58. Основные понятия криптографии. Модели шифров. Блочные и поточные шифры. Понятие криптосистемы. Ключевая система шифра. Основные требования к шифрам.

Основные понятия криптографии.

Обеспечение конфиденциальности — решение проблемы защиты информации от ознакомления с ее содержанием со стороны лиц, не имеющих права доступа к ней. В зависимо­сти от контекста вместо термина "конфиденциальная" ин­формация могут выступать термины "секретная", "частная", "ограниченного доступа" информация.

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.

Обеспечение невозможности отказа от авторства — предотвращение возможности отказа субъектов от некоторых из совершенных ими действий. Рассмотрим средства для дос­тижения этих целей более подробно.

Криптография - математический аппарат, используемый для шифрования или аутентификации информации. (ГОСТ Р ИСО/TO 13569-2007).

Криптографическая защита - защита информации с помощью ее криптографического преобразования.

Криптографическое преобразование данных – преобразование данных при помощи шифрования и (или) имитовставки.

Криптоанализ - анализ криптографической системы и/или ее входов и выходов с целью получения конфиденциальных переменных и/или чувствительных данных, включая открытый текст.

Шифрование – процесс зашифрования или расшифрования.

Зашифрование данных – процесс преобразования открытых данных в зашифрованные при помощи шифра.

Расшифрование данных – процесс преобразования зашифрованных данных в открытые при помощи шифра.

Имитовставка – отрезок информации фиксированной длины, полученной по определенному правилу из открытых данных и ключа и добавленный к зашифрованным данным для обеспечения имитозащиты.

Имитозащита – защита системы шифрованной связи от навязывания ложных данных.

Шифр – совокупность обратимых преобразования множества возможных открытых данных на множество возможных зашифрованных данных, осуществляемых по определенным правилам с применением ключей.

Ключ – конкретное состояние некоторых параметров алгоритма криптографического преобразования данных, обеспечивающее выбор одного преобразования из совокупности всевозможных для данного алгоритма преобразований.

Гаммирование - процесс наложения по определенному закону гаммы шифра на открытые данные.

Электронная цифровая подпись - реквизит электронного документа, предназначенный для защиты данного электронного документа от подделки, полученный в результате криптографического преобразования информации с использованием закрытого ключа электронной цифровой подписи и позволяющий идентифицировать владельца сертификата ключа подписи, а также установить отсутствие искажения информации в электронном документе.

Целостность информации - устойчивость информации к несанкционированному или случайному воздействию на нее в процессе обработки техническими средствами, результатом которого может быть уничтожение и искажение информации.

Криптосистема – это совокупность алгоритмов зашифрования, расшифрования, ключей шифрования и технических средств, обеспечивающих функционирование данных алгоритмов.

Модели шифров.

Алгебраическая модель шифров:

– конечные множества возможных открытых текстов, ключей и шифрованных текстов;

– правило зашифрования на ключе , - множество правил зашифрования.

– правило зашифрования на ключе , - множество правил расшифрования.

Если представляется в виде k =(k₃, k_р) где k₃— ключ зашифрования, а k₃— ключ расшифрования (причем k₃ k_р), то Е_kпонимается как функция Е_k3,а D_k — как функция D_kp.

Модель шифра: сово­купность со свойствами:

1. (однозначность расшифрования) В то же время x может соответствовать нескольким y.

2.

Из условия 1 следует инъективность функции :

Шифр перестановки: Пусть и пусть , где - симметрическая группа подстановок множества (Грубо говоря, L – количество символов из алфавита A в шифруемом блоке). Для любого ключа k, открытого текста и шифрованного текста правила шифрования и расшифрования определяются формулами:

Шифр простой замены: Пусть , , где — симметрическая группа подстановок множества А. X и Y представляют собой объединения декартовых степеней множества А. Для любого ключа , открытого текста и шифрованного текста правила шифрования и расшифрования шифра простой замены в алфавите А определяются формулами:

В общем случае могут быть разными.

Вероятностная модель шифров:

_{Определим априорные распределения вероятностей P(X), P(K) на множествах Х и K соответственно. Тем самым для любого} определена вероятность и для любого — вероятность , причем выполняются равенства: Тогда вероятностная модель выглядит следующим образом:

Блочные шифры осуществляют преобразования блоками данных фиксированной длины.

Поточные шифры осуществляют преобразование каждого бита информации в зависимости от его позиции в шифруемом тексте и ключа шифрования.

Различают симметричные (ключи шифрования и расшифрования одинаковы) и асимметричные (ключи разные, один из которых является секретным, другой открытым) криптосистемы.

Ключевая система определяет порядок использования криптографической системы и включает системы установки и управления ключами.

Система установки ключей – определяет алгоритмы и процедуры генерации, распределения, передачи и проверки ключей.

Система управления ключами – определяет порядок использования, смены, хранения и уничтожения ключей.

Основные требования к шифрам:

В секрете держится только определенный набор параметров алгоритма (ключ), а остальные детали могут быть открыты без снижения стойкости алгоритма ниже допустимой величины.

Длина блока при блочном шифровании должна быть достаточной для того, чтобы исключить возможность статистического анализа.

Длина ключа должна быть достаточной, чтобы исключить возможность анализа с помощью перебора всех вариантов ключей.

Зависимость шифрованного текста от открытого текста и от ключа должна быть сложной и неочевидной (конфузия).

Изменение каждого бита ОТ и каждого бита ключа должны менять каждый бит ШТ с вероятностью близкой к ½ (диффузия).

Алгоритмы шифрования и расшифрования должны быть известными.

Функции шифрования и расшифрования должны быть легко вычислимы для любых текстов, если известен ключ/ключи, и трудно вычислимы в ином случае.

Вычисление ключей шифрования/расшифрования при наличии некоторого набора пар ОТ-ШТ, а также вычисление ключа шифрования из ключа расшифрования и наоборот (при атаке на шифр, а не при создании ключей) должно быть трудной вычислительной задачей.