Лабораторная работа №5. Схемы гибридного шифрования.

1. Гибридное шифрование

Гибридная (комбинированная) схема шифрования – схема шифрования, сочетающая в себе преимущества криптосистемы с открытым ключом с производительностью симметричных криптосистем. Симметричный ключ в данной схеме используется для шифрования данных, а ассиметричный – для шифрования симметричного ключа. Графически схема имеет следующий вид:

Рисунок 1. Схема гибридного шифрования

Этап отправки:

• Алиса генерирует случайный сеансовый ключ

• сообщение Алисы шифруется сеансовым ключом (с помощью симметричного алгоритма)

• сеансовый ключ шифруется открытым ключом Боба (асимметричным алгоритмом)

• Алиса посылает Бобу зашифрованное сообщение и зашифрованный сеансовый ключ

Этап приёма:

• Боб получает зашифрованное сообщение Алисы и зашифрованный сеансовый ключ

• Боб расшифровывает сеансовый ключ своим закрытым ключом

• при помощи полученного, таким образом, сеансового ключа Боб расшифровывает зашифрованное сообщение Алисы

2. Аутентифицируемое шифрование

Аутентифицируемое шифрование – форма шифрования, которая одновременно позволяет обеспечить конфиденциальность, целостность и аутентичность информации. Процедура расшифрования объединяется с процедурой проверки целостности.

Процедура шифрования имеет следующий вид:

• Вход: Открытый текст, ключ и, опционально, заголовок, не подлежащий шифрованию, но защищаемый процедурой проверки аутентичности сообщения;

• Выход: Закрытый текст и Код аутентификации сообщения (Message Authentication Code).

Процедура расшифрования имеет следующий вид:

• Вход: Закрытый текст, ключ, код проверки сообщения и, опционально, заголовок;

• Выход: Открытый текст или ошибка, если код аутентификации не соответствует закрытому тексту и/или заголовку.

1. Encrypt-then-MAC (EtM)

При данном подходе схема работает следующим образом (рис. 2)

• В начале осуществляется шифрование открытого текста;

• Код аутентификации вычисляется на основании закрытого текста, полученного на прошлом этапе;

• Код аутентификации и сообщение передаются вместе.

Рисунок 2. Схема Encrypt-then-MAC

2. Encrypt-and-MAC (E&M)

При данном подходе схема работает следующим образом (рис. 3)

• Осуществляется шифрование открытого текста;

• Независимо от процедуры шифрования, на основании открытого текста вырабатывается код аутентификации сообщения;

• Код аутентификации и сообщение передаются вместе.

Рисунок 3. Схема Encrypt-and-MAC

3. MAC-then-Encrypt (MtE)

При данном подходе схема работает следующим образом (рис. 3)

• Вначале осуществляется выработка кода аутентификации сообщения на основании открытого текста;

• Код аутентификации сообщения дописывается к открытому тексту, и полученная структура шифруется;

• Закрытый текст, содержащий в себе код аутентификации сообщения, передается получателю.

4. Специальные схемы аутентифицируемого шифрования

В отличии от схем, представленных выше, для которых процедуры шифрования и выработки кода аутентификации сообщения выполняются независимо в два этапа, существуют специальные схемы, которые позволяют в процессе шифрования параллельно осуществлять выработку кода аутентификации сообщения. К таким схемам относят:

• CCM (Counter with CBC-MAC)

• OCB (Offset codebook)

• GCM (Galois/Counter mode)

3. Задания

   1. Реализация схемы гибридного шифрования

Целью данного задания является реализация гибридную схему шифрования на базе криптографических схем AES/RSA. В рамках задания необходимо использовать шифр AES в режиме ECB. В интерфейсе приложения должны быть наглядно представлены:

• Исходные данные протокола (модули, ключи, секретные данные и т.п.);

• Данные, передаваемые по сети каждой из сторон;

• Проверки, выполняемые каждым из участников.

Процесс взаимодействия между сторонами протокола может быть реализован как с применением сетевых технологий, так и при помощи буферных переменных. Также необходимо выделить каждый из этапов протоколов для того, чтобы его можно было отделить от остальных.

2. Реализация схемы гибридного шифрования для блочного шифра в режиме работы CBC/OFB/CFB

Целью данного задания является модификация гибридной схемы шифрования с целью использования в ней блочного шифра в следующих режимах:

• CBC (Cipher Block Chaining)

• OFB (Output feedback)

• CFB (Cipher feedback)

В интерфейсе приложения должны быть наглядно представлены:

• Исходные данные протокола (модули, ключи, секретные данные и т.п.);

• Данные, передаваемые по сети каждой из сторон;

• Проверки, выполняемые каждым из участников.

Процесс взаимодействия между сторонами протокола может быть реализован как с применением сетевых технологий, так и при помощи буферных переменных. Также необходимо выделить каждый из этапов протоколов для того, чтобы его можно было отделить от остальных.

3. Реализация схемы гибридного шифрования c использованием схем аутентифицируемого шифрования

Целью данного задания является модификация гибридной схемы шифрования с целью добавления в нее информации для аутентификации сообщения. Необходимо осуществить замену блочного шифра в режиме ECB на блочный шифр в режиме, соответствующем Вашему варианту:

1. Encrypt-then-Mac;

2. Encrypt-and-Mac;

3. Mac-then-encrypt;

Номер Вашего варианта соответствует Вашему номеру в группе по модулю 3 плюс 1.

В интерфейсе приложения должны быть наглядно представлены:

• Исходные данные протокола (модули, ключи, секретные данные и т.п.);

• Данные, передаваемые по сети каждой из сторон;

• Проверки, выполняемые каждым из участников.

Процесс взаимодействия между сторонами протокола может быть реализован как с применением сетевых технологий, так и при помощи буферных переменных. Также необходимо выделить каждый из этапов протоколов для того, чтобы его можно было отделить от остальных.

4. Реализация схемы гибридного шифрования c использованием специальных схем аутентифицируемого шифрования

В данном задании необходимо осуществить замену блочного шифра в режиме ECB на блочный шифр в режиме, соответствующем Вашему варианту:

1. CCM (Counter with CBC-MAC)

2. OCB (Offset codebook)

3. GCM (Galois/Counter mode)

Номер Вашего варианта соответствует Вашему номеру в группе по модулю 3 плюс 1.

В интерфейсе приложения должны быть наглядно представлены:

• Исходные данные протокола (модули, ключи, секретные данные и т.п.);

• Данные, передаваемые по сети каждой из сторон;

• Проверки, выполняемые каждым из участников.

Процесс взаимодействия между сторонами протокола может быть реализован как с применением сетевых технологий, так и при помощи буферных переменных. Также необходимо выделить каждый из этапов протоколов для того, чтобы его можно было отделить от остальных.