5.3 Комбинированный метод

Комбинированный метод, объединяет в себе симметричный и асимметричный виды шифрования, но свободен от присущих им недостатков. Познакомимся с ним поближе. Предположим, вы снова собираетесь установить общение с тем же другом. В этом случае каждый должен создать пару асимметричных ключей, после чего вы ими обмениваетесь. У вас ваш секретный ключ и открытый ключ друга, у друга — наоборот. Теперь он посылает вам письмо. И сначала создает некий случайный ключ симметричного шифрования К, который будет использован только однажды — для шифрования одного-единственного письма. Письмо зашифровывается на этом ключе К.

Для того чтобы можно было расшифровать письмо, друг асимметрично зашифровывает ключ К на вашем открытом ключе и добавляет к зашифрованному письму. Получив это письмо, вы прежде всего своим секретным ключом асимметрично расшифровываете ключ К, а затем ключом К симметрично расшифровываете само сообщение.

Казалось бы, для чего все эти сложности? Но совершенно очевидно, что, во-первых, медленность асимметричного шифрования не мешает — асимметрично шифруется только короткий (по сравнению с целым письмом) ключ К, а само письмо шифруется быстрым симметричным алгоритмом; и во-вторых, сохраняется удобство обмена асимметричными ключами. Результат: быстрое шифрование с удобным обменом ключами.

Да и сложностей-то, в общем, нет: все эти процессы в программах шифрования происходят автоматически — только укажите, для кого и что шифровать. Понятно, что ввиду явных преимуществ именно комбинированный метод шифрования и используется чаще всего для защиты Интернет-сообщений.

6. Электронная цифровая подпись

С идейной точки зрения разница между системами открытого распределения ключей и открытого шифрования не столь принципиальна: каждая из них при небольшой модификации может использоваться как для шифрования, так и для распространения секретных ключей по открытым каналам связи.

Переход от открытого шифрования к открытому распределению ключей достаточно прозрачен: отправитель шифрует и передает с помощью системы открытого шифрования секретный ключ, на котором потом будут традиционным способом шифроваться информация. Общий секретный ключ, получаемый при открытом распределении ключей, можно использовать непосредственно для шифрования, побитно складывая его с передаваемым сообщением, в результате чего получается система открытого шифрования. Поэтому для именования обеих систем часто употребляют единый термин "системы с открытым ключом", не уточняя, какой тип обмена сообщений или ключей имеется в виду.

Дополнительным соображением в пользу единого именования систем является то, что с практической точки зрения их эффективнее использовать лишь для распределения секретных ключей, осуществляя шифрование информации традиционным способом. Дело в том, что основной операцией в этих системах является возведение в степень по модулю.

500-1000-битовых чисел, что при программной реализации в несколько десятков раз медленнее, чем шифрование того же размера данных стандартным алгоритмом (например, DES). Поэтому для быстрой обработки большого потока сообщений применяют специализированные процессоры, выполняющие данную операцию, или же используют системы с открытым ключом только для получения секретного ключа шифрования.

Принципы открытого распределения ключей и открытого шифрования, решая наиболее трудоемкую проблему изготовления и рассылки секретных ключей для шифрования и предоставляя абонентам открытых систем возможность передать конфиденциальную информацию без непосредственного контакта и предварительного обмена ключами, поставили во главу угла проблему подлинности партнерства и авторства принимаемых сообщений.

Развитие деловой переписки в электронном виде требовало не только возможности самому получателю удостовериться в подлинности документа, но и возможности доказать авторство документа третьей стороне, например, суду.

Классическое распределение ключей посредством центра решало данную проблему частично: автором правильно расшифрованного сообщения мог быть только тот, кто знал ключ, то есть отправитель, получатель и, возможно, центр.

Кроме того, предъявление третьему лицу документа вместе с ключом шифрования означает, что становятся известными и все остальные сообщения, переданные с помощью данного ключа, что не всегда приемлемо, а обеспечить всем по разовому ключу на каждое сообщение не представляется возможным.

Необходим был электронный аналог физической подписи, обладающий двумя основными свойствами:

• воспроизводима только одним лицом, а подлинность ее может быть удостоверена многими;

• неразрывно (посредством листа бумаги) связана с данным документом и только с ним.

Путь создания электронной подписи также был предложен У. Диффи и М. Хеллманом и основывался, как и при открытом шифровании, на использовании пары связанных между собой ключей (секретного и открытого). Их идея состояла в том, чтобы в системе открытого шифрования поменять роли секретного и открытого ключей: ключ подписывания сделать секретным, а ключ проверки - открытым.

Если при этом сохраняется свойство, что по открытому ключу с вычислительной точки зрения нельзя в обозримое время найти секретный ключ подписывания, то в качестве электронной подписи может выступать само сообщение, подписанное на секретном ключе.

Тем самым подписать сообщение может только владелец секретного ключа, но каждый, кто имеет его открытый ключ, может проверить подпись, обработав ее на известном ключе.

В системе открытого шифрования RSA секретный и открытый ключи - числа e и d - равноправны, что позволяет непосредственно применить данную конструкцию и получить цифровую подпись RSA.

Использование в качестве цифровой подписи результата шифрования не является общим методом, а скорее служит иллюстрацией перехода от прежнего способа подтверждения подлинности, основанном на наличии у сторон одинакового секретного ключа, к системам с двумя различными ключами.

В общем случае под цифровой подписью понимается числовое значение, вычисляемое по сообщению с помощью секретного ключа подписывающего. Проверка цифровой подписи осуществляется общеизвестной процедурой на основании открытого ключа.

Открытый и секретный ключи жестко связаны между собой, но с вычислительной точки зрения как невозможно найти по открытому ключу секретный, так и подобрать саму подпись, исходя только из известной процедуры проверки.

Среди подписей, не использующих открытое шифрование, наибольшую известность получила подпись американского ученого Эль-Гамаля (T. ElGamal). В его алгоритме открытый ключ Y, как и открытом распределении ключей У. Диффи и М. Хеллмана, есть Y=a^x mod p.

Подпись t состоит из пары чисел R и S, где R=a^k mod p вычисляется для случайно взятого значения k, а S=M+xrmodp-1.

Проверка подписи состоит в проверке соотношения a^S=Y^R*R^M mod p.