Feedback – Обратная связь по шифру) – предыдущая порция зашифрованного текста объединяется со следующей порцией открытого текста.

Метод OFB (Output Feedback – Обратная связь по выходу) – алгоритм DES используется для создания псевдослучайного потока битов, который объединяется с открытым текстом, в результате чего создается поток зашифрованного текста.

Метод PCBC (Propagating Cipher Block Changing – Сцепление зашифрованных блоков с множественной связью) – Отличается от метода CBC тем, что с n-ным блоком зашифрованного текста объединяется как (n-1)-й блок зашифрованного текста, так и (n-1)-й блок открытого текста.

Алгоритм DESede.В связи с популярностью алгоритма DES и его недостатками, выявленными во второй половине 90-х годов, криптографы искали способы повышения его стойкости, при одновременном сохранении его в качестве базового алгоритма шифрования. В алгоритмах DESede выполняется троекратное шифрование по алгоритму DES, что приводит к эффективной длине ключа в 168 разрядов. В одном из вариантов DESede третий ключ равен первому, эффективная длина ключа в таком случае составляет 112 разрядов.

Цифровые подписи и цифровые сертификаты

Цифровые подписи обеспечивают замечательную возможность узнавать то, было ли сообщение (или иной объект) случайно или преднамеренно изменено. Цифровые сертификаты позволяют установить было ли сообщение действительно, создано конкретным лицом или организацией.

Цифровая подпись – это значение, которое вычисляется из последовательности байтов с использованием секретного ключа. Она свидетельствует о том, что владелец этого секретного ключа подтвердил корректность и подлинность содержимого сообщения. В методах цифровой подписи часто используются алгоритмы шифрования с открытым ключом, но несколько иначе, чем обычно, а именно: закрытый ключ применяется для шифрования, а открытый – для расшифровки. На практике это выглядит следующим образом:

1) Создается цифровая подпись

- Вычисляется дайджест сообщения.

- Дайджест сообщения зашифровывается с помощью закрытого ключа из пары “открытый/закрытый ключ”, в результате чего получается цифровая подпись.

2) Производится верификация цифровой подписи

- Подпись расшифровывается с помощью открытого ключа из вышеупомянутой пары “открытый/закрытый ключ ”, в результате чего восстанавливается дайджест сообщения.

- Значение расшифрованного дайджеста сообщения расшифровывается и сравнивается со значением дайджеста сообщения вычисленного из исходного сообщения.

Если оба значения дайджеста сообщения совпадают, то подпись подлинная. В противном случае или подпись, или сообщение были изменены.

Описанный выше подход к созданию и проверке подписей несет в себе как характерные черты реальных подписей, так и другие особенности, которые обеспечивают следующие возможности:

1) Подпись нельзя подделать – подписавшее лицо использует для подписи закрытый ключ, а он является секретным.

2) Подлинность подписи всегда можно проверить – поскольку открытый ключ подписавшего лица общедоступен, любое лицо, имеющее в руках сообщение и цифровую подпись может проверить, что сообщение было подписано данным лицом и что ни оно, ни подпись не были изменены.

3) Подпись неповторима – каждому сообщению соответствует своя, неповторимая подпись. Невозможно численными методами использовать подписи вместе с другим сообщением.

4) Факт подписи невозможно отрицать – после того как сообщение подписано и отослано вместе с подписью, лицо, сделавшее это не может отрицать, что оно сделало это (если только не докажет, это закрытый ключ был похищен).

Как видно, цифровые подписи – это прекрасный способ подтверждения того, что сообщение (или объект) было создано или проверено конкретным лицом или организацией. Но есть одна каверза – вам нужно каким-то образом определить, что открытый ключ, который вы получили от имени кого-то, - это действительно его открытый ключ. Вот где в дело вступают цифровые сертификаты.

Цифровые сертификаты – это сообщения, подписанные полномочным органом сертификации (Certificate Aythory – CA), который заверяет значение открытого ключа, принадлежащего кому-либо, и использование конкретного алгоритма шифрования. Чтобы получить сертификат полномочного органа сертификации, обычно нужно представить в него документы, подтверждающие личность заявителя.

Список литературы

1. Средства защиты электронной информации – Алматы: ТОО «НИЛ «Гамма Технологии»», 2009-2012

2. Макаренко С. И. Информационная безопасность: учебное пособие для студентов вузов. – Ставрополь: СФ МГГУ им. М. А. Шолохова, 2009. –372 с.: ил.

3. Кибардин А.В. методы и средства Защиты компьютерной информации. Конспект лекций. 2008, 44с. Электронный ресурс

4. Ивлиев С.Н. Методы и средства защиты компьютерной информации. Курс лекций. Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева. 2012. 131 с.

5. Современная криптография. Теория и практика = Парал. тит. англ: научно-популярная литература/ В.Мао; Пер. с англ. - М.: Издательский дом " Вильямс", 2005. - 768 с

6. Защищённые информационные технологии. Проектирование и применение: научно-популярная литература/ М.В.Тарасюк. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 192 с.

Лекция 6. Управление криптографическими ключами

Цель лекции: ознакомить студентов с основной задачей криптосистем – управление ключами

Содержание:

а) управление ключами;

б) генерация, накопление, распределение ключей;

в) обмен ключами по алгоритму Диффи - Хелмана.

Управление ключами

Кроме выбора подходящей для конкретной ИС криптографической системы, важная проблема - управление ключами. Как бы ни была сложна и надежна сама криптосистема, она основана на использовании ключей. Если для обеспечения конфиденциального обмена информацией между двумя пользователями процесс обмена ключами тривиален, то в ИС, где количество пользователей составляет десятки и сотни управления ключами - серьезная проблема.

Под ключевой информацией понимается совокупность всех действующих в ИС ключей. Если не обеспечено достаточно надежное управление ключевой информацией, то завладев ею, злоумышленник получает неограниченный доступ ко всей информации.

Управление ключами - информационный процесс, включающий в себя три элемента:

- генерацию ключей;

- накопление ключей;

- распределение ключей.

Рассмотрим, как они должны быть реализованы для того, чтобы обеспечить безопасность ключевой информации в ИС.

Генерация ключей

В самом начале разговора о криптографических методах было сказано, что не стоит использовать неслучайные ключи с целью легкости их запоминания. В серьезных ИС используются специальные аппаратные и программные методы генерации случайных ключей. Как правило, используют датчики ПСЧ. Однако степень случайности их генерации должна быть достаточно высокой. Идеальными генераторами являются устройства на основе “натуральных” случайных процессов. Например, появились серийные образцы генерации ключей на основе белого радиошума. Другим случайным математическим объектом являются десятичные знаки иррациональных чисел, например, p или е, которые вычисляются с помощью стандартных математических методов.

В ИС со средними требованиями защищенности вполне приемлемы программные генераторы ключей, которые вычисляют ПСЧ как сложную функцию от текущего времени и (или) числа, введенного пользователем.

Накопление ключей

Под накоплением ключей понимается организация их хранения, учета и удаления.

Поскольку ключ является самым привлекательным для злоумышленника объектом, открывающим ему путь к конфиденциальной информации, то вопросам накопления ключей следует уделять особое внимание.

Секретные ключи никогда не должны записываться в явном виде на носителе, который может быть считан или скопирован.

В достаточно сложной ИС один пользователь может работать с большим объемом ключевой информации, и иногда даже возникает необходимость организации мини-баз данных по ключевой информации. Такие базы данных отвечают за принятие, хранение, учет и удаление используемых ключей.

Итак, каждая информация об используемых ключах должна храниться в зашифрованном виде. Ключи, зашифровывающие ключевую информацию, называются мастер-ключами. Желательно, чтобы мастер-ключи каждый пользователь знал наизусть, и не хранил их вообще на каких-либо материальных носителях.

Очень важным условием безопасности информации является периодическое обновление ключевой информации в ИС. При этом переназначаться должны как обычные ключи, так и мастер-ключи. В особо ответственных ИС обновление ключевой информации желательно делать ежедневно.

Вопрос обновления ключевой информации связан и с третьим элементом управления ключами - распределением ключей.

Распределение ключей

Распределение ключей - самый ответственный процесс в управлении ключами. К нему предъявляются два требования:

1) Оперативность и точность распределения.

2) Скрытность распределяемых ключей.

В последнее время заметен сдвиг в сторону использования криптосистем с открытым ключом, в которых проблема распределения ключей отпадает. Тем не менее распределение ключевой информации в ИС требует новых эффективных решений.

Распределение ключей между пользователями реализуются двумя разными подходами:

1) Путем создания одного ли нескольких центров распределения ключей. Недостаток такого подхода состоит в том, что в центре распределения известно, кому и какие ключи назначены, и это позволяет читать все сообщения, циркулирующие в ИС. Возможные злоупотребления существенно влияют на защиту.

2) Прямой обмен ключами между пользователями информационной системы. В этом случае проблема состоит в том, чтобы надежно удостоверить подлинность субъектов.

В обоих случаях должна быть гарантирована подлинность сеанса связи. Это можно обеспечить двумя способами:

1) Механизм запроса-ответа, который состоит в следующем. Если пользователь А желает быть уверенным, что сообщения, которые он получает от В, не являются ложными, он включает в посылаемое для В сообщение непредсказуемый элемент (запрос). При ответе пользователь В должен выполнить некоторую операцию над этим элементом (например, добавить 1). Это невозможно осуществить заранее, так как неизвестно, какое случайное число придет в запросе. После получения ответа с результатами действий пользователь А может быть уверен, что сеанс является подлинным. Недостатком этого метода является возможность установления, хотя и сложной закономерности между запросом и ответом.

2) Механизм отметки времени (“временной штемпель”). Он подразумевает фиксацию времени для каждого сообщения. В этом случае каждый пользователь ИС может знать, насколько “старым” является пришедшее сообщение.

В обоих случаях следует использовать шифрование, чтобы быть уверенным, что ответ послан незлоумышленником, и штемпель отметки времени не изменен.

Для обмена ключами можно использовать криптосистемы с открытым ключом, используя тот же алгоритм RSA.

Но весьма эффективным оказался алгоритм Диффи-Хелмана, позволяющий двум пользователям без посредников обменяться ключом, который может быть использован затем для симметричного шифрования.

Алгоритм Диффи-Хеллмана

Диффи и Хелман предложили для создания криптографических систем с открытым ключом функцию дискретного возведения в степень.

Необратимость преобразования в этом случае обеспечивается тем, что достаточно легко вычислить показательную функцию в конечном поле Галуа состоящим из p элементов. (p - либо простое число, либо простое в любой степени). Вычисление же логарифмов в таких полях - значительно более трудоемкая операция.

Если y=a^x^,, 1< x< p-1, где - фиксированный элемент поля GF(p), то x=log_a_y над GF(p). Имея x, легко вычислить y. Для этого потребуется 2 ln(x+y) операций умножения.

Обратная задача вычисления x из y будет достаточно сложной. Если p выбрано достаточно правильно, то извлечение логарифма потребует вычислений, пропорциональных

L(p) = exp { (ln p ln ln p)^0.5 }.

Для обмена информацией первый пользователь выбирает случайное число x₁, равновероятное из целых 1...p-1. Это число он держит в секрете, а другому пользователю посылает число

y₁ = a^x mod p.

Аналогично поступает и второй пользователь, генерируя x₂ и вычислив y₂, отправляя его первому пользователю. В результате этого они могут вычислять k₁₂ = a^x1^x2mod p.

Для того, чтобы вычислить k₁₂, первый пользователь возводит y₂ в степень x₁. То же делает и второй пользователь. Таким образом, у обоих пользователей оказывается общий ключ k₁₂, который можно использовать для шифрования информации обычными алгоритмами. В отличие от алгоритма RSA, данный алгоритм не позволяет шифровать собственно информацию.

Не зная x₁и x₂, злоумышленник может попытаться вычислить k₁₂, зная только перехваченные y₁и y₂. Эквивалентность этой проблемы проблеме вычисления дискретного логарифма есть главный и открытый вопрос в системах с открытым ключом. Простого решения до настоящего времени не найдено. Так, если для прямого преобразования 1000-битных простых чисел требуется 2000 операций, то для обратного преобразования (вычисления логарифма в поле Галуа) - потребуется около 10³⁰ операций.

Как видно, при всей простоте алгоритма Диффи-Хелмана, вторым его недостатком по сравнению с системой RSA является отсутствие гарантированной нижней оценки трудоемкости раскрытия ключа.

Кроме того, хотя описанный алгоритм позволяет обойти проблему скрытой передачи ключа, необходимость аутентификации остается. Без дополнительных средств, один из пользователей не может быть уверен, что он обменялся ключами именно с тем пользователем, который ему нужен. Опасность имитации в этом случае остается.

В качестве обобщения сказанного о распределении ключей следует сказать следующее. Задача управления ключами сводится к поиску такого протокола распределения ключей, который обеспечивал бы:

- возможность отказа от центра распределения ключей;

- взаимное подтверждение подлинности участников сеанса;

- подтверждение достоверности сеанса механизмом запроса-ответа, использование для этого программных или аппаратных средств;

- использование при обмене ключами минимального числа сообщений.

Список литературы

1. Общее техническое описание подсистемы электронной подписи и шифрования. ключевой структуры пакета программ ViPNet. – М.: ОАО «Инфотекс-Телеком», 2010.

2. Средства защиты электронной информации – Алматы: ТОО «НИЛ «Гамма Технологии»», 2009-2012

3. Макаренко С. И. Информационная безопасность: учебное пособие для студентов вузов. – Ставрополь: СФ МГГУ им. М. А. Шолохова, 2009. –372 с.: ил.

4. Принципы маршрутизации и преобразования IP-трафика в VPN-сети, созданной с использованием технологии ViPNet – М.: ОАО «Инфотекс-Телеком», 2010.

5. Защита информации в сети - анализ технологий и синтез решений: к изучению дисциплины/ А. В. Галицкий, С. Д. Рябко, В. Ф. Шаньгин. - М.: ДМК Пресс, 2004. - 616 с.

6. Защита информации: Учеб. пособие/ Ш. А. Байсалыкова; рец. Г. К. Бекмагамбетова, А. Е. Коксеген; М-во сельского хоз-ва Респ. Казахстан. - Астана: КАТУ им. С. Сейфуллина, 2010. - 102 с.

7. Защита информационных систем и сетей: Учеб. пособие для студентов фак. компьютерных систем и проф. образования/ А. В. Галамагин; М-во образования и науки Респ. Казахстан. - Астана: КАТУ им. С. Сейфуллина, 2012. - 151 с.

8. Информационная безопасность: Учеб. пособие/ П. Н. Башлы. - Ростов н/Д: " Феникс", 2006. - 253 с.: ил. - (Среднее профессиональное образование).

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒