Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине «Методы и средства защиты информации в компьютерных сетях»
.pdfКлассическая схема создания цифровой подписи
При создании цифровой подписи по классической схеме отправитель
1.применяет к исходному сообщению хеш-функцию;
2.вычисляет цифровую подпись по хеш-образу сообщения с использованием секретного ключа создания подписи;
3.формирует новое сообщение, состоящее из исходного сообщения и добавленной к нему цифровой подписи.
Получатель, получив подписанное сообщение,
1.отделяет цифровую подпись от основного сообщения;
2.применяет к основному сообщению хеш-функцию;
3.с использованием открытого ключа проверки подписи извлекает хешобраз сообщения из цифровой подписи;
4.проверяет соответствие вычисленного хеш-образа сообщения (п.2) и извлеченного из цифровой подписи. Если хеш-образы совпадают, то подпись признается подлинной.
Схема подписи RSA
Криптосистема с открытым ключом RSA может использоваться не только для шифрования, но и для построения схемы цифровой подписи.
Для создания подписи сообщения M отправитель
1.вычисляет хеш-образ r = h(M) сообщения M с помощью некоторой хешфункции;
2.зашифровывает полученный хеш-образ r на своем секретном ключе (d,n) , т.е. вычисляет значение s = rd mod n , которое и является подписью.
Для проверки подписи получатель
1.расшифровывает подпись s на открытом ключе (e,n) отправителя, т.е. вычисляет r’ = se mod n и таким образом восстанавливает предполагаемый
хеш-образ r’ сообщения M;
2.
3.вычисляет хеш-образ h(M) = r сообщения M с помощью той же самой хеш-функции, которую использовал отправитель;
4.
5.сравнивает полученные значения r и r’ . Если они совпадают, то подпись правильная, отправитель действительно является тем, за кого себя выдает, и сообщение не было изменено при передаче.
21
Приложение З . Теоретические сведения о стандарте шифрования DES
1. Простейшие хэш-функции: XOR и ротационный XOR
Все хэш-функции выполняются следующим образом. Входное значение (сообщение, файл и т.п.) рассматривается как последовательность n-битных блоков. Входное значение обрабатывается последовательно блок за блоком, и создается m-битное значение хэш-кода.
Одним из простейших примеров хэш-функции является побитный XOR каждого блока:
Сi = bi1 
bi2 
. . . 
bik,
где:
Сi - i-ый бит хэш-кода, 1 
i 
n.
k - число n-битных блоков входа. bij - i-ый бит в j-ом блоке.
- операция XOR.
В курсовом проекте блоками будут являться символы фамилии, представленные в двоичном виде. В результате получается хэш-код длины n, известный как продольный избыточный контроль. Это самый простейший хэш-код.
Часто при использовании подобного продольного избыточного контроля для каждого блока выполняется однобитный циклический сдвиг после вычисления хэш-кода. Такую операцию называют «ротационный XOR». Это можно описать следующим образом.
Установить n-битный хэш-код в ноль.
Для каждого n-битного блока данных выполнить следующие операции: o сдвинуть циклически текущий хэш-код влево на один бит;
o выполнить операцию XOR для очередного блока и хэш-кода.
Это даст эффект "случайности" входа и уничтожит любую регулярность, которая присутствует во входных значениях.
2. Стандарт шифрования DES
Стандарт шифрования DES (Data Encryption Standard) был разработан в 1970-х годах, он базируется на алгоритме DEA.
DEA (ANSI x3.92-1981) оперирует с блоками данных размером 64 бита и использует ключ длиной 56 бит. Такая длина ключа соответствует 1017 комбинаций, что обеспечивало до недавнего времени достаточный уровень безопасности. В дальнейшем можно ожидать расширения ключа до 64 бит (например, LOKI) или вообще замены DES другим стандартом.
Входной блок данных, состоящий из 64 бит, преобразуется в выходной блок идентичной длины. Ключ шифрования должен быть известен, как отправляющей
22
так и принимающей сторонам. В алгоритме широко используются перестановки битов текста.
Вводится функция f, которая работает с 32-разрядными словами исходного текста (А) и использует в качестве параметра 48-разрядный ключ (J). Схеме работы функции f показана на рис. 1.1. Сначала 32 входные разряда расширяются до 48, при этом некоторые разряды повторяются. Схема этого расширения показана ниже (номера соответствуют номерам бит исходного 32-разрядного кода).
32 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
28 |
29 |
30 |
31 |
32 |
1 |
Для полученного 48-разрядного кода и ключа выполняется операция исключающее ИЛИ (XOR). Результирующий 48-разрядный код преобразуется в 32-разрядный с помощью S-матриц. На выходе S-матриц осуществляется перестановка согласно схеме показанной ниже (числа представляют собой порядковые номера бит).
16 |
7 |
20 |
21 |
29 |
12 |
28 |
17 |
1 |
15 |
23 |
26 |
5 |
18 |
31 |
10 |
2 |
8 |
24 |
14 |
32 |
27 |
3 |
9 |
19 |
13 |
30 |
6 |
22 |
11 |
4 |
25 |
23
Рис. 1.1. Алгоритм работы функции f
Преобразование начинается с перестановки бит (IP itial Permutation) в 64разрядном блоке исходных данных. 58-ой бит становится первым, 50-ый вторым и т.д. Схема перестановки битов показана ниже.
58 |
50 |
42 |
34 |
26 |
18 |
10 |
2 |
60 |
52 |
44 |
36 |
28 |
20 |
12 |
4 |
62 |
54 |
46 |
38 |
30 |
22 |
14 |
6 |
64 |
56 |
48 |
40 |
32 |
24 |
16 |
8 |
57 |
49 |
41 |
33 |
25 |
17 |
9 |
1 |
59 |
51 |
43 |
35 |
27 |
19 |
11 |
3 |
61 |
53 |
45 |
37 |
29 |
21 |
13 |
5 |
63 |
55 |
47 |
39 |
31 |
23 |
15 |
7 |
Полученный блок делится на две 32-разрядные части L0 и R0. Далее 16 раз повторяются следующие 4 процедуры:
Преобразование ключа с учетом номера итерации i (перестановки разрядов с удалением 8 бит, в результате получается 48-разрядный ключ)
Пусть A=Li, а J преобразованный ключ. С помощью функции f(A,J) генерируется 32-разрядный выходной код.
Выполняется операция XOR для Ri и f(A,J), результат обозначается Ri+1.
Выполняется операция присвоения Li+1=Ri.
Структурная схема реализации алгоритма DEA показана на рис. 1.2.
24
Рис. 1.2. Структурная схема реализации алгоритма DEA
Инверсная перестановка разрядов предполагает следующее размещение 64 бит зашифрованных данных (первым битом становится 40-ой, вторым 8-ой и т.д.).
40 |
8 |
48 |
16 |
56 |
24 |
64 |
32 |
39 |
7 |
47 |
15 |
55 |
23 |
63 |
31 |
38 |
6 |
46 |
14 |
54 |
22 |
62 |
30 |
37 |
5 |
45 |
13 |
53 |
21 |
61 |
29 |
36 |
4 |
44 |
12 |
52 |
20 |
60 |
28 |
35 |
3 |
43 |
11 |
51 |
19 |
59 |
27 |
34 |
2 |
42 |
10 |
50 |
18 |
58 |
26 |
33 |
1 |
41 |
9 |
49 |
17 |
57 |
25 |
S-матрицы представляют собой таблицы содержащие 4-ряда и 16 столбцов. Набор матриц приведен в Приложении 2. Матрица S(1) представлена ниже (эта матрица, так же как и те, что приведены в Приложении 2, являются рекомендуемыми).
№ |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
0 |
14 |
4 |
13 |
1 |
2 |
15 |
11 |
8 |
3 |
10 |
6 |
12 |
5 |
9 |
0 |
7 |
1 |
0 |
15 |
7 |
4 |
14 |
2 |
13 |
1 |
10 |
6 |
12 |
11 |
9 |
5 |
3 |
8 |
2 |
4 |
1 |
14 |
8 |
13 |
6 |
2 |
11 |
15 |
12 |
9 |
7 |
3 |
10 |
5 |
0 |
3 |
15 |
12 |
8 |
2 |
4 |
9 |
1 |
7 |
5 |
11 |
3 |
14 |
10 |
0 |
6 |
13 |
25
Исходный 48-разрядный код делится на 8 групп по 6 разрядов. Первый и последний разряд в группе используется в качестве адреса строки, а средние 4 разряда качестве адреса столбца. В результате каждые 6 бит кода преобразуются в 4 бита, а весь 48-разрядный код в 32-разрядный (для этого нужно 8 S-матриц). Существуют разработки, позволяющие выполнять шифрование в рамках стандарта DES аппаратным образом, что обеспечивает довольно высокое быстродействие.
Преобразования ключей Kn (n=1,…,16; Kn = KS(n,key), где n номер итерации) осуществляются согласно алгоритму, показанному на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Алгоритм вычисления последовательности ключей Kn
Для описания алгоритма вычисления ключей Kn (функция KS) достаточно определить структуру выбора 1 выбора 2, а также задать схему сдвигов влево
(табл. 1.2).
Блоки выбора 1 и выбора 2 представляют собой перестановки битов ключа
(PC-1 и PC-2; табл. 1.1).
При необходимости биты 8, 16,…, 64 могут использоваться для контроля четности.
Для вычисления очередного значения ключа таблица делится на две части С0 и D0. В С0 войдут биты 57, 49, 41,…, 44 и 36, а в D0 , 55, 47,…, 12 и 4.
Так как схема сдвигов задана (табл. 1.2) C1,D1; Cn, Dn и так далее могут быть легко получены из C0 и D0.
Так, например, C3 и D3 получаются из C2 и D2 циклическим сдвигом влево на 2 разряда.
26
Таблица 1.1
PC-1 (Выбор 1) |
|
|
|
PC-2 (Выбор 2) |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57 |
49 |
41 |
33 |
|
25 |
17 |
9 |
14 |
17 |
11 |
24 |
|
1 |
5 |
1 |
58 |
50 |
42 |
|
34 |
26 |
18 |
3 |
28 |
15 |
6 |
|
21 |
10 |
10 |
2 |
59 |
51 |
|
43 |
35 |
27 |
23 |
19 |
12 |
4 |
|
26 |
8 |
19 |
11 |
3 |
60 |
|
52 |
44 |
36 |
16 |
7 |
27 |
20 |
|
13 |
2 |
63 |
55 |
47 |
39 |
|
31 |
23 |
15 |
41 |
52 |
31 |
37 |
|
47 |
55 |
7 |
62 |
54 |
46 |
|
38 |
30 |
22 |
30 |
40 |
51 |
45 |
|
33 |
48 |
14 |
6 |
61 |
53 |
|
45 |
37 |
29 |
44 |
49 |
39 |
56 |
|
34 |
53 |
21 |
13 |
5 |
28 |
|
20 |
12 |
4 |
46 |
42 |
50 |
36 |
|
29 |
32 |
Таблица 1.2
Номер |
Число |
|
сдвигов |
||
итерации |
||
влево |
||
1 |
1 |
|
2 |
1 |
|
3 |
2 |
|
4 |
2 |
|
5 |
2 |
|
6 |
2 |
|
7 |
2 |
|
8 |
2 |
|
9 |
1 |
|
10 |
2 |
|
11 |
2 |
|
12 |
2 |
|
13 |
2 |
|
14 |
2 |
|
15 |
2 |
|
16 |
1 |
27
. Таблица ASCII
|
С |
|
|
С |
|
С |
|
С |
|
С |
|
|
|
и |
|
|
и |
|
и |
|
и |
|
и |
|
|
Код |
м |
Код (Hex) |
|
м |
Код |
м |
Код (Hex) |
м |
Код (Hex) |
м |
Код |
Символ |
(Hex) |
в |
|
в |
(Hex) |
в |
в |
в |
(Hex) |
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
о |
|
|
о |
|
о |
|
о |
|
о |
|
|
|
л |
|
|
л |
|
л |
|
л |
|
л |
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
л |
30 |
|
. |
40 |
@ |
50 |
P |
60 |
' |
70 |
p |
21 |
! |
31 |
|
0 |
41 |
A |
51 |
Q |
61 |
a |
71 |
q |
22 |
" |
32 |
|
1 |
42 |
B |
52 |
R |
62 |
b |
72 |
r |
23 |
# |
33 |
|
2 |
43 |
C |
53 |
S |
63 |
c |
73 |
s |
24 |
$ |
34 |
|
3 |
44 |
D |
54 |
T |
64 |
d |
74 |
t |
25 |
% |
35 |
|
4 |
45 |
E |
55 |
U |
65 |
e |
75 |
u |
26 |
& |
36 |
|
5 |
46 |
F |
56 |
V |
66 |
f |
76 |
v |
27 |
' |
37 |
|
6 |
47 |
G |
57 |
W |
67 |
g |
77 |
w |
28 |
( |
38 |
|
7 |
48 |
H |
58 |
X |
68 |
h |
78 |
x |
29 |
) |
39 |
|
8 |
49 |
I |
59 |
Y |
69 |
i |
79 |
y |
2A |
* |
3A |
|
9 |
4A |
J |
5A |
Z |
6A |
j |
7A |
z |
2B |
+ |
3B |
|
: |
4B |
K |
5B |
[ |
6B |
k |
7B |
{ |
2C |
, |
3C |
|
; |
4C |
L |
5C |
\ |
6C |
l |
7C |
| |
2D |
- |
3D |
|
< |
4D |
M |
5D |
] |
6D |
m |
7D |
} |
2E |
. |
3E |
|
> |
4E |
N |
5E |
^ |
6E |
n |
7E |
~ |
2F |
/ |
3F |
|
? |
4F |
O |
5F |
_ |
6F |
o |
7F |
DEL |
28
Приложение К. Матрицы S(x)
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
0 |
14 |
4 |
13 |
1 |
2 |
15 |
11 |
8 |
3 |
10 |
6 |
12 |
5 |
9 |
0 |
7 |
|
|
|
1 |
0 |
15 |
7 |
4 |
14 |
2 |
13 |
1 |
10 |
6 |
12 |
11 |
9 |
5 |
3 |
8 |
|
S1 |
|
2 |
4 |
1 |
14 |
8 |
13 |
6 |
2 |
11 |
15 |
12 |
9 |
7 |
3 |
10 |
5 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
15 |
12 |
8 |
2 |
4 |
9 |
1 |
7 |
5 |
11 |
3 |
14 |
10 |
0 |
6 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
15 |
1 |
8 |
14 |
6 |
11 |
3 |
4 |
9 |
7 |
2 |
13 |
12 |
0 |
5 |
10 |
|
|
|
1 |
3 |
13 |
4 |
7 |
15 |
2 |
8 |
14 |
12 |
0 |
1 |
10 |
6 |
9 |
11 |
5 |
|
S2 |
|
2 |
0 |
14 |
7 |
11 |
10 |
4 |
13 |
1 |
5 |
8 |
12 |
6 |
9 |
3 |
2 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
13 |
8 |
10 |
1 |
3 |
15 |
4 |
2 |
11 |
6 |
7 |
12 |
0 |
5 |
14 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
0 |
9 |
14 |
6 |
3 |
15 |
5 |
1 |
13 |
12 |
7 |
11 |
4 |
2 |
8 |
|
|
|
1 |
13 |
7 |
0 |
9 |
3 |
4 |
6 |
10 |
2 |
8 |
5 |
14 |
12 |
11 |
15 |
1 |
|
S3 |
|
2 |
13 |
6 |
4 |
9 |
8 |
15 |
3 |
0 |
11 |
1 |
2 |
12 |
5 |
10 |
14 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
1 |
10 |
13 |
0 |
6 |
9 |
8 |
7 |
4 |
15 |
14 |
3 |
11 |
5 |
2 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
7 |
13 |
14 |
3 |
0 |
6 |
9 |
10 |
1 |
2 |
8 |
5 |
11 |
12 |
4 |
15 |
|
|
|
1 |
13 |
8 |
11 |
5 |
6 |
15 |
0 |
3 |
4 |
7 |
2 |
12 |
1 |
10 |
14 |
9 |
|
S4 |
|
2 |
10 |
6 |
9 |
0 |
12 |
11 |
7 |
13 |
15 |
1 |
3 |
14 |
5 |
2 |
8 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
3 |
15 |
0 |
6 |
10 |
1 |
13 |
8 |
9 |
4 |
5 |
11 |
12 |
7 |
2 |
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
2 |
12 |
4 |
1 |
7 |
10 |
11 |
6 |
8 |
5 |
3 |
15 |
13 |
0 |
14 |
9 |
|
|
|
1 |
14 |
11 |
2 |
12 |
4 |
7 |
13 |
1 |
5 |
0 |
15 |
10 |
3 |
9 |
8 |
6 |
|
S5 |
|
2 |
4 |
2 |
1 |
11 |
10 |
13 |
7 |
8 |
15 |
9 |
12 |
5 |
6 |
3 |
0 |
14 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
11 |
8 |
12 |
7 |
1 |
14 |
2 |
13 |
6 |
15 |
0 |
9 |
10 |
4 |
5 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
12 |
1 |
10 |
15 |
9 |
2 |
6 |
8 |
0 |
13 |
3 |
4 |
14 |
7 |
5 |
11 |
|
|
|
1 |
10 |
15 |
4 |
2 |
7 |
12 |
9 |
5 |
6 |
1 |
13 |
14 |
0 |
11 |
3 |
8 |
|
S6 |
|
2 |
9 |
14 |
15 |
5 |
2 |
8 |
12 |
3 |
7 |
0 |
4 |
10 |
1 |
13 |
11 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
4 |
3 |
2 |
12 |
9 |
5 |
15 |
10 |
11 |
14 |
1 |
7 |
6 |
0 |
8 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
4 |
11 |
2 |
14 |
15 |
0 |
8 |
13 |
3 |
12 |
9 |
7 |
5 |
10 |
6 |
1 |
|
|
|
1 |
13 |
0 |
11 |
7 |
4 |
9 |
1 |
10 |
14 |
3 |
5 |
12 |
2 |
15 |
8 |
6 |
|
S7 |
|
2 |
1 |
4 |
11 |
13 |
12 |
3 |
7 |
14 |
10 |
15 |
6 |
8 |
0 |
5 |
9 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
6 |
11 |
13 |
8 |
1 |
4 |
10 |
7 |
9 |
5 |
0 |
15 |
14 |
2 |
3 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
13 |
2 |
8 |
4 |
6 |
15 |
11 |
1 |
10 |
9 |
3 |
14 |
5 |
0 |
12 |
7 |
|
|
|
1 |
1 |
15 |
13 |
8 |
10 |
3 |
7 |
4 |
12 |
5 |
6 |
11 |
0 |
14 |
9 |
2 |
|
S8 |
|
2 |
7 |
11 |
4 |
1 |
9 |
12 |
14 |
2 |
0 |
6 |
10 |
13 |
15 |
3 |
5 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
3 |
2 |
1 |
14 |
7 |
4 |
10 |
8 |
13 |
15 |
12 |
9 |
0 |
3 |
5 |
6 |
11 |
|
|
|
29
Темы рефератов
Тема 1. Введение в информационную безопасность
1.1 Понятие национальной безопасности: виды безопасности: государственная, экономическая, общественная, военная, экологическая, информационная; роль и место системы обеспечения информационной безопасности (ИБ) в системе национальной безопасности РФ; доктрина ИБ, история проблемы ИБ, угрозы ИБ;
1.2 Методы и средства обеспечения ИБ; методологические и технологические основы комплексного обеспечения ИБ; модели, стратегии и системы обеспечения ИБ; методы управления, организации и обеспечения работ по обеспечению ИБ;
1.3 Обеспечение ИБ в нормальных и чрезвычайных ситуациях; проблемы информационной войны; правовые и нормативные акты в области ИБ.
Тема 2. Правовое обеспечение информационной безопасности
2.1Законодательство РФ в области информационной безопасности, защиты государственной тайны и конфиденциальной информации; конституционные гарантии прав граждан на информацию и механизм их реализации; понятие и виды защищаемой информации по законодательству РФ;
2.2Защита интеллектуальной собственности средствами патентного и авторского права; правовая регламентация охранной деятельности; международное законодательство в области защиты информации.
Тема 3. Организационное обеспечение информационной безопасности
3.1Анализ и оценка угроз информационной безопасности объекта; оценка
ущерба вследствие противоправного раскрытия информации ограниченного доступа и меры по его локализации; средства и методы физической защиты объектов; системы сигнализации, видеонаблюдения, контроля доступа;
3.2Служба безопасности объекта; подбор, расстановка и работа с кадрами; организация и обеспечение режима секретности; организация пропускного и внутриобъектового режима; организация режима и охраны объектов в процессе транспортировки;
3.3Защита информации при авариях, иных экстремальных ситуациях и в условиях чрезвычайного положения; технологические меры поддержания информационной безопасности объектов;
3.4Обеспечение информационной безопасности объекта (учреждения, банка, промышленного предприятия) при осуществлении международного научнотехнического и экономического сотрудничества.
Тема 4. Технические средства обеспечения информационной безопасности
4.1Общие вопросы организации противодействия технической разведке; основные организационные и технические мероприятия, используемые для противодействия технической разведке; методы и средства защиты режимных объектов от утечки конфиденциальной информации по техническим каналам;
4.2Физические основы образования побочных электромагнитных излучений от технических средств; каналы утечки информации: электромагнитные,
30