7-лекция. Лекция Исторически сложившиеся подходы к защите информации при ее передаче
 Скачать 1.02 Mb.
|
|
История развития. Современное состояние. Перспективы. 7-лекция Исторически сложившиеся подходы к защите информации при ее передачеФизические методы (охрана, технические средства, нестандартные средства связи) защищенные каналы Стеганографические методы (сокрытие факта передачи информации) скрытые каналы Криптографические методы (использование шифров) открытые каналы Различие между шифрованием и кодированиемКодирование – жесткое правило замены одних символов другими, предназначенное для удобства хранения и передачи информации Шифрование – правило замены одних символов другими, предполагающее использование ключа, предназначенное для сокрытия смысла передаваемой и хранимой информациии Правило Керкгоффса«… компрометация системы не должна причинять неудобств корреспондентам…» Жан-Вильгельм-Губерт-Виктор-Франсуа-Александр-Огюст Керкгоффс ван Ньювенгоф «Военная криптография». Конец 19 века. Стойкость (надежность) шифра определяется только секретностью ключа. Постулаты разработки криптосистемПротивник может иметь в своем распоряжении: Алгоритм Шифратор Образцы шифрованных и открытых сообщений и при этом не должен иметь возможности: Восстановить применяемый ключ Установить содержание остальных криптограмм …располагая средствами, не превышающими стоимость защищаемой информации, за время в течение которого эта информация актуальна. Методы криптографииКриптографические алгоритмы:
Блочные алгоритмы Шифрсистемы с открытым ключом RSA, шифрование на эллиптических кривых Криптографические хэш-функции и пр.
Обмен ключами Разделение секрета и пр. Теория секретной связи Клода Шеннона (1944 г.)Концепция избыточности открытого текста и переноса ее в шифртекст. Теоретическая и практическая стойкость. Мера теоретической стойкости – энтропийная характеристика неопределенности шифра по открытому сообщению (расстояние единственности). Мера практической стойкости – рабочая характеристика шифра. (Временные затраты, количество операций, сложностные оценки вскрытия.) Принцип рассеивания и перемешивания. Рассеивание – зависимость шифрованного текста от открытого текста и ключа должна быть сложной и неочевидной. Каждый элемент ключа и открытого текста должны влиять на каждый элемент шифрованного текста. В России этими проблемами занимались А. А. Марков, Б. Б. Пиотровский, А. Н. Колмогоров. Множество их трудов до сих пор засекречено. Математические модели шифровМодель де Виари для шифра Виженера: Ci = E(mi) = (mi + kj) mod 26 mi = D(Ci) = (Ci - kj) mod 26, Модель де Виари для шифра Бофора: Ci = E(mi) = (kj - mi) mod 26 mi = D(Ci) = (kj - Ci) mod 26, Модель шифра Вернама: Ci = E(mi) = mi kj mi = D(Ci) = Ci kj Пусть:
m, C и k – шифрвеличина, шифробозначение и ключ E и D – операции шифрования и расшифрования - операция XOR. При j и равновероятном k – имеем совершенный шифр Дж. Моборна Шифры Виженера и Бофора (гаммирование таблицей Тритемия и модульное)mi = ‘S’ (18) kj = ‘Q’ (16) по Виженеру: Ci = 18 + 16 (mod 26) = = 8 ( ‘I’ ) по Бофору: Ci = 16 - 18 (mod 26) = = 24 ( ‘Y’ ) по Виженеру: mi = 8 - 16 (mod 26) = = 18 ( ‘S’ ) по Бофору: mi = 16 - 24 (mod 26) = = 18 ( ‘S’ ) Пример зашифрованияПоточные алгоритмыНа основе датчиков (генераторов) ИСП На основе датчиков (генераторов) ПСП - На основе регистров сдвига с линейной обратной связью РСЛОС. - На основе регистров сдвига с обратной связью по переносу РСОСП. Генератор ключевой последовательности Открытый текст Функция наложения ключа Шифртекст РСЛОС конфигурация Фибоначчи РСЛОС конфигурация Галуа Характеристический многочлен Комбинирующий генератор Фильтрующий генератор Генератор на основе композиции Генераторы ИСПНа основе шумящих диодов На основе счетчика Гейгера Программные реализации по статистике нажатия клавиш на клавиатуре. На основе таймера компьютера Таблицы случайных чисел Основное назначение – генерация ключей и одноразовых блокнотов. Шифр PlayFairБлочные алгоритмы (сеть Файстеля)Li-1 Ri-1 f ki + Li Ri Зашифрование: Расшифрование: Преобразование обратимо даже при использовании необратимой функции f Сравнительная характеристика блочных и поточных шифров
Режим ECBE k C 1 М 1 М 2 E k C 2 Зашифрование М 1 Расшифрование М 2 D k C 1 D k C 2 Сi = Ek (Mi). Mi = Dk (Ci). Режим CBCМ 1 E k C 1 IV = C 0 М 2 E k C 2 Зашифрование М 1 D k C 1 IV = C 0 Расшифрование М 2 D k C 2 Сi = Ek (Ci-1 Mi). Mi = Dk (Ci) Ci-1. Режим CFBМ 1 Ek C 1 IV = C 0 М 2 Ek C 2 Зашифрование Расшифрование С 1 M 1 IV = C 0 C 2 M 2 Ek Ek Ci = Mi Ek(Ci-1). Mi = Ci Ek(Ci-1). М 1 C 1 IV = Z 0 М 2 C 2 Зашифрование Расшифрование С 1 M 1 IV = Z 0 C 2 M 2 Ek Ek Ek Ek Zi = Ek(Zi-1), Ci= Mi Zi . Zi = Ek(Zi-1), Mi= Ci Zi . Режим OFB Категории защиты информации обеспечиваемые современными криптографическими методами
Порядок подготовки сообщения к передачеИмитовставка Помехоустойчивое кодирование Архивация Шифрование Классификация криптосистемСостав шифрсистемыКлассификация шифровШифры Шифры замены Шифры перестановки Композиционные шифры Многозначные замены Однозначные замены Маршрутные перестановки Симметричные шифры Асимметричные шифры Поточные шифры Блочные шифры Одноалфавитные шифры Многоалфавитные шифры Шифры гаммирования Столбцовые (строчные) перестановки Решетки, лабиринты Схема симметричного шифрованияЗащищенный канал Зашифрование Ek(m) Источник ключей Расшифрование Dk(C) Источник сообщений Получатель сообщений Дешифрование Противник m m k k C C k, m Схема шифрования с открытым ключомИсточник сообщений Зашифрование Расшифрование Получатель сообщений Источник пары ключей m m C K k k, m Противник Дешифрование C Основные методы построения ассиметричных криптосистемИспользование однонаправленных функций Использование однонаправленных функций с секретом Использование маскировки вычислительно простых задач под вычислительно сложные Использование кодов, исправляющих ошибки Однонаправленная функцияФункция f: UV, обладающая двумя свойствами: Для любого аргумента u U существует алгоритм вычисления значения f(u) полиномиальной сложности. Не существует алгоритма инвертирования f (решения уравнения f(x) = v относительно x U), имеющего полиномиальную сложность. Кандидаты на однонаправленную функциюУмножение натуральных чисел: f(a,b) = a · b, a,b N Обратная задача: n = a · b (задача факторизации) Модульное экспоненцирование с фиксированным основанием и модулем: fa,n: ZnZn, где fa,n(m)=am mod n, a,m,n Z Обратная задача:ax = b mod n (задача дискретного логарифмирования) 3. Скалярное умножение точек эллиптической кривой над конечным полем. Однонаправленная функция с лазейкой (секретом) kФункция fk: UV, обладающая двумя свойствами: Для любого аргумента u U существует алгоритм вычисления значения fk(u) полиномиальной сложности. При неизвестном k не существует полиномиального алгоритма инвертирования fk. При известном k существует полиномиальный алгоритм инвертирования fk. Кандидат на однонаправленную функцию с секретомМодульное экспоненцирование с фиксированной степенью и модулем: ga,n: ZnZn, где ga,n(m)=am mod n, a,m,n Z Обратная задача:xm = b mod n (вычисление корня степени m по модулю n) Секрет – разложение числа n. Реализовано в системе RSA Криптосистема ЭЦПСхема ЭЦПИсточник сообщений Зашифрование Расшифрование Получатель сообщений Источник пары ключей M M S K k k, M’,S Противник Дешифрование S Сравнение электронной и собственноручной подписей
Криптографические хэш-функцииХэш-функцией называется всякая функция h: X Y, легко вычислимая и такая, что для любого сообщения М значение h(M) = Н (свертка) имеет фиксированную битовую длину. Ключевые Называются кодами аутентификации сообщений (КАС) (message authentication code (MAC)). Дают возможность без дополнительных средств гарантировать как правильность источника данных, так и целостность данных в системах с доверенной средой. Применяются в системах с симметричными ключами. Бесключевые. Называются кодами обнаружения ошибок (modification detection code (MDC) или manipulation detection code, message integrity code (MIC)). Дают возможность с помощью дополнительных средств (например, шифрования, использования защищенного канала или цифровой подписи) гарантировать целостность данных. Могут применяться в системах как с доверенной, так и не доверенной средой. Блочно-итерационное сжатиеH0 = iv, Hi = f(Мi, Hi-1), i = 1,...,N, h(M) = HN. Доказуемо стойкие шаговые функции сжатия
Преобразование LPSXEk(a) = L(P(S(X(k, a)))) где X = a k S – подстановка байтов P – перестановка байтов L – линейное преобразование подблоков Упрощенный пример
1001 0101 1110 0010 - а 0101 1111 0010 1011 - k 1100 1010 1100 1001 - X 0101 1111 0101 1100 - S 0011 0101 1101 1101 - P 0000 1001 1101 0011 - L Криптосистема идентификацииКриптографические протоколыВиды криптографических протоколов: Протоколы с посредником Протоколы с арбитром Самодостаточные протоколы Задачи, решаемые протоколами: Основные протоколы: Обмен ключами и распределение ключей, аутентификация, разделение секрета. Промежуточные протоколы: неоспоримые цифровые подписи, метки времени, групповые подписи, подбрасывание монеты по телефону, мысленный покер и пр. Развитые протоколы: доказательства с нулевым разглашением, одновременное подписание контракта, передача с забыванием, одновременный обмен секретами, подписи вслепую и пр. Эзотерические протоколы: тайное голосование, цифровые деньги, тайные многосторонние вычисления и пр. Ключевые системыОтечественные криптографические стандартыГОСТ 28147-89 (Алгоритм блочного шифрования) ГОСТ Р 34.10-95, -2001, -2012 (Алгоритм цифровой подписи на основе шифрования с открытым ключом) ГОСТ Р 34.11-95, 2012 (Криптографическая хэш-функция) Методы криптоанализаСтатистические (исторические шифры) Дифференциальные (блочные шифры) Бесключевого чтения (поточные шифры) Линейные (блочные и поточные шифры) Вероятностные (шифрсистемы с открытым ключом) Прямые (все виды шифров) Перспективные направления в криптографииВероятностное шифрование Основная цель – устранение утечки информации в криптосистемах с открытым ключом Квантовая криптография Основная идея – создание канала связи, в котором невозможно прослушивание без нарушения в передаче (поляризованные фотоны) спасибо за внимание |