31. Протоколювання й аудит, шифрування, контроль цілісності: Шифрування.

3. Шифрування

Ми приступаємо до розгляду криптографічних сервісів безпеки, точніше, до викладу елементарних відомостей, які допомагають скласти загальне уявлення про комп'ютерну криптографії та її місце у загальній архітектурі інформаційних систем.

Криптографія необхідна для реалізації, принаймні, трьох сервісів безпеки:

• шифрування;

• контроль цілісності;

• аутентифікація (цей сервіс був розглянутий нами раніше).

Шифрування - найбільш могутній засіб забезпечення конфіденційності. У багатьох відносинах воно займає центральне місце серед програмно-технічних регуляторів безпеки, будучи основою реалізації багатьох з них, і в той же час останнім (а часом і єдиним) захисним кордоном. Наприклад, для портативних комп'ютерів тільки шифрування дозволяє забезпечити конфіденційність даних навіть у разі крадіжки.

У більшості випадків і шифрування, і контроль цілісності грають глибоко інфраструктурну роль, залишаючись прозорими і для додатків, і для користувачів. Типове місце цих сервісів безпеки - на мережному і транспортному рівнях реалізації стека мережевих протоколів.

Розрізняють два основні методи шифрування: симетричний і асиметричний. У першому з них один і той же ключ (зберігається в секреті) використовується і для шифрування, і для розшифрування даних. Розроблено дуже ефективні (швидкі і надійні) методи симетричного шифрування. Існує й національний стандарт на подібні методи - ГОСТ 28147-89 "Системи обробки інформації. Захист криптографічний. Алгоритм криптографічного перетворення".

Рис. 11.1 ілюструє використання симетричного шифрування. Для визначеності ми будемо вести мову про захист повідомлень, хоча події можуть розвиватися не тільки в просторі, але і в часі, коли зашифровуються і розшифровуються нікуди не переміщаються файли.

Рис. 11.1. Використання симетричного методу шифрування.

Основним недоліком симетричного шифрування є те, що секретний ключ має бути відомий і відправнику, і одержувачу. З одного боку, це створює нову проблему розповсюдження ключів. З іншого боку, одержувач на підставі наявності зашифрованого і розшифрованого повідомлення не може довести, що він отримав це повідомлення від конкретного відправника, оскільки таке ж повідомлення він міг згенерувати самостійно.

В асиметричних методах використовуються два ключі. Один з них, несекретний (він може публікуватися разом з іншими відкритими відомостями про користувача), застосовується для шифрування, інший (секретний, відомий тільки одержувачу) - для розшифрування. Найпопулярнішим з асиметричних є метод RSA (Райвест, Шамір, Адлеман), заснований на операціях з великими (скажімо, 100-значними) простими числами та їхніми творами.

Проілюструємо використання асиметричного шифрування (див. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Використання асиметричного методу шифрування.

Істотним недоліком асиметричних методів шифрування є їх низька швидкодія, тому дані методи доводиться поєднувати з симетричними (асиметричні методи на 3 - 4 порядки повільніше).Так, для вирішення завдання ефективного шифрування з передачею секретного ключа, використаного відправником, повідомлення спочатку симетрично зашифровують випадковим ключем, потім цей ключ зашифровують відкритим асиметричним ключем одержувача,після чого повідомлення і ключ відправляються по мережі.

Рис. 11.3. ілюструє ефективне шифрування, реалізоване шляхом поєднання симетричного і асиметричного методів.

На рис. 11.4 показано розшифрування ефективно зашифрованого повідомлення.

Відзначимо, що асиметричні методи дозволили вирішити важливе завдання спільного вироблення секретних ключів (це суттєво, якщо сторони не довіряють одна одній), що обслуговують сеанс взаємодії, при початковому відсутності загальних секретів. Для цього використовується алгоритм Діффі-Хелмана.

Рис. 11.3. Ефективне шифрування повідомлення.

Рис. 11.4. Розшифрування ефективно зашифрованого повідомлення.

Певне поширення отримала різновид симетричного шифрування, заснована на використанні складових ключів. Ідея полягає в тому, що секретний ключ ділиться на дві частини, що зберігаються окремо. Кожна частина сама по собі не дозволяє виконати розшифрування. Якщо у правоохоронних органів з'являються підозри щодо особи, яка використовує певний ключ, вони можуть у встановленому порядку отримати половинки ключа і далі діяти звичайним для симетричного розшифрування чином.

Порядок роботи зі складовими ключами - хороший приклад дотримання принципу поділу обов’язків. Він дозволяє поєднувати права на різного роду таємниці (персональну, комерційну) з можливістю ефективно стежити за порушниками закону, хоча, звичайно, тут дуже багато тонкощів і технічного, і юридичного плану.

Багато криптографічні алгоритми в якості одного з параметрів вимагають псевдовипадкове значення, у разі передбачуваності якого в алгоритмі з'являється вразливість (подібне вразливе місце було виявлено у деяких варіантах Web-навігаторів). Генерація псевдовипадкових послідовностей - важливий аспект криптографії, на якому ми, проте, зупинятися не будемо.

Більш детальну інформацію про комп'ютерної криптографії можна почерпнути зі статті Г. Семенова "Не тільки шифрування, або Огляд криптотехнологій" (Jet Info, 2001, 3).

-------------------------------------------------- -----------------------------------------