4.Управление ключами

Управление ключами является самой неприятной задачей при использовании любой системы шифрования. Ключи представляют собой самые важные объекты во всей системе, так как если злоумышленник получает ключ, у него появляется возможность расшифровывать все данные, зашифрованные с помощью этого ключа. В некоторых случаях также удается получить последующие ключи. Управление ключами заключается не только в защите их при использовании. Данная задача предусматривает создание надежных ключей, безопасное распространение ключей среди удаленных пользователей, обеспечение корректности ключей, отмену в случае их раскрытия или истечения срока действия.

Ключи и инфраструктура, необходимая для управления ими соответствующим образом, могут значительно повлиять на возможность использования организацией системы шифрования. При рассмотрении в деталях каждого из моментов, связанных с шифрованием, необходимо иметь в виду, что определенные здесь моменты должны тысячекратно преумножаться, чтобы соответствовать требованиям настоящей инфраструктуры шифрования.

Создание ключей

Очевидно, что ключи должны создаваться с особой тщательностью. Некоторые ключи обеспечивают недостаточную производительность при работе с определенными алгоритмами. Например, ключ, состоящий из одних "нулей", при использовании в DES не обеспечивает высокий уровень защищенности информации. Аналогично, при создании ключей для использования в RSA, необходимо соблюдать внимательность при выборе p и q из набора простых чисел.

Большая часть систем шифрования обеспечивают некоторый метод генерирования ключей. Иногда пользователям позволяется выбирать ключ посредством выбора пароля. В данном случае полезно проинструктировать пользователей по поводу использования надежных паролей, содержащих числа и специальные символы. В противном случае общее пространство ключей значительно уменьшается (это позволяет быстрее проводить поиск при атаке "грубой силой").

Некоторые ключи выбираются из случайных чисел. К сожалению, существует очень немного генераторов истинно случайных чисел. Большинство из них генерируют псевдослучайные последовательности (т. е. в наборах чисел прослеживаются схемы, которые через то или иное время повторяются). Если генератор случайных чисел не является истинным, то существует возможность предсказания следующего числа. Если ключи базируются на выходных данных генератора случайных чисел, и злоумышленник может предсказать выходные данные, то существует вероятность того, что он сможет выявить ключ.

Также может быть необходимым выбрать правильную длину ключа. В некоторых алгоритмах используются ключи фиксированной длины (например, в алгоритме DES используется ключ длиной 56 бит). Другие алгоритмы могут использовать ключи переменной длины. Чем длиннее ключ, тем выше уровень обеспечиваемой безопасности. Например, 1024-битный ключ RSA более надежен, чем 512.битный ключ RSA. Тем не менее, таким образом нельзя сопоставлять надежность ключа RSA с надежностью ключа DES. В таблице 2 представлены относительные степени надежности ключей для различных алгоритмов шифрования.

Чтобы получить представление о том, насколько надежны ключи на практике, вспомните машину EFF. В 1997 г. она стоила 250 000 долларов и обеспечивала раскрытие ключа DES за 4,5 дня. В других случаях 40-битный ключ RC5 был раскрыт с помощью атаки "грубой силы" за 3,5 часа с использованием 250 компьютеров в UC Berkley. В Швейцарском Федеральном институте технологий посредством "грубой силы" раскрыт 48-битный ключ RC5 за 312 часов с использованием 3500 компьютеров. На данный момент рекомендуется использовать, как минимум, 80-битные ключи при шифровании секретной информации, а также минимум 1024-битные ключи в RSA и алгоритме Диффи-Хеллмана. 160-битные ключи ECC также считаются безопасными.

Внимание!

Информация о длине безопасных ключей, представленная в этой лекции, является актуальной на момент написания этой книги. С течением времени будут производиться все более мощные компьютеры и открываться новые математические возможности, вследствие чего длины ключей также будут меняться.

Таблица 2. Относительная надежность ключей различной длины

Шифрование с секретным ключом(DES, RC5)	Шифрование с открытым ключом(RSA, Диффи-Хеллман)	Шифрование посредством эллиптических кривых
40 бит	-	-
56 бит	400 бит	-
64 бит	512 бит	-
80 бит	768 бит	-
90 бит	1024 бит	160 бит
120 бит	2048 бит	210 бит
128 бит	2304 бит	256 бит

Защита ключей

Открытые ключи открытой ключевой пары не требуют защиты конфиденциальности. Они лишь требуют обеспечения защиты целостности посредством использования сертификатов. Секретный ключ открытой ключевой пары должен все время сохраняться в тайне.

Если злоумышленник получает копию секретного ключа, у него появляется возможность чтения всего конфиденциального трафика, адресованного владельцу пары ключей, а также цифрового подписывания информации в роли владельца ключевой пары. Защита секретного ключа должна распространяться на все его копии. Следовательно, должен защищаться файл, содержащий ключ, а также любой архивный носитель, на котором может быть записан этот файл. На большей части систем защита ключа реализуется посредством использования паролей. Эта защита позволяет обезопасить ключи от случайных шпионских действий, но не от совместной направленной атаки. Пароль, используемый для защиты ключа, должен выбираться тщательным образом, чтобы противостоять атакам посредством грубой силы. Однако наилучшим способом защиты ключа является, прежде всего, предотвращение доступа злоумышленника к файлу с ключом.

Необходимо обеспечивать защиту всех ключей системы, использующей секретные ключи. Если ключ содержится в файле, этот файл должен быть защищен в любом месте, где бы он не находился (включая архивные носители). Если ключ находится в памяти, необходимо предпринимать меры по защите пространства памяти от исследования пользователями или процессами. Аналогично, в случае с дампом (сбросом данных на жесткий диск) ядра, файл ядра должен быть защищен, так как он может содержать ключ.

ВЫВОДЫ

Выбор типа системы шифрования - довольно простая задача. Следует отметить, что аутентификация может обеспечиваться шифрованием обоих типов, однако при использовании шифрования с секретным ключом имеет место ряд ограничений. Значительно усложнить систему могут аспекты, связанные с управлением ключами. Отметим, что здесь речь шла об одной системе, и не требовалась разработка расширяемой и масштабируемой системы.