Криптографические методы зашиты информации

Криптография - это наука об обеспечении секретности и/или аутентичности (подлинности) передаваемых сообщений.

Готовое к передаче информационное сообщение, первоначально открытое и незащищенное, зашифровывается и тем самым преобразуется в шифрограмму, т. е. в закрытые текст или графическое изображение документа. В таком виде сообщение передается по каналу связи, даже и не защищенному. Санкционированный пользователь после получения сообщения дешифрует его (т. е. раскрывает) посредством обратного преобразования криптограммы, вследствие чего получается исходный, открытый вид сообщения, доступный для восприятия санкционированным пользователям. Методу преобразования в криптографической системе соответствует использование специального алгоритма. Действие такого алгоритма запускается уникальным числом (последовательностью бит), обычно называемым шифрующим ключом. Для большинства систем схема генератора ключа может представлять собой набор инструкций и команд либо узел аппаратуры, либо компьютерную программу, либо все это вместе, но в любом случае процесс шифрования (дешифрования) реализуется только этим специальным ключом. Чтобы обмен зашифрованными данными проходил успешно, как отправителю, так и получателю, необходимо знать правильную ключевую установку и хранить ее в тайне. Стойкость любой системы закрытой связи определяется степенью секретности используемого в ней ключа. Тем не менее этот ключ должен быть известен другим пользователям сети, чтобы они могли свободно обмениваться зашифрованными сообщениями. В этом смысле криптографические системы также помогают решить проблему аутентификации (установления подлинности) принятой информации.

Современная криптография знает два типа криптографических алгоритмов: классические алгоритмы, основанные на использовании закрытых, секретных ключей, и новые алгоритмы с открытым ключом, в которых используются один открытый и один закрытый ключ (эти алгоритмы называются также асимметричными).

Кроме того, существует возможность шифрования информации и более простым способом - с использованием генератора псевдослучайных чисел. Использование генератора псевдослучайных чисел заключается в генерации гаммы шифра с помощью генератора псевдослучайных чисел при определенном ключе и наложении полученной гаммы на открытые данные обратимым способом. Надежность шифрования с помощью генератора псевдослучайных чисел зависит как от характеристик генератора, так и, причем в большей степени, от алгоритма получения гаммы. Этот метод криптографической защиты реализуется достаточно легко и обеспечивает довольно высокую скорость шифрования, однако недостаточно стоек к дешифрованию и поэтому неприменим для таких серьезных информационных систем, каковыми являются, например, банковские системы.

Для классической криптографии характерно использование одной секретной единицы - ключа, который позволяет отправителю зашифровать сообщение, а получателю расшифровать его. В случае шифрования данных, хранимых на магнитных или иных носителях информации, ключ позволяет зашифровать информацию при записи на носитель и расшифровать при чтении с него. Существует довольно много различных алгоритмов криптографической защиты информации. Среди них можно назвать алгоритмы DES, Rainbow (США); FEAL-4 и FEAL-8 (Япония); B-Crypt (Великобритания); алгоритм шифрования по ГОСТ 28147-89 (Россия) и ряд других, реализованных зарубежными и отечественными поставщиками программных и аппаратных средств защиты. Один из самых распространенных алгоритм, изложенный в стандарте DES (Data Encryption Standard). Алгоритм DES не является закрытым, и был опубликован для широкого ознакомления, что позволяет пользователям свободно применять его для своих целей. При шифровании применяется 64-разрядный ключ, но используются только 56 разрядов ключа, а остальные восемь разрядов являются контрольными. Алгоритм DES достаточно надежен. Он обладает большой гибкостью при реализации различных приложений обработки данных, так как каждый блок данных шифруется независимо от других. Это позволяет расшифровывать отдельные блоки зашифрованных сообщений или структуры данных, а следовательно, открывает возможность независимой передачи блоков данных или произвольного доступа к зашифрованным данным. Алгоритм может реализовываться как программным, так и аппаратным способами. Существенный недостаток этого алгоритма - малая длина ключа. Алгоритм шифрования, определяемый российским стандартом ГОСТ 28147-89, является единым алгоритмом криптографической защиты данных для крупных информационных систем, локальных вычислительных сетей и автономных компьютеров. Этот алгоритм может реализовываться как аппаратным, так и программным способами, удовлетворяет всем криптографическим требованиям, сложившимся в мировой практике, и, как следствие, позволяет осуществлять криптографическую защиту любой информации, независимо от степени ее секретности. В алгоритме ГОСТ 28147-89, в отличие от алгоритма DES, используется 256-разрядный ключ, представляемый в виде восьми 32-разрядных чисел. Расшифровываются данные с помощью того же ключа, посредством которого они были зашифрованы. Алгоритм ГОСТ 28147-89 полностью удовлетворяет всем требованиям криптографии и обладает теми же достоинствами, что и другие алгоритмы (например DES), но лишен их недостатков. Он позволяет обнаруживать как случайные, так и умышленные модификации зашифрованной информации. Основные недостатки этого алгоритма - большая сложность его программной реализации и очень низкая скорость работы.

Наиболее перспективными системами криптографической защиты данных сегодня считаются асимметричные криптосистемы, называемые также системами с открытым ключом. Их суть состоит в том, что ключ, используемый для зашифровывания, отличен от ключа расшифровывания. При этом ключ зашифровывания не секретен и может быть известен всем пользователям системы. Однако расшифровывание с помощью известного ключа зашифровывания невозможно. Для расшифровывания используется специальный, секретный ключ. Знание открытого ключа не позволяет определить ключ секретный. Таким образом, расшифровать сообщение может только его получатель, владеющий этим секретным ключом. Суть криптографических систем с открытым ключом сводится к тому, что в них используются так называемые необратимые функции (иногда их называют односторонними или однонаправленными), которые характеризуются следующим свойством: для данного исходного значения с помощью некоторой известной функции довольно легко вычислить результат, но рассчитать по этому результату исходное значение чрезвычайно сложно. Известно несколько криптосистем с открытым ключом. Наиболее разработана на сегодня система RSA, предложенная еще в 1978 г. RSA - это система коллективного пользования, в которой каждый из пользователей имеет свои ключи зашифровывания и расшифровывания данных, причем секретен только ключ расшифровывания. Специалисты считают, что системы с открытым ключом больше подходят для шифрования передаваемых данных, чем для защиты данных, хранимых на носителях информации. Существует еще одна область применения этого алгоритма - цифровые подписи, подтверждающие подлинность передаваемых документов и сообщений. Асимметричные криптосистемы наиболее перспективны, так как в них не используется передача ключей другим пользователям и они легко реализуются как аппаратным, так и программным способами. Однако системы типа RSA работают приблизительно в тысячу раз медленнее, чем классические, и требуют длины ключа порядка 300- 600 бит. Поэтому все их достоинства сводятся на нет низкой скоростью работы. Кроме того, для ряда функций найдены алгоритмы инвертирования, т. е. доказано, что они не являются необратимыми. Для функций, используемых в системе RSA, такие алгоритмы не найдены, но нет и строгого доказательства необратимости используемых функций.

В последнее время все чаще возникает вопрос о замене в системах передачи и обработки информации рукописной подписи, подтверждающей подлинность того или иного документа, ее электронным аналогом - электронной цифровой подписью (ЭЦП). Электронная цифровая подпись — это последовательность символов, полученная в результате криптографического преобразования исходной информации с использованием закрытого ключа и позволяющая подтверждать целостность и неизменность этой информации, а также ее авторство путем применения открытого ключа [22]. Ею могут скрепляться всевозможные электронные документы, начиная с различных сообщений и кончая контрактами. ЭЦП может применяться также для контроля доступа к особо важной информации. К ЭЦП предъявляются два основных требования: высокая сложность фальсификации и легкость проверки. Для реализации ЭЦП можно использовать как классические криптографические алгоритмы, так и асимметричные, причем именно последние обладают всеми свойствами, необходимыми для ЭЦП. Однако ЭЦП чрезвычайно подвержена действию обобщенного класса программ "троянский конь" с преднамеренно заложенными в них потенциально опасными последствиями, активизирующимися при определенных условиях. Например, в момент считывания файла, в котором находится подготовленный к подписи документ, эти программы могут изменить имя подписывающего лица, дату, какие-либо данные (например, сумму в платежных документах) и т.п. Поэтому при выборе системы ЭЦП предпочтение безусловно должно быть отдано ее аппаратной реализации, обеспечивающей надежную защиту информации от несанкционированного доступа, выработку криптографических ключей и ЭЦП.

Из изложенного следует, что надежная криптографическая система должна удовлетворять ряду определенных требований:

Процедуры зашифровывания и расшифровывания должны быть "прозрачны" для пользователя.

Дешифрование закрытой информации должно быть максимально затруднено.

Содержание передаваемой информации не должно сказываться на эффективности криптографического алгоритма.

Надежность криптозащиты не должна зависеть от содержания в секрете самого алгоритма шифрования (примерами этого являются как алгоритм DES, так и алгоритм ГОСТ 28147-89).