7.5. Криптография
Самым надежным техническим методом ОБИ является криптография, обеспечивающая шифрование и расшифровывание конфиденциальных данных. Криптография также используется для подтверждения подлинности источника данных и контроля целостности данных. Заметим, что криптография всегда являлась обязательным элементом безопасных АС. Однако особое значение криптографические методы получили с развитием распределенных открытых сетей, в которых нельзя обеспечить физическую защиту каналов связи.
Классические криптографические методы разделяют на два основных типа:
симметричные;
асимметричные.
В симметричных методах для шифрования и расшифровывания используется один и тот же секретный ключ.
Наиболее известным стандартом на симметричное шифрование с закрытым ключом является стандарт для обработки информации в государственных учреждениях США DES (Data Encryption Standard). Алгоритм DES использует ключ длиной 56 бит, что требует от злоумышленника перебора 72 квадриллионов возможных ключевых комбинаций. Более криптостойкая (но втрое менее быстродействующая) версия алгоритма DES — Triple DES позволяет задать ключ длиной 112 бит.
Другим популярным алгоритмом шифрования является IDEA (International Data Encryption Algorithm), отличающийся применением ключа длиной 128 бит. Он считается более стойким, чем DES.
Отечественный подобный стандарт шифрования данных — ГОСТ 28147-89 “Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования” определяет алгоритм симметричного шифрования с ключом длиной до 256 бит.
Общая технология использования симметричного метода шифрования представлена на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Использование симметричного метода шифрования с закрытым ключом
К достоинствам симметричных методов относят высокое быстродействие и простоту.
Основным недостатком указанных методов является то, что ключ должен быть известен и отправителю, и получателю. Это существенно усложняет процедуру назначения и распределения ключей между пользователями. По существу, в открытых сетях должен быть предусмотрен физически защищенный канал передачи ключей.
Названный недостаток послужил причиной разработки методов шифрования с открытым ключом — асимметричных методов.
2. Асимметричные методы используют два взаимосвязанных ключа: для шифрования и расшифрования. Один ключ является закрытым и известным только получателю. Его используют для расшифрования. Второй из ключей является открытым, т.е. он может быть общедоступным по сети и опубликован вместе с адресом пользователя. Его используют для выполнения шифрования.
Формально асимметричный метод можно описать следующим образом. Обозначим результат шифрования текста T с помощью открытого ключа — E(T), а результат расшифровки текста с помощью закрытого ключа — D(T). Тогда асимметричный метод должен отвечать следующим трем требованиям:
D(E(T)) = T;
D практически невозможно определить по E;
Е нельзя взломать.
Преимущество указанного метода состоит в уменьшении количества ключей, с которыми приходится оперировать. Однако данный алгоритм имеет существенный недостаток — требует значительной вычислительной мощности. Использование асимметричного метода шифрования представлено на рисунке 8.6.
В настоящее время наиболее известными и надежными являются следующие асимметричные алгоритмы:
RSA (Rivest, Shamir, Adleman),
Эль Гамаля.
Алгоритм RSA принят в качестве следующих международных стандартов: ISO/IEC/DIS 9594-8 и X.509. Алгоритм использует факт, что нахождение больших (например, 100-битных) простых чисел в вычислительном отношении осуществляется легко, однако разложение на множители произведения двух таких чисел в вычислительном отношении представляется невыполнимым.
Другим известным методом является алгоритм Эль Гамаля, положенный в основу стандарта NIST1 — MD 20899. Алгоритм основан на возведении в степень по модулю большого простого числа.
Рис. 7.6. Использование метода шифрования с открытым ключом
Следует сказать, что, если алгоритмы типа DES определяют длину данных и ключа в битах, то асимметричные алгоритмы могут быть реализованы при любой длине ключа. Чем ключ длиннее, тем выше криптостойкость системы, но больше время шифрования и расшифровывания.
Как отмечалось, основным недостатком асимметричных алгоритмов является их низкое быстродействие: данные алгоритмы в несколько тысяч раз медленнее симметричных алгоритмов! Поэтому для исключения данного недостатка используют технологии сочетания симметричных и асимметричных методов шифрования. В частности, текст шифруется быстродействующим симметричным алгоритмом, а секретный (случайный) ключ, сопровождающий текст, — асимметричным алгоритмом.
Важным преимуществом асимметричных методов является возможность идентификации отправителя путем использования его электронной подписи. Идея технологии электронной подписи состоит в следующем. Отправитель передает два экземпляра одного сообщения: открытое и расшифрованное его закрытым ключом (т.е. обратно шифрованное). Получатель шифрует с помощью открытого ключа отправителя расшифрованный экземпляр. Если он совпадет с открытым вариантом, то личность и подпись отправителя считается установленной.
Формально выражаясь, асимметричный метод обеспечивает реализацию электронной подписи при выполнении следующего тождества:
E(D(T)) = D(E(T)) = T.
При практической реализации электронной подписи также шифруется не все сообщение, а лишь специальная контрольная сумма - хэш (hash total), защищающая послание от нелегального изменения. Важно, что электронная подпись здесь гарантирует как целостность сообщения, так и удостоверяет личность отправителя.
Вопросы реализации электронной подписи и вычисления ее хэша определены в отечественных стандартах “Информационная технология. Криптографическая защита информации”, а именно: ГОСТ Р 34.10-94 “Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма” и ГОСТ 34.11-94 “Функция хэширования”.
В заключении раздела отметим, что криптографические методы используются также для контроля целостности информации и программ. Для этого применяется шифрованная контрольная сумма исходного текста (имитоприставка), вычисленная с применением секретного ключа. В отличии от традиционной контрольной суммы (используемой для защиты от программно-аппаратных сбоев и ошибок), имитоприставка обеспечивает практически абсолютную защиту как от непреднамеренной, так и преднамеренной модификации данных или программы.