Особенности шифрования

Существует два основных способа шифрования данных: симметричное шифрование (общий секретный ключ) и асимметричное шифрование (пара открытый/приватный ключ).

SSL использует как асимметричную, так и симметричную криптографию.

Суть асимметричного шифрования заключается в том, что используется пара ключей. Один из ключей называется открытым (как правило, он публикуется в самом сертификате владельца), а второй ключ называется приватным — он держится в тайне. Оба ключа используются в паре: открытый ключ используется для того, чтобы зашифровать данные, а приватный — для того, чтобы расшифровать их. Такая взаимосвязь позволяет делать две важные вещи.

1. Любой пользователь может получить открытый ключ и использовать его для шифрования данных, расшифровать которые сможет только пользователь, владеющий приватным ключом.

2. Если владелец ключевой пары "зашифрует" (подпишет) данные своим приватным ключом, то каждый сможет убедиться в том, что данные были отправлены именно владельцем приватного ключа и не были изменены третьей стороной. Именно это является основой цифровых подписей.

RSA — один из самых распространённых алгоритмов асимметричного шифрования.

При использовании симметричного шифрования один и тот же ключ используется как для шифрования, так и для расшифровывания данных. Если стороны хотят обменяться зашифрованными сообщениями в безопасном режиме, то у обеих сторон должны быть одинаковые симметричные ключи. Такой тип шифрования используется для большого объёма данных (так как симметричное шифрование является более быстрым). Обычно используются алгоритмы DES, 3-DES, RC2, RC4 и AES.

Протокол SSL использует шифрование с открытым ключом для взаимной аутентификации клиента и сервера (с помощью технологии цифровых подписей), а также для выработки сессионного ключа, который, в свою очередь, используется более быстрыми алгоритмами симметричной криптографии для шифрования большого объёма данных.

Хеширование

Основная статья: Хеширование

Хеш-значение является идентификатором сообщения, его размер меньше размера оригинального сообщения. Самыми известными хеш-алгоритмами являются MD5 (Message Digest 5), который создаёт 128-битное хеш-значение, SHA-1 (Secure Hash Algorithm), создающий 160-битное хеш-значение, SHA-2 и SHA-3. Результат работы алгоритма хеширования — значение, которое используется для проверки целостности передачи данных.

Уровень записи

Протокол на уровне слоя записи получает зашифрованные данные от программы-клиента и передаёт их на транспортный слой. Протокол записи берёт данные, разбивает их на блоки и выполняет шифрование (расшифровывание) данных. При этом активно используется информация, которая была согласована во время подтверждения данных.

Протокол SSL позволяет использовать шифрование симметричным ключом, используя либо блочные, либо потоковые шифры. Обычно на практике применяются блочные шифры. Принцип работы блочного шифра заключается в отображении блока открытого текста в такой же блок шифрованного текста. Этот шифр можно представить в виде таблицы, содержащей 2¹²⁸ строк, каждая строка содержит блок открытого текста M и соответствующий ему блок шифрованного текста C. Подобная таблица существует для каждого ключа.

Шифрование можно обозначить в виде функции

C = E(Key, M), где M — исходные данные, Key — ключ шифрования, С — зашифрованные данные.

Как правило, блоки имеют небольшой размер (обычно 16 байт), поэтому возникает вопрос: как зашифровать длинное сообщение? Первый режим для подобного шифрования называется ECB (Electronic Codebook) или режим простой замены. Его суть состоит в том, что мы разбиваем исходное сообщение на блоки (по те же 16 байт) и шифруем каждый блок отдельно. Однако данный режим применяет редко из-за проблемы сохранения статистических особенностей исходного текста: 2 одинаковых блока открытого текста после шифрования превратятся в два одинаковых блока зашифрованного текста. Для решения этой проблемы был разработан второй режим — CBC (Cipher-block chaining). В этом случае каждый новый блок шифротекста XOR’ится с предыдущим результатом шифрования. Первый блок XOR’ится c некоторым вектором инициализации (Initialization Vector, IV). Однако вся вышеизложенная теория разработана для одного большого объекта, в то время как SSL, являясь криптографическим протоколом, должен шифровать серию пакетов. В такой ситуации существует два способа применения CBC:

1. Обрабатывать каждое сообщение как отдельный объект, генерируя для него каждый раз новый вектор инициализации

2. Обрабатывать все сообщения как один большой объект, сохраняя режим CBC между ними. В таком случае в качестве вектора инициализации для сообщения n будет использоваться последний блок шифрования предыдущего сообщения (n-1)