Шифрование и расшифрование

Предположим, что отправитель хочет послать сообщение получателю. Более того, отправитель желает засекретить это сообщение, чтобы никто, кроме получателя, не смог его прочитать.

Сообщение состоит из открытого текста. Процесс преобразования открытого текста с целью сделать непонятным его смысл для посторонних называется шифрованием. В результате шифрования сообщения получается шифр-текст. Процесс обратного преобразования шифртекста в открытый текст называется расшифрованием.

Наука, которая учит, как следует поступать, чтобы сохранить содержание сообщений в тайне, называется криптографией. Людей, занимающихся криптографией, зовут криптографами. Криптоаналитики являются специалистами в области криптоанализа — науки о вскрытии шифров, которая отвечает на вопрос о том, как прочесть открытый текст, скрывающийся пол шифрованным. Раздел науки, объединяющий криптографию и криптоанализ, именуется криптологией.

Шифры и ключи

Криптографический алгоритм, также называемый шифром или алгоритмом шифрования, представляет собой математическую функцию, используемую для шифрования и расшифрования. Если быть более точным, таких функций две: одна применяется для шифрования, а другая — для расшифрования.

Когда надежность криптографического алгоритма обеспечивается за счет сохранения в тайне сути самого алгоритма, такой алгоритм шифрования называется ограниченным. Ограниченные алгоритмы представляют значительный интерес с точки зрения истории криптографии, однако совершенно непригодны при современных требованиях, предъявляемых к шифрованию. Ведь в этом случае каждая группа пользователей, желающих обмениваться секретными сообщениями, должна обзавестись своим оригинальным алгоритмом шифрования. Применение готового оборудования и стандартных программ исключено, поскольку тогда любой сможет приобрести это оборудование и эти программы и ознакомиться с заложенным в них алгоритмом шифрования. Придется разрабатывать собственный криптографический алгоритм, причем делать это надо будет каждый раз, когда кто-то из пользователей группы захочет ее покинуть или когда детали алгоритма случайно станут известны посторонним.

В современной криптографии эти проблемы решаются с помощью использования ключа, который обозначается буквой «К» (от английского слова key). Ключ должен выбираться среди значений, принадлежащих множеству, которое называется ключевым пространством. И функция шифрования «Е», и функция расшифрования «D» зависят от ключа. Сей факт выражается присутствием «К» в качестве подстрочного индекса у функций «Е» и «D»:

Е к (Р) = С.

D к © = Р По-прежнему справедливо следующее тождество:

D k (E k (P)) = P.

Некоторые алгоритмы шифрования используют различные ключи для шифрования и расшифрования. Это означает, что ключ шифрования «К1» отличается от ключа расшифрования «К2». В этом случае справедливы следующие соотношения:

Е k1 (P) = С.

D k2 © = Р.

D k2 (E k1 (Р)) = Р администратор мера защита информация Надежность алгоритма шифрования с использованием ключей достигается за счет их надлежащего выбора и последующего хранения в строжайшем секрете. Это означает, что такой алгоритм не требуется держать в тайне. Можно организовать массовое производство криптографических средств, основу функционирования которых положен данный алгоритм. Знание криптографического алгоритма не позволит злоумышленнику прочесть зашифрованные сообщения, поскольку он не знает секретный ключ, использованный для их зашифрования.

Под криптосистемой понимается алгоритм шифрования, а также можно всевозможных ключей, открытых и шифрованных текстов.

Алгоритмы шифрования с открытым ключом

Алгоритмы шифрования с открытым ключом, также называемые асимметричными алгоритмами шифрования, устроены так, что ключ, используемый для шифрования сообщений, отличается от ключа, применяемого для их расшифрования. Более того, ключ расшифрования не может быть за обозримое время вычислен, ходя из ключа шифрования. Свое название алгоритмы с открытым ключом получили благодаря тому, что ключ шифрования не требуемся держать в тайне. Любой может им воспользоваться, чтобы зашифровать свое сообщение, но только обладатель соответствующего секретного ключа расшифрования будет в состоянии прочесть это шифрованное сообщение. Ключ шифрования обычно называют открытым ключом, а ключ расшифрования — тайным ключом. Иногда тайный ключ называют также секретным, однако чтобы избежать путаницы с симметричными алгоритмами, это название не будет использоваться при дальнейшем изложении.

Несмотря на юг факт, что сообщения шифруются с помощью открытого ключа, а расшифровываются с помощью тайного ключа, процесс шифрования и расшифрования все равно записывается так:

Е k (Р) — С.

D к © = Р Иногда сообщения шифруются с использованием тайного ключа, а расшифровываются посредством открытого ключа. Несмотря на возможную путаницу, этот факт математически по-прежнему выражается в виде:

Е к (Р) = С.

D k © = Р.

Шифры замены

Шифром замены называется алгоритм шифрования, который производит замену каждой буквы открытого текста на какой-то символ шифрованного текста. Получатель сообщения расшифровывает его путем обратной замены.

В классической криптографии различают 4 разновидности шифров замены:

• ? Простая замена, или одноалфавитный шифр. Каждая буква открытого текста заменяется на один и тот же символ шифртекста.
• ? Омофонная замена. Аналогична простой замене с единственным отличием: каждой букве открытого текста ставятся в соответствие несколько символов шифртекста. Например, буква «А» заменяется цифрами 5, 13, 25 или 57, а буква «Б» — на 7, 19, 31 или 43 и так далее.
• ? Блочная замена. Шифрование открытого текста производится блоками. Например, блоку «АБА» может соответствовать «РТК», а блоку «АББ» — «СЛЛ» .
• ? Многоалфавитная замена. Состоит из нескольких шифров простои замены. Например, могут использоваться пять шифров простой замены, а какой из них конкретно применяется для шифрования данной буквы открытого текста, — зависит от ее положения в тексте.

Примером шифра простой замены может служить программа ROT13, которую обычно можно найти в операционной системе UNIX. С ее помощью буква «А» открытого текста на английском языке заменяется буквами «N», «В» — на «О» и так далее. Таким образом, ROT13 циклически сдвигает каждую букву английского алфавита на 13 позиций вправо. Чтобы получить исходный открытый текст надо применить функцию шифрования ROT 13 дважды:

Р = ROT13(ROT13(P)).

Все упомянутые шифры замены легко взламываются с использованием современных компьютеров, поскольку замена недостаточно хорошо маскирует стандартные частоты встречаемости букв в открытом тексте.

Разновидностью шифра замены можно считать код, который вместо букв осуществляет замену слов, фраз и даже целых предложений. Например, кодовый текст «ЛЕДЕНЕЦ» может соответствовать фразе открытого текста «ПОВЕРНУТЬ ВПРАВО НА 90°». Однако коды применимы только при определенных условиях: если, например, в коде отсутствует соответствующее значение для слова «МУРАВЬЕД», то вы не можете использовать это слово в открытом тексте своего сообщения, предназначенном для кодирования.

Шифры перестановки

В шифре перестановки буквы открытого текста не замещаются на другие, а меняется сам порядок их следования. Например, в шифре простой колонной перестановки исходный открытый текст записывается построчно (число букв в строке фиксировано), а шифртекст получается считыванием букв по колонкам. Расшифрование производится аналогично: шифртекст записывается поколонно, а открытый текст можно затем прочесть по горизонтали.

Для повышения стойкости полученный шифртекст можно подать на вход второго шифра перестановки. Существуют еще более сложные шифры перестановки, однако почти все они легко взламываются с помощью компьютера.

Хотя во многих современных криптографических алгоритмах и используется перестановка, ее применение ограничено узкими рамками, поскольку в этом случае требуется память большого объема, а также накладываются ограничения на длину шифруемых сообщений. Замена получила значительно большее распространение.

Роторные машины

В 20-е годы были изобретены разнообразные механические устройства призванные автоматизировать процесс шифрования и расшифрования. Большинство из них состояло из клавиатуры для ввода открытого текста набора роторов — специальных вращающихся колес, каждое из которых реализовывало простую замену. Например, ротор мог заменять «А» на «Ф». «Б» на «У», «С» на «Л» и т. д. При этом выходные контакты одного ротора подсоединялись к входным контактам следующего за ним.

Тогда, например, если на клавиатуре 4-роторной машины нажималась клавиша «А», то первый ротор мог превратить ее в «Ф», которая, пройдя через второй ротор, могла стать буквой «Т», которую третий ротор мог заменить на букву «К», которая могла быть преобразована четвертым ротором в букву «F» шифртекста. После этого роторы поворачивались, и в следующий раз замена была иной. Чтобы сбить с толку криптоаналитиков, роторы вращались с разной скоростью.

Наиболее известной роторной машиной стала немецкая «Энигма», которую Германия использовала для засекречивания своей переписки во время Второй мировой войны.

Одноразовые блокноты

Хотите — верьте, хотите — нет, но на самом деле все-таки существует алгоритм шифрования, который невозможно вскрыть. Зовется он одноразовым блокнотом. В классическом виде одноразовый блокнот представляет собой очень длинную последовательность случайных букв, записанную на листах бумаги, которые скреплены между собой в блокнот. Отправитель использует каждую букву из блокнота, чтобы зашифровать ровно одну букву открытого текста сообщения. Шифрование состоит в сложении буквы открытого текста и буквы из одноразового блокнота по модулю «N», где «N» — количество букв в алфавите. После зашифрования отправитель уничтожает использованный одноразовый блокнот. Чтобы отправить новое сообщение, ему придется изготовить или найти новый одноразовый блокнот.

Получатель, владеющий копией одноразового блокнота, которым воспользовался отправитель сообщения, получает открытый текст путем сложения букв шифртекста и букв, извлеченных из имеющейся у него копии одноразового блокнота. Эту копию он затем уничтожает.

Если предположить, что у криптоаналитика нет доступа к одноразовому блокноту, данный алгоритм шифрования абсолютно надежен. Перехваченному шифрованному сообщению с одинаковой вероятностью соответствует произвольный открытый текст той же длины, что и сообщение.

Однако у алгоритма шифрования с помощью одноразового блокнота есть весьма существенный недостаток. Последовательность букв, которая содержится в одноразовом блокноте, должна быть по-настоящему случайной, а не просто псевдослучайной, поскольку любая криптоаналитическая атака на него будет, в первую очередь, направлена против метода генерации содержимого этого блокнота.

Другая важная особенность применения одноразового блокнота состоит в том, чтобы никогда не пользоваться им дважды, поскольку криптоанадитпк может отыскать участки сообщений, для шифрования которых был применен один и тот же одноразовый блокнот. Делается это следующим образом. Нужно последовательно сдвигать одно сообщение относительно другого и подсчитывать количество совпадений. Как только это количество резко увеличится, значит, случайная последовательность, использованная для зашифрования двух различных отрезков сообщений, была одной и той же. Дальнейший криптоанализ осуществляется достаточно просто.

Одноразовые блокноты могут состоять не из байтов, а из битов. Тогда шифрование будет заключаться в выполнении сложения по модулю 2. Для получения открытого текста достаточно опять сложить по модулю 2 шифртекст и содержимое одноразового блокнота. Надежность будет по-прежнему такой же, как при посимвольном модульном сложении.

Еще один недостаток блокнотного способа шифрования заключается в том, что случайная последовательность должна быть той же длины, что и само сообщение. Чтобы послать короткую шифровку резиденту, одноразовый блокнот еще сгодится, но как быть с каналом связи, пропускная способность которого измеряется десятками мегабит в секунду?

Конечно, при необходимости можно для хранения случайных последовательностей воспользоваться компакт-дисками с многократной перезаписью или цифровой магнитной лентой. Однако это будет достаточно дорогостоящее решение проблемы. Кроме того, необходимо будет обеспечить синхронную работу приемной и передающей аппаратуры, а также отсутствие искажений при передаче. Ведь даже если несколько бит сообщения пропущены при его пересдаче, получатель так и не сможет прочесть открытый текст.

Несмотря на все перечисленные выше недостатки, в настоящее время одноразовые блокноты активно используются для шифрования сверхсекретных сообщений. Не имея в своем распоряжении соответствующего блокнота, эти сообщения невозможно прочитать вне зависимости от того, насколько быстро работают суперкомпьютеры, которые используются в ходе криптоана-литической атаки. Даже инопланетные пришельцы со своими сверхсветовыми звездолетами и чудо-компьютерами не смогут их прочесть, если, конечно, не вернутся в прошлое на машине времени и не добудут одноразовые блокноты, использованные для шифрования этих сообщений.

Надежность криптосистем

Как выбрать хороший криптографический алгоритм Безопасность криптосистем можно сравнить с надежностью цепи: чем крепче ее самое слабое звено, тем труднее порвать эту цепь. В хорошей криптосистеме должно быть досконально проверено все — алгоритм, протокол, ключи и т. п. Если криптографический алгоритм достаточно стоек, а генератор случайных чисел, используемый для порождения ключей, никуда не годится, любой опытный криптоаналитик в первую очередь обратит внимание именно на него. Если удастся улучшить генератор, но не будут зачищены ячейки памяти компьютера после того, как в них побывал сгенерированный ключ, грош цена такой безопасности.

Рассмотрим следующую ситуацию. В криптосистеме применяются стойкий криптографический алгоритм и действительно случайные ключи, которые аккуратно удаляются из памяти компьютера после их использования. Однако перед шифрованием файл, в котором наряду с вашим адресом и фамилией указаны все ваши доходы за текущий год, был по ошибке отправлен электронной почтой в налоговую службу. В этом случае можно спросить, зачем тогда вам понадобились и стойкий алгоритм, и случайные ключи, и зачистка компьютерной памяти в придачу?!

Криптографу не позавидуешь: в проектируемой им криптосистеме он должен предусмотреть защиту от атак всех типов, какие только сможет придумать воспаленное воображение криптоаналитика. Криптоаналитику же наоборот достаточно отыскать единственное слабое звено в цепи криптографической зашиты и организовать атаку только против этого звени.

Кроме этого, всегда следует учитывать, что на практике угроза информационной безопасности любого объекта исходит не только от криптоаналитика. В конце концов, каким бы длинным ни был криптографический ключ, используемый вами для шифрования файлов, все равно, если правоохранительным органам понадобится узнать, что хранится в вашем компьютере, они просто установят камеру и скрупулезно запишут всю информацию, появляющуюся на его экране. Недаром, по признанию официальных лип из АНБ, большинство сбоев в обеспечении информационной безопасности происходит не из-за найденных слабостей в криптографических алгоритмах и протоколах, а из-за вопиющих оплошностей при их реализации. Какой бы стойкостью ни обладал криптографический алгоритм, ее не требуется преодолевать в лоб, т. к. при успешной атаке ее удается попросту обойти. Однако и пренебрегать хорошими криптографическими алгоритмами тоже не следует, чтобы криптография не стала самым слабым звеном в цепи, которое не выдержит напора атакующего.

При выборе хорошего криптографического алгоритма можно:

• · Воспользоваться известным алгоритмом, сравнительно давно опубликованным в специальном издании, посвященном проблемам криптографии (если никто пока не сообщил о том, что сумел вскрыть этот алгоритм, значит, на него следует обратить внимание);
• · Довериться известной фирме, специализирующейся на продаже средств шифрования (вряд ли эта фирма будет рисковать своим добрым именем, торгуя нестойкими криптографическими алгоритмами);
• · Обратиться к независимому эксперту (непредвзятость во мнении позволит ему объективно оценить достоинства и недостатки различных криптографических алгоритмов);
• · Обратиться за поддержкой в соответствующее правительственное ведомство (вряд ли правительство будет вводить своих граждан в заблуждение, давая им ложные советы относительно стойкости того пли иного криптографического алгоритма);
• · Попытаться создать собственный криптографический алгоритм.

Все перечисленные варианты имеют существенные изъяны. Не следует полагаться только на одну фирму, на одного эксперта или на одно ведомство. Многие люди, называющие себя независимыми экспертами, мало понимают в криптографии. Большинство фирм, производящих средства шифрования, — тоже ничуть не лучше. В АНБ и ФАПСИ работают лучшие криптографы в мире, однако по понятным соображениям они не спешат поделиться своими секретами с первым встречным. Впрочем, и со вторым тоже. И даже если вы гений в области криптографии, глупо использовать криптографический алгоритм собственного изобретения без того, чтобы его всесторонне не проанализировали и не протестировали опытные криптологи.

Лучше исходить из предположения, что АНБ, ФАПСИ и иже с ними могут, прочесть любое сообщение, которое они пожелают прочесть. Однако эти ведомства не в состоянии читать все сообщения, с содержанием которых хотят ознакомиться. Главной причиной является ограниченность в средствах, ассигнуемых правительством на криптоанализ. Другое разумное предположение состоит в том, что компетентным органам гораздо легче получить доступ к зашифрованной информации с помощью грубой физической силы, чем путем изящных, но очень трудоемких математических выкладок, приводящих к вскрытию шифра.

Однако в любом случае гораздо надежнее пользоваться известным криптографическим алгоритмом, который придуман уже довольно давно и сумел выстоять против многочисленных попыток вскрыть его, предпринятых авторитетными крипто логами.

Канальное шифрование

При канальном шифровании шифруются абсолютно все данные, проходящие по каждому каналу связи, включая открытый текст сообщения, а также информацию о его маршрутизации и об используемом коммуникационном протоколе. Однако в этом случае любой интеллектуальный сетевой узел (например, коммутатор) будет вынужден расшифровывать входящий поток данных, чтобы соответствующим образом его обработать, снова зашифровать и передать на другой узел сети.

Тем не менее, канальное шифрование представляет собой очень эффективное средство защиты информации в компьютерных сетях. Поскольку шифрованию подлежат все данные, передаваемые от одного узла сети к другому, у криптоаналитика нет никакой дополнительной информации о том, кто служит источником этих данных, кому они предназначены, какова их структура и т. д. А если еще позаботиться и о том, чтобы, пока канал простаивает, передавать по нему случайную битовую последовательность, сторонний наблюдатель не сможет даже сказать, где начинается и где заканчивается текст передаваемого сообщения.

Не слишком сложной является и работа с ключами. Одинаковыми ключами следует снабдить только два соседних узла сети связи, которые затем могут менять используемые ключи независимо от других пар узлов.

Самый большой недостаток канального шифрования заключается в том, что данные приходится шифровать при передаче по каждому физическому каналу компьютерной сети. Отправка информации в незашифрованном виде по какому-то из каналов ставит под угрозу обеспечение безопасности всей сети. В результате стоимость реализации канального шифрования в больших сетях может оказаться чрезмерно высокой.

Кроме того, при использовании канального шифрования дополнительно потребуется защищать каждый узел компьютерной сети, по которому передаются данные. Если абоненты сети полностью доверяют друг другу и каждый ее узел размещен там, где он защищен от злоумышленников, на этот недостаток канального шифрования можно не обращать внимания. Однако на практике такое положение встречается чрезвычайно редко. Ведь в каждой фирме есть конфиденциальные данные, знакомиться с которыми могут только сотрудники одного определенного отдела, а за его пределами доступ к этим данным необходимо ограничивать до минимума.

Сквозное шифрование

При сквозном шифровании криптографический алгоритм реализуется на одном из верхних уровней модели OSI. Шифрованию подлежит только содержательная часть сообщения, которое требуется передать по сети. После зашифрования к ней добавляется служебная информация, необходимая для маршрутизации сообщения, и результат переправляется на более низкие уровни с целью отправки адресату.

Теперь сообщение не требуется постоянно расшифровывать и зашифровывать при прохождении через каждый промежуточный узел сети связи. Сообщение остается зашифрованным на всем пути от отправителя к получателю.

Основная проблема, с которой сталкиваются пользователи сетей, где применяется сквозное шифрование, связана с тем, что служебная информация. используемая для маршрутизации сообщений, передается по сети в незашифрованном виде. Опытный криптоаналитик может извлечь для себя массу полезной информации, зная, кто с кем, как долго и в какие часы общается через компьютерную сеть. Для этого ему даже не потребуется быть в курсе предмета общения.

По сравнению с канальным, сквозное шифрование характеризуется более сложной работой с ключами, поскольку каждая пара пользователей компьютерной сети должна быть снабжена одинаковыми ключами, прежде чем они смогут связаться друг с другом. А поскольку криптографический алгоритм реализуется на верхних уровнях модели OSI, приходится также сталкиваться со многими существенными различиями в коммуникационных протоколах и интерфейсах в зависимости от типов сетей и объединяемых в сеть компьютеров. Все это затрудняет практическое применение сквозного шифрования.

Комбинированное шифрование

Комбинация канального и сквозного шифрования данных в компьютерной сети обходится значительно дороже, чем каждое из них по отдельности. Однако именно такой подход позволяет наилучшим образом защитить данные, передаваемые по сети. Шифрование в каждом канале связи не позволяет противнику анализировать служебную информацию, используемую для маршрутизации. А сквозное шифрование уменьшает вероятность доступа к незашифрованным данным в узлах сети.

При комбинированном шифровании работа с ключами ведется так: сетевые администраторы отвечают за ключи, используемые при канальном шифровании, а о ключах, применяемых при сквозном шифровании, заботятся сами пользователи.

Шифрование файлов

На первый взгляд, шифрование файлов можно полностью уподобить шифрованию сообщений, отправителем и получателем которых является одно и то же лицо, а средой передачи служит одно из компьютерных устройств хранения данных (магнитный или оптический диск, магнитная лента, оперативная память). Однако все не так просто, как кажется на первый взгляд.

Если при передаче по коммуникационным каналам сообщение затеряется по пути от отправителя к получателю, его можно попытаться передать снова. При шифровании данных, предназначенных для хранения в виде компьютерных файлов, дела обстоят иначе. Если вы не в состоянии расшифровать свой файл, вам вряд ли удастся сделать это и со второй, и с третьей, и даже с сотой попытки. Ваши данные будут потеряны раз и навсегда. Это означает, что при шифровании файлов необходимо предусмотреть специальные механизмы предотвращения возникновения ошибок в шифртексте.

Криптография помогает превратить большие секреты в маленькие. Вместо того чтобы безуспешно пытаться запомнить содержимое огромного файла, человеку достаточно его зашифровать и сохранить в памяти использованный для этой цели ключ. Если ключ применяется для шифрования сообщения, то его требуется иметь под рукой лишь до тех пор, пока сообщение не дойдет до своего адресата и не будет им успешно расшифровано. В отличие от сообщений, шифрованные файлы могут храниться годами, и в течение всего этого времени необходимо помнить и держать в секрете соответствующий ключ.

Есть и другие особенности шифрования файлов, о которых необходимо помнить вне зависимости от применяемого криптографического алгоритма:

• · Нередко после шифрования файла его незашифрованная копия остается на другом магнитном диске, на другом компьютере или в виде распечатки, сделанной на принтере;
• · Размер блока в блочном алгоритме шифрования может значительно превышать размер отдельной порции данных в структурированном файле, в результате чего зашифрованный файл окажется намного длиннее исходного;
• · Скорость шифрования файлов при помощи выбранного для этой цели криптографического алгоритма должна соответствовать скоростям, на которых работают устройства ввода/вывода современных компьютеров;
• · Работа с ключами является довольно непростым делом, поскольку разные пользователи должны иметь доступ не только к различным файлам, но и к отдельным частям одного и того же файла.

Если файл представляет собой единое целое (например, содержит отрезок текста), восстановление этого файла в исходном виде не потребует больших усилий: перед использованием достаточно будет просто расшифровать весь файл. Однако если файл структурирован (например, разделен на записи и поля, как это делается в базах данных), то расшифровывание всего файла целиком каждый раз, когда необходимо осуществить доступ к отдельной порции данных, сделает работу с таким файлом чрезвычайно неэффективной. Шифрование порций данных в структурированном файле делает его уязвимым по отношению к атаке, при которой злоумышленник отыскивает в этом файле нужную порцию данных и заменяет ее другой по своему усмотрению.

Лучше шифровать каждый файл на отдельном ключе, а затем зашифрован, все ключи при помощи мастер-ключа. Тем самым пользователи будут избавлены от суеты, связанной с организацией надежного хранения множества ключей. Разграничение доступа групп пользователей к различным файлам будет осуществляться путем деления множества всех ключей на подмножества и шифрования этих подмножеств на различных мастер-ключах. Стойкость такой криптосистемы будет значительно выше, чем в случае использования единого ключа для шифрования всех файлов на жестком диске, поскольку ключи, применяемые для шифрования файлов, можно генерировать случайным образом и, следовательно, более стойкими против словарной атаки.

Аппаратное и программное шифрование

Аппаратное шифрование Большинство средств криптографической защиты данных реализовано в виде специализированных физических устройств. Эти устройства встраиваются в линию связи и осуществляют шифрование всей передаваемой, но ней информации. Преобладание аппаратного шифрования над программным обусловлено несколькими причинами.

• · Более высокая скорость. Криптографические алгоритмы состоят из огромного числа сложных операций, выполняемых над битами открытого текста. Современные универсальные компьютеры плохо приспособлены для эффективного выполнения этих операций. Специализированное оборудование умеет делать их гораздо быстрее.
• · Аппаратуру легче физически защитить от проникновения извне. Программа, выполняемая на персональном компьютере, практически беззащитна. Вооружившись отладчиком, злоумышленник может внести в нее скрытые изменения, чтобы понизить стойкость используемого криптографического алгоритма, и никто ничего не заметит. Что же касается аппаратуры, то она обычно помещается в особые контейнеры, которые делают невозможным изменение схемы ее функционирования. Чип покрывается специальным химическим составом, и в результате любая попытка преодолеть защитный слой этого чипа приводит к самоуничтожению его внутренней логической структуры. И хотя иногда электромагнитное излучение может служить хорошим источником информации о том, что происходит внутри микросхемы, от этого излучения легко избавиться, заэкранировав микросхему. Аналогичным образом можно заэкранировать и компьютер, однако, сделать это гораздо сложнее, чем миниатюрную микросхему.
• · Аппаратура шифрования более проста в установке. Очень часто шифрование требуется там, где дополнительное компьютерное оборудование является совершенно излишним. Телефоны, факсимильные аппараты и модемы значительно дешевле оборудовать устройствами аппаратного шифрования, чем встраивать в них микрокомпьютеры с соответствующим программным обеспечением.

Даже в компьютерах установка специализированного шифровального оборудования создает меньше проблем, чем модернизация системного программного обеспечения с целью добавления в него функций шифрования данных. В идеале шифрование должно осуществляться незаметно для пользователя. Чтобы добиться этого при помощи программных средств, средства шифрования должны быть упрятаны глубоко в недра операционной системы. С готовой и отлаженной операционной системой проделать это безболезненно не так-то просто. Но даже любой непрофессионал сможет подсоединить шифровальный блок к персональному компьютеру, с одной стороны, и к внешнему модему, с другой.

Программное шифрование

Любой криптографический алгоритм может быть реализован в виде соответствующей программы. Преимущества такой реализации очевидны: программные средства шифрования легко копируются, они просты в использовании, их нетрудно модифицировать в соответствии с конкретными потребностями.

Во всех распространенных операционных системах имеются встроенные средства шифрования файлов. Обычно они предназначены для шифрования отдельных файлов, и работа с ключами целиком возлагается на пользователя. Поэтому применение этих средств требует особого внимания. Во-первых, ни в коем случае нельзя хранить ключи на диске вместе с зашифрованными с их помощью файлами, а во-вторых, незашифрованные копии файлов необходимо удалить сразу после шифрования.

Конечно, злоумышленник может добраться до компьютера и незаметно внести нежелательные изменения в программу шифрования. Однако основная проблема состоит отнюдь не в этом. Если злоумышленник в состоянии проникнуть в помещение, где установлен компьютер, он вряд ли будет возиться с программой, а просто установит скрытую камеру в стене, подслушивающее устройство — в телефон или датчик для ретрансляции электромагнитного излучения — в компьютер. В конце концов, если злоумышленник может беспрепятственно все это сделать, сражение с ним проиграно, даже еще не начавшись.

Почему криптосистемы ненадежны

В настоящее время криптография успешно используется почти во всех информационных системах — от Internet до баз данных. Без нее обеспечить требуемую степень конфиденциальности в современном, до предела компьютеризированном мире уже не представляется возможным. Кроме того, с помощью криптографии предотвращаются попытки мошенничества в системах электронной коммерции, и обеспечивается законность финансовых сделок. Со временем значение криптографии, по всей вероятности, возрастет. Для этого предположения имеются веские основания.

Однако с огорчением приходится признать, что подавляющее большинство криптографических систем не обеспечивает того высокого уровня защиты, о котором с восторгом обычно говорится в их рекламе. Многие из них до сих пор не были взломаны по той простой причине, что пока не нашли широкого распространения. Как только эти системы начнут повсеместно применяться на практике, они, словно магнит, станут привлекать пристальное внимание злоумышленников, которых сегодня развелось великое множество. При этом удача и везение будут явно на стороне последних. Ведь для достижения своих целей им достаточно найти в защитных механизмах всего лишь одну брешь, а обороняющимся придется укреплять все без исключения уязвимые места.