Анин Б.Ю. Защита компьютерной информации

Подождите немного. Документ загружается.

(http://www.ssh.fi) и в настоящее время имеет множество реализаций,

доступных бесплатно через Internet. SSL представляет собой защищенный

протокол для осуществления безопасной передачи сообщений по

компьютерной сети с помощью шифрования.

Особую известность среди компьютерных пользователей приобрела

серия программных пакетов, предназначенных для защиты передаваемых по

сети данных путем шифрования и объединенных присутствием в их названии

аббревиатуры PGP, которая означает Pretty Good Privacy. Бесплатно

распространяемые версии программ шифрования из этой серии можно

отыскать в Internet по адресу http://www.pgpi.org.

Криптографические

методы защиты

информации

Глава 5

Основы криптографии

Зачем нужна криптография

Криптография бывает разная. Есть криптография, которая не позволяет

вашему малолетнему сынишке насладиться созерцанием изображений

обнаженной натуры, втайне переписанных вами ночью из сети Internet на

домашний компьютер. Но кроме этого существует и криптография, которая не

дает вашему правительству узнать про вас то, что вы не хотите, чтобы оно

знало.

Если я напишу письмо, положу его в сейф, а сейф спрячу подальше от

посторонних глаз и на спор попрошу вас прочесть мое письмо, — это не

безопасность, а банальная игра в прятки. Но если я предоставлю вам свободный

доступ не только к моему запертому сейфу, но и к сотне других подобных ему

сейфов, к их ключевым комбинациям, позволю вам и лучшим взломщикам

сейфов в мире во всех подробностях изучить конструкцию моего сейфа вместе

с замком, но все равно никто не сможет открыть мой сейф и прочесть

находящееся в нем письмо — вот это настоящая безопасность!

В течение многих лет такая криптография была прерогативой

исключительно военных. Агентство национальной безопасности (АНБ)

США, а также соответствующие ведомства в Англии, России, и в других

развитых странах тратили огромные деньги на обеспечение безопасности

собственных линий связи и на добывание полезной информации из чужих. А

простые граждане, не имея достаточных финансовых средств и не обладая

необходимыми знаниями, были бессильны защитить свою частную жизнь от

вмешательства со стороны государства.

За последние 20 лет положение в корне изменилось. Этому

способствовали чрезвычайно интенсивные научные исследования в области

криптографии, которые привели к тому, что современная компьютерная

криптография “обитает” не только в стенах строго охраняемых военных

учреждений, но и на страницах общедоступных журналов, монографий и

учебников. Теперь при желании кто угодно может зашифровать свои данные

таким образом, чтобы защитить их от самого могущественного противника —

правительственных ведомств, специализирующихся на краже информации.

Нуждается ли рядовой обыватель в подобной защите? Конечно,

нуждается. Под ее прикрытием он может вести учет своих финансовых затрат,

не опасаясь, что с ними ознакомятся налоговые службы. Он может

разрабатывать новое изделие для последующей выгодной продажи на рынке,

надежно пряча детали своей разработки от конкурентов. Он может завести

любовницу и не бояться, что волей случая жена окажется посвященной в

подробности его тайной любовной переписки. Ведь любой не застрахован от

ситуации, когда он занимается какой-то деятельностью, которую он сам не

считает незаконной, но которая впоследствии может быть объявлена кем-то вне

закона. Каковы бы ни были причины, человек имеет право на частную жизнь, в

том числе — на сохранение в тайне любых сведений, которые он сочтет

нужным не предавать огласке. И никому, в том числе и государству, не должно

быть до них никакого дела.

На практике все обстоит совершенно иначе. Своим Указом № 334 от

3 апреля 1995 г. президент России строго-настрого запретил “деятельность

юридических и физических лиц, связанную с разработкой, производством,

АНБ создано 4 ноября 1952 г. согласно секретной директиве президента США.

Основные функции АНБ состоят в перехвате и чтении переписки всех без исключения

зарубежных государств, независимо от того, дружественно или враждебно они настроены по

отношению к США.

реализацией и эксплуатацией шифровальных средств, [...] предоставлением

услуг в области шифрования информации”, без государственных лицензий. А

российские спецслужбы обязал “осуществлять выявление юридических и

физических лиц, нарушающих требования настоящего Указа”. Что с такими

лицами будут делать — вырывать им ноздри или просто ставить клеймо на лоб,

чтобы другим неповадно было, — в президентском Указе не сказано. Но и без

этого у государственных чиновников в России появились все необходимые

полномочия, чтобы при необходимости можно было воспрепятствовать

внедрению надежных систем криптографической защиты информации. Надо

сказать, что аналогично действует и американское правительство, которое

путем введения государственного стандарта шифрования с передачей ключей

на хранение пытается узаконить для себя право шпионить за своими

гражданами.

Таким образом, становится совершенно очевидно, что надежность

шифровальных средств — традиционно лишнее качество для “Большого

брата”, независимо от его национальной принадлежности. Совершенно в духе

знаменитого романа “1984”, принадлежащего перу английского писателя

Джорджа Оруэлла, звучат аргументы сторонников введения ничем не

ограниченного права государства на перехват информации частного характера.

Они заявляют, что с человеком, которому есть что скрывать от собственного

государства, происходит что-то неладное, поэтому к нему необходимо как

следует присмотреться.

В любом демократическом государстве правоохранительным органам

традиционно предоставлялась возможность на законных основаниях вести

слежку, если разрешение на нее было получено в судебном порядке. Ныне

этого недостаточно: правительства принуждают своих граждан самих принять

все необходимые меры, чтобы можно было без помех вести за ними

наблюдение. Тем самым государственная власть узурпирует права, которые в

демократическом государстве должны принадлежать народу. И если в такой

стране начнет править диктатор, его власть будет неограниченной. Свергнуть

его будет невозможно, ибо любая попытка граждан объединиться вместе,

чтобы противостоять диктатуре, станет ему известна. Настолько всемогущей

является современная технология.

В связи с вышесказанным необходимо, чтобы все спецслужбы, которые

обладают правом доступа к современным техническим средствам слежки за

гражданами своей страны, действовали в рамках законности и под контролем

компетентных органов, подотчетных народу, ибо пересечь обратно границу,

один раз перейденную в направлении от демократии к диктатуре, будет уже

невозможно. Ведь даже в США — стране с самой развитой, по общему

признанию, демократией в м ире, никто не имеет достаточных гарантий того,

что не разделит судьбу многих честных соотечественников, которые в разное

время подвергались преследованию только потому, что их убеждения были

неугодны властям.

Самая затяжная и беспощадная война нашего столетия ведется

поразительно тихо. В ней обходятся без ракетно-бомбовых ударов и без

расстрела заложников. Однако и здесь порочат, калечат и уничтожают людей

точно так же, как и на обычной войне. А отвоевываются не чужие территории

или право распоряжаться судьбами побежденных, а информация. И

противостоят друг другу не “хорошие” и “плохие” парни, даж е не озверевшие

наемники, а государство и его граждане.

В информационной войне государство пользуется двумя основными

видами оружия. Во-первых, в любую сертифицированную государством

систему защиты информации встраивается так называемый потайной ход,

который иногда еще именуют лазейкой. Еще в 1991 г. в сенат США был внесен

законопроект, который требовал, чтобы любое американское

криптографическое оборудование содержало потайной ход, известный АНБ.

Поэтому совершенно не удивительно, что один из крупнейших разработчиков

криптографического оборудования в США— компания AT&T — нисколько не

скрывает того факта, что у американского правительства есть “ключики” от

“потайных ходов”, ведущих во все ее системы вне зависимости от того,

насколько сложные пароли придумают неискушенные пользователи.

Второй способ обмана граждан является более изощренным и состоит в

применении системы с депонированием ключей. В этом случае прочесть

сообщение можно только при наличии всех частей ключа, использованного для

засекречивания этого сообщения. Тайна переписки гарантируется до тех пор,

пока государству не понадобится с ней ознакомиться. Тогда стоит заручиться

согласием, скажем, тех доверенных лиц или организаций, которым были

отданы на хранение части ключа, — и тайное станет явным. В США данный

подход был подвергнут справедливой критике со стороны большинства

специалистов, а корпоративные пользователи с негодованием отвергли саму

идею довериться правительству в таком деликатном вопросе, как коммерческая

тайна. И это в законопослушной Америке, где ставшие явными попытки

спецслужб вторгнуться в частную жизнь своих граждан встречают

немедленный и достойный отпор!

Из сказанного следует сделать один важный вывод. Недостаточно уметь

защищать себя с помощью закона, непременно требуется еще и

криптографическая защита. Шифрование играет слишком большую роль в

современном мире, чтобы отдать его на откуп государству.

Криптографические средства можно объявить вне закона. Но ваша личная

информация всегда будет легальной, и, следовательно, должна быть надежно

защищена от посторонних.

Терминология

Шифрование и расшифрование

Предположим, что отправитель хочет послать сообщение получателю.

Более того, отправитель желает засекретить это сообщение, чтобы никто, кроме

получателя, не смог его прочитать.

Сообщение состоит из открытого текста. Процесс преобразования

открытого текста с целью сделать непонятным его смысл для посторонних

называется шифрованием. В результате шифрования сообщения получается

шифр-текст. Процесс обратного преобразования шифртекста в открытый текст

называется расшифрованием.

Наука, которая учит, как следует поступать, чтобы сохранить содержание

сообщений в тайне, называется криптографией. Людей, занимающихся

криптографией, зовут криптографами. Криптоаналитики являются

специалистами в области криптоанализа — науки о вскрытии шифров, которая

отвечает на вопрос о том, как прочесть открытый текст, скрывающийся под

шифрованным. Раздел науки, объединяющий криптографию и криптоанализ,

именуется криптологией.

Обозначим открытый текст буквой Р (от английского слова plaintext). Это

может быть текстовый файл, битовое изображение, оцифрованный звук — что

угодно. Единственное ограничение связано с тем, что, поскольку предметом

изложения является компьютерная криптография, под Р понимаются

исключительно двоичные данные.

Шифртекст обозначается буквой С (от английского слова ciphertext) и

также представляет собой двоичные данные. Объем полученного шифртекста

иногда совпадает с объемом соответствующего открытого текста, а иногда

превышает его. После зашифрования преобразованный открытый текст может

быть передан по каналам компьютерной сети или сохранен в памяти

компьютера.

На вход функции шифрования Е подается Р, чтобы на выходе получить С.

В обозначениях, принятых в математике, это записывается как:

Е(Р) = С

При обратном преобразовании шифртекста в открытый текст на вход

функции расшифрования D поступает С, а на выходе получается Р:

D(C) = М

Поскольку смысл любого криптографического преобразования открытого

текста состоит в том, чтобы потом этот открытый текст можно было

восстановить в первозданном виде, верно следующее соотношение:

D(E(P)) = Р

Аутентификация, целостность и неоспоримость

Помогая сохранить содержание сообщения в тайне, криптография может

быть использована, чтобы дополнительно обеспечить решение следующих

задач:

 Аутентификация. Получателю сообщения требуется убедиться, что оно

исходит от конкретного отправителя. Злоумышленник не может

прислать фальшивое сообщение от чьего-либо имени.

 Целостность. Получатель сообщения в состоянии проверить, были ли

внесены какие-нибудь изменения в полученное сообщение в ходе его

передачи. Злоумышленнику не позволено заменить настоящее

сообщение на фальшивое.

 Неоспоримость. Отправитель сообщения должен быть лишен

возможности впоследствии отрицать, что именно он является автором

этого сообщения.

Перечисленные задачи часто приходится решать на практике для

организации взаимодействия людей при помощи компьютеров и компьютерных

сетей. Подобные же задачи возникают и в случае личностного человеческого

общения: часто требуется проверить, а действительно ли ваш собеседник тот, за

кого он себя выдает, и подлинны ли предъявленные им документы, будь то

паспорт, водительское удостоверение или страховой полис. Вот почем у в

обыденной жизни не обойтись без аутентификации, проверки целостности и

доказательства неоспоримости, а значит и без криптографии.

Шифры и ключи

Криптографический алгоритм, также называемый шифром или

алгоритмом шифрования, представляет собой математическую функцию,

используемую для шифрования и расшифрования. Если быть более точным,

таких функций две: одна применяется для шифрования, а другая — для

расшифрования. Когда надежность криптографического алгоритма

обеспечивается за счет сохранения в тайне сути самого алгоритма, такой

алгоритм шифрования называется ограниченным. Ограниченные алгоритмы

представляют значительный интерес с точки зрения истории криптографии,

однако совершенно непригодны при современных требованиях, предъявляемых

к шифрованию. Ведь в этом случае каждая группа пользователей, желающих

обмениваться секретными сообщениями, должна обзавестись своим

оригинальным алгоритмом шифрования. Применение готового оборудования и

стандартных программ исключено, поскольку тогда любой сможет приобрести

это оборудование и эти программы и ознакомиться с заложенным в них

алгоритмом шифрования. Придется разрабатывать собственный

криптографический алгоритм, причем делать это надо будет каждый раз, когда

кто-то из пользователей группы захочет ее покинуть или когда детали

алгоритма случайно станут известны посторонним.

В современной криптографии эти проблемы решаются с помощью

использования ключа, который обозначается буквой К (от английского слова

key). Ключ должен выбираться среди значений, принадлежащих множеству,

которое называется ключевым пространством. И функция шифрования Е, и

функция расшифрования D зависят от ключа. Сей факт выражается

присутствием К в качестве подстрочного индекса у функций Е и D:

(Р) = С

(С) = Р

По-прежнему справедливо следующее тождество:

(Е

(Р)) = Р

Некоторые алгоритмы шифрования используют различные ключи для

шифрования и расшифрования. Это означает, что ключ шифрования К

отличается от ключа расшифрования К

. В этом случае справедливы

следующие соотношения:

Надежность алгоритма шифрования с использованием ключей

достигается за счет их надлежащего выбора и последующего хранения в

строжайшем секрете. Это означает, что такой алгоритм не требуется держать в

тайне. Можно организовать массовое производство криптографических

средств, в основу функционирования которых положен данный алгоритм.

Знание криптографического алгоритма не позволит злоумышленнику прочесть

зашифрованные сообщения, поскольку он не знает секретный ключ,

использованный для их зашифрования.

Под криптосистемой понимается алгоритм шифрования, а также

множество всевозможных ключей, открытых и шифрованных текстов.

Симметричные алгоритмы шифрования

Существуют две разновидности алгоритмов шифрования с

использованием ключей — симметричные и с открытым ключом.

Симметричным называют криптографический алгоритм, в котором ключ,

используемый для шифрования сообщений, может быть получен из ключа

расшифрования и наоборот. В большинстве симметричных алгоритмов

применяют всего один ключ. Такие алгоритмы именуются одноключевыми, или

алгоритмами с секретным ключом, и требуют, чтобы отправитель сообщений и

их получатель заранее условились о том, каким ключом они будут

пользоваться. Надежность одноключевого алгоритма определяется выбором

ключа, поскольку его знание дает возможность злоумышленнику без помех

расшифровывать все перехваченные сообщения. Поэтому выбранный ключ

следует хранить в тайне от посторонних.

Шифрование и расшифрование в симметричных криптографических

алгоритмах задаются уже знакомыми формулами:

(Р) = С

Симметричные алгоритмы шифрования бывают двух видов. Одни из них

обрабатывают открытый текст побитно. Они называются потоковыми

алгоритмами, или потоковыми шифрами. Согласно другим, открытый текст

разбивается на блоки, состоящие из нескольких бит. Такие алгоритмы

называются блочными, или блочными шифрами. В современных компьютерных

алгоритмах блочного шифрования обычно длина блока составляет 64 бита.

Алгоритмы шифрования с открытым ключом

Алгоритмы шифрования с открытым ключом, также называемые

асимметричными алгоритмами шифрования, устроены так, что ключ,

используемый для шифрования сообщений, отличается от ключа,

применяемого для их расшифрования. Более того, ключ расшифрования не

может быть за обозримое время вычислен, исходя из ключа шифрования. Свое

название алгоритмы с открытым ключом получили благодаря тому, что ключ

шифрования не требуется держ ать в тайне. Любой может им воспользоваться,

чтобы зашифровать свое сообщение, но только обладатель соответствующего

секретного ключа расшифрования будет в состоянии прочесть это

шифрованное сообщение. Ключ шифрования обычно называют открытым

ключом, а ключ расшифрования — тайным ключом. Иногда тайный ключ

называют также секретным, однако чтобы избежать путаницы с

симметричными алгоритмами, это название не будет использоваться при

дальнейшем изложении.

Несмотря на тот факт, что сообщения шифруются с помощью открытого

ключа, а расшифровываются с помощью тайного ключа, процесс шифрования и

расшифрования все равно записывается так:

Иногда сообщения шифруются с использованием тайного ключа, а

расшифровываются посредством открытого ключа. Несмотря на возможную

путаницу, этот факт математически по-прежнему выражается в виде:

Криптоаналитические атаки

Криптография ставит своей целью сохранение переписки в тайне от

посторонних людей, которые захотят с ней ознакомиться. Таких людей

криптографы называют злоумышленниками, противниками, перехватчиками

или просто врагами. При этом предполагается, что они могут перехватывать

любые сообщения, которыми обмениваются отправитель и получатель.

Криптоанализ заключается в получении доступа к открытом у тексту

шифрованного сообщения. В ходе успешного криптоаналитического

исследования криптосистемы может быть найден не только открытый текст, но

и сам ключ. Криптоаналитик занимается поисками слабостей в криптосистеме,

которые могут позволить ему прочесть шиф рованное сообщение, или отыскать

ключ, или и то, и другое вместе. Если противник узнал ключ не с помощью

криптоанализа, а каким-то другим способом (выкрал или купил), то говорят,

что ключ был скомпрометирован.

Попытка криптоанализа называется атакой. Успешная

криптоаналитическая атака зовется взломом, или вскрытием.

В современной криптологии принято считать, что надежность шифра

определяется только секретностью используемого ключа. Правило, впервые

сформулированное голландцем А. Керкхоффом (1835—1903), гласит о том, что

весь механизм шифрования, за исключением значения ключа,

предположительно известен противнику. Это предположение является

довольно естественным. Например, хотя ФАПСИ вряд ли знакомит АНБ со

своими криптографическими алгоритмами, какое-то представление о них там

все равно имеется. Следовательно, правило Керкхоффа является относительно

хорошим допущением при рассмотрении надежности алгоритмов шифрования.

Если шифр невозможно взломать, зная абсолютно все детали алгоритма

шифрования, значит это тем более нельзя сделать, не обладая подобными

знаниями во всей их полноте.

Известны 4 основных типа криптоаналитических атак. При рассмотрении

каждой из них подразумевается, что криптоаналитик в курсе всех деталей

подвергаемого криптоанализу алгоритма шифрования.

1. Атака со знанием только шифртекста. В распоряжении

криптоаналитика имеются несколько сообщений, которые были

зашифрованы с использованием одного и того же алгоритма

шифрования. Задача криптоаналитика состоит в нахождении

открытого текста наибольшего числа перехваченных сообщений. Он

может также попытаться найти ключи, которые применялись для

шифрования этих сообщений, чтобы потом прочесть другие

сообщения, зашифрованные с использованием тех же ключей.

Дано:

100