9. Криптографические алгоритмы одноключевой криптографии.

Одноключевая или симметричная криптография.

Использование симметричных криптографических алгоритмов предполагает наличие взаимного доверия сторон, участвующих в обмене электронными документами или сообщениями, так как для шифрования и расшифрования применяется известный им один и тот же общий ключ. В этом случае нет никаких гарантий, что секретный ключ не будет скомпрометирован, поэтому применение симметричных алгоритмов требует очень надежных механизмов распределения ключей. Кроме того, необходимость обмена единым ключом между отправителем сообщения и каждым из получателей многократно увеличивает количество ключей в системе и затрудняет ее масштабируемость.

Симметричные алгоритмы могут ограниченно использоваться для поддержания сервисов аутентификации и целостности, но в первую очередь применяются для обеспечения конфиденциальности. Для проверки целостности сообщения и аутентификации источника данных отправитель может сгенерировать шифртекст на базе всего открытого текста, как излагалось выше. После этого он отправляет открытый текст и часть шифртекста получателю сообщения. Эта часть шифртекста известна как код аутентификации сообщения или MAC (Message Authentication Checksum). Функция MAC на основе входа переменной длины и ключа формирует выход фиксированной длины. Получатель использует свою копию секретного ключа отправителя сообщения для генерации шифртекста, выбирает ту же часть шифртекста и сравнивает ее с полученным значением MAC. Их совпадение подтверждает подлинность отправителя, но не гарантирует невозможности отказа от участия в обмене сообщениями. Отправитель может отрицать факт передачи сообщения, мотивируя это тем, что получатель вполне мог сгенерировать сообщение сам.

Управление ключами - сложная проблема, она может решаться при помощи криптографии с симметричными ключами, но является классической проблемой типа "курица или яйцо". Прежде чем отправитель зашифрует сообщение или сгенерирует MAC, он должен разделить с получателем некоторый секрет. Разделение секрета, например, секретного ключа из нескольких частей, осуществляется таким образом, чтобы из любого заранее указанного количества k-частей можно было восстановить секрет, а количества частей (k - 1) для восстановления секрета было недостаточно. В системах с одним ключом утрата ключа фактически равноценна взлому криптографической защиты. Для обеспечения требуемого уровня защиты ключ обычно передают по каналам, отличным от канала распространения зашифрованных данных. При этом должна обеспечиваться надежная идентификация пользователя (он должен иметь санкционированный доступ к зашифрованной информации) и секретность (предотвращение доступа к ключу в процессе передачи).

Преимуществами симметричных криптографических алгоритмов признаны их высокая производительность и стойкость, которая делает практически невозможным процесс расшифрования. Одним из первых стандартных симметричных алгоритмов стал DES (Digital Encryption Standard), затем появился Triple DES, который выполняет алгоритм DES троекратно и соответственно требует для работы в три раза больше времени. Для решения проблемы производительности и повышения защитных свойств были предложены новые алгоритмы RC2 и RC5 корпорации RSA Security, IDEA компании Ascom, Cast компании Entrust Technologies, Safer компании Cylink и Blowfish компании Counterpane Systems. В России разработан и используется симметричный алгоритм ГОСТ 28147-89. В качестве нового международного стандарта AES (Advanced Encryption Standard) предлагается симметричный алгоритм Rijndael, разработанный бельгийскими криптографами В. Риджменом и Д. Дименом.

Из Шнайера.

Как двум сторонам безопасно обмениваться информацией? Конечно же, шифрую свои сообщения. Посмот-рим, что должно произойти, когда Алиса посылает шифрованное сообщение Бобу (полный протокол гораздо сложнее).

1. Алиса и Боб выбирают систему шифрования.

1. Алиса и Боб выбирают ключ.

2. Алиса шифрует открытый текст своего сообщения с использованием алгоритма шифрования и ключа, п о-лучая шифрованное сообщение.

3. Алиса посылает шифрованное сообщение Бобу.

4. Боб дешифрирует шифротекст сообщения с использованием алгоритма шифрования и ключа, получая о т-крытый текст сообщения.

Что может Ева, находясь между Алисой и Бобом, узнать, подслушивая этот протокол ? Если она может под­слушать только передачу на этапе (4), ей придется подвергнуть шифротекст криптоанализу . Это пассивное вскрытие представляет собой вскрытие с использованием только шифротекста, применяемые алгоритмы усто й-чивы (насколько нам известно) по отношению к любым вычислительным мощностям, который может запол у-чить Ева для решения проблемы.

Ева, однако, не глупа. Она может также подслушать и этапы (1) и (2). Тогда ей станут известны алгоритм и ключ - также как и Бобу. Когда она перехватит сообщение на этапе (4), то ей останется только дешифровать его самостоятельно.

В хорошей криптосистеме безопасность полностью зависит от знания ключа и абсолютно не зависит от зн а-ния алгоритма. Именно поэтому управление ключами так важно в криптографии. Используя симметричный алгоритм, Алиса и Боб могут открыто выполнить этап (1), но этап (2) они должны сохранить в тайне . Ключ должен оставаться в секрете перед, после и в течение работы протокола - до тех пор, пока должно оставаться в тайне передаваемое сообщение - в противном случае сообщение тут же будет раскрыто . (О криптографии с от­крытыми ключами, решающей эту проблему иначе, рассказывается в разделе 2.5 .)

Мэллори, активный взломщик, может сделать кое-что другое. Он может попытаться нарушить линию связи не этапе (4), сделав так, что Алиса вообще не сможет передавать информацию Бобу . Мэллори также может пе­рехватить сообщение Алисы и заменить его своим собственным. Если ему удалось узнать ключ (перехватив обмен информацией на этапе (2) или взломав криптосистему), он сможет зашифровать свое сообщение и отпра­вить его Бобу вместо перехваченного, и Боб не сможет узнать, что сообщение отправлено не Алисой. Если Мэ л-лори не знает ключа, он может только создать сообщение, превращающееся при дешифровке в бессмыслицу . Боб, считая, что сообщение отправлено Алисой, может решить, что либо у Алисы, либо в сети возникли серье з-ные проблемы.

А Алиса? Что она может сделать, чтобы испортить протокол? Она может передать копию ключа Еве, и тогда Ева сможет читать все, что говорит Боб, и напечатать его слова в Нью-Йорк Тайме. Это серьезно, но проблема не в протоколе. Алиса и так может передавать Еве любые открытые тексты, передаваемые с использованием протокола. Конечно, то же самое может сделать и Боб. Протокол предполагает, что Алиса и Боб доверяют друг другу. Итак, симметричным криптосистемам присущи следующие проблемы :

• Распределение ключей должно проводиться в секрете. Ключи столь же важны, как и все сообщения, за­шифрованные этими ключами, так как знание ключа позволяет раскрыть все сообщения . Для распро­страненных систем шифрования задача распределения ключей - серьезнейшая задача . Часто курьеры лично доставляют ключи по назначению.

• Если ключ скомпрометирован (украден, разгадан, выпытан, получен за взятку и т.д. ), то Ева сможет расшифровать все сообщения, зашифрованные этим ключом. Она сможет также выступить в качестве одной из сторон и создавать ложные сообщения, дурача другую сторону .

• В предположении, что каждая пара пользователей сети использует отдельный ключ, общее число ключей быстро возрастает с ростом числа пользователей. Сеть из п пользователей требует п{п - 1)/2 ключей. На­пример, для общения 10 пользователей между собой нужно 45 различных ключей, для 100 пользователей потребуется 4950 ключей. Решение проблемы - в уменьшении числа пользователей, но это не всегда во з-можно.