Дипломная работа: Криптографічні методи захисту інформації

Криптографічний алгоритм, або шифр, - це математична формула, що описує процеси шифрування і розшифрування. Щоб зашифрувати відкритий текст, криптоалгоритм працює в сполученні з ключем - словом, числом або фразою. Те саме повідомлення одним алгоритмом, але різними ключами буде перетворюватися в різний шифртекст. Захищеність шифртекста цілком залежить від двох речей: стійкості криптоалгоритму і таємності ключа. Криптоалгоритм плюс усілякі ключі і протоколи, що приводять їх у дію, складають криптосистему. У традиційній криптографії, також називаної шифруванням таємним, або симетричним, той самий ключ використовується як для шифрування, так і для розшифрування даних. Data Encryption Standart (DES) - приклад симетричного алгоритму, що широко застосовувався на Заході з 70-х років у банківській і комерційних сферах. В даний час його переміняє Advanced Encryption Standard (AES). [20]

Симетричне шифрування має ряд переваг. Перше - швидкість криптографічних операцій. Воно особливо корисно для шифрування даних, що залишаються у вас. Однак, симетричне шифрування, використане саме по собі як засіб захисту коштовних даних, що пересилаються, може виявитися досить витратним просто через складність передачі таємного ключа. Для встановлення криптографічного зв'язку за допомогою симетричного алгоритму, відправникові й одержувачеві потрібно попередньо погодити ключ і тримати його в таємниці. Якщо вони знаходяться в географічно вилучених місцях, то повинні вдатися до допомоги довіреного посередника, наприклад, надійного кур'єра, щоб уникнути компрометації ключа в ході транспортування. Зловмисник, що перехопив ключ на шляху, зможе пізніше читати, змінювати і підробляти будь-яку інформацію, зашифровану або завірену цим ключем. Глобальна проблема симетричних шифрів складається в складності керування ключами: як ви доставите ключ одержувачеві без ризику, що його перехоплять?[21]

1.3.3 PGP. Цифрові підписи. Хеш-функція

PGP поєднує в собі кращі сторони симетричної криптографії і криптографії з відкритим ключем. PGP - це гібридна криптосистема. [7]

Коли користувач зашифровує дані за допомогою PGP, програма для початку їх стискає. Стиск скорочує час модемної передачі і заощаджує дисковий простір, а також, що більш важливо, підвищує криптографічну стійкість. Більшість криптоаналітичних техніків засновано на статистичному аналізі шифртекста в пошуках ознак відкритого тексту. Стиск зменшує число таких ознак, що істотно підсилює опірність криптоаналізу.

Потім, PGP створює сеансовий ключ, тобто одноразовий симетричний ключ, застосовуваний тільки для однієї операції. Цей сеансовий ключ являє собою псевдовипадкове число, згенероване від випадкових рухів мишки і натискання клавіш. Сеансовий ключ працює на основі дуже надійного, швидкого симетричного алгоритму, яким PGP зашифровує стиснуте повідомлення; у результаті виходить шифртекст. Як тільки дані зашифровані, сеансовий ключ також шифрується, але уже відкритим ключем одержувача. Цей зашифрований відкритим ключем сеансовий ключ прикріплюється до шифртексту і передається разом з ним одержувачеві.

Розшифрування відбувається в зворотному порядку. PGP одержувача використовує його закритий ключ для витягу сеансового ключа з повідомлення, яким шифртекст вихідного послання відновлюється у відкритий текст. [12]

Таким чином, комбінація цих двох криптографічних методів поєднує зручність шифрування відкритим ключем зі швидкістю роботи симетричного алгоритму. Симетричне шифрування в тисячі разів швидше асиметричного. Шифрування відкритим ключем, у свою чергу, надає просте рішення проблеми керування ключами і передачі даних. При використовувані їх спільно, швидкість виконання і керування ключами взаємно доповнюються і поліпшуються без якого-небудь збитку безпеки.

Додаткова перевага від використання криптосистем з відкритим ключем полягає в тому, що вони надають можливість створення електронних цифрових підписів (ЕЦП). Цифровий підпис дозволяє одержувачеві повідомлення переконатися в автентичності джерела інформації (іншими словами, у тім , хто є автором інформації), а також перевірити, чи була інформація змінена (перекручена), поки знаходилася в шляху. Таким чином, цифровий підпис є засобом авторизації і контролю цілісності даних. Крім того, ЕЦП несе принцип незречення, що означає, що відправник не може відмовитися від факту свого авторства підписаної ним інформації. Ці можливості настільки ж важливі для криптографії, як і таємність. ЕЦП служить тієї ж мети , що печатка або власноручний автограф на паперовому листі . Однак внаслідок своєї цифрової природи ЕЦП перевершує ручний підпис і печатку в ряді дуже важливих аспектів. Цифровий підпис не тільки підтверджує особистість що підписала, але також допомагає визначити, чи був зміст підписаної інформації змінений. Власноручний підпис і печатка не мають подібну якість, крім того, їх набагато легше підробити. У той же час, ЕЦП аналогічна фізичної печатки в тім плані, що, як печатка може бути проставлена будь-якою людиною, що одержала в розпорядження печатку, так і цифровий підпис може бути згенерована ким завгодно з копією потрібного закритого ключа. Деякі люди використовують цифровий підпис набагато частіше ніж шифрування. Наприклад, ви можете не хвилюватися, якщо хтось довідається , що ви тільки що помістили $1000 на свій банківський рахунок, але ви повинні бути абсолютно упевнені, що робили транзакцію через банківського касира. [18]

Замість шифрування інформації чужим відкритим ключем, ви шифруєте її своїм власним закритим. Якщо інформація може бути розшифрована вашим відкритим ключем, значить її джерелом є ви.

Однак описана вище схема має ряд істотних недоліків. Вона вкрай повільна і робить занадто великий обсяг даних - щонайменше вдвічі більше обсягу вихідної інформації. Поліпшенням такої схеми стає введення в процес перетворення нового компонента - однобічної хеш-функції. Одностороня хеш-функція отримує ввід довільної довжини, називаний прообразом, - у даному випадку, повідомлення будь-якого розміру, хоч тисячі або мільйони біт - і генерує строго залежний від прообразу значення фіксованої довжини, допустимо, 160 біт. Хеш-функція гарантує, що якщо інформація буде будь-як змінена - навіть на один біт, - у результаті вийде зовсім інше хеш-значення. У процесі цифрового підпису PGP обробляє повідомлення криптографічно стійким однобічним хеш-алгоритмом. Ця операція приводить до генерації рядка обмеженої довжини, називаної дайджестом повідомлення (message digest). Потім PGP зашифровує отриманий дайджест закритим ключем відправника, створюючи "електронний підпис", і прикріплює її до прообразу. PGP передає ЕЦП разом з вихідним повідомленням. Після одержання повідомлення, адресат за допомогою PGP заново обчислює дайджест підписаних даних, розшифровує ЕЦП відкритим ключем відправника, тим самим звіряючи, відповідно, цілісність даних і їхнє джерело; якщо обчислений адресатом і отриманий з повідомленням дайджести збігаються, значить інформація після підписання не була змінена. PGP може як зашифрувати саме повідомлення, що підписується, так і не робити цього; підписання відкритого тексту без шифрування корисно в тому випадку, якщо хто-небудь з одержувачів не зацікавлений або не має можливості звірити підпис (допустимо , не має PGP). Якщо в механізмі формування ЕЦП застосовується стійка однобічна хеш-функція, немає ніякого способу взяти або підпис з одного документа і прикріпити неї до іншого, або ж будь-якимось чином змінити підписане повідомлення. Найменша зміна в підписаному документі буде виявлено в процесі звірення ЕЦП. ЕЦП відіграють найважливішу роль у посвідченні і запевнянні ключів інших користувачів PGP. [17][18][20]

1.3.4 Симетричне шифрування

Симетричні алгоритми шифрування — алгоритми, які застосовуються при шифруванні інформації. Особливість симетричних алгоритмів шифрування полягає у тому, що ключ шифрування та розшифрування однаковий, тобто з його допомогою можна як зашифрувати, так і розшифрувати (відновити) повідомлення. Симетричні алгоритми шифрування можна розділити на потокові та блочні алгоритми шифрування. Потокові алгоритми шифрування послідовно обробляють текст повідомлення. Блочні алгоритми працюють з блоками фіксованого розміру. Як правило, довжина блоку дорівнює 64 бітам, але, в алгоритмі AES використовуються блоки довжиною 128 біт. [21]

Симетричні алгоритми шифрування не завжди використовуються самостійно. В сучасних криптоситемах, використовуються комбінації симетричних та асиметричних алгоритмів, для того, аби отримати переваги обох схем. До таких систем належить SSL, PGP та GPG. Асиметричні алгоритми використовуються для розповсюдження ключів швидших симетричних алгоритмів. До деяких відомих, поширених алгоритмів з гарною репутацією належать: Twofish, Serpent, AES (або Рейндайль), Blowfish, CAST5, RC4, TDES (3DES), та IDEA. [12]

В основному, симетричні алгоритми шифрування вимагають менше обчислень, ніж асиметричні. На практиці, це означає, що якісні асиметричні алгоритми в сотні або в тисячі разів повільніші за якісні симетричні алгоритми. Недоліком симетричних алгоритмів є необхідність мати секретний ключ з обох боків передачі інформації. Так як ключі є предметом можливого перехоплення, їх необхідно часто змінювати та передавати по безпечних каналах передачі інформації під час розповсюдження.

При застосуванні із асиметричними алгоритмами шифрування для передачі ключів, майже завжди використовуються генератори криптографічно стійких псевдовипадкових чисел для генерування симетричних ключів сеансу. Однак, брак достатнього рівня випадковості в цих генераторах, або в їх початкових векторах, в минулому часто призводив до втрати конфіденційності при передачі даних. Дуже ретельний підхід до впровадження криптосистеми та генерація випадкових чисел із використанням високоякісних джерел випадкових чисел є дуже важливим для збереження конфіденційності даних, що передаються. []

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7