информационная безопасность. Реферат. Содержания
 Скачать 38.88 Kb.
|
Содержания:1.Криптография: 3 1.1Терминология 3 1.2.Современная криптография 5 2.Криптография с симметричным ключом 6 2.1.Cимметричные криптосистемы. (также симметричное шифрование, симметричные шифры)— способ шифрования, в котором для шифрования и дешифрования применяется один и тот же криптографический ключ. До изобретения схемы асимметричного шифрования единственным существовавшим способом являлось симметричное шифрование. Ключ алгоритма должен сохраняться в тайне обеими сторонами, должны осуществляться меры по защите доступа к каналу, на всем пути следования криптограммы, или сторонами взаимодействия посредством криптообъектов, сообщений, если данный канал взаимодействия под грифом "Не для использования третьими лицами". Алгоритм шифрования выбирается сторонами до начала обмена сообщениями. 6 2.2.Простая перестановка 7 1.Криптография:Криптография- наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним), целостности данных (невозможности незаметного изменения информации), аутентификации (проверки подлинности авторства или иных свойств объекта), шифрования (кодировка данных). Изначально криптография изучала методы шифрования информации — обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма или ключа в шифрованный текст (шифротекст). Традиционная криптография образует раздел симметричных криптосистем, в которых зашифровывание и расшифровывание проводится с использованием одного и того же секретного ключа. Пример:Шифр АТБАШ, в котором ключом является перевёрнутый алфавит того языка, на котором шифруется текст. Помимо этого раздела современная криптография включает в себя асимметричные криптосистемы, системы электронной цифровой подписи (ЭЦП), хеш-функции, управление ключами, получение скрытой информации, квантовую криптографию. Криптография не является защитой от обмана, подкупа или шантажа законных абонентов, кражи ключей и других угроз информации, возникающих в защищённых системах передачи данных. Криптография -одна из старейших наук, её история насчитывает несколько тысяч лет. 1.1ТерминологияОткрытый (исходный) текст - данные (не обязательно текстовые), передаваемые без использования криптографии или, другими словами, незашифрованные данные. Шифротекст, шифрованный (закрытый) текст-данные, полученные после применения криптосистемы (обычно - с некоторым указанным ключом). Другое название: криптограмма. Шифр, криптосистема - семейство обратимых преобразований открытого текста в шифрованный. Ключ -параметр шифра, определяющий выбор конкретного преобразования данного текста. В современных шифрах криптографическая стойкость шифра целиком определяется секретностью ключа (принцип Керкгоффса). Также выделяют ключ шифрования (encryption key) и ключ расшифрования (decryption key) Шифрование-процесс нормального применения криптографического преобразования открытого текста на основе алгоритма и ключа, в результате которого возникает шифрованный текст. Расшифровывание-процесс нормального применения криптографического преобразования шифрованного текста в открытый. Асимметричный шифр, двухключевой шифр, шифр с открытым ключом - шифр, в котором используются два ключа, шифрующий и расшифровывающий. При этом, зная лишь ключ зашифровывания, нельзя расшифровать сообщение, и наоборот. Открытый ключ - тот из двух ключей асимметричной системы, который свободно распространяется. Шифрующий для секретной переписки и расшифровывающий — для электронной подписи. Секретный ключ, закрытый ключ - тот из двух ключей асимметричной системы, который хранится в секрете. Криптоанализ - наука, изучающая математические методы нарушения конфиденциальности и целостности информации. Криптоаналитик - учёный, создающий и применяющий методы криптоанализа. Криптография и криптоанализ составляют криптологию, как единую науку о создании и взломе шифров (такое деление привнесено с запада, до этого в СССР и России не применялось специального деления). Криптографическая атака - попытка криптоаналитика вызвать отклонения в атакуемой защищённой системе обмена информацией. Успешную криптографическую атаку называют взлом или вскрытие. Дешифрование (дешифровка) - процесс извлечения открытого текста без знания криптографического ключа на основе известного шифрованного. Термин дешифрование обычно применяют по отношению к процессу криптоанализа шифротекста (криптоанализ сам по себе, вообще говоря, может заключаться и в анализе криптосистемы, а не только зашифрованного ею открытого сообщения). Криптографическая стойкость - способность криптографического алгоритма противостоять криптоанализу. Имитозащита - защита от навязывания ложной информации. Другими словами, текст остаётся открытым, но появляется возможность проверить, что его не изменяли ни случайно, ни намеренно. Имитозащита достигается обычно за счёт включения в пакет передаваемых данных имитовставки. Имитовставка - блок информации, применяемый для имитозащиты, зависящий от ключа и данных. Электронная цифровая подпись, или электронная подпись - асимметричная имитовставка (ключ защиты отличается от ключа проверки). Другими словами, такая имитовставка, которую проверяющий не может подделать. Центр сертификации - сторона, чья честность неоспорима, а открытый ключ широко известен. Электронная подпись центра сертификации подтверждает подлинность открытого ключа. Хеш-функция - функция, которая преобразует сообщение произвольной длины в число («свёртку») фиксированной длины. Для криптографической хеш-функции (в отличие от хеш-функции общего назначения) сложно вычислить обратную и даже найти два сообщения с общей хеш-функцией. Гибридная криптосистема - это система шифрования, совмещающая преимущества криптосистемы с открытым ключом с производительностью симметричных криптосистем. 1.2.Современная криптографияДля современной криптографии характерно использование открытых алгоритмов шифрования, предполагающих использование вычислительных средств. Известно более десятка проверенных алгоритмов шифрования, которые при использовании ключа достаточной длины и корректной реализации алгоритма криптографически стойки. Распространённые алгоритмы: симметричные DES, AES, ГОСТ 28147-89, Camellia, Twofish, Blowfish, IDEA, RC4 и др.; асимметричные RSA и Elgamal (Эль-Гамаль); хеш-функций MD4, MD5, MD6, SHA-1, SHA-2, ГОСТ Р 34.11-2012 («Стрибог») . Криптографические методы стали широко использоваться частными лицами в электронных коммерческих операциях, телекоммуникациях и многих других средах. Во многих странах приняты национальные стандарты шифрования. В 2001 году в США принят стандарт симметричного шифрования AES на основе алгоритма Rijndael с длиной ключа 128, 192 и 256 бит. Алгоритм AES пришёл на смену прежнему алгоритму DES, который теперь рекомендовано использовать только в режиме Triple DES. В Российской Федерации действует стандарт ГОСТ 34.12-2015 с режимами шифрования блока сообщения длиной 64 («Магма») и 128 («Кузнечик») битов, и длиной ключа 256 бит. Также, для создания цифровой подписи используется алгоритм ГОСТ Р 34.10-2012. 2.Криптография с симметричным ключом2.1.Cимметричные криптосистемы. (также симметричное шифрование, симметричные шифры)— способ шифрования, в котором для шифрования и дешифрования применяется один и тот же криптографический ключ. До изобретения схемы асимметричного шифрования единственным существовавшим способом являлось симметричное шифрование. Ключ алгоритма должен сохраняться в тайне обеими сторонами, должны осуществляться меры по защите доступа к каналу, на всем пути следования криптограммы, или сторонами взаимодействия посредством криптообъектов, сообщений, если данный канал взаимодействия под грифом "Не для использования третьими лицами". Алгоритм шифрования выбирается сторонами до начала обмена сообщениями. Алгоритмы шифрования данных широко применяются в компьютерной технике в системах сокрытия конфиденциальной и коммерческой информации от злонамеренного использования сторонними лицами. Главным принципом в них является условие, что передатчик и приемник заранее знают алгоритм шифрования, а также ключ к сообщению, без которых информация представляет собой всего лишь набор символов, не имеющих смысла. Классическими примерами таких алгоритмов являются симметричные криптографические алгоритмы, перечисленные ниже: Простая перестановка Одиночная перестановка по ключу Двойная перестановка Перестановка «Магический квадрат» 2.2.Простая перестановкаПростая перестановка без ключа — один из самых простых методов шифрования. Сообщение записывается в таблицу по столбцам. После того, как открытый текст записан колонками, для образования шифртекста он считывается по строкам. Для использования этого шифра отправителю и получателю нужно договориться об общем ключе в виде размера таблицы. Объединение букв в группы не входит в ключ шифра и используется лишь для удобства записи несмыслового текста. Одиночная перестановка по ключу Более практический метод шифрования, называемый одиночной перестановкой по ключу, очень похож на предыдущий. Он отличается лишь тем, что колонки таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы. 2.3.Двойная перестановка Для дополнительной скрытности можно повторно шифровать сообщение, которое уже было зашифровано. Этот способ известен под названием двойная перестановка. Для этого размер второй таблицы подбирают так, чтобы длины её строк и столбцов отличались от длин в первой таблице. Лучше всего, если они будут взаимно простыми. Кроме того, в первой таблице можно переставлять столбцы, а во второй строки. Наконец, можно заполнять таблицу зигзагом, змейкой, по спирали или каким-то другим способом. Такие способы заполнения таблицы если и не усиливают стойкость шифра, то делают процесс дешифрования гораздо более занимательным. 2.4.Перестановка «Магический квадрат» Магическими квадратами называются квадратные таблицы со вписанными в их клетки последовательными натуральными числами от 1, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Подобные квадраты широко применялись для вписывания шифруемого текста по приведенной в них нумерации. Если потом выписать содержимое таблицы по строкам, то получалась шифровка перестановкой букв. На первый взгляд кажется, будто магических квадратов очень мало. Тем не менее, их число очень быстро возрастает с увеличением размера квадрата. Так, существует лишь один магический квадрат размером 3 х 3, если не принимать во внимание его повороты. Магических квадратов 4 х 4 насчитывается уже 880, а число магических квадратов размером 5 х 5 около 250000. Поэтому магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был немыслим. В квадрат размером 4 на 4 вписывались числа от 1 до 16. Его магия состояла в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равнялась одному и тому же числу — 34. Впервые эти квадраты появились в Китае, где им и была приписана некоторая «магическая сила».
Шифрование по магическому квадрату производилось следующим образом. Например, требуется зашифровать фразу: «ПриезжаюСегодня.». Буквы этой фразы вписываются последовательно в квадрат согласно записанным в них числам: позиция буквы в предложении соответствует порядковому числу. В пустые клетки ставится точка.
После этого шифрованный текст записывается в строку (считывание производится слева направо, построчно). При дешифровании текст вписывается в квадрат, и открытый текст читается в последовательности чисел «магического квадрата». Программа должна генерировать «магические квадраты» и по ключу выбирать необходимый. Размер квадрата больше чем 3х3. Криптография с открытым ключом Криптографическая система с открытым ключом (разновидность асимметричного шифрования, асимметричного шифра) — система шифрования и/или электронной подписи (ЭП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу и используется для проверки ЭП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭП и для расшифровки сообщения используется закрытый ключ. Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в протоколах TLS и его предшественнике SSL (лежащих в основе HTTPS), в SSH. Также используется в PGP, S/MIME. Общие принципы Асимметричное шифрование с открытым ключом базируется на следующих принципах: Можно сгенерировать пару очень больших чисел (открытый ключ и закрытый ключ) так, чтобы, зная открытый ключ, нельзя было вычислить закрытый ключ за разумный срок. При этом механизм генерации является общеизвестным. Имеются надёжные методы шифрования, позволяющие зашифровать сообщение открытым ключом так, чтобы расшифровать его можно было только закрытым ключом. Механизм шифрования является общеизвестным. Владелец двух ключей никому не сообщает закрытый ключ, но передает открытый ключ контрагентам или делает его общеизвестным. Если необходимо передать зашифрованное сообщение владельцу ключей, то отправитель должен получить открытый ключ. Отправитель шифрует свое сообщение открытым ключом получателя и передает его получателю (владельцу ключей) по открытым каналам. При этом расшифровать сообщение не может никто, кроме владельца закрытого ключа. В результате можно обеспечить надёжное шифрование сообщений, сохраняя ключ расшифровки секретным для всех - даже для отправителей сообщений. Этот принцип можно объяснить через бытовую аналогию «замо́к — ключ от замка́» для отправки посылки. У участника A есть личный замок и ключ от него. Если участник А хочет получить секретную посылку от участника Б, то он отправляет ему свой замок. Участник Б защёлкивает замок на секретной посылке и отправляет её участнику А. Получив посылку, участник А открывает ключом замок и получает посылку. Перехват замка и посылки ничего не даст потенциальному злоумышленнику: ключ от замка есть только у участника А, поэтому посылка не может быть вскрыта. Криптоанализ Криптоанализ— наука о методах дешифровки зашифрованной информации без предназначенного для этого ключа, а также сам процесс такой дешифровки. В большинстве случаев под криптоанализом понимается выяснение ключа; криптоанализ включает также методы выявления уязвимости криптографических алгоритмов или протоколов. Попытку раскрытия конкретного шифра с применением методов криптоанализа называют криптографической атакой на этот шифр. Криптографическую атаку, в ходе которой раскрыть шифр удалось, называют «взломом» или «вскрытием» шифра. Термин был введён американским криптографом Уильямом Ф. Фридманом в 1920 году в рамках его книги «Элементы криптоанализа». Первоначально методы криптоанализа основывались на лингвистических закономерностях естественного текста и реализовывались с использованием только карандаша и бумаги. Со временем в криптоанализе нарастает роль чисто математических методов, для реализации которых используются специализированные криптоаналитические компьютеры. Современный криптоанализ По мере развития новых методов шифрования математика становилась всё более и более значимой. Так, например, при частотном анализе криптоаналитик должен обладать знаниями и в лингвистике, и в статистике. В то время как теоретические работы по криптоанализу Энигмы выполнялись преимущественно математиками, например, Аланом Матисоном Тьюрингом. Тем не менее благодаря всё той же математике криптография достигла такого развития, что количество необходимых для взлома элементарных математических операций стало достигать астрономических значений. Современная криптография стала гораздо более устойчивой к криптоанализу, чем некогда используемые, устаревшие методики, для взлома которых было достаточно ручки и листа бумаги. Может показаться, что чистый теоретический криптоанализ не способен более эффективно взламывать современные шифры. Тем не менее историк Дэвид Кан в своей заметке к 50-й годовщине Агентства национальной безопасности пишет: «В наши дни сотни фирм предлагают множество различных криптосистем, которые невозможно взломать ни одним из известных методов криптоанализа. Действительно, такие системы устойчивы даже к атаке по подобранному открытому тексту, то есть сравнение открытого текста и соответствующего ему шифротекста не позволяет узнать ключ шифрования, который бы позволил дешифровать другие сообщения. Таким образом, в некотором смысле криптоанализ мёртв. Но это ещё не конец. Криптоанализ может быть и мёртв, но, выражаясь метафорически, с кошки можно снять шкурку несколькими способами.» Далее в своей заметке описывает возросшее значение перехвата данных, закладки жучков, атак по сторонним каналам и квантовых компьютеров как методик, идущих на смену традиционным методам криптоанализа. В 2010 бывший технический директор Управления национальной безопасности Брайан Сноу отметил, что коммерческая криптография уже почти достигла уровня развития технологий, используемых разведывательными службами, и теперь они вместе «очень медленно продвигаются в уже полностью исследованной области». Тем не менее, криптоанализ пока ещё рано списывать со счетов. Во-первых, неизвестно, насколько эффективны применяемые спецслужбами методы криптоанализа, а во-вторых, за годы становления и совершенствования современной компьютерной криптографии было высказано множество претензий как к теоретическим, так и к практическим криптографическим примитивам Основные методы криптоанализа Атаки на основе шифротекста Допустим, криптоаналитик обладает некоторым числом шифротекстов, полученных в результате использования одного и того же алгоритма шифрования. В этом случае криптоаналитик может совершить только атаку на основе шифротекста. Целью криптографической атаки в этом случае является нахождение как можно большего числа открытых текстов, соответствующих имеющимся шифротекстам, или, что ещё лучше, нахождение используемого при шифровании ключа. Входные данные для подобного типа атак криптоаналитик может получить в результате простого перехвата зашифрованных сообщений. Если передача осуществляется по открытому каналу, то реализация задачи по сбору данных сравнительно легка и тривиальна. Атаки на основе шифротекста являются самыми слабыми и неудобными. Атака на основе открытых текстов и соответствующих шифротекстов Основная статья: Атака на основе открытых текстов Пусть в распоряжении криптоаналитика есть не только шифротексты, но и соответствующие им открытые тексты. Тогда существуют два варианта постановки задачи: Найти ключ, использованный для преобразования открытого текста в шифротекст. Создать алгоритм, способный дешифровать любое сообщение, закодированное с помощью этого ключа. Получение открытых текстов играет решающую роль в осуществлении этой атаки. Открытые тексты извлекают из самых различных источников. Так, например, можно догадаться о содержимом файла по его расширению. В случае взлома переписки можно сделать предположение, что письмо имеет структуру типа: «приветствие»; «основной текст»; «заключительная форма вежливости»; «подпись». Следовательно, атака может быть организована путём подбора различных видов «Приветствия» (например, «Здравствуйте!», «Добрый день» и т. д.) и/или «Заключительной формы вежливости» (таких как «С уважением», «Искренне Ваш» и т. п.). Данная атака сильнее атаки на основе одного лишь шифротекста. Атака на основе подобранного открытого текста Для осуществления такого типа атаки криптоаналитику необходимо иметь не только какое-то количество открытых текстов и полученных на их основе шифротекстов. Помимо прочего в данном случае криптоаналитик должен обладать возможностью подобрать несколько открытых текстов и получить результат их шифрования. Задачи криптоаналитика повторяют задачи для атаки на основе открытого текста, то есть получить ключ шифрования, либо создать дешифрующий алгоритм для данного ключа. Получить входные данные для такого вида атаки можно, например, следующим образом: Создать и отправить поддельное не зашифрованное сообщение якобы от одного из пользователей, которые обычно пользуются шифрованием. В некоторых случаях можно получить ответ, в котором будет содержится зашифрованный текст, цитирующий содержание поддельного сообщения. При осуществлении атаки подобного типа криптоаналитик имеет возможность подбирать блоки открытого текста, что при определённых условиях может позволить получить больше информации о ключе шифрования. Атаки на основе адаптивно подобранного открытого текста Основная статья: Атака на основе адаптивно подобранного открытого текста Атака такого типа является более удобным частным случаем атаки на основе подобранного открытого текста. Удобство атаки на основе адаптивно подобранного открытого текста состоит в том, что помимо возможности выбирать открытый текст, криптоаналитик может принять решение о зашифровании того или иного открытого текста на основе уже полученных результатов операций зашифрования и последующего дешифрования. Другими словами, при осуществлении атаки на основе подобранного открытого текста криптоаналитик выбирает всего один большой блок открытого текста для последующего зашифрования, а потом на основе этих данных начинает анализ системы. В случае организации адаптивной атаки криптоаналитик может получать результаты зашифрования любых блоков открытого текста, чтобы собрать интересующие его данные, которые будут учтены при выборе следующих отправляемых на зашифрование блоков открытого текста и так далее. Наличие обратной связи даёт атаке на основе адаптивно подобранного шифротекста преимущество перед всеми вышеперечисленными типами атак. Стеганография Стеганография— способ передачи или хранения информации с учётом сохранения в тайне самого факта такой передачи (хранения). Этот термин ввёл в 1499 году аббат бенедиктинского монастыря Св. Мартина в Шпонгейме[de] Иоганн Тритемий в своём трактате «Стеганография» (лат. Steganographia), зашифрованном под магическую книгу. В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое тайного сообщения, стеганография скрывает сам факт его существования. Как правило, сообщение будет выглядеть как что-либо иное, например, как изображение, статья, список покупок, письмо или судоку. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её. Преимущество стеганографии над чистой криптографией состоит в том, что сообщения не привлекают к себе внимания. Сообщения, факт шифрования которых не скрыт, вызывают подозрение и могут быть сами по себе уличающими в тех странах, в которых запрещена криптография[1]. Таким образом, криптография защищает содержание сообщения, а стеганография защищает сам факт наличия каких-либо скрытых посланий. |