ОСВМ   Сетевая безопасность   ОСВМ   ТПОИ   РиЭКТ   КС   ОИС   визуальные среды - 4GL   ТП ОСП  

Сетевая безопасность

Базовые технологии безопасности

  1. Шифрование
  2. Симметричные алгоритмы шифрования
  3. Несимметричные алгоритмы шифрования
  4. Криптоалгоритм RSA
  5. Односторонние функции шифрования

В разных программных и аппаратных продуктах, предназначенных для защиты данных, часто используются одинаковые подходы, приемы и технические решения. К таким базовым технологиям безопасности относятся аутентификация, авторизация, аудит и технология защищенного канала.

Шифрование

Шифрование — это краеугольный камень всех служб информационной безопас­ности, будь то система аутентификации или авторизации, средства создания за­щищенного канала или способ безопасного хранения данных.

Любая процедура шифрования, превращающая информацию из обычного «по­нятного» вида в «нечитабельный» зашифрованный вид, естественно, должна быть дополнена процедурой дешифрирования, которая, будучи примененной к за­шифрованному тексту, снова приводит его в понятный вид. Пара процедур — шифрование и дешифрирование — называется криптосистемой.

Информацию, над которой выполняются функции шифрования и дешифрирова­ния, будем условно называть «текст», учитывая, что это может быть также чи­словой массив или графические данные.

В современных алгоритмах шифрования предусматривается наличие парамет­ра — секретного ключа. В криптографии принято правило Керкхоффа: «Стой­кость шифра должна определяться только секретностью ключа». Так, все стан­дартные алгоритмы шифрования (например, DES, PGP) широко известны, их детальное описание содержится в легко доступных документах, но от этого их эффективность не снижается. Злоумышленнику может быть все известно об алгоритме шифрования, кроме секретного ключа (следует отметить, однако, что существует немало фирменных алгоритмов, описание которых не публикуется).

Алгоритм шифрования считается раскрытым, если найдена процедура, позволяю­щая подобрать ключ за реальное время. Сложность алгоритма раскрытия явля­ется одной из важных характеристик криптосистемы и называется криптостой-костъю.

Существуют два класса криптосистем — симметричные и асимметричные. В сим­метричных схемах шифрования (классическая криптография) секретный ключ зашифровки совпадает с секретным ключом расшифровки. В асимметричных схе­мах шифрования (криптография с открытым ключом) открытый ключ зашиф­ровки не совпадает с секретным ключом расшифровки.

Симметричные алгоритмы шифрования

На рис. 20.1 приведена классическая модель симметричной криптосистемы, тео­ретические основы которой впервые были изложены в 1949 году в работе Клода Шеннона. В данной модели три участника: отправитель, получатель, злоумыш­ленник. Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу пе­редать некоторое сообщение в защищенном виде. Для этого он на ключе k за­шифровывает открытый текст Х и передает шифрованный текст Y. Задача получателя заключается в том, чтобы расшифровать Y и прочитать сообщение X. Предполагается, что отправитель имеет свой источник ключа. Сгенерированный ключ заранее по надежному каналу передается получателю. Задача злоумышлен­ника заключается в перехвате и чтении передаваемых сообщений, а также в ими­тации ложных сообщений.

Рис. 20.1. Модель симметричного шифрования

Модель является универсальной — если зашифрованные данные хранятся в ком­пьютере и никуда не передаются, отправитель и получатель совмещаются в од­ном лице, а в роли злоумышленника выступает некто, имеющий доступ к компь­ютеру в ваше отсутствие.

Наиболее популярным стандартным симметричным алгоритмом шифрования данных является DES (Data Encryption Standard). Алгоритм разработан фирмой IBM и в 1976 году был рекомендован Национальным бюро стандартов к исполь­зованию в открытых секторах экономики. Суть этого алгоритма заключается в следующем (рис. 11.2).

Данные шифруются поблочно. Перед шифрованием любая форма представления данных преобразуется в числовую. Эти числа получают путем любой открытой процедуры преобразования блока текста в число. Например, ими могли бы быть значения двоичных чисел, полученных слиянием ASCII-кодов последовательных символов соответствующего блока текста. На вход шифрующей функции посту­пает блок данных размером 64 бита, он делится пополам на левую (L) и правую (R) части. На первом этапе на место левой части результирующего блока поме­щается правая часть исходного блока. Правая часть результирующего блока вы­числяется как сумма по модулю 2 (операция XOR) левой и правой частей исход­ного блока. Затем на основе случайной двоичной последовательности по опреде­ленной схеме в полученном результате выполняются побитные замены и пере­становки. Используемая двоичная последовательность, представляющая собой ключ данного алгоритма, имеет длину 64 бита, из которых 56 действительно слу­чайны, а 8 предназначены для контроля ключа.

 

рис. 20.2 Схема шифрования по алгортму ИСО

Вот уже в течение двух десятков лет алгоритм DES испытывается на стойкость. И хотя существуют примеры успешных попыток «взлома» данного алгоритма, в целом можно считать, что он выдержал испытания. Алгоритм DES широко ис­пользуется в различных технологиях и продуктах безопасности информацион­ных систем. Для того чтобы повысить криптостойкость алгоритма DES, иногда применяют его усиленный вариант, называемый «тройным DES», который вклю­чает троекратное шифрование с использованием двух разных ключей. При этом можно считать, что длина ключа увеличивается с 56 бит до 112 бит, а значит, криптостойкость алгоритма существенно повышается. Но за это приходится пла-; тить производительностью — «тройной DES» требует в три раза больше времени, чем «обычный» DES.

| В симметричных алгоритмах главную проблему представляют ключи. Во-первых, криптостойкость многих симметричных алгоритмов зависит от качества ключа, это предъявляет повышенные требования к службе генерации ключей. Во-вто­рых, принципиальной является надежность канала передачи ключа второму уча­стнику секретных переговоров. Проблема с ключами возникает даже в системе с двумя абонентами, а в системе с п абонентами, желающими обмениваться сек­ретными данными по принципу «каждый с каждым», потребуется 72х(п-1)/2 ключей, которые должны быть сгенерированы и распределены надежным обра­зом. То есть количество ключей пропорционально квадрату количества абонен­тов, что при большом числе абонентов делает задачу чрезвычайно сложной. Несимметричные алгоритмы, основанные на использовании открытых ключей, снимают эту проблему.

Несимметричные алгоритмы шифрования

В середине 70-х двое ученых — Винфилд Диффи и Мартин Хеллман — описали принципы шифрования с открытыми ключами. Особенность шифрования на основе открытых ключей состоит в том, что одно­временно генерируется уникальная пара ключей, таких, что текст, зашифрован­ный одним ключом, может быть расшифрован только с использованием второго ключа и наоборот.

В модели криптосхемы с открытым ключом также три участника: отправитель, получатель, злоумышленник (рис. 20.3). Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу связи передать некоторое сообщение в защищенном виде. Получатель генерирует на своей стороне два ключа: открытый Е и закры­тый D. Закрытый ключ D (часто называемый также личным ключом) абонент должен сохранять в защищенном месте, а открытый ключ Е он может передать всем, с кем он хочет поддерживать защищенные отношения. Открытый ключ ис­пользуется для шифрования текста, но расшифровать текст можно только с по­мощью закрытого ключа. Поэтому открытый ключ передается отправителю в незащищенном виде. Отправитель, используя открытый ключ получателя, шиф­рует сообщение Х и передает его получателю. Получатель расшифровывает сообщение своим закрытым ключом D. Очевидно, что числа, одно из которых используется для шифрования текста,  а другое — для дешифрирования, не могут быть независимыми друг от друга, а значит, есть теоретическая возможность вычисления закрытого ключа по открытому, но это связано с огромным количеством вычислений, которые требуют   соответственно огромного времени. Поясним принципиальную связь между закрытым и открытым ключами следующей аналогией.

Y = E(X)                          X = D(Y)

Рис. 20.3. Модель криптосхемы с открытым ключом

Пусть абонент 1 (рис. 20.4, а) решает вести секретную переписку со своими со­трудниками на малоизвестном языке, например санскрите. Для этого он обзаво­дится санскритско-русским словарем, а всем своим абонентам посылает русско-санскритские словари. Каждый из них, пользуясь словарем, пишет сообщения на санскрите и посылает их абоненту 1, который переводит их на русский язык, пользуясь доступным только ему санскритско-русским словарем. Очевидно, что здесь роль открытого ключа Е играет русско-санскритский словарь, а роль за­крытого ключа D — санскритско-русский словарь. Могут ли абоненты 2, 3 и 4 прочитать чужие сообщения 5з, 83, 84, которые посылает каждый из них абонен­ту I? Вообще-то нет, так как, для этого им нужен санскритско-русский словарь, обладателем которого является только абонент 1. Но теоретическая возможность этого имеется, так как затратив массу времени, можно прямым перебором со­ставить санскритско-русский словарь по русско-санскритскому словарю. Такая процедура, требующая больших временных затрат, является отдаленной анало­гией восстановления закрытого ключа по открытому.

На рис. 20.4, б показана другая схема использования открытого и закрытого клю­чей, целью которой является подтверждение авторства (аутентификация или электронная подпись) посылаемого сообщения. В этом случае поток сообщений имеет обратное направление — от абонента 1, обладателя закрытого ключа D, к его корреспондентам, обладателям открытого ключа Е. Если абонент 1 хочет аутентифицировать себя (поставить электронную подпись), то он шифрует извест­ный текст своим закрытым ключом D и передает шифровку своим корреспон­дентам. Если им удается расшифровать текст открытым ключом абонента 1, то это доказывает, что текст был зашифрован его же закрытым ключом, а значит, именно он является автором этого сообщения. Заметим, что в этом случае сооб­щения Зз, 83, 84, адресованные разным абонентам, не являются секретными, так как все они — обладатели одного и того же открытого ключа, с помощью которо­го они могут расшифровывать все сообщения, поступающие от абонента 1.

Если же нужна взаимная аутентификация и двунаправленный секретный обмен сообщениями, то каждая из общающихся сторон генерирует собственную пару ключей и посылает открытый ключ своему корреспонденту.

Для того чтобы в сети все п абонентов имели возможность не только принимать зашифрованные сообщения, но и сами посылать таковые, каждый абонент дол­жен обладать своей собственной парой ключей Е и D. Всего в сети будет In клю­чей: п открытых ключей для шифрования и п секретных ключей для дешифри­рования. Таким образом решается проблема масштабируемости — квадратичная зависимость количества ключей от числа абонентов в симметричных алгоритмах заменяется линейной зависимостью в несимметричных алгоритмах. Исчезает и задача секретной доставки ключа. Злоумышленнику нет смысла стремиться за­владеть открытым ключом, поскольку это не дает возможности расшифровывать текст или вычислить закрытый ключ.

D — закрытый ключ (санкрито-русский словарь) Е — открытый ключ (русско-санкритский словарь)

 

Рис. 11.4. Две схемы использования открытого и закрытого ключей

 

Хотя информация об открытом ключе не является секретной, ее нужно защи­щать от подлогов, чтобы злоумышленник под именем легального пользователя не навязал свой открытый ключ, после чего с помощью своего закрытого ключа он может расшифровывать все сообщения, посылаемые легальному пользователю и отправлять свои сообщения от его имени. Проще всего было бы распро­странять списки, связывающие имена пользователей с их открытыми ключами широковещательно, путем публикаций в средствах массовой информации (бюл­летени, специализированные журналы и т. п.). Однако при таком подходе мы снова, как и в случае с паролями, сталкиваемся с плохой масштабируемостью. Решением этой проблемы является технология цифровых сертификатов. Серти­фикат — это электронный документ, который связывает конкретного пользова­теля с конкретным ключом.

В настоящее время одним из наиболее популярных криптоалгоритмов с откры­тым ключом является криптоалгоритм RSA.

Криптоалгоритм RSA

В 1978 году трое ученых (Ривест, Шамир и Адлеман) разработали систему шиф­рования с открытыми ключами RSA (Rivest, Shamir, Adieman), полностью отве­чающую всем принципам Диффи-Хеллмана. Этот метод состоит в следующем:

1. Случайно выбираются два очень больших простых числа р и q.

2. Вычисляются два произведения n=p×q и m=(p-l) ×(q-l).

3. Выбирается случайное целое число Е, не имеющее общих сомножителей с m.

4. Находится D, такое, что D×E==1 по модулю m.

5. Исходный текст, X, разбивается на блоки таким образом, чтобы 0<Х<n.

6. Для шифрования сообщения необходимо вычислить С=XE по модулю n.

7. Для дешифрирования вычисляется X=CD модулю n.

Таким образом, чтобы зашифровать сообщение, необходимо знать пару чисел (Е, п), а чтобы дешифрировать — пару чисел (D, п). Первая пара — это открытый ключ, а вторая — закрытый.

Зная открытый ключ (Е, n), можно вычислить значение закрытого ключа D. Не­обходимым промежуточным действием в этом преобразовании является нахож­дение чисел р и q, для чего нужно разложить на простые множители очень боль­шое число п, а на это требуется очень много времени. Именно с огромной вычислительной сложностью разложения большого числа на простые множите­ли связана высокая криптостойкость алгоритма RSA, В некоторых публикациях приводятся следующие оценки: для того чтобы найти разложение 200-значно-го числа, понадобится 4 миллиарда лет работы компьютера с быстродействием миллион операций в секунду. Однако следует учесть, что в настоящее время ак­тивно ведутся работы по совершенствованию методов разложения больших чи­сел, поэтому в алгоритме RSA стараются применять числа длиной более 200 де­сятичных разрядов.

Программная реализация криптоалгоритмов типа RSA значительно сложнее и менее производительна, чем реализация классических криптоалгоритмов типа DES. Вследствие сложности реализации операций модульной арифметики крип­тоалгоритм RSA часто используют только для шифрования небольших объемов информации, например для рассылки классических секретных ключей или в(алгоритмах цифровой подписи, а основную часть пересылаемой информации f шифруют с помощью симметричных алгоритмов.

В табл. 11.1 приведены некоторые сравнительные характеристики классического криптоалгоритма DES и криптоалгоритма RSA.

 

 

Таблица 11.1. Сравнительные характеристики алгоритмов шифрования

Характеристика

DES

RSA

 

Скорость шифрования

Высокая

Низкая

Используемая функция шифрования

 

Перестановка и подстановка

Возведение в степень

 

Длина ключа

56 бит

Более 500 бит

Наименее затратный криптоанализ (его сложность определяет стойкость алгоритма)

Перебор по всему ключевому пространству

Разложение числа на простые множители

 

Время генерации ключа

Милисекунды

Минуты

Тип ключа

Симметричный

Ассиметричный

Односторонние функции шифрования

Во многих базовых технологиях безопасности используется еще один прием шиф­рования — шифрование с помощью односторонней функции (one-way function), называемой также хэш-функцией (hash function), или дайджест-функцией (di­gest function).

Эта функция, примененная к шифруемым данным, дает в результате значение (дайджест), состоящее из фиксированного небольшого числа байт (рис. 11.5, а). Дайджест передается вместе с исходным сообщением. Получатель сообщения, зная, какая односторонняя функция шифрования (ОФШ) была применена для получения дайджеста, заново вычисляет его, используя незашифрованную часть сообщения. Если значения полученного и вычисленного дайджестов совпадают, то значит, содержимое сообщения не было подвергнуто никаким изменениям. Знание дайджеста не дает возможности восстановить исходное сообщение, но зато позволяет проверить целостность данных.

Дайджест является своего рода контрольной суммой для исходного сообщения. Однако имеется и существенное отличие. Использование контрольной суммы является средством проверки целостности передаваемых сообщений по ненадеж­ным линиям связи. Это средство не направлено на борьбу со злоумышленника­ми, которым в такой ситуации ничто не мешает подменить сообщение, добавив к нему новое значение контрольной суммы. Получатель в таком случае не заметит никакой подмены.

В отличие от контрольной суммы при вычислении дайджеста требуются секрет­ные ключи. В случае если для получения дайджеста использовалась односторон­няя функция с параметром, который известен только отправителю и получате­лю, любая модификация исходного сообщения будет немедленно обнаружена.

На рис. 20.5, показан другой вариант использования односторонней функции шифрования для обеспечения целостности данных. В данном случае односто­ронняя функция не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к со­общению, а к сообщению, дополненному секретным ключом. Получатель, извле­кая исходное сообщение, также дополняет его тем же известным ему секретным ключом, после чего применяет к полученным данным одностороннюю функцию. Результат вычислений сравнивается с полученным по сети дайджестом.

Помимо обеспечения целостности сообщений дайджест может быть использован в качестве электронной подписи для аутентификации передаваемого документа.

Построение односторонних функций является трудной задачей. Такого рода функции должны удовлетворять двум условиям:

Наиболее популярной в системах безопасности в настоящее время является се­рия хэш-функций MD2, MD4, MD5. Все они генерируют дайджесты фиксиро­ванной длины 16 байт. Адаптированным вариантом MD4 является американский стандарт SHA, длина дайджеста в котором составляет 20 байт. Компания IBM поддерживает односторонние функции MDC2 и MDC4, основанные на алгорит­ме шифрования DES.

 

Рис. 20.5 Односторонние функции шифрования

ОСВМ   Сетевая безопасность   ОСВМ   ТПОИ   РиЭКТ   КС   ОИС   визуальные среды - 4GL   ТП ОСП  

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 25.11.2020 - 08:03: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:52: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:37: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александры Андерссон - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:51: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:47: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 20:37: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 20:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 20:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 18:14: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
24.11.2020 - 16:41: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution