5. Алгоритмы электронной цифровой подписи.

Введение.

Построение криптографических систем с открытым ключом создало грандиозные предпосылки для формирования и научно-практического применения нового направления в компьютерных технологиях – создание электронного юридически значимого электронного документа. В Федерально Законе №1 от 10 января 2002 года утверждается, что целью настоящего Федерального Закона является обеспечение правовых условий для использования электронной цифровой подписи в электронных документах, при соблюдении которых электронная цифровая подпись в электронном документе признается равнозначной собственноручной подписи человека (гражданина или юридического лица) в документе на бумажном носителе. Практически все ведущие страны мира приняли у себя соответствующие законодательства. В июне месяце 1999 года Европейским Союзом принята директива «Об условиях использования электронных подписей»

На современном этапе развития общества и общественных отношений в Российской Федерации и зарубежных странах в процессы повседневной жизни внедряются информационно-телекоммуникационные технологии и системы. В этих условиях использование корпоративных, региональных и глобальных телекоммуникационных систем для обеспечения эффективной деятельности системы государственного управления и деловой жизни общества приобретает первостепенное значение.

Целью аутентификации электронных сообщений является их защита от возможных несанкционированных и злоумышленных действий:

- активный перехват: изменение электронных документов, передаваемых в компьютерных сетевых системах;

- маскарад: посыл электронного сообщения от другого лица под видом зарегистрированного абонента;

- ренегатство: отказ от отправленного электронного сообщения;

При обработке документов в электронной форме совершенно неприемлемы традиционные способы установления их подлинности, принципиально новым решением является электронная цифровая подпись. Система электронной цифровой подписи включает две глобальные процедуры:

- процедура постановки ЭЦП;

- процедура проверки ЭЦП.

В процессе постановки подписи используется секретный ключ К_З отправителя электронного сообщения, а в процедуре проверки подписи используется открытый ключ К_О отправителя электронного сообщения.

Структурная схема процесса формирования и функционирования электронной цифровой подписи представлена ни рис.8.

Сообщение

Мррр

Блок

хеширования

Шифратор

рррК_О К_З

Дешифратор

Сообщение

«М»

Блок хэширования сообщений

Шифратор хэш-функции

М h(M)^B C_h(M)

К_О К_З

Блок хэширования сообщений

хэширования

Дешифратор криптограммы C_h(M)

Блок хэширования сообщений

C_h(M)

h(M)^D h(M)^D

h(M)^B

Сообщение Сообщение

модифицировано достоверно

h(M) ^B

Рис. 8 . Структурная схема процесса аутентификации электронного сообщения.

Где:

М – открытое сообщение;

h(M) – хэш-функция (функция свертки; дайджест сообщения) передаваемого открытого сообщения «М»;

C_h(M) – криптограмма хэш-функции открытого сообщения « М»;

К_З – закрытый ключ абонента-отправителя электронного документа;

К_О – открытый ключ абонента-отправителя электронного документа;

h(M)_В – хэш-функция вычисленная из принятого сообщения «М»;

h(M)_D – хэш-функция дешифрованная из принятой криптограммы C_h(M).

Допустим, абонент-отправитель электронного сообщения «А» формирует на своем компьютере сообщение «М» и подписывает его своей ЭЦП, а абонент «В» получает подписанное сообщение «М» и на основе ЭЦП проводит его аутентификацию.

В этом случае под сообщением «М» понимается любой стандарт файла сообщения, это может быть текстовое сообщение, графический материал, фотографии, рисунки, видеофильмы и т.д.

Действие абонента-отправителя «А» электронного сообщения «М».

Абонент-отправитель аутентифицированного сообщения «М» после его формирования реализует операцию хеширования, т.е. сообщение «М» подается на блок вычисления хеш-функции. Эта операция получила также название как операция вычисления функции свертки или операция формирования дайджест-сообщения.

Основное назначение хеш-функции состоит в формировании однозначного отображения образа исходного сообщения в виде короткого блока информации. В соответствии с ГОСТ Р34.11-94 длина блока отображения образа исходного сообщения составляет 256 бит и не зависит от размера исходного текста. На вход блока хеширования поступает сообщение «М» произвольного размера, а на его выходе формируется отображение его образа фиксированного размера h(M) → 256 бит.

В свою очередь на хеш-функцию накладывается ряд ограничений, которые позволяют реализовать операцию однозначного отображения, т.е. формирование образа исходного сообщения «М» в виде одного короткого блока данных. Эти ограничения интерпретируются следующим образом:

1. Требование чувствительности хэш-функции h(M) к любым изменениям образа исходного сообщения «М». В этом случае функция преобразования образа исходного сообщения «М» в его отображение h(M) гарантированно исключает возможности изменения содержания исходного сообщения, перестановку, исключение или замену его отдельных символов или элементов, т.е. любые изменения образа исходного сообщения вносят изменения в его отображение М → h(M) – однозначно.

2. Требование необратимости процесса хеширования. Если отображение исходного документа в виде результата функции хеширования формируется на основе его образа, то по полученному в результате хеширования отображению образ исходного сообщения не может быть восстановлен ни при каких-либо условиях. Если М → h(M), то h(M) → .

3. Требование однозначности установления соответствия между образом исходного сообщения и его отображением. Это требование определяет условие невозможности подбора или формирования двух разных сообщений, которые имели бы одно и то же отображение, т.е. один и тот же результат хеширования {M₁; M₂} → .

В настоящее время для реализации процессов аутентификации электронных сообщений с использованием электронных цифровых подписей в мировой практике предложены алгоритмы хеширования, такие как MD5; SHA-1, SHA- 256, SHA- 384, SHA- 512 (Secure Hash Algorithm), разработан Управлением национальной безопасности США; RIPEMID и ряд других.

В Российской Федерации алгоритм хеширования реализован в соответствии с ГОСТ Р34.11-94, который основан на блоковом шифре в соответствии со стандартом шифрования ГОСТ 28147-89. В результате преобразования электронного сообщения любого размера на выходе блока хеширования по ГОСТ Р34.11-94 формируется сообщение фиксированного размера равного 256 бит, однако восстановить исходное сообщение из значения хеш-функции невозможно, т.е. операция хеширования относится к классу однонаправленных функций.

После реализации операции вычисления значения хеш-функции h(M)^B сообщения «М» абонент-отправитель (в данном случае абонент «А») на своем компьютере формирует случайным образом закрытый (секретный) ключ К_ЗА и вычисляет открытый ключ К_ОА. Закрытый ключ К_ЗА служит для формирования электронной цифровой подписи, а открытый ключ К_ОА для проверки аутентичности подписанного сообщения всеми абонентами корпоративной системы электронного документооборота.

Кодовая комбинация хеш-функции h(M)^B подается на блок шифрования и с помощью закрытого (секретного) ключа К_ЗА абонента- отправителя производится шифрование кодовой комбинации хеш-функции h(M)^B В результате шифрования значения хеш-функции h(M)^B с помощью закрытого ключа К_ЗА на выходе блока шифрования формируется криптограмма хеш-функции исходного сообщения «М». Эта криптограмма C_h(M) и является электронной цифровой подписью открытого сообщения «М».

Криптограмма электронной цифровой подписи C_h(M), открытый ключ абонента-отправителя подписанного сообщения К_ОА и непосредственно исходное сообщение «М» единым файлом передаются по открытым телекоммуникационным каналам абоненту–получателю (абонентам-получателям) электронного сообщения корпоративной информационной системы.

Действия абонента «В» по приему и аутентификации подписанного электронного сообщения «М».

По каналу теледоступа абонент «В» получает:

- криптограмму значения хеш-функции C_h(M) – электронную цифровую подпись сообщения «М»;

- открытый ключ К_ОА абонента-отправителя подписанного сообщения (абонента «А»);

- исходное сообщение «М».

Криптограмма C_h(M) подается на вход дешифратора приемного устройства, на другой вход которого (вход ввода ключевой информации) подается открытый ключ абонента-отправителя К_ОА подписанного электронного сообщения. С помощью открытого ключа К_ОА, принятого по телекоммуникационным каналам связи, производится дешифрование криптограммы электронной цифровой подписи принятого сообщения C_h(M). В результате дешифрования на выходе дешифратора формируется восстановленное значение хеш-функции ЭЦП - h(M)^D . Дешифрованная кодовая комбинация значения хеш-функции h(M)^D далее поступает на блок анализа системы аутентификации электронного сообщения. Полученное в результате дешифрования криптограммы C_h(M) значение хеш-функции h(M)^D абсолютно идентично кодовой комбинации хеш-функции h(M)^B, сформированной по сообщению «М» на стороне абонента-отправителя (абонента «А»). Со стороны неавторизованного пользователя модификация принимаемой кодовой комбинации хэш-функции исключена, т.к. шифрование хэш-значения сообщения «М» производится на стороне абонента «А» на основе его закрытого (секретного) ключа К_ЗА, который никогда никому не передается и хранится в секрете у абонента-отправителя. В процессе восстановления значения хэш-функции h(M)^D из принимаемой криптограммы C_h(M) закрытый ключ К_ЗА не участвует, что исключает возможность модификации сформированного значения хэш-функции исходного сообщения в передаваемой криптограмме C_h(M) по открытым каналам телекоммуникаций.

В свою очередь, открытое сообщение «М», принятое вместе с криптограммой хэш-функции C_h(M) и открытым ключом абонента-отправителя К_ОА, поступает на блок хеширования абонента-получателя (абонента «В»).

Функциональное назначение блока хеширования на стороне абонента-получателя идентично блоку хеширования стороны абонента-отправителя и строится в полном соответствии с ГОСТ Р34.11-94. Следовательно, если сообщение «М» в процессе передачи по телекоммуникационным каналам не было модифицировано случайно или преднамеренно, то на выходе блока хеширования абонента-получателя формируется значение хэш-функции абсолютно равное хэш-значению, вычисленному на стороне абонента-отправителя исходного сообщения. Это вычисленное значение хэш-функции h(M)^B из принятого сообщения «М» на стороне абонента-получателя также поступает на блок анализа.

Функционально блок анализа реализует операцию сравнения двух кодовых комбинаций значений хэш-функций, поступающих на его входы. Проводится сравнение значения хэш-функции, полученной в результате дешифрования криптограммы C_h(M), и значения хэш-функции вычисленного из принятого по телекоммуникационным каналам исходного сообщения «М». В случае полного совпадения с точностью до 1 бита этих значений принимается решение о достоверности принятого сообщения, в случае несовпадения исходное сообщение признается недостоверным (модифицированным).