Криптографические методы защиты данных

Криптографические методы являются наиболее эффективными средствами защиты информации в автоматизированных системах, при передаче же по протяженным линиям связи они являются единственным реальным средством предотвращения несанкционированного доступа к ней.

Метод шифрования характеризуется показателями надежности и трудоемкости. Важнейшим показателем надежности криптографического закрытия информации является его стойкость – тот минимальный объем зашифрованного текста, который можно вскрыть статистическим анализом. Таким образом, стойкость шифра определяет допустимый объем информации, зашифровываемый при использовании одного ключа.

Шифрование – процесс преобразования открытого сообщения в шифрованное сообщение (криптограмму, шифртекст) с помощью определенных правил, содержащихся в шифре. Трудоемкость метода шифрования определяется числом элементарных операций, необходимых для шифрования одного символа исходного текста.

Основные требования к криптографическому закрытию информации:

• Сложность и стойкость криптографического закрытия данных должны выбираться в зависимости от объема и степени секретности данных.

• Надежность закрытия должна быть такой, чтобы секретность не нарушалась даже в том случае, когда злоумышленнику становится известен метод шифрования.

• Метод закрытия, набор используемых ключей и механизм их распределения не должны быть слишком сложными.

• Выполнение процедур прямого и обратного преобразований должно быть формальным. Эти процедуры не должны зависеть от длины сообщений.

• Ошибки, возникающие в процессе преобразования, не должны распространяться по всему тексту.

• Вносимая процедурами защиты избыточность должна быть минимальной.

Криптографическая защита информации направлена в первую очередь на преодоление угроз, связанных с хищением информации. Смысл криптозащиты в том, чтобы свести результативность хищения к минимуму по причине невозможности использования зашифрованной информации. При этом информация в исходной форме, называемая открытым текстом, заменяется информацией в непонятной форме, называемой криптограммой, которая хранится или передается по каналам связи. Процесс преобразования открытого текста в криптограмму называется шифрованием, обратный процесс – дешифрованием.

Традиционные требования к криптографическим средствам защиты можно сформулировать следующим образом:

1. метод должен быть надежен, то есть восстановление текста при владении только криптограммой, но без ключа должно быть практически невыполнимой задачей;

2. из-за трудностей, связанных с запоминанием или пересылкой ключа, объем ключа не должен быть большим;

3. из-за трудностей, связанных со сложными преобразованиями, процессы шифрования и дешифрования должны быть простыми;

4. из-за возможности появления ошибок передачи дешифрование криптограммы, содержащей ошибки не должно приводить к размножению ошибок в полученном тексте;

5. из-за трудностей передачи объем криптограммы не должен превышать объема текста.

Криптозащита реализуется с учетом правила, называемого правилом Кирхгофа: «Противнику известно все, кроме ключа, используемого для шифрования открытого текста». Реализацией может быть программа, аппаратный модуль или аппаратно-программная система. Ключом в общем случае называют некоторый набор изменяемых параметров алгоритма шифрования, с использованием которого производится и шифрование, и дешифрование. Без знания ключа процедура дешифрования должна быть максимально затруднена даже при наличии у злоумышленника программного, аппаратного или аппаратно-программного модуля, идентичного тому, который имеется у адресата.

Сложность обеспечения безопасности с помощью криптографических средств защиты информации (КСЗИ) возрастает с увеличением сложности средств связи и информационных технологий.

Основные трудности связаны со следующими факторами:

а) средство реализации криптографического алгоритма в компьютерной системе представляет собой равноправный с прочими ресурс, т.е., как правило, является программой и использует данные системы;

б) ключевая информация является данными компьютерной системы с возможностью доступа со стороны других программ и с прохождением при обработке через ряд внешних по отношению к системе криптографической защиты программных модулей;

в) функционирование системы криптографической защиты происходит не автономно, а выполняется под управлением операционной системы и различных программ – посредников, которые при желании могут произвольно искажать вводимую и выводимую из системы криптографической защиты информации информацию;

г) программная среда, в которой работает система криптографической защиты, устроена иерархично, т.е. для выполнения типовых функций все программы используют одни и те же фрагменты кода и данные;

д) работа системы криптографической защиты сопряжена с возможностью возникновения ошибочных ситуаций в аппаратной и программной среде компьютерной системы.

В связи с этим, для обеспечения безопасности информации в ИТКС (информационной телекоммуникационной системе) необходимо эффективно решать следующий круг научно-технических задач:

а) обеспечивать оптимальную, формально проверяемую реализацию криптографических алгоритмов в рамках эксплуатируемых ИТКС программных и аппаратных платформ;

б) обеспечивать при проектировании системы криптографической защиты меры обеспечения отказоустойчивости, защиты от сбоев и искажений аппаратных компонентов;

в) обеспечивать защищенность системы криптографической защиты и ее ресурсов (ключевой информации) от НСД со стороны других программ;

г) гарантировать качество управления системы криптографической защиты со стороны ОС и программ-посредников, в т.ч. и в условиях ошибочных и преднамеренных действий пользователя.

Криптология делится на два направления:

• криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации;

• криптоанализ – исследованием возможностей расшифровывания информации без знания ключей.

Разделы криптографии:

• симметричные криптосистемы;

• асимметричные криптосистемы (криптосистемы с открытым ключом);

• системы электронной подписи;

• управление ключами.