2.2 Передача информации с использованием симметричной криптографии

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

(1) Алиса и Боб выбирают систему шифрования.

(2) Алиса и Боб выбирают ключ.

(3) Алиса шифрует открытый текст своего сообщения с использованием алгоритма шифрования и ключа, получая шифрованное сообщение.

(4) Алиса посылает шифрованное сообщение Бобу.

(5) Боб дешифрирует шифротекст сообщения с использованием алгоритма шифрования и ключа, получая открытый 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 устойчивы (насколько нам известно) по отношению к любым вычислительным мощностям, который может заполучить 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 знания 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 Мэллори 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 серьезные 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 возможно.