Принципы криптографической защиты информации

Поиском математических методов преобразования информации для создания безопасных методов связи занимается криптография.

Для преобразования текста из открытого состояния в зашифрованное используются шифры (совокупность обратимых преобразований), но для качественной и систематической защиты текстов требуются не просто шифры, а криптографические системы, содержащие алгоритмы шифрования и схемы распределения и управления ключами.

Криптосистема работает по определенной методологии (процедуре). Алгоритмы и схемы криптосистемы приведены на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Криптосистема.

Состав криптосистемы:

• • один или более алгоритмов шифрования (математических формул);
• • ключи, используемые этими алгоритмами шифрования;

• • система управления ключами;
• • незашифрованный текст;
• • зашифрованный текст (шифротекст).

Развитие с начала 1970;х гг. двухключевой криптографии (криптографии с открытым ключом) позволило к настоящему времени разработать и внедрить технологию электронной подписи электронных документов, которая придает им юридическую значимость.

Двухключевые криптографические системы иначе называются открытыми шифрами, поскольку они основаны на использовании открытого ключа, т. е. такого ключа, который известен всем пользователям системы и потенциальному злоумышленнику в том числе. Такие системы позволяют обеспечить строгую доказательность факта составления того или иного сообщения конкретными пользователями, поскольку только отправитель сообщения, который держит в секрете некоторую дополнительную информацию (секретный ключ), может составить сообщение со специфической внутренней структурой. Процедура проверки электронной подписи с помощью открытого ключа как раз и заключается в выяснении того, что данное сообщение имеет сформированную с помощью секретного ключа структуру. Вероятность того, что незаконное сообщение будет принято за сообщение санкционированного пользователя для современных алгоритмов электронной подписи, — около 10³⁰.

Открытый ключ формируется на основе секретного ключа, или оба они вырабатываются одновременно по специальным процедурам. Зная открытый ключ, можно вычислить секретный. Однако эта задача требует очень большого числа операций: она имеет решение, но его поиск может занять годы и десятилетия.

Защита информации в системе ЭП организована на основании понятий «доверие», «идентичность» и «инфраструктура открытых ключей» (PKI).

Доверие — это фундаментальная идея всей инфраструктуры открытых ключей. Все связи внутри инфраструктуры — это указание на то, кто, кому, что и как доверяет. Точно определить термин «доверие» сложно, и для практических нужд PKI используется следующая формулировка: «Л доверяет В, если поведение В соответствует ожидаемому Л».

Идентичность — набор данных о субъекте, позволяющий отличить субъекта от всех остальных возможных субъектов. Это могут быть паспортные данные, реквизиты юридического лица, другие позиции. В некоторых случаях это может быть даже адрес электронной почты. Например, при шифровке переписки такого адреса вполне достаточно.

Инфраструктура открытых ключей. Суть PKI состоит в том, что задачи идентичности и доверия не могут быть решены только средствами криптографии. Необходима некая договоренность между использующими ключи о том, как именно доказывать связь ключа и пользователя. Решение этого вопроса и есть основа PKI.

Открытый и закрытый ключи являются по сути двумя половинками одного ключа, при этом объявление одной из них открытым ключом является административным решением. Процесс создания ключей организован так, что они могут быть созданы только одновременно. Утраченную часть ключа восстановить нельзя. Используя закрытый ключ для шифрования, а открытый для расшифрования, и наоборот (обладатель открытого ключа может послать зашифрованное этим ключом сообщение обладателю закрытого ключа, и никто, кроме него, не сумеет его прочесть), можно создать защищенный канал связи, который можно подслушать, но нельзя понять ничего, кроме того, что идет передача зашифрованных сообщений.

Хеш-функция (иначе — криптохеш или просто хеш) — еще одно крайне важное понятие, требующее пояснения. Это функция, которая из произвольного набора данных исходного документа по определенному алгоритму формирует данные заданного размера. Например, путем побайтного сложения всех символов документа можно получить один байт результирующего хеша, различающийся в зависимости от входных данных. При такой обработке наборов данных возможны совпадения результирующих значений. Если трудно (практически невозможно) подобрать другое сообщение, имеющее такой же хеш (необратимость хеш-функции) и практически невозможно подобрать пару сообщений, имеющих одинаковый хеш, то такая хеш-функция может быть использована в криптографии. Для криптографических хеш-функций также важно, чтобы при малейшем изменении аргумента значение функции сильно изменялось. В частности, значение хеша не должно давать утечки информации даже при изменении отдельных битов аргумента. Теперь, предположим, что отправитель для заданного сообщения вычислит криптохеш, зашифрует только его своим закрытым ключом, положит результат в подпись письма и перешлет получателю, у которого есть соответствующий открытый ключ. Получатель, приняв сообщение, вычислит ту же самую хеш-функцию, после чего расшифрует хеш из подписи письма. Если присланное значение хеш-функции совпало с вычисленным получателем, то можно быть уверенным в том, что полученное сообщение именно то, которое было подписано отправителем, т. е. подписанное таким образом сообщение невозможно подделать [10] (рис. 5.2).

Эта технология используется при постановке электронной подписи.

Рис. 5.2. Использование подписи — асимметричное шифрование хеша.