Безопасность информационных систем. Учебное пособие
Шрифт:
Дешифрование – обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный текст.
Ключ — информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.
Криптографическая система представляет собой семейство T [T1, T2…, Tk] преобразований открытого текста. Члены этого семейства индексируются,
Криптосистемы разделяются на симметричные криптосистемы и криптосистемы с открытым ключом.
В симметричных криптосистемах и для шифрования, и для дешифрования используется один и тот же ключ.
В системах с открытым ключом используются два ключа – открытый и закрытый, которые математически связаны друг с другом.
Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.
Термины распределение ключей и управление ключами относятся к процессам системы обработки информации, содержанием которых является составление и распределение ключей между пользователями.
Электронной (цифровой) подписью называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения.
Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (т. е. криптоанализу). Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых:
1) количество всех возможных ключей;
2) среднее время, необходимое для криптоанализа. Преобразование Tk определяется соответствующим алгоритмом и значением параметра k. Эффективность шифрования с целью защиты информации зависит от сохранения тайны ключа и криптостойкости шифра.
Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т. д. Программная реализация более практична, допускает гибкость в использовании.
Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:
1) зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа;
2) число операций, необходимых для определения использованного ключа шифрования по фрагменту шифрованного сообщения и соответствующего ему открытого текста, должно быть не меньше общего числа возможных ключей;
3) число операций, необходимых для расшифровывания информации путем перебора всевозможных ключей, должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности использования сетевых вычислений);
4) знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты;
5) незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения даже при использовании одного и того же ключа;
6) структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными;
7) дополнительные биты, вводимые
в сообщение в процессе шифрования, должен быть полностью и надежно скрыты в шифрованном тексте;8) длина шифрованного текста должна быть равной длине исходного текста;
9) не должно быть простых и легко устанавливаемых зависимостей между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования;
10) любой ключ из множества возможных ключей должен обеспечивать надежную защиту информации;
11) алгоритм должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию, при этом изменение длины ключа не должно вести к качественному ухудшению алгоритма шифрования.
Современные алгоритмы симметричного шифрования используют как подстановку, так и перестановку. Стандартом де-факто являются несколько раундов шифрования с разными ключами, которые генерируются на основе одного общего ключа. Большинство алгоритмов имеют структуру, аналогичную структуре шифра Файстеля, разработанного в 1973 г.
Надежный алгоритм шифрования должен удовлетворять двум свойствам: диффузии и конффузии.
Диффузия – каждый бит открытого текста должен влиять на каждый бит зашифрованного текста. Суть диффузии заключается в рассеянии статистических характеристик открытого текста внутри шифрованного текста.
Конфузия – отсутствие статистической взаимосвязи между ключом и зашифрованным текстом. Даже если противник определит какие-то статистические особенности зашифрованного текста, их будет недостаточно, чтобы получить информацию о ключе.
Структура шифра Файстеля
Данный шифр относится к категории блочных. Блочные шифры предназначены для шифрования небольших блоков определенной длины. Перед зашифровыванием произвольного текста его разбивают на блоки. Затем каждый блок зашифровывается отдельно. Шифр Файстеля работает с двоичным алфавитом, т. е. открытый и зашифрованный текст представлены последовательностью битов и предназначен для реализации на ЭВМ.
На вход алгоритма шифрования подается блок открытого текста, имеющий четную длину 2l и ключ K. Блок разделяется на две равные части – правую R0 и левую L0. Далее эти части проходят m раундов обработки, после чего снова объединяются в зашифрованный текст.
Каждый i– й раунд состоит в генерации подключа Ki (на основе общего ключа K) и применении к блоку Ri некоторого зависящего от ключа преобразования F. Результат складывается с блоком Li с помощью операции XOR (исключающее или) и получается блок Ri+1. Блок Ri без изменений берется в качестве блока Li+1.
Процесс дешифрования: на вход подается зашифрованный текст, а ключи Ki вычисляются в обратном порядке.
Различные алгоритмы, использующие структуру шифра Файстеля, могут отличаться следующими параметрами:
1. Длина ключа. Чем длиннее ключ, предусмотренный алгоритмом, тем сложнее осуществить перебор. Сейчас надежной считается длина ключа не менее 1024 бит.
2. Размер блока. Чем выше размер блока, тем больше надежность шифра, но скорость операций шифрования/дешифрования снижается.
3. Число раундов обработки. С каждым новым раундом обработки надежность шифра повышается.
4. Функция раунда F – чем она сложнее, тем труднее криптоанализ шифра.