Информационная безопасность. Криптографические средства защиты данных

текста сообщения в закрытый.
Современные средства шифрования используют известные алгоритмы

шифрования. Для обеспечения конфиденциальности преобразованного сообщения используются специальные параметры преобразования – ключи.

конфиденциальности данных);
Контроль целостности;
Аутентификация.

информационных объектов с помощью некоторого обратимого математического алгоритма.
Процесс шифрования использует

в качестве входных параметров объект – открытый текст и объект – ключ, а результат преобразования — объект – зашифрованный текст. При дешифровании выполняется обратный процесс.
Криптографическому методу в ИС соответствует некоторый специальный алгоритм. При выполнении данного алгоритма используется уникальное числовое значение – ключ.
Знание ключа позволяет выполнить обратное преобразование и получить открытое сообщения.
Стойкость криптографической системы определяется используемыми алгоритмами и степенью секретности ключа.

системах активно применяются криптографические средства защиты информации.
Сущность криптографических методов заключается

в следующем:

Отправитель

Получатель

Использование криптографических алгоритмов позволяет предотвратить утечку информации. Отсутствие ключа у

«злоумышленника» не позволяет раскрыть зашифрованную информацию;
Обеспечение целостности данных. Использование алгоритмов несимметричного шифрования и хэширования делает возможным создание способа контроля целостности информации.
Электронная цифровая подпись. Позволяет решить задачу отказа от информации.
Обеспечение аутентификации. Криптографические методы используются в различных схемах аутентификации в распределенных системах (Kerberos, S/Key и др.).

долей дешифрованной информации, являющейся средним значением отношения количества дешифрованной информации

к общему количеству шифрованной информации, подлежащей дешифрованию, и трудоемкостью дешифрования единицы информации, измеряемой Q числом элементарных опробований.
Под элементарными опробованиями понимается операция над двумя n-разрядными двоичными числами. При реализации алгоритма дешифрования может быть использован гипотетический вычислитель, объем памяти которого не превышает M двоичных разрядов. За одно обращение к памяти может быть записано по некоторому адресу или извлечено не более n бит информации. Обращение к памяти по трудоемкости приравнивается к элементарному опробованию.
За единицу информации принимается общий объем информации обработанной на одном средстве криптографической защиты в течении единицы времени. Атака злоумышленника является успешной, если объем полученной открытой информации больше некоторого заданного объема V.

заданный уровень надежности применяемых криптографических преобразований информации, определяемый значением допустимой

вероятности неисправностей или сбоев, приводящих к получению злоумышленником дополнительной информации о криптографических преобразованиях.
Регламентные работы (ремонт и сервисное обслуживание) средств криптографической защиты не должно приводить к ухудшению свойств средств в части параметров надежности.

для средств криптографической информации в составе информационных систем.
В автоматизированных

информационных системах, для которых реализованы программные или аппаратные средства криптографических защиты информации, при хранении и обработке информации должны быть предусмотрены следующие основные механизмы защиты:
идентификация и аутентификация пользователей и субъектов доступа;
управление доступом;
обеспечения целостности;
регистрация и учет.

функционирования средств криптографической защиты информации.
Аппаратные и программные средства, на которых

ведется разработка систем криптографической защиты информации, не должны содержать явных или скрытых функциональных возможностей, позволяющих:
модифицировать или изменять алгоритм работы средств защиты информации в процессе их разработки, изготовления и эксплуатации;
модифицировать или изменять информационные или управляющие потоки, связанные с функционированием средств;
осуществлять доступ посторонних лиц к ключам идентификационной и аутентификационной информации;
получать доступ к конфиденциальной информации средств криптографической защиты информации.

закрытым ключом;
Ассиметричное шифрование, иначе шифрование с открытым ключом;

использует некоторый секретный ключ.
При симметричном шифровании реализуются два типа алгоритмов:
Поточное

шифрование (побитовое)
Блочное шифрование (при шифровании текст предварительно разбивается на блоки, как правило не менее 64 бит)

книга (режим простой замены);
сцепление блоков шифра (режим гаммирования с обратной

связью);
обратная связь по шифротексту;
обратная связь по выходу (режим гаммирования).

блочный шифр, использующий подстановки, перестановки и сложения по модулю 2,

с длиной блока 64 бита и длиной ключа 56 бит.
Подстановки и перестановки, используемые в DES фиксированы.

фиксированная перестановка IP
Для каждого цикла (всего 16) выполняется операция зашифровывания:
64

битный блок разбивается на две половины (левую x” и правую x’) по 32 бита
Правая половина x’ разбивается на 8 тетрад по 4 бита. Каждая тетрада по циклическому закону дополняется крайними битами из соседних тетрад до 6-битного слова
Полученный 48-битный блок суммируется по модулю 2 с 48 битами подключа, биты которого выбираются на каждом цикле специальным образом из 56 бит, а затем разбиваются на 8 блоков по 6 бит

поступает на вход функции фиксированного S-блока, которая выполняет нелинейную замену

наборов 6-битных блоков тетрадами
Полученные 32 бита подвергаются фиксированной перестановке, результатом которой является полублок Fi(x’)
Компоненты правого зашифрованного полублока Fi(x’) суммируется по модулю 2 с компонентами левого полублока x” и меняются местами, т.е. блок (x”, Fi(x’)) преобразуется в блок (x”+Fi(x’),x”)
К блоку текста, полученному после всех 16 циклов, применяется обратная перестановка IP-1
Результатом является выходной зашифрованный текст

же параметр – секретный ключ, известный обеим сторонам
Примеры симметричного шифрования:
ГОСТ

28147-89
DES
Blow Fish
IDEA
Достоинство симметричного шифрования
Скорость выполнения преобразований
Недостаток симметричного шифрования
Известен получателю и отправителю, что создает проблемы при распространении ключей и доказательстве подлинности сообщения

разные (хотя и связанные между собой).
Ключ зашифровывания является несекретным

(открытым), ключ расшифровывания – секретным.

в себя:
Пусть заданы два простых числа p и q и

пусть n=pq, ϕ(n)=(p-1)(q-1). Пусть число e, такое что числа e и ϕ(n) взаимно простые, а d – мультипликативно обратное к нему, то есть ed≡mod ϕ(n). Числа e и d называются открытым и закрытым показателями соответственно. Открытым ключом является пара (n,e) секретным ключом – d. Множители p и q должны сохраняться в секрете.
Таким образом безопасность системы RSA основана на трудности задачи разложения на простые множители.

Эль-Гамаля (использует простое число p, образующую группы g и экспоненту

y=gx(mod p) )
Алгоритм шифрования Месси-Омуры (использует простое число p, такое что p-1 имеет большой простой делитель в качестве открытого ключа, секретный ключ определяется в процессе диалога между приемником и источником)

несекретный (открытый) ключ используется для шифрования. Второй, секретный ключ для

расшифровывания.
Примеры несимметричного шифрования:
RSA
Алгоритм Эль-Гамаля
Недостаток асимметричного шифрования
низкое быстродействие алгоритмов (из-за длины ключа и сложности преобразований)
Достоинства:
Применение асимметричных алгоритмов для решения задачи проверки подлинности сообщений, целостности и т.п.

преобразований
Относительная легкость внесения изменений в алгоритм шифрования
Преимущества несимметричных алгоритмов
Секретный ключ

известен только получателю информации и первоначальный обмен не требует передачи секретного ключа
Применение в системах аутентификации (электронная цифровая подпись)

данных, гарантировать невозможность отказа от совершенных действий
В основе криптографического контроля

целостности лежат два понятия:
Хэш-функция;
Электронная цифровая подпись.

задержку, переупорядочивание или утрату. Для контроля целостности сообщений можно использовать

хэш-функцию.
Хэш-функция – преобразование преобразующее строку произвольной длины в строку фиксированной длины и удовлетворяющее следующим свойствам:
Для каждого значения H(M) невозможно найти аргумент M – стойкость в смысле обращения;
Для данного аргумента M невозможно найти аргумент M’,что H(M) = H(M’) – стойкость в смысле возникновения коллизий.
Хэш-функция используется:
Для создания сжатого образа сообщения, применяемого в ЭЦП;
Для защиты пароля;
Для построения кода аутентификации сообщений.

электронных документах для подтверждения подлинности сообщений – данные присоединяются к

передаваемому сообщению, подтверждая подлинность отправителя сообщения.
При разработке механизма цифровой подписи возникает три задачи:
создание подписи таким образом, чтобы ее невозможно было подделать;
возможность проверки того, что подпись действительно принадлежит указанному владельцу.
предотвращение отказа от подписи.

схеме отправитель:
Применяет к исходному тексту хэш-функцию;
Дополняет хэш-образ до длины, требуемой

в алгоритме создания ЭЦП;
Вычисляет ЭЦП по хэш-образу с использованием секретного ключа создания подписи.
Получатель, получив подписанное сообщение, отделяет цифровую подпись от основного текста и выполняет проверку:
Применяет к тексту полученного сообщения хэш-функцию;
Дополняет хэш-образ до требуемой длины;
Проверяет соответствие хэш-образа сообщения полученной цифровой подписи с использованием открытого ключа проверки подписи.

можно указать:
MD5;
SHA;
ГОСТ Р34.11-94;
Алгоритмы формирования электронной цифровой подписи:
RSA;
DSA;
ГОСТ Р34.10-94

аутентификации требуется – односторонняя или двусторонняя, наличие доверенной стороны и

т.д.
Параметры протокола аутентификации:
Тип алгоритма (симметричный, несимметричный);
Конкретный вид алгоритма;
Режим работы;
Процедура управления ключами;
Совместимость используемых алгоритмов.