5.4 Личностная криптография с открытыми ключами

Алиса хочет отправить Бобу безопасное сообщение. Она не хочет получать свой открытый ключ с сервера ключей, она не хочет проверять подпись некоторой заслуживающей доверия третьей стороны на сертификате своего открытого ключа, и она даже не хочет хранить открытый ключ Боба в своем компьютере. Она хочет просто послать ему безопасное сообщение.

Эту проблему решают личностные криптосистемы, иногда называемые системами с Неинтерактивным разделением ключей (Non-Interactive Key Sharing, NIKS) [1422]. Открытый ключ Боба основывается на его имени и сетевом адресе (телефонном номере, почтовом адресе или чем-то подобном). В обычной криптографии с открытыми ключами Алисе нужен подписанный сертификат, связывающий личность Боба и его открытый ключ. В личностной криптографии открытый ключ Боба и есть его личность. Это действительно свежая идея является почти совершенной для почтовой системы - Если Алиса знает адрес Боба, она может безопасно посылать ему почту, что делает криптографию прозрачной, насколько это вообще возможно.

Система основана на выдаче Трентом ключей пользователям в зависимости от их личности. Если закрытый ключ Алисы будет скомпрометирован, ей придется изменить одно из свойств, определяющих ее личность. Серьезной проблемой является проектирование системы таким образом, чтобы сговор нечестных пользователей не мог привести к подделке ключа.

При разработке математики таких схем, обеспечение безопасности которых оказалось зверски сложным, был выполнен большой объем работы - главным образом в Японии. Многие предложенные решения содержат выбор Трентом случайного числа для каждого пользователя - по моему, это угрожает самой идее таких систем. Ряд алгоритмов, рассматриваемых в главах 19 и 20, могут быть личностными. Подробности алгоритмов и криптосистем можно найти в [191, 1422, 891, 1022, 1515, 1202, 1196, 908, 692, 674, 1131, 1023, 1516, 1536, 1544, 63, 1210, 314, 313, 1545, 1539, 1543, 933, 1517, 748, 1228]. Алгоритм, который не использует случайных чисел, описан в [1035]. Система, обсуждаемая в [1546, 1547, 1507], ненадежна против вскрытия с использованием выбранного открытого ключа, то же самое можно сказать и о системе, предложенной как NIKS-TAS [1542, 1540, 1541, 993, 375, 1538]. По правде говоря, среди предложенного нет ничего одновременно практичного и безопасного.

5.5 Рассеянная передача

Криптограф Боб безнадежно пытается разложить на множители 500-битовое число n. Он знает, что оно является произведением пяти 100-битовых чисел, и ничего больше. (Вот проблема. Если он не восстановит ключ, ему придется работать сверхурочно, и он не попадет на еженедельную игру с Алисой в мысленный покер.) Что же делать? И вот появляется Алиса:

"Мне посчастливилось узнать один из множителей числа", - говорит она, - "и я продам его тебе за 100 долларов. По доллару за бит." Показывая свою серьезность, она собирается использовать схему вручения бита, вручая каждый бит отдельно.

Боб заинтересован, но только за 50 долларов. Алиса не хочет сбрасывать цену и предлагает продать Бобу половину битов за половину стоимости. "Это заметно сократит тебе работу", -.

"Но как я узнаю, что твое число действительно является множителем n. Если ты покажешь мне число и позволишь мне убедиться, что оно действительно является множителем, я соглашусь с твоими условиями", - говорит Боб.

Они в патовой ситуации. Алиса не может убедить Боба в том, что она знает сомножитель n, не раскрыв его, а Боб не хочет покупать 50 битов, которые вполне могут оказаться бесполезными.

Эта история, утащенная у Джо Килиана [831], вводит понятие рассеянной передачи. Алиса передает Бобу группу сообщений. Боб получает некоторое подмножество этих сообщений, но Алиса не знает, какие из сообщений Боб получил. Однако, это не полностью решает проблему. Когда Боб получит случайную половину битов, Алисе придется убеждать его, используя доказательство с нулевым знанием, что она послала часть множителя n.

В следующем протоколе Алиса посылает Бобу одно из двух сообщений. Боб получает сообщение, но какое - Алиса не знает.

1. Алиса генерирует две пары открытый ключ/закрытый ключ, всего четыре ключа. Она посылает оба открытых ключа Бобу.

2. Боб выбирает ключ симметричного алгоритма (например, DES). Он выбирает один из открытых ключей Алисы и шифрует с его помощью свой ключ DES. Он посылает шифрованный ключ Алисе, не сообщая, какой из ее открытых ключей он использовал для шифрования.

3. Алиса дважды расшифровывает ключ Боба, используя оба своих закрытых ключа. В одном из случаев она использует правильный ключ и успешно расшифровывает ключ DES, присланный Бобом. В другом случае она использует неправильный ключ и получает бессмысленную последовательность битов, которая, тем не менее, похожа на случайный ключ DES. Так как ей неизвестен правильный открытый текст, она не может узнать, какой из ключей правилен.

4. Алиса зашифровывает каждое из своих сообщений каждым из ключей, полученных ею на предыдущем этапе (один из которых - настоящий, а другой - бессмысленный), и посылает оба сообщения Бобу.

5. Боб получает сообщения Алисы, одно из которых зашифровано правильным ключом DES, а другое - бессмысленным ключом DES. Когда Боб расшифровывает каждое из этих сообщений своим ключом DES, он может прочитать одно из них, а другое будет для него выглядеть полной бессмыслицей.

Теперь у Боба есть два сообщения Алисы, и Алиса не знает, какое из них Бобу удалось успешно расшифровать. К несчастью, если протокол остановится на этом этапе, Алиса сможет смошенничать. Необходим еще один этап.

6. Когда протокол завершится, и станут известны оба возможных результата передачи, Алиса должна передать Бобу свои закрытые ключи, чтобы он убедиться в отсутствии мошенничества. В конце концов, она могла зашифровать на этапе (4) обоими ключами одно и то же сообщение.

В этот момент, конечно же Боб сможет узнать и второе сообщение.

Протокол надежно защищен от взлома со стороны Алисы, потому что у нее нет возможности узнать, какой из двух ключей DES является настоящим. Оба из них она использует для шифрования своих сообщений, но Боб может успешно расшифровать только одно из них - до этапа (6). Протокол защищен и от взлома со стороны Боба, потому что до этапа (6) он не сможет получить закрытый ключ Алисы, чтобы определить ключ DES, которым зашифровано другое сообщение. На вид этот протокол может показаться просто усложненным способом бросать "честную" монету по модему, но он интенсивно используется во многих сложных протоколах.

Конечно же, ничто не может помешать Алисе послать Бобу два совершенно бессмысленных сообщения: "Мяу-мяу " и "Ты молокосос". Этот протокол гарантирует, что Алиса передаст Бобу одно из двух сообщений, но нет никакой гарантии, что Боб захочет получить любое из них.

В литературе можно найти и другие протоколы рассеянной передачи. Некоторые из них неинтерактивны, т.е. Алиса публикует свои два сообщения, а Боб может прочесть только одно из них. Он может сделать это, когда захочет, ему не нужно для этого связываться с Алисой [105].

В действительности на практике никто не использует протокол рассеянной передачи, но это понятие является важным блоком при построении других протоколов. Хотя существует много типов рассеянной передачи - у меня есть два секрета, а вы получаете один, у меня есть n секретов, а вы получаете один, у меня есть один секрет, который вы получаете с вероятностью 1/2 и так далее - все они эквивалентны [245, 391, 395].