Алгоритмы криптографической защиты информации
Рассмотрение основных понятий криптографии: конфиденциальности, целостности, аутентификации и цифровой подписи. Описание криптографических средств защиты (криптосистемы, принципы работы криптосистемы, распространение ключей, алгоритмы шифрования).
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.06.2013 |
| Размер файла | 802,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Параметры алгоритма :
Размер блока - 64 бита.
Длина ключа - 128 бит.
В алгоритме использована сеть Фейштеля с двумя ветвями в 32 бита каждая. Образующая функция F обратима.
Сеть Фейштеля несимметрична из-за использования в качестве операции наложения не исключающего "ИЛИ", а арифметического сложения.
Отличительной чертой криптоалгоритма TEA является его размер. Простота операций, отсутствие табличных подстановок и оптимизация под 32-разрядную архитектуру процессоров позволяет реализовать его на языке ASSEMBLER в предельно малом объеме кода. Недостатком алгоритма является некоторая медлительность, вызванная необходимостью повторять цикл Фейштеля 32 раза (это необходимо для тщательного "перемешивания данных" из-за отсутствия табличных подстановок).
AES -RC6 : cтандарт блочных шифров США c 2000 года
Алгоритм является продолжением криптоалгоритма RC5, разработанного Рональдом Ривестом (англ. Ron Rivest) - очень известной личностью в мире криптографии. RC5 был незначительно изменен для того, чтобы соответствовать требованиям AES по длине ключа и размеру блока. При этом алгоритм стал еще быстрее, а его ядро, унаследованное от RC5.
Преобразование T(x) очень просто : T(X)=(X*(X+1)) mod 2N. Оно используется в качестве нелинейного преобразования с хорошими показателями перемешивания битового значения входной величины.
Шифр Rijndael
Данный алгоритм разработан двумя специалистами по криптографии из Бельгии. Он является нетрадиционным блочным шифром, поскольку не использует сеть Фейштеля для криптопреобразований. Алгоритм представляет каждый блок кодируемых данных в виде двумерного массива байт размером 4х4, 4х6 или 4х8 в зависимости от установленной длины блока. Далее на соответствующих этапах преобразования производятся либо над независимыми столбцами, либо над независимыми строками, либо вообще над отдельными байтами в таблице.
Все преобразования в шифре имеют строгое математическое обоснование. Сама структура и последовательность операций позволяют выполнять данный алгоритм эффективно как на 8-битных так и на 32-битных процессорах. В структуре алгоритма заложена возможность параллельного исполнения некоторых операций, что на многопроцессорных рабочих станциях может еще поднять скорость шифрования в 4 раза.
Алгоритм состоит из некоторого количества раундов (от 10 до 14 - это зависит от размера блока и длины ключа), в которых последовательно выполняются следующие операции:
ByteSub - табличная подстановка 8х8 бит (рис.2.6),
Рис.2.6. ByteSub
ShiftRow - сдвиг строк в двумерном массиве на различные смещения (рис.2),
Рис.2.7. ShiftRow
MixColumn - математическое преобразование, перемешивающее данные внутри столбца (рис.7),
Рис.2.8. MixColumn
AddRoundKey - добавление материала ключа операцией XOR (рис.8).
Рис.2.9. AddRoundKey
В последнем раунде операция перемешивания столбцов отсутствует, что делает всю последовательность операций симметричной.
2.3 Блочный шифр DES
Процесс шифрования
DES представляет собой блочный шифр, он шифрует 64 - битовыми блоками. С одного конца алгоритма вводится 64 - битовый блок открытого текста, а с другого конца выходит 64 - битовый блок шифротекста. DES является симметричным алгоритмом: для шифрования и дешифрования используется одинаковые алгоритмы и ключ(за исключением различий в использовании ключа).
Длина ключа равна 56 битам. Ключ обычно представляется 64 - битовым числом, но каждый восьмой бит используется для проверки чётности и игнорируется. Биты чётности являются наименьшими значащими битами байтов ключа. Ключ, который может быть любым 56 - битовым числом, можно изменить в любой момент времени. Ряд чисел считаются слабыми ключами, но их можно легко избежать. Безопасность полностью определяется ключом.
На простейшем уровне алгоритм не представляет ничего большего, чем комбинация двух основных методов шифрования: смещения и диффузии. Фундаментальным строительным блоком DES является применение к тексту единичной комбинации этих методов(подстановка, а за ней перестановка), зависящей от ключа. Такой блок называется этапом. DES состоит из 16 этапов, одинаковая комбинация методов применяется к открытому тексту 16 раз. Процесс шифрования данных поясняется рисунком 1. Сначала 64 бита входной последовательности перестанавливаются в соответствии с таблицей 1. Таким образом, бит 58 входной последовательности становится битом 1, бит 50 - 2 и т.д.
Таблица 1. "Начальная перестановка"
|
58 |
50 |
42 |
34 |
26 |
18 |
10 |
2 |
60 |
52 |
44 |
36 |
28 |
20 |
12 |
4 |
|
|
62 |
54 |
46 |
38 |
30 |
22 |
14 |
6 |
64 |
56 |
48 |
40 |
32 |
24 |
16 |
8 |
|
|
57 |
49 |
41 |
33 |
25 |
17 |
9 |
1 |
59 |
51 |
43 |
35 |
27 |
19 |
11 |
3 |
|
|
61 |
53 |
45 |
37 |
29 |
21 |
13 |
5 |
63 |
55 |
47 |
39 |
31 |
23 |
15 |
7 |
Полученная последовательность бит разделяется на две последовательности: L(0) (биты 58, 50, 42, ..., 8) и R(0) (биты 57, 49, 41, ..., 7), каждая из которых содержит 32 бита. Затем выполняется итеративный процесс шифрования, который описывается следующими формулами:
L(i)=R(i-1), i=1,2,...,16.
R(i)=L(i-1) + F(R(i-1),K(i)), i=1,2,...,16.
Функция F называется функцией шифрования. Ее аргументами являются последовательность R, полученная на предыдущем шаге, и 48-битовый ключ K(i), который является результатом функции преобразования 64-битового ключа шифра. Подробно функция шифрования и алгоритм получения ключей K(i) описаны ниже.
На последнем шаге итерации будут получены последовательности L(16) и R(16), которые конкатенируются в 64-х битовую последовательность R(16)L(16). Видно, что в полученной последовательности 64 бита, перестанавливаются в соответствии с таблицей 2. Как легко видеть данная перестановка является обратной по отношению к начальной (см. таблицу 1).
Таблица 2. "Конечная перестановка"
|
40 |
8 |
48 |
16 |
56 |
24 |
64 |
32 |
39 |
7 |
47 |
15 |
55 |
23 |
63 |
31 |
|
|
38 |
6 |
46 |
14 |
54 |
22 |
62 |
30 |
37 |
5 |
45 |
13 |
53 |
21 |
61 |
29 |
|
|
36 |
4 |
44 |
12 |
52 |
20 |
60 |
28 |
35 |
3 |
43 |
11 |
51 |
19 |
59 |
27 |
|
|
34 |
2 |
42 |
10 |
50 |
18 |
58 |
26 |
33 |
1 |
41 |
9 |
49 |
17 |
57 |
25 |
Полученная последовательность из 64 бит и будет являться зашифрованной последовательностью.
Рисунок 2.10
Процесс расшифрования данных является инверсным по отношению к процессу шифрования. Все действия должны быть выполнены в обратном порядке. Это означает, что расшифровываемые данные сначала переставляются в соответствии с таблицей 1, а затем над последовательностью бит R(16)L(16) выполняется те же действия, что и в процессе зашифрования, но в обратном порядке. Итеративный процесс расшифрования описан следующими формулами:
R(i-1)=L(i), i =16, 15, ..., 1
L(i-1)=R(i)+F(L(i),K(i)), i=16, 15, ..., 1.
На последнем шаге итерации будут получены последовательности L(0) и R(0), которые конкатенируются в 64 битовую последовательность L(0)R(0). В полученной последовательности 64 бита перестанавливаются в соответствии с таблицей 2. Результат преобразования - исходная последовательность бит (расшифрованное 64-битовое значение).
Функция шифрования
Функция шифрования F(R,K) схематически показана на рисунке 2. Для вычисления значения функции F используется функция E (расширение 32 бит до 48), функции S(1), S(2),...,S(8) преобразование 6-битового числа в 4-битовое) и функция P (перестановка бит в 32-битовой последовательности). Приведем определения этих функций. Аргументами функции шифрования являются R (32 бита) и K (48 бит). Результат функции E(R) есть 48-битовое число, которое складывается по модулю 2 с числом K. Таким образом, получается 48-битовая последовательность, которая рассматривается, как конкатенация 8 строк длиной по 6 бит (т.е. B(1)B(2)B(3)B(4)B(5)B(6)B(7)B(8)). Результат функции S(i)B(i) - 4 битовая последовательность, которую будем обозначать L(i). В результате конкатенации всех 8 полученных последовательностей L(i) имеем 32-битовую последовательность L=L(1)L(2)L(3)L(4)L(5)L(6)L(7)L(8). Наконец, для получения результат функции шифрования надо переставить биты последовательности L. Для этого применяется функция перестановки P(L).
Рисунок 2.11
Функция расширения Е, выполняющая расширение 32 бит до 48, определяется таблицей. В соответствии с этой таблицей первые три бита Е(R) - это биты 32,1 и 2, а последние - 31,32,1.
Функция расширения Е"(перестановка с расширением)
|
32 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
|
|
13 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
|
|
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
1 |
Функция S(i), которая преобразует 6-битовые числа в 4-битовые. Эта операция расширяет правую половину данных, R(i) от 32 до 48 битов. Так как при этом не просто повторяются определённые биты, но и изменяется их порядок, эта операция называется перестановкой с расширением. У неё две задачи: привести размер правой половины в соответствии с ключом для операции XOR и получить более длинный результат, который можно будет сжать в ходе операции подстановки. Однако главный криптографический смысл совсем в другом. За счёт влияния одного бита на две подстановки быстрее возрастает зависимость битов результата от битов исходных данных. Это называется лавинным эффектом. DES спроектирован так, чтобы как можно быстрее добиться зависимости каждого бита шифротекста от каждого бита открытого текста и каждого бита ключа.
"Функции преобразования S(i)"
S(1)
|
14 |
4 |
13 |
1 |
2 |
15 |
11 |
8 |
3 |
10 |
6 |
12 |
5 |
9 |
0 |
7 |
|
|
0 |
15 |
7 |
4 |
14 |
2 |
13 |
1 |
10 |
6 |
12 |
11 |
9 |
5 |
3 |
8 |
|
|
4 |
1 |
14 |
8 |
13 |
6 |
2 |
11 |
15 |
12 |
9 |
7 |
3 |
10 |
5 |
0 |
|
|
15 |
12 |
8 |
2 |
4 |
9 |
1 |
7 |
5 |
11 |
3 |
14 |
10 |
0 |
6 |
13 |
S(2)
|
15 |
1 |
8 |
14 |
6 |
11 |
3 |
4 |
9 |
7 |
2 |
13 |
12 |
0 |
5 |
10 |
|
|
3 |
13 |
4 |
7 |
15 |
2 |
8 |
14 |
12 |
0 |
1 |
10 |
6 |
9 |
11 |
5 |
|
|
0 |
14 |
7 |
11 |
10 |
4 |
13 |
1 |
5 |
8 |
12 |
6 |
9 |
3 |
2 |
15 |
|
|
13 |
8 |
10 |
1 |
3 |
15 |
4 |
2 |
11 |
6 |
7 |
12 |
0 |
5 |
14 |
9 |
S(3)
|
10 |
0 |
9 |
14 |
6 |
3 |
15 |
5 |
1 |
13 |
12 |
7 |
11 |
4 |
2 |
8 |
|
|
13 |
7 |
0 |
9 |
3 |
4 |
6 |
10 |
2 |
8 |
5 |
14 |
12 |
11 |
15 |
1 |
|
|
13 |
6 |
4 |
9 |
8 |
15 |
3 |
0 |
11 |
1 |
2 |
12 |
5 |
10 |
14 |
7 |
|
|
1 |
10 |
13 |
0 |
6 |
9 |
8 |
7 |
4 |
15 |
14 |
3 |
11 |
5 |
2 |
12 |
S(4)
|
7 |
13 |
14 |
3 |
0 |
6 |
9 |
10 |
1 |
2 |
8 |
5 |
11 |
12 |
4 |
15 |
|
|
13 |
8 |
11 |
5 |
6 |
15 |
0 |
3 |
4 |
7 |
2 |
12 |
1 |
10 |
14 |
9 |
|
|
10 |
6 |
9 |
0 |
12 |
11 |
7 |
13 |
15 |
1 |
3 |
14 |
5 |
2 |
8 |
4 |
|
|
3 |
15 |
0 |
6 |
10 |
1 |
13 |
8 |
9 |
4 |
5 |
11 |
12 |
7 |
2 |
14 |
S(5)
|
2 |
12 |
4 |
1 |
7 |
10 |
11 |
6 |
8 |
5 |
3 |
15 |
13 |
0 |
14 |
9 |
|
|
14 |
11 |
2 |
12 |
4 |
7 |
13 |
1 |
5 |
0 |
15 |
10 |
3 |
9 |
8 |
6 |
|
|
4 |
2 |
1 |
11 |
10 |
13 |
7 |
8 |
15 |
9 |
12 |
5 |
6 |
3 |
0 |
14 |
|
|
11 |
8 |
12 |
7 |
1 |
14 |
2 |
13 |
6 |
15 |
0 |
9 |
10 |
4 |
5 |
3 |
S(6)
|
12 |
1 |
10 |
15 |
9 |
2 |
6 |
8 |
0 |
13 |
3 |
4 |
14 |
7 |
5 |
11 |
|
|
10 |
15 |
4 |
2 |
7 |
12 |
9 |
5 |
6 |
1 |
13 |
14 |
0 |
11 |
3 |
8 |
|
|
9 |
14 |
15 |
5 |
2 |
8 |
12 |
3 |
7 |
0 |
4 |
10 |
1 |
13 |
11 |
6 |
|
|
4 |
3 |
2 |
12 |
9 |
5 |
15 |
10 |
11 |
14 |
1 |
7 |
6 |
0 |
8 |
13 |
S(7)
|
4 |
11 |
2 |
14 |
15 |
0 |
8 |
13 |
3 |
12 |
9 |
7 |
5 |
10 |
6 |
1 |
|
|
13 |
0 |
11 |
7 |
4 |
9 |
1 |
10 |
14 |
3 |
5 |
12 |
2 |
15 |
8 |
6 |
|
|
1 |
4 |
11 |
13 |
12 |
3 |
7 |
14 |
10 |
15 |
6 |
8 |
0 |
5 |
9 |
2 |
|
|
6 |
11 |
13 |
8 |
1 |
4 |
10 |
7 |
9 |
5 |
0 |
15 |
14 |
2 |
3 |
12 |
S(8)
|
13 |
2 |
8 |
4 |
6 |
15 |
11 |
1 |
10 |
9 |
3 |
14 |
5 |
0 |
12 |
7 |
|
|
1 |
15 |
13 |
8 |
10 |
3 |
7 |
4 |
12 |
5 |
6 |
11 |
0 |
14 |
9 |
2 |
|
|
7 |
11 |
4 |
1 |
9 |
12 |
14 |
2 |
0 |
6 |
10 |
13 |
15 |
3 |
5 |
8 |
|
|
2 |
1 |
14 |
7 |
4 |
10 |
8 |
13 |
15 |
12 |
9 |
0 |
3 |
5 |
6 |
11 |
К таблице 4 требуются дополнительные пояснения. Каждая из функций S(i)B(i) преобразовывает 6-битовый код в 4-битовый выход по следующему алгоритму:
- первый и последний биты входной последовательности B, определяют номер строки k.
- второй, третий, четвертый и пятый биты последовательности B задают номер колонки l
- результат преобразования выбирается из строки k и колонки l.
Предположим, что B=011011. Тогда S(1)(B)=0101. Действительно, k=1, l=13. В колонке 13 строки 1 задано значение 5, которое и является значением функции S(1)(011011).
Функция перестановки бит P(L), также используемая для определения функции шифрования, задается значениями, приведенными в таблице 5. В последовательности L 32 перестанавливается так, чтобы бит 16 стал первым битом, бит 7 - вторым и т.д.
"Функция перестановки P"
|
16 |
7 |
20 |
21 |
29 |
12 |
28 |
17 |
1 |
15 |
23 |
26 |
5 |
18 |
31 |
10 |
|
|
2 |
8 |
24 |
14 |
32 |
27 |
3 |
9 |
19 |
13 |
30 |
6 |
22 |
11 |
4 |
25 |
Чтобы завершить описание алгоритма шифрования данных, осталось привести алгоритм получение ключей K(i), i=1,2,...,16, размерностью в 48 бит. Ключи K(i) определяются по 64-битовому ключу шифра как это показано.
В начале над ключом шифра выполняется операция B, которая сводится к выбору определенных бит и их перестановке, как это показано выше. Причем, первые четыре строки определяют, как выбираются биты последовательности C(0) (первым битом C(0) будет бит 57 бит ключа шифра, затем бит 49 и т.д., а последними битами биты 44 и 36 ключа шифра), а следующие четыре строки - как выбираются биты последовательности D(0) (т.е. последовательность D(0) будем стоять из битов 63,55,...,12, 4 ключа шифра).
Рис.2.12
криптография аутентификация ключ шифрование
"Функция перестановки и выбора последовательности B"(ключа)
|
57 |
49 |
41 |
33 |
25 |
17 |
9 |
1 |
58 |
50 |
42 |
34 |
26 |
18 |
|
|
10 |
2 |
59 |
51 |
43 |
35 |
27 |
19 |
11 |
3 |
60 |
52 |
44 |
36 |
|
|
63 |
55 |
47 |
39 |
31 |
23 |
15 |
7 |
62 |
54 |
46 |
38 |
30 |
22 |
|
|
14 |
6 |
61 |
53 |
45 |
37 |
29 |
21 |
13 |
5 |
28 |
20 |
12 |
4 |
Как видно из таблицы, для генерации последовательностей C(0) и D(0) не используются биты 8,16,25,32,40,48,56 и 64 ключа шифра. Эти биты не влияют на шифрование и могут служить для других целей (например, для контроля по четности). Таким образом, в действительности ключ шифра является 56-битовым. После определения C(0) и D(0) рекурсивно определяются C(i) и D(i), i=1,2,...,16. Для этого применяются операции сдвига влево на один или два бита в зависимости от номера шага итерации, как это показано в таблицей 7. Операции сдвига выполняются для последовательностей C(i) и D(i) независимо. Например, последовательность C(3) получается, посредством сдвига влево на две позиции последовательности C(2), а последовательность D(3) - посредством сдвига влево на две позиции последовательности D(2). Следует иметь в виду, что выполняется циклический сдвиг влево. Например, единичный сдвиг влево последовательности C(i) приведет к тому, что первый бит C(i) станет последним и последовательность бит будет следующая: 2,3,..., 28,1.
"Функция сдвига Si"
|
Этап |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|
|
Число |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
Ключ K(i), определяемый на каждом шаге итерации, есть результат выбора определенных бит из 56-битовой последовательности C(i)D(i) и их перестановки. Другими словами, K(i) = K(C(i)D(i)), где функция K определяется данными, приведенными в таблице.
"Функция перестановки и выбора K"(перестановка со сжатием)
После сдвига выбирается 48 из 56. Так как при этом не только выбирается подмножество битов, но и изменяется их порядок, эта операция называется перестановка со сжатием. Её результатом является набор из 48 битов.
|
14 |
17 |
11 |
24 |
1 |
5 |
3 |
28 |
15 |
6 |
21 |
10 |
|
|
23 |
19 |
12 |
4 |
26 |
8 |
16 |
7 |
27 |
20 |
13 |
2 |
|
|
41 |
52 |
31 |
37 |
47 |
55 |
30 |
40 |
51 |
45 |
33 |
48 |
|
|
44 |
49 |
39 |
56 |
34 |
53 |
46 |
42 |
50 |
36 |
29 |
32 |
Как следует из таблицы первый бит K(i) - это бит 14 последовательности C(i)D(i), второй - бит 17, последний - бит 32.
2.4 Разработка программы для алгоритма DES
Для разработки приложения "Шифратор" используется среда визуального программирования Delphi. Проект программы содержит два окна:
1. Form1 - Главное окно программы.
2. AboutBox - окно справки программы.
Для написания программы я использовал дополнительные компоненты "DynamicSkinForm", которые были разработаны для создания более красочных приложений.
Интерфейс программы состоит из одного, главного окна. В верхней части находится поле в которое необходимо ввести пароль. Пароль обязательно должен состоять из 8 символов (особенность алгоритма DES).
В нижеследующем поле необходимо ввести текст сообщения которое необходимо зашифровать. Количество символов должно быть кратно 8, причем переход на новую строку считается как 2 символа. Для облегчения над полем ввода будет отображаться количество введенных символов. При вводе сообщения символы будут автоматически переводится в бинарный код. Это сделано для наглядности работы алгоритма.
Рис.2.13 Главное окно программы.
Компонент Form1
Свойства:
Сaption - "Шифратор";
Border - bsSingle;
BiSystemMenu - false;
1- компонент spSkinSpeedButton
Свойства:
Hint - Открыть;
События: открывает текстовый документ.
2- компонент spSkinSpeedButton
Свойства:
Hint - Сохранить;
События: сохраняет результат в виде текстового файла.
3- компонент spSkinSpeedButton
Свойства:
Hint - Очистить;
События: очищает текстовое поле.
4- компонент spSkinSpeedButton
Свойства:
Hint - Подтвердить;
События: шифрует и дешифрует сообщение.
5- компонент spSkinSpeedButton
Свойства:
Hint - О программе;
События: выводит сообщение о программе.
6 - spSkinComboBoxEx1
Font - Arial, 12, черный;
7-10 - компонент spSkinShadowLabel1
Font - Arial, 12, черный;
11 - компонент spSkinMemo1
Font - Arial, 12, черный;
12 - компонент spSkinMemo2
Font - Arial, 12, черный;
13 - компонент spSkinMemo3
Font - Arial, 12, синий;
14 - компонент spSkinMemo4
Font - Arial, 12, синий;
15 - компонент spSkinSaveDialog1
Title - Save file;
16 - компонент spSkinOpenPreviewDialog1
Title - Open file;
17 - компонент spSkinEdit1
Font - Arial, 12, черный;
18 - компонент spPNGImageList1
PNGHeight - 32;
19 - компонент spSkinImagesMenu1
SkinData - spSkinData1;
CompressedStoreSkin - spCompressedStoredSkin1;
20 - компонент spSkinData1
21 - компонент spCompressedStoredSkin1
CompressedFileName - office2007_Remix.skn;
22 - компонент spPngImageList2
PNGHeight - 64;
23 - компонент spPNGImageList3
PNGHeight - 128;
24 - компонент spDynamicSkinForm1
SkinData - spSkinData1;
SkinHint - spSkinHint1;
25 - компонент spSkinHint1
SkinData - spSkinData1;
3. Криптосистема
Все исследования, которые проводились в предыдущей главе, касались только криптоалгоритмов, то есть методов преобразования небольшого блока данных (от 4 до 32 байт) в закодированный вид в зависимости от заданного двоичного ключа. Криптоалгоритмы несомненно являются "сердцем" криптографических систем, но их непосредственное применение без каких-либо модификаций для кодирования больших объемов данных на самом деле не очень приемлемо. Все недостатки непосредственного применения криптоалгоритмов устраняются в криптосистемах[24,25].
3.1 Функции криптосистем
Криптосистема работает по определенной методологии (процедуре). Она состоит из :
ь одного или более алгоритмов шифрования (математических формул);
ь ключей, используемых этими алгоритмами шифрования;
ь системы управления ключами;
ь незашифрованного текста;
ь и зашифрованного текста (шифртекста).
Криптосистема - это завершенная комплексная модель, способная производить двусторонние криптопреобразования над данными произвольного объема и подтверждать время отправки сообщения, обладающая механизмом преобразования паролей и ключей и системой транспортного кодирования. Таким образом, криптосистема выполняет три основные функции:
· усиление защищенности данных,
· облегчение работы с криптоалгоритмом со стороны человека,
· обеспечение совместимости потока данных с другим программным обеспечением.
Конкретная программная реализация криптосистемы называется криптопакетом.
3.2 Алгоритмы создания цепочек
Первая задача при шифровании данных криптоалгоритмом - это данные с длиной, неравной длине 1 блока криптоалгоритма. Эта ситуация будет иметь место практически всегда. Для решения этих проблем и были введены в криптосистемы алгоритмы создания цепочек (англ. chaining modes). Самый простой метод - это метод ECB (Electronic Code Book). Шифруемый файл временно разделяется на блоки, равные блокам алгоритма, каждый из них шифруется независимо, а затем из зашифрованных пакетов данных компонуется в той же последовательности файл, который отныне надежно защищен криптоалгоритмом. Название алгоритм получил из-за того, что в силу своей простоты он широко применялся в простых портативных устройствах для шифрования - электронных шифрокнижках. Схема данного метода приведена на рис.3.1.
Рис.3.1. Схема электронных шифрокнижек
В том случае, когда длина пересылаемого пакета информации не кратна длине блока криптоалгоритма возможно расширение последнего (неполного) блока байт до требуемой длины либо с помощью генератора псевдослучайных чисел, что не всегда безопасно в отношении криптостойкости, либо с помощью хеш-суммы передаваемого текста. Второй вариант более предпочтителен, так как хеш-сумма обладает лучшими статистическими показателями, а ее априорная известность стороннему лицу равносильна знанию им всего передаваемого текста.
Указанным выше недостатком этой схемы является то, что при повторе в исходном тексте одинаковых символов в течение более, чем 2*N байт (где N - размер блока криптоалгоритма), в выходном файле будут присутствовать одинаковые зашифрованные блоки. Поэтому, для более "мощной" защиты больших пакетов информации с помощью блочных шифров применяются несколько обратимых схем "создания цепочек". Все они почти равнозначны по криптостойкости, каждая имеет некоторые преимущества и недостатки, зависящие от вида исходного текста.
Все схемы создания цепочек основаны на идее зависимости результирующего зашифровываемого блока от предыдущих, либо от позиции его в исходном файле. Это достигается с помощью блока "памяти" - пакета информации длины, равной длине блока алгоритма. Блок памяти (к нему применяют термин IV - англ. Initial Vector) вычисляется по определенному принципу из всех прошедших шифрование блоков, а затем накладывается с помощью какой-либо обратимой функции (обычно XOR) на обрабатываемый текст на одной из стадий шифрования. В процессе раскодирования на приемной стороне операция создания IV повторяется на основе принятого и расшифрованного текста, вследствие чего алгоритмы создания цепочек полностью обратимы.
Два наиболее распространенных алгоритма создания цепочек - CBC и CFB. Их структура приведена на рис.3.2 и рис.3.3. Метод CBC получил название от английской аббревиатуры Cipher Block Chaining - объединение в цепочку блоков шифра, а метод CFB - от Cipher FeedBack - обратная связь по шифроблоку.
Рис.3.2. схема алгоритма создания цепочек CBC
Рис.3.3. схема алгоритма создания цепочек CFB
Еще один метод OFB (англ. Output FeedBack - обратная связь по выходу) имеет несколько иную структуру (она изображена на рис.3.4.) : в нем значение накладываемое на шифруемый блок не зависит от предыдущих блоков, а только от позиции шифруемого блока (в этом смысле он полностью соответствует скремблерам), и из-за этого он не распространяет помехи на последующие блоки. Очевидно, что все алгоритмы создания цепочек однозначно восстановимы.
Рис.3.4. схема алгоритма создания цепочек OFB
Сравнительные характеристики методов создания цепочек приведены в виде таблицы в приложении 3.
3.3 Обзор методик рандомизации сообщений
Следующим усовершенствованием, направленным на повышение стойкости всей системы в целом является создание ключей сеанса. Эта операция необходима в тех случаях, когда производится частое шифрование сходных блоков данных одним и тем же ключом. Например, это имеет место при передаче информации или команд в автоматизированных системах управления, в банковских операциях и многих других случаях передачи информации, имеющей определенный заранее известный формат.
В этом случае необходимо введение какой-либо случайной величины в процесс шифрования. Это можно сделать несколькими способами:
записью в начало файла данных псевдослучайной последовательности байт заранее оговоренной длины с отбрасыванием ее при дешифровании - этот метод будет работать только при применении алгоритмов создания цепочек с памятью (CBC,CFB,OFB), применением модифицированных алгоритмов создания цепочек, которые при шифровании каждого блока смешивают с ним либо а) фиксированную случайную величину, прикрепленную к началу зашифрованного файла, либо б) значения (значение), вычисляемые с помощью того же шифра и ключа от заранее оговоренной величины, созданием специально для каждого файла совершенно случайного ключа, так называемого ключа сеанса, которым и шифруется весь файл (сам же ключ сеанса шифруется первоначальным ключом, называемым в этом случае мастер-ключом и помещается в начале зашифрованного файла)[18,25].
Самая большая проблема всех методов рандомизации сообщений - это порождение действительно случайной последовательности бит. Дело в том, что в принципе существует конечное, а не бесконечное множество состояний ЭВМ, и, как бы сложно не формировалось в алгоритме число, оно все равно имеет относительно немного бит информационной насыщенности.
Рассмотрим проблему создания случайных и псевдослучайных чисел более детально. Наиболее часто в прикладных задачах результат формируют из счетчика тиков - системных часов. В этом случае данные о текущем часе несут примерно 16 бит информации, значение счетчика тиков - еще 16 бит. Это дает нам 32 бита информации - как вы помните, на сегодняшний день границей стойкой криптографии является значение в 40 бит, при реальных длинах ключей в 128 бит. Естественно, подобного метода крайне недостаточно. Итак к 32 битам можно добавить еще 16 бит из сверхбыстрого таймера, работающего на частоте 1,2 МГц в компьютерах архитектуры IBM PC AT и этого еще недостаточно. Кроме того, даже если мы сможем набрать длину ключа в 128 бит (что очень сомнительно), она будет нести псевдослучайный характер, поскольку основана на состоянии только лишь данной ЭВМ на момент начала шифрования. Источниками по-настоящему случайных величин могут быть только внешние объекты, например, человек.
Два наиболее часто применяемых метода создания случайных последовательностей с помощью человека основаны на вводе с клавиатуры. В обоих случаях пользователя просят, не задумываясь, понабирать на клавиатуре бессмысленные сочетания букв.
По первому методу над самими введенными значениями производятся действия, повышающие случайность выходного потока. Так, например, обязательно удаляются верхние 3 бита введенного ASCII символа, часто удаляются еще один верхний и еще один нижний биты. Затем, объем полученной последовательности уменьшается еще в три раза наложением первого и второго бита на третий операцией XOR. Это, в принципе, генерирует достаточно случайную последовательность бит.
По второму методу на введенные символы алгоритм не обращает никакого внимания, зато конспектирует интервалы времени, через которые произошли нажатия. Запись моментов производится по отсчетам быстрого системного таймера (частота 1,2 МГц) или внутреннему счетчику процессора, появившемуся в процессорах, начиная с Intel Pentium (частота соответствует частоте процессора). Так как верхние и младшие биты имеют определенную корреляцию между символами (первые из-за физических характеристик человека, вторые из-за особенностей операционной системы), то они отбрасываются (обычно удаляются 0-8 старших бита и 4-10 младших).
Как более редко встречающиеся варианты можно встретить 1) комбинацию обоих клавиатурных методов и 2) метод, основанный на манипуляторе "мышь" - он выделяет случайную информацию из смещений пользователем указателя мыши.
В мощных криптосистемах военного применения используются действительно случайные генераторы чисел, основанные на физических процессах. Они представляют собой платы, либо внешние устройства, подключаемые к ЭВМ через порт ввода-вывода. Два основных источника белого Гауссовского шума - высокоточное измерение тепловых флуктуаций и запись радиоэфира на частоте, свободной от радиовещания.
3.4 Общие сведения об асимметричных криптоалгоритмах
Симметричные криптосистемы, рассмотренные в предыдущих главах, несмотря на множество преимуществ, обладают одним серьезным недостатком. Связан он с ситуацией, когда общение между собой производят не три-четыре человека, а сотни и тысячи людей. В этом случае для каждой пары, переписывающейся между собой, необходимо создавать свой секретный симметричный ключ. Это в итоге приводит к существованию в системе из N пользователей N2/2 ключей. А это уже очень "приличное" число. Кроме того, при нарушении конфиденциальности какой-либо рабочей станции злоумышленник получает доступ ко всем ключам этого пользователя и может отправлять, якобы от его имени, сообщения всем абонентам, с которыми "жертва" вела переписку.
Своебразным решением этой проблемы явилось появление асимметричной криптографии. Эта область криптографии очень молода по сравнению с другими представителями. Первая схема, имевшая прикладную значимость, была предложена всего около 20 лет назад. Но за это время асимметричная криптография превратилась в одно из основных направлений криптологии, и используется в современном мире также часто, как и симметричные схемы.
Асимметричная криптография изначально задумана как средство передачи сообщений от одного объекта к другому (а не для конфиденциального хранения информации, которое обеспечивают только симметричные алгоритмы). Поэтому дальнейшее используем термины "отправитель" - лицо, шифруюшее, а затем отпраляющее информацию по незащищенному каналу и "получатель" - лицо, принимающее и восстанавливающее информацию в ее исходном виде. Основная идея асимметричных криптоалгоритмов состоит в том, что для шифрования сообщения используется один ключ, а при дешифровании - другой[24,33].
Кроме того, процедура шифрования выбрана так, что она необратима даже по известному ключу шифрования - это второе необходимое условие асимметричной криптографии. То есть, зная ключ шифрования и зашифрованный текст, невозможно восстановить исходное сообщение - прочесть его можно только с помощью второго ключа - ключа дешифрования. А раз так, то ключ шифрования для отправки писем какому-либо лицу можно вообще не скрывать - зная его все равно невозможно прочесть зашифрованное сообщение. Поэтому, ключ шифрования называют в асимметричных системах "открытым ключом", а вот ключ дешифрования получателю сообщений необходимо держать в секрете - он называется "закрытым ключом". Напрашивается вопрос : "Почему, зная открытый ключ, нельзя вычислить закрытый ключ ?" - это третье необходимое условие асимметричной криптографии - алгоритмы шифрования и дешифрования создаются так, чтобы зная открытый ключ, невозможно вычислить закрытый ключ.
В целом система переписки при использовании асимметричного шифрования выглядит следующим образом. Для каждого из N абонентов, ведущих переписку, выбрана своя пара ключей : "открытый" Ej и "закрытый" Dj, где j - номер абонента. Все открытые ключи известны всем пользователям сети, каждый закрытый ключ, наоборот, хранится только у того абонента, которому он принадлежит. Если абонент, скажем под номером 7, собирается передать информацию абоненту под номером 9, он шифрует данные ключом шифрования E9 и отправляет ее абоненту 9. Несмотря на то, что все пользователи сети знают ключ E9 и, возможно, имеют доступ к каналу, по которому идет зашифрованное послание, они не могут прочесть исходный текст, так как процедура шифрования необратима по открытому ключу. И только абонент №9, получив послание, производит над ним преобразование с помощью известного только ему ключа D9 и восстанавливает текст послания. Если сообщение нужно отправить в противоположном направлении (от абонента 9 к абоненту 7), то нужно будет использовать уже другую пару ключей (для шифрования ключ E7, а для дешифрования - ключ D7).
Во-первых, в асимметричных системах количество существующих ключей связано с количеством абонентов линейно (в системе из N пользователей используются 2*N ключей), а не квадратично, как в симметричных системах. Во-вторых, при нарушении конфиденциальности k-ой рабочей станции злоумышленник узнает только ключ Dk : это позволяет ему читать все сообщения, приходящие абоненту k, но не позволяет вывадавать себя за него при отправке писем. Кроме этого, асимметричные криптосистемы обладают еще несколькими очень интересными возможностями, которые мы рассмотрим через несколько разделов[16,17].
3.5 Алгоритм RSA
Алгоритм RSA стоит у истоков асимметричной криптографии. Он был предложен тремя исседователями-математиками Рональдом Ривестом (R.Rivest) , Ади Шамиром (A.Shamir) и Леонардом Адльманом (L.Adleman) в 1977-78 годах.
Первым этапом любого асимметричного алгоритма является создание пары ключей : открытого и закрытого и распространение открытого ключа "по всему миру". Для алгоритма RSA этап создания ключей состоит из следующих операций :
Выбираются два простых (!) числа p и q
Вычисляется их произведение n(=p*q)
Выбирается произвольное число e (e<n), такое, что НОД(e,(p-1)(q-1))=1, то есть e должно быть взаимно простым с числом (p-1)(q-1).
Методом Евклида решается в целых числах (!) уравнение e*d+(p-1)(q-1)*y=1. Здесь неизвестными являются переменные d и y - метод Евклида как раз и находит множество пар (d,y), каждая из которых является решением уравнения в целых числах.
Два числа (e,n) - публикуются как открытый ключ.
Число d хранится в строжайшем секрете - это и есть закрытый ключ, который позволит читать все послания, зашифрованные с помощью пары чисел (e,n).
Как же производится собственно шифрование с помощью этих чисел :
Отправитель разбивает свое сообщение на блоки, равные k=[log2(n)] бит, где квадратные скобки обозначают взятие целой части от дробного числа.
Подобный блок, как Вы знаете, может быть интерпретирован как число из диапазона (0;2k-1). Для каждого такого числа (назовем его mi) вычисляется выражение ci=((mi)e)mod n. Блоки ci и есть зашифрованное сообщение Их можно спокойно передавать по открытому каналу, поскольку.операция возведения в степень по модулю простого числа, является необратимой математической задачей. Обратная ей задача носит название "логарифмирование в конечном поле" и является на несколько порядков более сложной задачей. То есть даже если злоумышленник знает числа e и n, то по ci прочесть исходные сообщения mi он не может никак, кроме как полным перебором mi.
А вот на приемной стороне процесс дешифрования все же возможен, и поможет нам в этом хранимое в секрете число d. Достаточно давно была доказана теорема Эйлера, частный случай которой утвержает, что если число n представимо в виде двух простых чисел p и q, то для любого x имеет место равенство (x(p-1)(q-1))mod n = 1. Для дешифрования RSA-сообщений воспользуемся этой формулой.
На самом деле операции возведения в степень больших чисел достаточно трудоемки для современных процессоров, даже если они производятся по оптимизированным по времени алгоритмам. Поэтому обычно весь текст сообщения кодируется обычным блочным шифром (намного более быстрым), но с использованием ключа сеанса, а вот сам ключ сеанса шифруется как раз асимметричным алгоритмом с помощью открытого ключа получателя и помещается в начало файла.
Технологии цифровых подписей
Как оказалось, теория асимметричного шифрования позволяет очень красиво решать еще одну проблему информационной безопасности - проверку подлинности автора сообщения. Для решения этой проблемы с помощью симметричной криптографии была разработана очень трудоемкая и сложная схема. В то же время с помощью, например, того же алгоритма RSA создать алгоритм проверки подлинности автора и неизменности сообщения чрезвычайно просто.
Предположим, что нам нужно передать какой-либо текст, не обязательно секретный, но важно то, чтобы в него при передаче по незащищенному каналу не были внесены изменения. К таким текстам обычно относятся различные распоряжения, справки, и тому подобная документация, не представляющая секрета. Вычислим от нашего текста какую-либо хеш-функцию - это будет число, которое более или менее уникально характеризует данный текст.
В принципе, можно найти другой текст, который дает то же самое значение хеш-функции, но изменить в нашем тексте десять-двадцать байт так, чтобы текст остался полностью осмысленным, да еще и изменился в выгодную нам сторону (например, уменьшил сумму к оплате в два раза) - чрезвычайно сложно. Именно для устранения этой возможности хеш-функции создают такими же сложными как и криптоалгоритмы - если текст с таким же значением хеш-функции можно будет подобрать только методом полного перебора, а множество значений будет составлять как и для блочных шифров 232-2128 возможных вариантов, то для поиска подобного текста злоумышленнику "потребуются" те же самые миллионы лет.
Таким образом, если мы сможем передать получателю защищенным от изменения методом хеш-сумму от пересылаемого текста, то у него всегда будет возможность самостоятельно вычислить хеш-функцию от текста уже на приемной стороне и сверить ее с присланной нами. Если хотя бы один бит в вычисленной им самостоятельно контрольной сумме текста не совпадет с соответствующим битом в полученном от нас хеш-значении, значит, текст по ходу пересылки подвергся несанкционированному изменению.
Представим теперь готовую к передаче хеш-сумму в виде нескольких k-битных блоков hi, где k - это размер сообщений по алгоритму RSA в предыдущем параграфе. Вычислим над каждым блоком значение si=((hi)d)mod n, где d - это тот самый закрытый ключ отправителя. Теперь сообщение, состоящее из блоков si можно "спокойно" передавать по сети. Никакой опасности по известным hi и si найти Ваш секретный ключ нет - это настолько же сложная задача, как и задача "логарифмирования в конечном поле". А вот любой получатель сообщения может легко прочесть исходное значение hi, выполнив операцию ((si)e)mod n = ((hi)d*e)mod n = hi - Ваш открытый ключ (e,n) есть у всех, а то, что возведение любого числа в степень (e*d) по модулю n дает исходное число, мы доказали в прошлом параграфе. При этом никто другой, кроме Вас, не зная Вашего закрытого ключа d не может, изменив текст, а следовательно, и хеш-сумму, вычислить такие s'i, чтобы при их возведении в степень e получилась хеш-сумма h'i, совпадающая с хеш-суммой фальсифицированного текста.
Таким образом, манипуляции с хеш-суммой текста представляют из себя "асимметричное шифрование наоборот" : при отправке используется закрытый ключ отправителя, а для проверки сообщения - открытый ключ отправителя. Подобная технология получила название "электронная подпись". Информацией, которая уникально идентифицирует отправителя (его виртуальной подписью), является закрытый ключ d. Ни один человек, не владеющий этой информацией, не может создать такую пару (текст,si), что описанный выше алгоритм проверки дал бы положительный результат.
Подобный обмен местами открытого и закрытого ключей для создания из процедуры асимметричного шифрования алгоритма электронной подписи возможен только в тех системах, где выполняется свойство коммутативности ключей. Для других асимметричных систем алгоритм электронной подписи либо значительно отличается от базового, либо вообще не реализуем.
На сегодняшний день не существует единой сети распространения открытых ключей, и дело, как это часто бывает, заключается в войне стандартов. Развиваются несколько независимых систем, но ни одна из них не получила довлеющего превосходства над другими, которое назывется "мировым стандартом".
Необходимо отметить, что цепочка распространения ключей в реальных случаях не очень велика. Обычно она состоит из двух-четырех звеньев. С привлечением к процессу распространения ключей крупных фирм-производителей программных продуктов она становится еще короче. Действительно, если на компакт-диске (не пиратском !) с купленным программным обеспечением уже находится открытый ключ этой фирмы, а сама она имеет крупный рынок сбыта, то цепочка будет состоять либо из одного звена (если ПО этой же фирмы стоит и у Вашего потенциального собеседника), либо из двух (вторым станет какой-нибудь другой гигантский концерн, чье ПО установлено у собеседника - уж между собой-то все крупные компании обменялись ключами электронных подписей достаточно давно). Открытый ключ, подписанный какой-либо третьей стороной, называется заверенным с помощью сертификата. Сертификатом называется информационный пакет, содержащий какой-либо объект (обычно ключ) и электронную подпись, подтверждающую этот объект от имени чьего-либо лица[1,4].
Обмен ключами по алгоритму Диффи-Хеллмана
Данный параграф посвящен еще одному интересному алгоритму, который достаточно трудно классифицировать. Он помогает обмениваться секретным ключом для симметричных криптосистем, но использует метод, очень похожий на асимметричный алгоритм RSA. Алгоритм назван по фамилиям его создателей Диффи (Diffie) и Хеллмана (Hellman).
Определим круг его возможностей. Предположим, что двум абонентам необходимо провести конфиденциальную переписку, а в их распоряжении нет первоначально оговоренного секретного ключа. Однако, между ними существует канал, защищенный от модификации, то есть данные, передаваемые по нему, могут быть прослушаны, но не изменены (такие условия имеют место довольно часто). В этом случае две стороны могут создать одинаковый секретный ключ, ни разу не передав его по сети, по следующему алгоритму.
Предположим, что обоим абонентам известны некоторые два числа v и n. Они, впрочем, известны и всем остальным заинтересованным лицам. Например, они могут быть просто фиксированно "зашиты" в программное обеспечение. Для того, чтобы создать неизвестный более никому секретный ключ, оба абонента генерируют случайные или псевдослучайные простые числа : первый абонент - число x, второй абонент - число y. Затем первый абонент вычисляет значение (vx) mod n и пересылает его второму, а второй вычисляет (vy) mod n и передает первому. Злоумышленник получает оба этих значения, но модифицировать их (вмешаться в процесс передачи) не может. На втором этапе первый абонент на основе имеющегося у него x и полученного по сети (vy) mod n вычисляет значение (((vy) mod n)x)mod n, а второй абонент на основе имеющегося у него y и полученного по сети (vx) mod n вычисляет значение (((vx) mod n)y)mod n. На самом деле операция возведения в степень переносима через операцию взятия модуля по простому числу (то есть коммутативна в конечном поле), то есть у обоих абонентов получилось одно и то же число : ((vx*y) mod n. Его они и могут использовать в качестве секретного ключа, поскольку здесь злоумышленник снова встретится с проблемой RSA при попытке выяснить по перехваченным (vx) mod n и (vy) mod n сами числа x и y - это очень и очень ресурсоемкая операция, если числа v,n,x,y выбраны достаточно большими.
Необходимо еще раз отметить, что алгоритм Диффи-Хеллмана работает только на линиях связи, надежно защищенных от модификации. Если бы он был применим на любых открытых каналах, то давно снял бы проблему распространения ключей и, возможно, заменил собой всю асимметричную криптографию. Однако, в тех случаях, когда в канале возможна модификация данных, появляется очевидная возможность вклинивания в процесс генерации ключей "злоумышленника-посредника" по той же самой схеме, что и для асимметричной криптографии.
Общая схема асимметричной криптосистемы изображена на рисунке 1 приложения 4. По структуре она практически идентична симметричной.
Заключение
Криптография сегодня - это важнейшая часть всех информационных систем: от электронной почты до сотовой связи, от доступа к сети Internet до электронной наличности. Криптография обеспечивает подотчетность, прозрачность, точность и конфиденциальность. Она предотвращает попытки мошенничества в электронной коммерции и обеспечивает юридическую силу финансовых транзакций. Криптография помогает установить вашу личность, но и обеспечивает вам анонимность. Криптографические методы защиты информации обеспечивают невозможность несанкционированного доступа, изменения или удаления важных коммерческих и личных данных, которые хранятся на Вашем компьютере. В мире современной коммерции информация является одним из самых важных элементов, и основная часть этой важной информации хранится и обрабатывается в электронном виде, поэтому надежные методы защиты компьютерной информации - это самый лучший способ воспрепятствовать преднамеренной или случайной ее утечке. А в будущем, по мере того как коммерция и коммуникации будут все теснее связываться с компьютерными сетями, криптография станет жизненно важной. Но присутствующие на рынке криптографические средства не обеспечивают того уровня защиты, который обещан в рекламе. Большинство продуктов разрабатывается и применяется отнюдь не в сотрудничестве с криптографами. Этим занимаются инженеры, для которых криптография - просто еще один компонент программы. Но криптография - это не компонент. Нельзя обеспечить безопасность системы, "вставляя" криптографию после ее разработки. На каждом этапе, от замысла до инсталляции, необходимо осознавать, что и зачем вы делаете.
Для того чтобы грамотно реализовать собственную криптосистему, необходимо не только ознакомится с ошибками других, и понять причины, по которым они произошли, но и, возможно, применять особые защитные приемы программирования и специализированные средства разработки. На обеспечение компьютерной безопасности тратятся миллиарды долларов, причем большая часть денег выбрасывается на негодные продукты. Два криптопакета для электронной почты могут иметь схожий пользовательский интерфейс, но один обеспечит безопасность, а второй допустит подслушивание. Сравнение может указывать сходные черты двух программ, но в безопасности одной из них при этом зияют дыры, которых лишена другая система. Опытный криптограф сможет определить разницу между этими системами. То же самое может сделать и злоумышленник. На сегодняшний день компьютерная безопасность - это карточный домик, который в любую минуту может рассыпаться. Очень многие слабые продукты до сих пор не были взломаны только потому, что они мало используются. Как только они приобретут широкое распространение, они станут притягивать к себе преступников. Пресса тут же придаст огласке эти атаки, подорвав доверие публики к этим криптосистемам. Написав данную работу, можно сделать следующие выводы:
- Криптоалгоритмы несомненно являются "сердцем" криптографических систем, но их непосредственное применение без каких-либо модификаций для кодирования больших объемов данных на самом деле не очень приемлимо.
- Обоснованный выбор той или иной системы защиты в общем-то должен опираться на какие-то критерии эффективности.
- Рекомендуется использование некоторых интегральных показателей, учитывающих характеристики системы.
Но в любом случае выбранный комплекс криптографических методов должен сочетать как удобство, гибкость и оперативность использования, так и надежную защиту от злоумышленников циркулирующей в системе информации.
Последним достижением в области криптографий была разработка криптографической системы, основанная на свойствах квантовых частиц. Некоторые параметры квантовых частиц невозможно предсказать, и они используются при генерации ключа. Параметры квантовой частицы искажаются при попытке ее копирования, таким образом, о факте прослушивания информации сразу становиться известно получателю.
На рынке программных средств защиты информации ожидается появление коммерческих квантовых криптосистем.
Как показала практика, при наличии таких систем, как AES или RSA, слабым местом в безопасности информации зачастую является не стойкость шифра, а другие факторы, такие, как ошибки при реализации алгоритма, дыры в безопасности программного оборудования и человеческий фактор.
Эффективность современных шифровальных систем и их устойчивость к дешифровке настолько высока, что в некоторых странах использование мощных алгоритмов запрещено, так как оно делает дешифровку информации не возможной даже для органов власти, что может быть использовано в преступных целях. Ограничением, накладываемым на возможности шифровальных систем, сопротивляются деловые круги - в самом деле кому нужны цифры которые с легкостью могут быть взломаны конкурентами.
В Казахстане и ряде других стран существуют строгие ограничения на использование криптографии. Практически все виды деятельности, связанные с шифрованием информации требует получения государственной лицензии. Доступность стойких ко взлому криптографических систем, однако, является одним из важных факторов для развития электронного бизнеса.
Хочется верить, что со временем ситуация в Казахстане позволит свободную разработку и использование стойких криптографических систем, что несомненно окажет положительное влияние на электронный рынок страны.
Глоссарий
Информация - это данные, преобразованные в форму, которая является значимой и полезной для пользователя.
Информационная безопасность - защищенность информации и поддерживающей инфраструктуры от случайных или преднамеренных воздействий, направленных на нанесения ущерба.
Защита информации - использование специальных средств, методов и мероприятий с целью предотвращения утери информации, находящейся в СОД.
Доступность - возможность за приемлемое время получить требуемую информационную услугу.
Целостность - это свойство информации сохранять свою структуру и содержание в процессе передачи и хранения.
Система - это совокупность выделенных по некоторому признаку элементов и связей между ними представляющая собой некоторое единство, целостность и направленная на достижение определенной цели.
Сеть - это совокупность объединенных каналами связи вычислительных центров, обеспечивающих потребностями пользователей в выполнении информационно-вычислительных работ.
Программные средства - программы, специально предназначенные для выполнения функций, связанных с защитой информации.
Препятствие - физически преграждает злоумышленнику путь к защищаемой информации (на территорию и в помещения с аппаратурой, носителям информации).
Управление доступом - способ защиты информации регулированием использования всех ресурсов системы (технических, программных средств, элементов данных).
Маскировка - способ защиты информации с СОД путем ее криптографического.
Конфиденциальность - это свойство информации быть доступной только ограниченному кругу пользователей.
Правовое обеспечение -- совокупность законодательных актов, нормативно-правовых документов, положений, инструкций, руководств, требования которых являются обязательными в рамках сферы их деятельности в системе защиты информации.
Аппаратные средства -- устройства, встраиваемые непосредственно в вычислительную технику, или устройства, которые сопрягаются с ней по стандартному интерфейсу
Криптография -- это наука об обеспечении секретности и/или аутентичности (подлинности) передаваемых сообщений.
Санкционированный доступ - это доступ к информации, не нарушающий установленные правила разграничения доступа.
Оперативность доступа - это способность информации быть доступными для конечного пользователя в соответствии с его оперативными потребностями.
Идентификация объекта - это процедура распознавания объекта по его идентификатору.
Аутентификация - это проверка подлинности объекта с данным идентификатором.
Авторизация - это процедура предоставления законному объекту, успешно прошедшему идентификацию и аутентификацию.
Уязвимость системы(сети) - эта любая характеристика компьютерной системы, использование которой может привести к реализации угрозы.
Атака на компьютерную систему (сеть) - это действие, предпринимаемое злоумышленником с целью поиска и использования той или иной уязвимости системы.
Безопасная или защищенная система - это система со средствами защиты, которые успешно и эффективно противостоят угрозам безопасности.
Троянский конь -- это программа, содержащая в себе некоторую разрушающую функцию, которая активизируется при наступлении некоторого условия срабатывания.
Черви - это вирусы, которые распространяются по глобальным сетям, поражая целые системы, а не отдельные программы.
Комплекс средств защиты (КСЗ) - совокупность программных и технических средств для обеспечения информационной безопасности системы (сети).
Подобные документы
История криптографии и ее основные задачи. Основные понятия криптографии (конфиденциальность, целостность, аутентификация, цифровая подпись). Криптографические средства защиты (криптосистемы и принципы ее работы, распространение ключей, алгоритмы).
курсовая работа [55,7 K], добавлен 08.03.2008Значение применения криптоалгоритмов в современном программном обеспечении. Классификация методов и средств защиты информации, формальные, неформальные средства защиты. Традиционные симметричные криптосистемы. Принципы криптографической защиты информации.
методичка [359,6 K], добавлен 30.08.2009Краткая история развития криптографических методов защиты информации. Сущность шифрования и криптографии с симметричными ключами. Описание аналитических и аддитивных методов шифрования. Методы криптографии с открытыми ключами и цифровые сертификаты.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.12.2014Традиционные симметричные криптосистемы. Основные понятия и определения. Методы шифрования. Метод перестановок на основе маршрутов Гамильтона. Асимметричная криптосистема RSA. Расширенный алгоритм Евклида. Алгоритмы электронной цифровой подписи Гамаля.
курсовая работа [235,6 K], добавлен 06.01.2017Основные методы криптографической защиты информации. Система шифрования Цезаря числовым ключом. Алгоритмы двойных перестановок и магические квадраты. Схема шифрования Эль Гамаля. Метод одиночной перестановки по ключу. Криптосистема шифрования данных RSA.
лабораторная работа [24,3 K], добавлен 20.02.2014Симметричные криптосистемы; алгоритмы шифрования и дешифрования данных, их применение в компьютерной технике в системах защиты конфиденциальной и коммерческой информации. Основные режимы работы алгоритма DES, разработка программной реализации ключа.
курсовая работа [129,6 K], добавлен 17.02.2011Анализ характеристик средств криптографической защиты информации для создания электронной цифровой подписи. Этапы генерации ключевого контейнера и запроса при помощи Удостоверяющего центра с целью получения сертификата проверки подлинности клиента.
реферат [604,6 K], добавлен 14.02.2016Криптография и шифрование. Симметричные и асимметричные криптосистемы. Основные современные методы шифрования. Алгоритмы шифрования: замены (подстановки), перестановки, гаммирования. Комбинированные методы шифрования. Программные шифраторы.
реферат [57,7 K], добавлен 24.05.2005Формирование ключей для шифрования сообщения. Описание алгоритма RSA: шифрование и дешифрование. Понятие и история изобретения криптосистемы с открытым ключом. Свойства односторонней функции и сложность раскрытия шифра. Сущность цифровой подписи.
лабораторная работа [326,0 K], добавлен 04.11.2013Классификация каналов проникновения в систему и утечки информации. Требования к технологиям информационной безопасности. Аутентификация, основанная на использовании цифровой подписи. Технологии защиты от вирусов. Симметричные криптосистемы шифрования.
диссертация [3,9 M], добавлен 17.05.2015
