6.2. Класифікація шифрів.

Першою принциповою ознакою, яка дозволяє провести класифікацію шифрів, є обсяг інформації, який невідомий третій стороні. Якщо зловмиснику повністю не відомий алгоритм виконаного над повідомленням перетворення. Шифр називають тайнописом. Тобто тайнопис є звичайним кодуванням інформації, або представленням її у іншому вигляді. При цьому третій стороні невідомий сам принцип кодування.

У свій час А.Кергофф висунув ідею про те, що розкриття самого алгоритму не повинно ні на крок наближати її до закритого повідомлення. Це повинно досягатися базуванням всього алгоритму шифрування на невеликому обсязі таємної інформації. Ця ідея лягла в основу всієї сучасної криптографії та отримала назву принцип Кергоффа.

У противагу тайнопису криптографією з ключем називають сьогодні алгоритми шифрування, в яких сам алгоритм перетворень широко відомий та доступний кожному, але шифрування виконується на основі невеликого обсягу інформації – ключа, який відомий тільки відправнику та одержувачу повідомлення. В сучасній криптографії розмір ключа складає від 56 до 4096 біт.

Всі криптоалгоритми з ключем поділяються на симетричні та асиметричні. У симетричних криптоалгоритмах ключі, які використовуються на передавальній та приймальній стороні повністю ідентичні. Такий ключ несе в собі всю інформацію щодо процесу утаємнення повідомлення і тому не повинен бути відомий нікому, окрім учасників переговорів. Тому тут часто застосовують термін таємний ключ. А самі системи називають шифрами на таємному ключі. Загальна схема процесу передачі повідомлення приведена на рис.6.1.

Рис. 6.1. Загальна схема процесу передачі повідомлення

Рис. 6.2. Асиметричне шифрування

У асиметричному шифруванні (рис.6.2.) для шифрування повідомлення використовуються один ключ, а для дешифрування – інший. Таким чином, прочитати зашифрований текст можливо, тільки при наявності ключа дешифрування. Тому ключ шифрування може бути відомий всім користувачам мережі та носить назву відкритого ключа. А ключ дешифрування називають закритим. Самі ж асиметричні системи отримали назву шифру на відкритому ключі. Асиметричні шифри немає сенсу використовувати для захищеного зберігання документів. Їх призначення – захист повідомлень, електронна пошта, тощо.

Наступним критерієм класифікації шифрів є схема обробки ними потоку інформації.Згідно йому симетричні криптоалагоритми поділяються на: поточні та блочні шифри. Поточний шифр здатний обробляти інформацію побітно. Така схема дуже зручна в каналах послідовного зв’язку, де сам процес передачі інформації може обриватися в будь який момент а потім продовжуватся далі.

Така обробка інформації є досить повільною і тому, враховуючи можливості сучасних процесорів здійснювати паралельну обробку, застосовують інші принципи криптографічних перетворень, які носять назву блочних шифрів. Основним законом блочного шифрування є „або блок, або нічого”. Тобто перетворення можуть здійснюватися тільки над інформацією строго визначеного обсягу. Розмір блоку на сьогоднішній день дорівнює 64, 128 або 256 бітам. Часткове шифрування (наприклад намагання обробити 177 біт) неможливе. Блочне шифрування отримало значно ширше розповсюдження завдяку розвитку обчислювальної техніки. Отже, якщо поточні шифри однаково часто реалізуються як програмно, так і апаратно, то блочні шифри в своїй більшості мають програмну реалізацію.

Теоретично можливо створення поточних асиметричних систем, але практичної цінності такі системи не будуть мати. Метою шифрування на відкритому ключі є конфіденційність деякого повідомлення, тому етап нагромадження в буфері та блочність тут має місце.

Загальна схема класифікації шифрів наведена на рис.6.3.

Як було зазначено вище, абсолютна стійкість шифру може бути досягнута тільки у випадку, коли розмір ключа дорівнює або перевищує розмір первісного повідомлення. Якщо ж розмір ключа менше за обсяг первісного повідомлення, тоді втрачається непередбаченість. Причина цього криється в надлишковості будь-якої національної мови. Будь яка людина може визначити з будь якого невеликого тексту, можливий (має зміст) чи ні він у рідній мові. Ключ вважається підібраним, якщо в результаті дешифрування в повідомленні визначилася частина, яка має сенс. Таким чином, будь-який шифр, довжина якого менше довжини повідомлення., яке передається, не є абсолютно стійким. Його можна завжди розкрити хоча б повним перебором всіх можливих ключів до появи фрази, яка має сенс. Тобто можна говорити тільки про практичну стійкість шифру.

Практично стійким називають шифр, до якого не можна застосувати будь які результативні методи атаки окрім повного перебору всіх можливих ключів.

Рис. 6.3. Загальна схема класифікації шифрів

Як було зазначено вище, абсолютна стійкість шифру може бути досягнута тільки у випадку, коли розмір ключа дорівнює або перевищує розмір первісного повідомлення. Якщо ж розмір ключа менше за обсяг первісного повідомлення, тоді втрачається непередбаченість. Причина цього криється в надлишковості будь-якої національної мови. Будь яка людина може визначити з будь якого невеликого тексту, можливий (має зміст) чи ні він у рідній мові. Ключ вважається підібраним, якщо в результаті дешифрування в повідомленні визначилася частина, яка має сенс. Таким чином, будь-який шифр, довжина якого менше довжини повідомлення., яке передається, не є абсолютно стійким. Його можна завжди розкрити хоча б повним перебором всіх можливих ключів до появи фрази, яка має сенс. Тобто можна говорити тільки про практичну стійкість шифру.

Практично стійким називають шифр, до якого не можна застосувати будь які результативні методи атаки окрім повного перебору всіх можливих ключів.

Розглянемо основні види атак, яким повинен протистояти стійкий шифр.

Атака на основі шифротексту – це намагання зловмисника виявити або первісний текст, або ключ шифрування за допомогою досить великого обсягу зашифрованих даних.

Атака на основі відомого відкритого тексту – ситуація коли зловмисник знає і первісний і перетворений в процесі шифрування текст, та бажає дізнатися про ключ шифрування. Справа в тім, що зловмисник у 99% випадків знає яку-небудь додаткову інформацію про первісний текст. Тому стійкість шифрів до такої атаки, тобто невідтворність відносно ключа є такою ж важливою метою їх розробки, як і захист від першого типу атак.

Атака на основі вибраного відкритого тексту є модифікацією попередньої атаки у тому випадку, коли зловмисник знаходиться серед обслуговуючого персоналу системи та може нав’язати службі шифрування яку інформацію треба передати по криптоканалу. Практично стійкий шифр повинен витримувати величезну кількість подібних намагань, не давши зловмиснику ніякої нової інформації про ключ шифрування.

Якщо протягом досить великого проміжку часу (десятки років) на якийсь шифр не знайдено жодного способу злому. То він вважається надійним шифром. Але, треба пам’ятати, що в будь який момент якийсь шифр може покинути сукупність надійних шифрів у зв’язку з відкриттям якоїсь нової математичної теореми або метода криптоаналіза. Наприклад, після доведення Д.Мессі та Е.Берлекампом теореми про те, що при перехваті біт шифруючої послідовності лінійного регістру зсуву завжди можна відновити його внутрішню структуру, лінійні регістри зсуву покинули клас надійних шифрів та застосовуються тільки як складові елементи більш складних криптоалгоритмів. До цих пір не існує теорії, яка дозволяє генерувати надійні на 100% практично стійкі шифри.

Отже. Будь який шифр можна відкрити простим перебором ключів. Все залежить від розміру ключа, який визначає кількість часу щоб перебрати всі варіанти. Так, якщо довжина ключа 32 біта (4 млрд. варіантів), то треба декілька днів (або тижнів) для його відкриття. Ключі довжиною 128 біт у сучасних надійних шифрах не можливо відкрити повним перебором на сучасних ЕОМ. Рекомендована довжина ключів для комерційних цілей 192 біта, а для державних 256 біт. Тобто зроблено запас на декілька десятків років, з урахуванням бурхливого розвитку сучасних ЕОМ.