Симметричное шифрование информации

Системам симметричного шифрования столько же лет, сколько и письменному обмену информацией. Традиционный механизм шифрования заключается в том, что к документу применяется некий метод шифрования, основанный на использовании ключа, после чего документ становится недоступен для чтения обычными средствами. Его может прочитать только тот, кто знает ключ, то есть обладает адекватным методом воспроизведения информации.

Аналогичным образом происходит шифрование ответного сообщения. Если в процессе обмена информацией для шифрования и чтения используется один и тот же ключ, то такой криптографический процесс является симметричным.

Основное достоинство симметричного шифрования — высокая скорость работы алгоритмов. Это позволяет использовать симметричную криптографию для шифрования не только для коротких сообщений, но и объемных документов.

Дополнительные достоинства симметричного шифрования: высокая криптостойкость алгоритмов и их хорошая изученность. Первый фактор позволяет гарантировать, что ключ определенного размера не будет реконструирован в заданные сроки, а второй — то, что в эти сроки не будут созданы новые методы криптоанализа, радикально влияющие на стойкость алгоритма. Для примера в таблице представлено количество операций, необходимых для реконструкции ключа.

При современном уровне развития вычислительной техники ключи длиной 56 бит реконструируются на специализированных рабочих станциях в течение нескольких недель. На реконструкцию ключей длиной 60 бит необходимы годы. В свою очередь, продолжительность реконструкции ключей размером 128 бит в миллиарды раз превышает возраст Вселенной.

Таблица. Количество операций, необходимых для реконструкции ключа

Однако у симметричного шифрования есть не только достоинства, но и недостатки. Во-первых, чтобы два партнера могли начать защищенный информационный обмен, им необходимо передать ключ, а для этого опять-таки нужен защищенный канал связи. Таким образом, проблема повторяется, хотя и на другом уровне. Во-вторых, симметричное шифрование не позволяет однозначно аутентифицировать автора содержания, потому что ключом шифрования обладают несколько сторон.

Недостатки симметричного шифрования успешно парируются несимметричными криптографическими системами, основанными на использовании не одного, а двух взаимосвязанных ключей. Такие системы нашли широкое применение в Интернете.

Ключи несимметричного шифрования образуют неразрывную пару. То, что зашифровано одним ключом, можно расшифровать и прочитать только с помощью второго ключа пары. Создатель ключей оставляет один ключ себе: этот ключ называется закрытым, или личным. Второй ключ широко распространяется среди партнеров, то есть публикуется. Его называют открытым, или публичным ключом. Например, публичный ключ компании может быть размещен на ее сайте. Формируя заказ, клиент зашифрует этим ключом данные о своей платежной карте. Прочитать их не сможет никто, кроме владельца закрытого ключа.

Напротив, когда компании потребуется связь с клиентом, она зашифрует свое сообщение закрытым ключом. Клиент прочитает послание, воспользовавшись имеющимся у него открытым ключом данной компании. При этом он будет совершенно уверен, от кого поступило сообщение, поскольку знает, кому принадлежит закрытый ключ.

Основные достоинства несимметричного шифрования соответствуют основным недостаткам шифрования симметричного. Во-первых, отпадает потребность в закрытом канале связи для передачи ключа, поскольку открытый ключ не представляет секрета. Во-вторых, открывается возможность для однозначной идентификации автора документа, потому что никто, кроме владельца закрытого ключа, не может подготовить документ, способный читаться открытым ключом.

Основной недостаток несимметричного шифрования — неудовлетворительная производительность программных средств, реализующих данную технологию. Производительности средств симметричного шифрования в сотни раз выше. Это связано с большим размером несимметричных ключей (он может достигать тысяч бит), а также с высокой вычислительной сложностью алгоритма. Поэтому технологии несимметричного шифрования принято использовать только для обмена короткими сообщениями.

Несимметричное шифрование существенно уступает симметричному по криптостойкости, если сравнивать их при одинаковом размере ключей. Поскольку один из ключей пары широко доступен, а алгоритм шифрования не является секретом, налицо теоретическая возможность для реконструкции закрытого ключа.

Тонкость заключается в том, что знание алгоритма и половинки ключа отнюдь не означает, что реконструкция закрытого ключа возможна в разумно приемлемые сроки с оправданными затратами средств. Так, например, правила игры в шахматы хорошо известны, и нетрудно создать алгоритм для перебора всех возможных шахматных партий, но он никому не нужен, поскольку даже самый быстрый современный суперкомпьютер будет работать над этой задачей дольше, чем существует жизнь на нашей планете.

Защита информации методами несимметричного шифрования не является абсолютной и не считается таковой. Но о ней можно говорить как о достаточной, если затраты на преодоление защиты существенно превышают ее ожидаемую ценность. В этом состоит принцип достаточности защиты, которым руководствуются при использовании несимметричных средств шифрования данных. То есть, выбирая уровень защиты информации, следует соотносить его с ценностью защищаемой информации.

Разумеется, не всегда реконструкцию закрытого ключа производят методами простого перебора комбинаций. Для этого существуют специальные методы, основанные на исследовании особенностей взаимодействия открытого ключа с определенными структурами данных. Область науки, посвященная этим исследованиям, называется криптоанализом, а средняя продолжительность времени, необходимого для реконструкции закрытого ключа по его открытому ключу, определяет криптостойкость алгоритма шифрования.

Для многих методов несимметричного шифрования криптостойкость, полученная в результате криптоанализа, существенно отличается от величин, заявляемых разработчиками алгоритмов на основании теоретических оценок. Поэтому во многих странах вопрос применения алгоритмов шифрования данных находится в поле законодательного регулирования. В частности, в России к использованию в государственных органах разрешены только программные средства шифрования данных, прошедшие государственную сертификацию. Более того, деятельность по разработке и внедрению средств шифрования в Российской Федерации является лицензируемой и должна удовлетворять весьма строгим требованиям.

Гибридные методы защиты информации основаны на сочетании двух основных технологий защиты. Они позволяют сочетать достоинства методов несимметричного шифрования с высокой производительностью симметричных методов. Рассмотрим особенности гибридных методов на примере создания защищенного канала связи по технологии SSL (Secure Sockets Layer).

1. Защищенное SSL-соединение устанавливается в два этапа. На первом этапе стороны обмениваются открытыми ключами и устанавливают первоначальный диалог на основе несимметричного шифрования. При этом стороны получают уверенность в том, с кем имеют дело, и в том, что на линии связи не произошла подмена партнера.

2. В ходе первоначального диалога стороны обмениваются сообщениями, на основании которых они могут совместно выработать общий симметричный ключ. Важно заметить, что симметричный ключ никуда не передается, поскольку у каждого из партнеров он вырабатывается непосредственно «на месте».

3. Полученный симметричный ключ является сеансовым, то есть он действителен только в одном сеансе связи. Пользуясь этим ключом, стороны могут обмениваться сообщениями, документами и любой иной информацией. Таким образом, между ними образуется защищенный канал связи. На рассмотренной ранее модели ISO/OSI этот канал связи относится к третьему уровню системы связи, к так называемому сеансовому уровню.

Если сообщение (или его часть) зашифровано закрытым ключом, то получатель сообщения имеет возможность однозначно идентифицировать его создателя. Этот факт используется для создания такого атрибута электронных документов, как электронная подпись (ЭП). При этом дополнительно возникает возможность убедиться в целостности (полноте и неизменности) содержания документа.

Электронная подпись — информация в электронной форме, которая присоединена к другой информации в электронной форме (подписываемой информации) или иным образом связана с такой информацией и которая используется для определения лица, подписывающего информацию.

Ключ электронной подписи — уникальная последовательность символов, предназначенная для создания электронной подписи.

Ключ проверки электронной подписи — уникальная последовательность символов, однозначно связанная с ключом электронной подписи и предназначенная для проверки подлинности электронной подписи.

Удостоверяющий центр — юридическое лицо или физическое лицо-предприниматель, осуществляющие функции по созданию и выдаче сертификатов ключей проверки электронных подписей, а также иные функции, предусмотренные Законом ДНР «ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ ПОДПИСИ» от 19.06.2015г.

Механизм цифровой подписи базируется на использовании способа шифрования с открытым ключом. Знание соответствующего открытого ключа дает возможность получателю электронного сообщения однозначно опознать его отправителя.

Весь процесс подписания документа c помощью ЭП происходит в несколько этапов.

1. На первом этапе документ обрабатывается математически с помощью некоторой стандартной функции. Ее называют хэш-функцией, а процедуру обработки документа называют хэшированием. В результате хэширования образуется так называемый слепок документа. Это последовательность данных сравнительно небольшого размера (несколько десятков байтов). Иногда ее также называют оттиском документа. Фактически эта последовательность выполняет функции электронной печати. Она заверяет целостность документа. Если в ходе транспортировки в документ будут внесены какие-либо изменения, то оттиск перестанет соответствовать содержанию документа, и адресат легко установит факт подлога.

2. На втором этапе полученный оттиск шифруется закрытым ключом отправителя. Поскольку несимметричное шифрование — процесс трудоемкий, в гражданском документообороте нет смысла шифровать все содержание документа, вполне можно ограничиться шифрованием одного только оттиска.

3. Далее к документу прилагается открытый ключ, позволяющий прочесть сообщение и удостовериться в идентичности партнера и аутентичности содержания.

4. Чтобы избежать подмены открытого ключа на маршруте движения документа, этот ключ тоже шифруется, но теперь уже закрытом ключом специальной уполномоченной организации, которая называется удостоверяющим центром. В обязанности удостоверяющих центров входит подтверждение открытых ключей.

5. В заключение, к документу прилагается открытый ключ удостоверяющего центра. При этом образуется связка ключей. Эту связку можно рассматривать как сертификат ключа подписи (СКП), выданный удостоверяющим центром. (СКП) сертификат ключа подписи - электронный документ с электронной

6. цифровой подписью уполномоченного лица удостоверяющего центра, который включает в себя открытый ключ электронной цифровой подписи участника информационной системы и выдается ему удостоверяющим центром для подтверждения подлинности электронной цифровой подписи, идентификации владельца сертификата ключа подписи и определения его полномочий.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: