13. Распределение секретных ключей. Подход на основе алгоритма традиционного шифрования. Продолжительность использования сеансового ключа.

В настоящее время распределение ключей между пользователями реализуется двумя способами:

4. прямым обменом сеансовыми ключами;

5. созданием одного или нескольких центров распределения ключей.

В связи с этим возможны следующие ситуации организации обмена ключами:

5. прямой обмен ключами;

6. обмен через посредника;

7. обмен через нескольких посредников.

Как правило, процедура распределения ключей применяется совместно с процедурой проверки подлинности участников обмена информацией. При этом возможны варианты протоколов распределения ключей с секретным и открытым ключом, то есть на основе одноключевых и двухключевых методов.

Протоколы распределения ключей с использованием одноключевых методов (с секретным ключом) существуют для двух ситуаций:

6. прямого обмена;

7. обмена через посредника.

При использовании протокола взаимного обмена с секретным ключом каждое передаваемое сообщение начинается с установления подлинности отправителя. Данный протокол предполагает, что отправитель А и получатель В для подтверждения подлинности сообщения используют секретный ключ К_АВ. Осуществление протокола взаимного обмена сеансовыми ключами К между абонентами происходит в последовательности.

Получатель сообщения — корреспондент В — посылает запрос ql отправителю А на получение сообщения. При этом запрос ql совершенно открыт и может быть послан любым абонентом сети.

Получатель В, приняв сообщение, формирует ответ f(q2) и шифрует его с помощью сеансового ключа К отправителя А в виде Eic(f(q2)), что убеждает корреспондента А в достоверности корреспондента В, т. к. им получено сообщение q2 и только они вдвоем знают ключ К.

При использовании протокола обмена ключами через посредника существует некоторое третье лицо (посредник С), которое выполняет только функцию подтверждения подлинности и не должно иметь информации о сеансовых ключах, которыми обмениваются корреспонденты А и В. Такая ситуация соответствует обмену ключами по незащищенному каналу связи.

Существующий протокол передачи ключа по незащищенному каналу используется, как правило, для разделения процедур подтверждения подлинности и распределения ключей. С этой целью посредник С выбирает несекретные числа аир, снабжает ими корреспондентов А и В (число р — простое число).

Функционирование протокола происходит в следующей последовательности. Пользователь А выбирает секретное число ХА и вычисляет уА. Пользователь В выбирает секретное число ХВ и вычисляет уВ. После этого пользователи А и В обмениваются вычисленными числами уА и уВ. Далее пользователи А и В самостоятельно вычисляют ключи КА и KB, которые в дальнейшем используются ими в качестве сеансового ключа, и в силу того, выполняется условие — КА = КВ.

14. Ключевая информация: сеансовый, секретный, мастер-ключ, открытый и закрытый ключ. Требования к качеству ключевой информации и источнику ключей.

Ключ — секретная информация, используемая криптографическим алгоритмом при шифровании/расшифровке сообщений, постановке и проверке цифровой подписи, вычислении кодов аутентичности

Секретные ключи — ключи, используемые в симметричных алгоритмах (шифрование, выработка кодов аутентичности). Главное свойство симметричных ключей: для выполнения как прямого, так и обратного криптографического преобразования (шифрование/расшифровывание, вычисление MAC/проверка MAC) необходимо использовать один и тот же ключ (либо же ключ для обратного преобразования легко вычисляется из ключа для прямого преобразования, и наоборот). С одной стороны, это обеспечивает более высокую конфиденциальность сообщений, с другой стороны, создаёт проблемы распространения ключей в системах с большим количеством пользователей.

Асимметричные ключи — ключи, используемые в асимметричных алгоритмах (шифрование, ЭЦП); вообще говоря, являются ключевой парой, поскольку состоят из двух ключей:

3. Закрытый ключ (en:Private key) — ключ, известный только своему владельцу. Только сохранение пользователем в тайне своего закрытого ключа гарантирует невозможность подделки злоумышленником документа и цифровой подписи от имени заверяющего.

4. Открытый ключ — ключ, который может быть опубликован и используется для проверки подлинности подписанного документа, а также для предупреждения мошенничества со стороны заверяющего лица в виде отказа его от подписи документа. Открытый ключ подписи вычисляется, как значение некоторой функции от закрытого ключа, но знание открытого ключа не дает возможности определить закрытый ключ.

Сеансовые ключи — ключи, вырабатываемые между двумя пользователями, обычно для защиты канала связи. Обычно сеансовым ключом является информация, которая вырабатывается на основе секретного ключа одной стороны и открытого ключа другой стороны. Существует несколько протоколов выработки сеансовых ключей и общих секретов, среди них, в частности, алгоритм Диффи — Хеллмана.

Мастер-ключ. Этот ключ применяют для шифрования, когда требуется сохранить их на диске. Обычно в каждом компьютере используется только один мастер-ключ.Мастер-ключ распространяется между участниками обмена неэлектронным способом – приличном контакте, чтобы исключить его перехват и/или компрометацию. Раскрытие противником значения мастер-ключа полностью уничтожает защиту компьютера.

Значение мастер-ключа фиксируется на длительное время (до нескольких недель или месяцев). Поэтому генерация и хранение мастер-ключей являются критическими вопросами криптографической защиты. На практике мастер-ключ компьютера создается истинно случайным выбором из всех возможных значений ключей. Мастер-ключ помещают в защищенный по считыванию и записи и от механических воздействий блок криптографической системы таким образом, чтобы раскрыть значение этого ключа было невозможно.

Требования к качеству ключевой информации и источнику ключей.

Ключ должен являться массивом статистически независимых битов, принимающих с равной вероятностью значения 0 и 1. При этом некоторые конкретные значения ключа могут оказаться «слабыми», то есть шифр может не обеспечивать заданный уровень стойкости в случае их использования. Однако, предположительно, доля таких значений в общей массе всех возможных ключей ничтожно мала. Поэтому ключи, выработанные с помощью некоторого датчика истинно случайных чисел, будут качественными с вероятностью, отличающейся от единицы на ничтожно малую величину. Если же ключи вырабатываются с помощью генератора псевдослучайных чисел, то используемый генератор должен обеспечивать указанные выше статистические характеристики, и, кроме того, обладать высокой криптостойкостью, не меньшей, чем у самого ГОСТа. Иными словами, задача определения отсутствующих членов вырабатываемой генератором последовательности элементов не должна быть проще, чем задача вскрытия шифра. Кроме того, для отбраковки ключей с плохими статистическими характеристиками могут быть использованы различные статистические критерии. На практике обычно хватает двух критериев, – для проверки равновероятного распределения битов ключа между значениями 0 и 1 обычно используется критерий Пирсона («хи квадрат»), а для проверки независимости битов ключа – критерий серий. Об упомянутых критериях можно прочитать в учебниках или справочниках по математической статистике.

Таблица замен является долговременным ключевым элементом, то есть действует в течение гораздо более длительного срока, чем отдельный ключ. Предполагается, что она является общей для всех узлов шифрования в рамках одной системы криптографической защиты. Даже при нарушении конфиденциальности таблицы замен стойкость шифра остается чрезвычайно высокой и не снижается ниже допустимого предела. К качеству отдельных узлов замен можно предъявить приведенное ниже требование. Каждый узел замен может быть описан четверкой логических функций, каждая из которых имеет четыре логических аргумента. Необходимо, чтобы эти функции были достаточно сложными. Это требование сложности невозможно выразить формально, однако в качестве необходимого условия можно потребовать, чтобы соответствующие логические функции, записанные в минимальной форме (т.е. с минимально возможной длиной выражения) с использованием основных логических операций, не были короче некоторого необходимого минимума. В первом и очень грубом приближении это условие может сойти и за достаточное. Кроме того, отдельные функции в пределах всей таблицы замен должны отличаться друг от друга в достаточной степени. На практике бывает достаточно получить узлы замен как независимые случайные перестановки чисел от 0 до 15, это может быть практически реализовано, например, с помощью перемешивания колоды из шестнадцати карт, за каждой из которых закреплено одно из значений указанного диапазона.