Криптография. Как защитить свои данные в цифровом пространстве
Шрифт:
Несмотря на то что криптография – это практическое применение математики, для понимания ее основ читателям вовсе не обязательно становиться диванными алгебраистами. Математики, лежащей в основе шифрования, не так уж много в этой книге. Примерно так же люди учатся водить машину, не интересуясь, как происходит впрыск топлива.
Кроме того, несмотря на захватывающее прошлое криптографии и даже ее военный «опыт», это не учебник истории. То, как шифрование использовалось в разные времена, прекрасно освещает другая литература [29] . Мы же сосредоточимся на современном положении вещей, обращаясь к историческим примерам только тогда, когда это уместно.
29
О богатой и увлекательной истории криптографии написано множество книг. Одна из самых доступных – The Code Book (Fourth Estate, 1999) авторства Саймона Сингха. Эталоном по-прежнему остается книга Дэвида Кана The Codebreakers (Scribner, 1997),
Эта книга также не о головоломках [30] . Одно из «лиц» криптографии – создание «задач», которые нужно «решить», и во время Второй мировой британское правительство действительно набирало стажеров-криптографов среди тех, кто умел и любил решать кроссворды. Но все же я не последую примеру тех, кто преподносит криптографию как искусство в первую очередь развлекательное (в конце концов, это ТЖРАЖИНПЖ ЕЖМП [31] ).
В главе 2 я покажу, что такое безопасность в киберпространстве, и как криптография помогает ее обеспечить. В главе 3 я объясню разницу между ключами и алгоритмами в контексте криптографии. Затем каждой из основных криптографических функций будет посвящена отдельная глава, я имею в виду хранение секретной информации, обмен ключами, поиск и обнаружение изменений в данных и определение того, с кем мы взаимодействуем. В главе 7 мы поговорим о некорректном использовании криптографии, сосредоточившись на конкретных примерах и возможности исправить положение. Затем в главе 8 я исследую вызовы обществу, которые провоцирует использование криптографии, и политическую реакцию на них. И наконец в главе 9 я попытаюсь обрисовать будущее, которое ожидает криптографию, и поразмышлять о том, как к нему подготовиться.
30
Существуют разные книги, посвященные криптографическим головоломкам. Например, The GCHQ Puzzle Book (GCHQ, 2016), Break the Code (Dover, 2013) Бада Джонсона и Cryptography: The Science of Secret Writing (Dover, 1998) Лоуренса Д. Смита.
31
Если этот шифр вам не поддался, попробуйте сдвинуть буквы вперед на одну позицию в алфавите! – Здесь и далее прим. ред.
Суммируя, перед вами книга о том, почему криптография важна для общества и как осведомленность о ней может нас защитить. Я хочу показать вам, что криптография в буквальном смысле ключ к киберпространству.
1. Безопасность в киберпространстве
Что означает быть защищенным в киберпространстве? Прежде чем приступать к осмыслению идеи кибербезопасности, стоит проанализировать основные элементы безопасности в реальном мире: вы увидите, что в виртуальном пространстве некоторые аспекты физической защиты отсутствуют. Сама по себе криптография заменить их не может. Ее главная задача – дать инструменты, с помощью которых можно обеспечить безопасность в киберпространстве.
Вы просыпаетесь утром, находите в почтовом ящике счет от своего поставщика электроэнергии и сразу же его оплачиваете. Вам нездоровится (особенно после оплаты счета), поэтому, позавтракав, вы отправляетесь в ближайшую аптеку. Короткое обсуждение симптомов с фармацевтом – и вот вы уже получили консультацию, оплатили лекарства наличными и возвращаетесь домой. А после обеда вы уже на пути к выздоровлению.
Это короткий фрагмент обычного дня в реальном мире, в котором мы живем. Этот мир состоит из материальных объектов и физического взаимодействия, которое зачастую «привязано» к определенному географическому положению. Давайте для начала посмотрим, насколько безопасен этот мир: насколько хорошо он защищен от того, что может причинить нам вред?
Для тех из нас, кому посчастливилось жить в относительно мирном и благополучном месте, почти любой день обходится без происшествий. Каждый день мы читаем и слышим в новостях о тревожных случаях, но, как правило, эти случаи исключительны, потому и попадают в новости. Мы достаточно неплохо защищены в реальном мире, так что стоит выделить элементы нашего окружения, обеспечивающие эту защиту.
Давайте подумаем о том, что могло бы произойти за такой же типичный день. Это упражнение потребует от нас крайне пессимистичного мышления, граничащего с паранойей, но именно анализ того, что могло бы пойти не так, позволяет формировать механизмы безопасности. Надеюсь, этот мысленный эксперимент не отобьет у вас желание подниматься с кровати по утрам!
Вы просыпаетесь утром и находите в почтовом ящике счет – точь-в-точь один из обычных счетов
за электричество. Недолго думая, вы его оплачиваете. Но этот счет на самом деле послал злоумышленник, зарящийся на ваши деньги. Вам нездоровится (и вы бы чувствовали себя еще хуже, знай вы о допущенной оплошности), поэтому после завтрака отправляетесь в аптеку, закрыв, разумеется, дверь на замок. Как только вы уходите, в ваше жилище вламывается вор. Тем временем вы садитесь в автобус, который, к несчастью, только что угнали. Каким-то чудом вам удается выбраться из автобуса и добраться до вашей цели, и вы наконец обсуждаете симптомы с человеком в белом халате. Это должен быть фармацевт, но на самом деле это психопат, находящийся в розыске, и он выписывает вам какую-то отраву. Каждому следующему покупателю этот самозванец рассказывает о вашем плохом самочувствии, и уже через несколько часов весь город знает, что вы ужасно больны. Вы платите наличными, но вдобавок ко всем своим злоключениям получаете сдачу поддельными купюрами. Вы возвращаетесь в свое недавно ограбленное жилище с опасными лекарствами. Конец.История, конечно, совершенно нелепая. Но что интересно, каждую отдельную параноидную ее часть кто-то когда-то как минимум замышлял, поскольку в реальном мире существуют способы предотвращения большинства этих неприятностей. «Типичность» первого дня и «нетипичность» второго объясняются тремя факторами, каждый из которых заслуживает внимания: механизмами безопасности, контекстом безопасности и вероятностью возникновения угрозы.
Для обеспечения безопасности используется множество инструментов и методик, которые я обобщенно называю механизмами безопасности. Давайте проанализируем те из них, которые действуют на протяжении вашего типичного дня.
Почтовые ящики бывают разными. Одни защищают только от плохой погоды, другие запираются на замок и не открываются без ключа, а в некоторых домах почтовый ящик и вовсе заменяет щель в парадной двери. Письма, которые просовываются через эту щель, защищены дверным замком, но совершенно беззащитны перед внутренними угрозами (например, интересом вашей собаки).
В ваш почтовый ящик опустили письмо в конверте. Содержимое конверта в какой-то степени защищено от случайных повреждений при доставке и от прочтения посторонними. Но эта защита довольно слаба: бумага конверта тонка, легко рвется, да и открыть его несложно. Пожалуй, самый важный элемент защиты конверта – то, что его обычно нельзя открыть, не повредив. Если не соблюдать крайнюю осторожность, получатель заметит вмешательство.
Письмо, которое вы получили, было послано от имени крупной организации, ее знакомый логотип несли на себе как сам конверт, так и его содержимое. Письмо имело характерный вид: дизайн бланка, общую структуру, шрифты, стиль речи. Все эти свойства в той или иной степени являются механизмами безопасности.
Ваша дверь была защищена замком. Современные дома иногда уже могут быть оснащены электронными системами контроля доступа, но большинство дверей запираются механически. Некоторые замки нужно закрывать ключом, другие закрываются сами, стоит захлопнуть дверь. Позже вы увидите, что с точки зрения криптографии различия между этими двумя типами замков произвели революцию.
Автобус, на который вы сели, был оформлен в знакомом фирменном стиле, на табло или на табличке значился нужный вам номер маршрута. У водителя был бейдж определенного дизайна с именем, фотографией и официальным логотипом. Вероятно даже, что водитель был одет в униформу транспортной компании и имел при себе ключи.
Фармацевт, разумеется, тоже носил официальный именной бейдж. Но вы, скорее всего, знали его в лицо: это ближайшая к вашему дому аптека, вы не раз и не два бывали здесь. Лицо и голос фармацевта – тоже механизмы безопасности. Вы разговаривали на некотором расстоянии от других покупателей и, если не хотели, чтобы вас слышали, понизили голос. Лекарства были в запечатанной фирменной упаковке с информативной надписью и, возможно, печатью самой аптеки.
Наконец, вы платили наличными. На монетах есть надписи, насечки и чеканки, которые сложно подделать. Для купюр существует более сотни механизмов защиты, включая водяные знаки, голограммы и металлографию. Но многим проще всего определять подлинность денег на ощупь, на вид и на звук [32] .
Материальный мир полон механизмов безопасности, каждый из которых защищает определенные объекты от конкретных угроз.
Важность контекста безопасности в реальном мире не так очевидна. Под этой формулировкой я понимаю окружение, в котором происходят события и с учетом которого мы анализируем и интерпретируем их безопасность. Контекст – это все то, на чем мы обычно не заостряем внимание. Его роль в нашей повседневной безопасности почти незаметна, но огромна: сосредоточившись на контексте, вы сразу заметите, насколько он информативен.
32
Многие национальные монетные дворы предоставляют подробности о мерах защиты валюты, чтобы помочь с обнаружением подделок. Это относится как к тактильным ощущениям, так и к внешнему виду купюр. Больше о мерах защиты монет Британского фунта можно узнать в статье «The New 12-Sided lb1 Coin» от Королевского монетного двора, https://www.royalmint.com/new-pound-coin (по состоянию на 10 июня 2019 года); в статье «Take a Closer Look – Your Easy to Follow Guide to Checking Banknotes» от Банка Англии, https://www.bankofengland.co.uk/-/media/boe/files/banknotes/take-a-closer-look.pdf (по состоянию на 10 июня 2019 года) речь идет о британских купюрах; а о долларе США можно почитать в документе «Dollars in Detail – Your Guide to U.S. Currency», опубликованном в рамках Образовательной программы о национальной валюте США, https://www.uscurrency.gov/sites/default/files/downloadable-materials/files/CEP_Dollars_In_Detail_Brochure_0.pdf (по состоянию на 10 июня 2019 года).