Анин Б.Ю. Защита компьютерной информации
Подождите немного. Документ загружается.
правительственные ведомства за хранящимся там депонируемым ключом,
расшифровать с его помощью сеансовый ключ, а затем прочесть искомый
открытый текст сообщения.
В самом общем случае Стандарт шифрования данных с депонированием
ключа реализуется с помощью следующего криптографического протокола:
1. Антон генерирует пару ключей, состоящую из открытого и тайного
ключа, и делит их на n частей.
2. Антон посылает каждую часть тайного ключа и соответствующую ей
часть открытого ключа отдельному доверенному лицу.
3. Каждое доверенное лицо проверяет полученные от Антона части
открытого и тайного ключа и помещает их на хранение в надежное
место.
4. Если правоохранительные органы добиваются разрешения
ознакомиться с перепиской Антона, они обращаются к его доверенным
лицам и реконструируют соответствующий тайный ключ.
Существуют различные варианты протокола шифрования данных с
депонированием ключа. Например, в него можно встроить пороговую схему,
чтобы для восстановления тайного ключа нужно было собрать не все n, а лишь
не менее m (m<n) частей этого ключа, распределенных Антоном среди своих
доверенных лиц. Кроме того, протокол шифрования данных с депонированием
ключа можно дополнить действиями, позаимствованными из протокола с
неосознанной передачей информации, чтобы доверенные лица не знали, чей
конкретно ключ они реконструируют в данный момент по просьбе
правоохранительных органов.
Депонирование ключей и политика
После заявления американского правительства о планах внедрения
Стандарта шифрования данных с депонированием ключа вокруг крошечной
кремниевой пластинки по имени Clipper разразился политический конфликт
такой силы, что в печати ее вскоре окрестили “Боснией телекоммуникаций”. В
непримиримой схватке лицом к лицу сошлись защитники национальной
безопасности США и поборники гражданских свобод вместе с поставщиками
информационных технологий.
Правительственные агентства США, особенно АНБ, убеждали
законодателей в том, что если использование стойких криптосистем станет
повсеместным, это даст возможность преступникам и враждебно настроенным
странам мешать расследованию их противоправной деятельности. Сторонники
депонирования ключей резонно напоминали о том, что успехи
криптоаналитических спецслужб англо-американских союзников в
значительной мере способствовали достижению победы во второй мировой
войне. Важная роль, которую криптоанализ играл в обеспечении безопасности
страны, была впоследствии подтверждена и американским послевоенным
201
законодательством, установившим контроль над экспортом шифраторов по тем
же правилам, которые действовали в отношении поставок военного
снаряжения. Примеру США последовали все государства, производящие
коммерческие программы шифрования, причем некоторые из них (Израиль,
Россия и Франция) также стали осуществлять контроль над импортом
шифровальных средств и их использованием внутри страны.
Кроме того, в ходе “холодной” войны АНБ неуклонно повышало свой
шпионский потенциал. Соответственно росло его влияние на политическую
жизнь страны. К началу 90-х годов АНБ превратилось в монстра, внушавшего
американским политикам и законодателям благоговейный страх. Для них
мнение руководства АНБ было намного весомее возражений его оппонентов. А
директор АНБ и его помощники неустанно твердили о том, что недоверие к
Стандарту шифрования данных с депонированием ключей вызвано, главным
образом, его незнанием. И в этом была доля правды, поскольку значительная
часть проекта с самого начала хранилась в строгой тайне, включая сам
алгоритм под условным названием Skipjack (Попрыгунчик), используемый для
шифрования сообщений.
Со своей стороны, борцы за гражданские права в США посчитали
решение, предложенное американской администрацией, еще большим злом,
чем проблемы, с которыми приходилось сталкиваться в борьбе с
преступностью и терроризмом. По их мнению, это предложение создавало
основу для превращения национальной информационной инфраструктуры
США в систему тотальной слежки, которая могла быть использована
практически бесконтрольно.
Сказано круто. Однако несмотря на их экстремизм , борцов за
гражданские права поддержали американские бизнесмены, для которых
повсеместное внедрение депонирования ключей представлялось слишком
сильнодействующим лекарством против преступности и терроризма. Ведь в
качестве побочного эффекта оно было способно серьезно задержать развитие
американской информационной инфраструктуры. Стандарт шифрования,
базирующийся на секретной технологии и обеспечивающий американцам
возможность доступа к каналам связи, которые этот стандарт предназначен
защищать, вряд ли может рассчитывать на принятие за пределами США. Для
сохранения ведущей позиции США на мировом рынке требуются разработка и
поддержка общедоступных стандартов защиты информации, которые в равной
мере обеспечивают интересы всех без исключения сторон.
Много неясностей было связано с системой передачи ключей на
хранение. Управляющие банками, компьютерными фирмами и представители
других отраслей почти в один голос заявили, что покуда ключи находятся у
правительства, игра ведется не по правилам. Некоторые из них даже
предложили отдавать ключи в руки неправительственных организаций, как это
делается, например, в Австралии и Канаде.
Кроме того, депонирование ключей обладает одним неустранимым
дефектом. Хорошая практика защиты сообщений с помощью шифрования
состоит в том, чтобы хранить ключи к шифрам только в течение короткого
202
периода времени, пока эти ключи действительно нужны. Затем устаревшие
ключи уничтожаются, после чего вероятность их воссоздания практически
равна нулю. Предложение передавать ключи на хранение лишает шифрование
этого преимущества, поскольку требует, чтобы ключи хранились бесконечно
долго и могли быть использованы для прочтения более ранних шифрованных
сообщений.
В настоящее время несколько влиятельных американских компаний
занимаются разработкой и внедрением альтернативных правительственным
систем надежного копирования ключей и хранения полученных копий в
интересах корпораций и индивидуальных пользователей. Ведь многие из них
сталкиваются с проблемой доступа к зашифрованным файлам, когда их
работники скоропостижно умирают, увольняются, уезжают в отпуск,
заболевают или просто бесследно исчезают. Различие между передачей копий
ключей правительству и хранением их в частном агентстве может для кого-то
показаться несущественным, но для корпораций эта разница может быть
решающей.
Коммерческие программные средства со встроенным депонированием
ключей шифруют файлы, используя стандартные алгоритмы шифрования, и
завершают эту процедуру добавлением зашифрованной копии использованного
ключа в полученный файл. Шифрование ключа производится с помощью
другого ключа. Как правило, это открытый ключ службы депонирования. После
этого обеспечить доступ к информации в файле могут либо владелец исходного
ключа, который был использован для шифрования файла, либо частное
агентство, где хранится соответствующий секретный ключ, который был
применен для шифрования исходного ключа.
О своей готовности выступить в качестве держателей депонированных
секретных ключей заявили многие американские компании, производящие
программное обеспечение. Но у них неожиданно появились серьезные
конкуренты: расширить пределы своей компетенции до хранения секретных
криптографических ключей собрались банки.
Таким образом, в конкурентную борьбу за право хранить у себя
резервные копии ключей к чужим шифрам вступили правительство, частные
фирмы, банки. Кто из них станет победителем в этом соревновании, — пока
неясно. Вероятно, будет найден какой-то компромиссный вариант, который
удовлетворит все соревнующиеся стороны.
203
Глава 8
Надежность
криптосистем
Безопасность криптосистем можно сравнить с надежностью цепи: чем
крепче ее самое слабое звено, тем труднее порвать эту цепь. В хорошей
криптосистеме должно быть досконально проверено все — алгоритм, протокол,
ключи и т. п. Е сли криптографический алгоритм достаточно стоек, а генератор
случайных чисел, используемый для порождения ключей, никуда не годится,
любой опытный криптоаналитик в первую очередь обратит внимание именно
на него. Если удастся улучшить генератор, но не будут зачищены ячейки
памяти компьютера после того, как в них побывал сгенерированный ключ,
грош цена такой безопасности.
Рассмотрим следующую ситуацию. В криптосистеме применяются
стойкий криптографический алгоритм и действительно случайные ключи,
которые аккуратно удаляются из памяти компьютера после их использования.
204
Однако перед шифрованием файл, в котором наряду с вашим адресом и
фамилией указаны все ваши доходы за текущий год, был по ошибке отправлен
электронной почтой в налоговую службу. В этом случае можно спросить, зачем
тогда вам понадобились и стойкий алгоритм, и случайные ключи, и зачистка
компьютерной памяти в придачу?!
Криптографу не позавидуешь: в проектируемой им криптосистеме он
должен предусмотреть защиту от атак всех типов, какие только сможет
придумать воспаленное воображение криптоаналитика. Криптоаналитику же
наоборот достаточно отыскать единственное слабое звено в цепи
криптографической защиты и организовать атаку только против этого звена.
Кроме этого, всегда следует учитывать, что на практике угроза
информационной безопасности любого объекта исходит не только от
криптоаналитика. В конце концов, каким бы длинным ни был
криптографический ключ, используемый вами для шифрования файлов, все
равно, если правоохранительным органам понадобится узнать, что хранится в
вашем компьютере, они просто установят камеру и скрупулезно запишут всю
информацию, появляющуюся на его экране. Недаром, по признанию
официальных лиц из АНБ, большинство сбоев в обеспечении информационной
безопасности происходит не из-за найденных слабостей в криптографических
алгоритмах и протоколах, а из-за вопиющих оплошностей при их реализации.
Какой бы стойкостью ни обладал криптографический алгоритм, ее не требуется
преодолевать в лоб, т. к. при успешной атаке ее удается попросту обойти.
Однако и пренебрегать хорошими криптографическими алгоритмами тоже не
следует, чтобы криптография не стала самым слабым звеном в цепи, которое не
выдержит напора атакующего.
Как выбрать хороший
криптографический алгоритм
При выборе хорошего криптографического алгоритма можно:
воспользоваться известным алгоритмом, сравнительно давно
опубликованным в специальном издании, посвященном проблемам
криптографии (если никто пока не сообщил о том, что сумел вскрыть
этот алгоритм, значит на него следует обратить внимание);
довериться известной фирме, специализирующейся на продаже
средств
шифрования (вряд ли эта фирма будет рисковать своим добрым
именем, торгуя нестойкими криптографическими алгоритмами);
обратиться к независимому эксперту (непредвзятость во мнении
позволит ему объективно оценить достоинства и недостатки различных
криптографических алгоритмов);
обратиться за поддержкой в соответствующее правительственное
205
ведомство (вряд ли правительство будет вводить своих граждан в
заблуждение, давая им ложные советы относительно стойкости того
или иного криптографического алгоритма);
попытаться создать собственный криптографический алгоритм.
Все перечисленные варианты имеют существенные изъяны. Не следует
полагаться только на одну фирму, на одного эксперта или на одно ведомство.
Многие люди, называющие себя независимыми экспертами, мало понимают в
криптографии. Большинство фирм, производящих средства шифрования, —
тоже ничуть не лучше. В АНБ и ФАПСИ работают лучшие криптографы в
мире, однако по понятным соображениям они не спешат поделиться своими
секретами с первым встречным. Впрочем, и со вторым тож е. И даже если вы
гений в области криптографии, глупо использовать криптографический
алгоритм собственного изобретения без того, чтобы его всесторонне не
проанализировали и не протестировали опытные криптологи.
Поэтому наиболее предпочтительной представляется первая из
перечисленных возможностей. Данный подход к оценке стойкости
криптографических алгоритмов можно было бы признать идеальным, если бы
не один его недостаток. К сожалению, ничего не известно о результатах
криптоаналитических исследований этих алгоритмов, которые несомненно
активно велись в прошлом и продолжают такж е активно проводиться во всем
мире многочисленными сотрудниками различных правительственных
ведомств, в компетенцию которых входят криптологические изыскания. Эти
ведомства, скорее всего, гораздо лучше финансируются, чем академические
институты, ведущие аналогичные исследования. Да и начали они заниматься
криптологией значительно раньше, чем ученые, не имеющие воинских званий,
и специалисты из частных фирм. Поэтому можно предположить, что военные
нашли гораздо более простые способы вскрытия известных шифров, нежели те,
которые изобретены за пределами строго охраняемых зданий сверхсекретных
правительственных ведомств.
Ну и пусть. Даже если вас арестуют и в качестве улики конфискуют у вас
жесткий диск с файлами, зашифрованными по DES-алгоритму, вряд ли
криптоаналитики, состоящие на государственной службе, придут на судебное
заседание, чтобы клятвенно подтвердить, что данные для вашего
обвинительного заключения получены путем дешифрования конфискованных
файлов. Тот факт, что можно вскрыть какой-то конкретный криптографический
алгоритм, часто является значительно большим секретом, чем информация,
полученная путем вскрытия этого алгоритма.
Лучше исходить из предположения, что АНБ, ФАПСИ и иже с ними
могут прочесть любое сообщение, которое они пожелают прочесть. Однако эти
ведомства не в состоянии читать все сообщения, с содерж анием которых хотят
ознакомиться. Главной причиной является ограниченность в средствах,
ассигнуемых правительством на криптоанализ. Другое разумное
предположение состоит в том , что компетентным органам гораздо легче
получить доступ к зашифрованной информации с помощью грубой физической
206
силы, чем путем изящных, но очень трудоемких математических выкладок,
приводящих к вскрытию шифра.
Однако в любом случае гораздо надежнее пользоваться известным
криптографическим алгоритмом, который придум ан уже довольно давно и
сумел выстоять против многочисленных попыток вскрыть его, предпринятых
авторитетными криптологами.
Криптографические алгоритмы,
предназначенные для экспорта из США
В настоящее время у пользователей персональных компьютеров имеется
возможность применять алгоритмы шифрования, встроенные в различные
программные продукты. Достаточно приобрести, например, текстовый
редактор Word, редактор электронных таблиц Excel или операционные системы
Windows NT и NetWare. Кроме встроенных алгоритмов шифрования, все эти
программные продукты имеют еще одно общее свойство: они изготовлены в
Соединенных Штатах. Прежде чем начать торговать ими за рубежом,
американские производители в обязательном порядке должны получить
разрешение у своего правительства на экспорт данных продуктов за пределы
США.
Многие придерживаются сейчас такого мнения: ни один
криптографический алгоритм, разрешенный к экспорту из США, не является
достаточно стойким, чтобы его не могли вскрыть криптоаналитики из АНБ.
Считается, что американские компании, желающие продавать за рубежом свою
продукцию, которая позволяет шифровать данные, по настоянию АНБ
переделывают используемые криптографические алгоритмы так, что:
время от врем ени отдельные биты ключа подмешиваются в
шифртекст;
ключ имеет длину всего 30 бит вместо официально заявляемых
100 бит, поскольку большинство ключей оказываются эквивалентны;
в начало каждого шифруемого сообщения вставляется фиксированный
заголовок, чтобы облегчить криптоаналитическую атаку со знанием
открытого текста;
любое шифрованное сообщение содержит некоторый фрагмент
открытого текста вместе с соответствующим ему шифртекстом.
Исходные тексты американских шифровальных программ передаются на
хранение в АНБ, однако за пределами этого сверхсекретного агентства доступ к
ним закрыт наглухо. Вполне естественно, что ни АНБ, ни американские
компании, получившие от АНБ разрешение на экспорт своих шифровальных
средств, не заинтересованы в рекламе слабостей криптографических
алгоритмов, положенных в основу ф ункционирования этих средств. Поэтому
желательно проявлять осторожность, если вы собираетесь защищать свои
207
данные при помощи американских программ шифрования, экспорт которых за
пределы страны разрешен правительством США.
Симметричный или асимметричный
криптографический алгоритм?
Какой алгоритм лучше — симметричный или асимметричный? Вопрос не
вполне корректен, поскольку предусматривает использование одинаковых
критериев при сравнении криптосистем с секретным и открытым ключами. А
таких критериев просто не существует.
Тем не менее, дебаты относительно достоинств и недостатков двух
основных видов криптосистем ведутся давно, начиная с момента изобретения
первого алгоритма с открытым ключом. Отмечено, что симметричные
криптографические алгоритмы имеют меньшую длину ключа и работают
быстрее, чем асимметричные.
Однако, по мнению американского криптолога У. Диффи — одного из
изобретателей криптосистем с открытым ключом — их следует рассматривать
не как совершенно новую разновидность универсальных криптосистем.
Криптография с открытым ключом и криптография с секретным ключом
предназначены для решения абсолютно разных проблем, связанных с
засекречиванием инф ормации. Симметричные криптографические алгоритмы
служат для шифрования данных, они работают на несколько порядков быстрее,
чем асимметричные алгоритмы. Однако криптография с открытым ключом
успешно используется в таких областях, для которых криптография с
секретным ключом подходит плохо, — например, при работе с ключами и с
подавляющим большинством криптографических протоколов.
Шифрование в каналах
связи компьютерной сети
Одной из отличительных характеристик любой компьютерной сети
является ее деление на так называемые уровни, каждый из которых отвечает за
соблюдение определенных условий и выполнение функций, необходимых для
общения м ежду компьютерами, связанными в сеть. Это деление на уровни
имеет фундаментальное значение для создания стандартных компьютерных
сетей. Поэтому в 1984 г. несколько международных организаций и комитетов
объединили свои усилия и выработали примерную модель компьютерной сети,
известную под названием OSI (Open Systems Int erconnection — Модель
открытых сетевых соединений).
Согласно модели OSI коммуникационные функции разнесены по
уровням. Функции каждого уровня независимы от ф ункций ниже- и
вышележащих уровней. Каждый уровень может непосредственно общаться
208
только с двумя соседними. Модель OSI определяет 7 уровней: верхние 3 служат
для связи с конечным пользователем, а нижние 4 ориентированы на
выполнение коммуникационных функций в реальном масштабе времени.
Теоретически шифрование данных для передачи по каналам связи
компьютерной сети может осуществляться на любом уровне модели OSI. На
практике это обычно делается либо на самых нижних, либо на самых верхних
уровнях. Если данные шифруются на нижних уровнях, шифрование называется
канальным, а если на верхних, то такое шифрование называется сквозным. Оба
этих подхода к шифрованию данных имеют свои преимущества и недостатки.
Канальное шифрование
При канальном шифровании шифруются абсолютно все данные,
проходящие по каждому каналу связи, включая открытый текст сообщения, а
также информацию о его маршрутизации и об используемом
коммуникационном протоколе. Однако в этом случае любой интеллектуальный
сетевой узел (например, коммутатор) будет вынужден расшиф ровывать
входящий поток данных, чтобы соответствующим образом его обработать,
снова зашифровать и передать на другой узел сети.
Тем не менее канальное шифрование представляет собой очень
эффективное средство защиты информации в компьютерных сетях. Поскольку
шифрованию подлежат все данные, передаваемые от одного узла сети к
другому, у криптоаналитика нет никакой дополнительной информации о том,
кто служит источником этих данных, кому они предназначены, какова их
структура и т. д. А если еще позаботиться и о том, чтобы, пока канал
простаивает, передавать по нему случайную битовую последовательность,
сторонний наблюдатель не сможет даж е сказать, где начинается и где
заканчивается текст передаваемого сообщения.
Не слишком сложной является и работа с ключами. Одинаковыми
ключами следует снабдить только два соседних узла сети связи, которые затем
могут менять используемые ключи независимо от других пар узлов.
Самый большой недостаток канального шифрования заключается в том,
что данные приходится шифровать при передаче по каждому физическому
каналу компьютерной сети. Отправка информации в незашифрованном виде по
какому-то из каналов ставит под угрозу обеспечение безопасности всей сети. В
результате стоимость реализации канального шифрования в больших сетях
может оказаться чрезмерно высокой.
Кроме того, при использовании канального шифрования дополнительно
потребуется защищать каждый узел компьютерной сети, по которому
передаются данные. Если абоненты сети полностью доверяют друг другу и
каждый ее узел размещен там, где он защищен от злоумышленников, на этот
недостаток канального шифрования можно не обращать внимания. Однако на
практике такое положение встречается чрезвычайно редко. Ведь в каждой
фирме есть конфиденциальные данные, знакомиться с которыми могут только
209
сотрудники одного определенного отдела, а за его пределами доступ к этим
данным необходимо ограничивать до минимума.
Сквозное шифрование
При сквозном шифровании криптографический алгоритм реализуется на
одном из верхних уровней модели OSI. Шифрованию подлежит только
содержательная часть сообщения, которое требуется передать по сети. После
зашифрования к ней добавляется служебная информация; необходимая для
маршрутизации сообщения, и результат переправляется на более низкие уровни
с целью отправки адресату.
Теперь сообщение не требуется постоянно расшифровывать и
зашифровывать при прохождении через каждый промежуточный узел сети
связи. Сообщение остается зашифрованным на всем пути от отправителя к
получателю.
Основная проблема, с которой сталкиваются пользователи сетей, где
применяется сквозное шифрование, связана с тем, что служебная информация,
используемая для маршрутизации сообщений, передается по сети в
незашифрованном виде. Опытный криптоаналитик может извлечь для себя
массу полезной информации, зная кто с кем, как долго и в какие часы общается
через компьютерную сеть. Для этого ему даже не потребуется быть в курсе
предмета общения.
По сравнению с канальным , сквозное шифрование характеризуется более
сложной работой с ключами, поскольку каждая пара пользователей
компьютерной сети должна быть снабжена одинаковыми ключами, прежде чем
они смогут связаться друг с другом. А поскольку криптографический алгоритм
реализуется на верхних уровнях модели OSI, приходится также сталкиваться со
многими существенными различиями в коммуникационных протоколах и
интерфейсах в зависимости от типов сетей и объединяемых в сеть
компьютеров. Все это затрудняет практическое применение сквозного
шифрования.
Комбинированное шифрование
Комбинация канального и сквозного шифрования данных в
компьютерной сети обходится значительно дороже, чем каждое из них по
отдельности. Однако именно такой подход позволяет наилучшим образом
защитить данные, передаваемые по сети. Шиф рование в каждом канале связи
не позволяет противнику анализировать служебную информацию,
используемую для маршрутизации. А сквозное шифрование уменьшает
вероятность доступа к незашифрованным данным в узлах сети.
При комбинированном шифровании работа с ключами ведется так:
сетевые администраторы отвечают за ключи, используемые при канальном
210