Криптографическая защита информации

Обеспечить конфиденциальность передачи информации между абонентами в общем случае можно одним из трех методов:

1. Создать абсолютно надежный, недоступный для других канал связи между абонентами.

2. Использовать общедоступный канал связи, но скрыть сам факт передачи информации.

3. Использовать общедоступный канал связи, но передавать по нему информацию в преобразованном виде, причем преобразовать ее надо так, чтобы восстановить ее мог только адресат.

Первый вариант является практически нереализуемым из-за высоких материальных затрат на создание такого канала между удаленными абонентами.

Исследованием вопросов скрытия факта передачи информации занимается стеганография. В настоящее время она представляет одно из перспективных направлений обеспечения конфиденциальности хранящейся или передаваемой информации в компьютерных системах за счет маскирования закрытой информации в открытых файлах, прежде всего мультимедийных.

Разработкой методов преобразования (шифрования) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей занимается криптография (от греч. «криптос» — тайна и «графейн» — писать). Криптографические методы и способы преобразования информации называют шифрами.

Шифрование — процесс преобразования открытого сообщения в шифрованное сообщение (криптограмму, шифртекст) с помощью определенных правил, сожержащихся в шифре.

Расшифрование — процесс, обратный шифрованию.

Правило зашифрования не может быть произвольным. Оно должно быть таким, чтобы по шифртексту с помощью правила расшифрования можно было однозначно восстановить открытое сообщение. Однотипные правила зашифрования можно объединить в классы. Внутри класса правила различаются между собой по значениям некоторого параметра, которое может быть числом, таблицей и т.д. В криптографии конкретное значение такого параметра обычно называют ключом. По сути дела, ключ выбирает конкретное правило зашифрования из данного класса правил. Это позволяет, во-первых, при использовании для шифрования специальных устройств изменять значение параметров устройства, чтобы зашифрованное сообщение не смогли расшифровать даже лица, имеющие точно такое же устройство, но не знающие выбранного значения параметра, и во-вторых, позволяет своевременно менять правило зашифрования, так как многократное использование одного и того же правила зашифрования для открытых текстов создает предпосылки для получения открытых сообщений по шифрованным.

Используя понятие ключа, процесс зашифрования можно описать в виде соотношения:

где А — открытое сообщение; В — шифрованное сообщение; f — правило шифрования; α— выбранный ключ, известный отправителю и адресату.

Для каждого ключа α шифрпреобразование f_α должно быть обратимым, то есть должно существовать обратное преобразование g_α которое при выбранном ключе α однозначно определяет открытое сообщение А по шифрованному сообщению В:

Совокупность преобразований f_α и набор ключей, которым они соответствуют, называют шифром.

Среди всех шифров можно выделить два больших класса: шифры замены и шифры перестановки.

Шифрами замены называются такие шифры, преобразования из которых приводят к замене каждого символа открытого сообщения на другие символы — шифробозначения, причем порядок следования шифробозначений совпадает с порядком следования соответствующих им символов открытого сообщения. Примером простого преобразования, которое может содержаться в шифре замены, является правило, по которому каждая буква исходного сообщения заменяется на ее порядковый номер в алфавите. В этом случае исходный буквенный текст преобразуется в числовой.

Шифрами перестановки называют шифры, преобразования из которых приводят к изменению только порядка следования символов исходного сообщения. Примером простого преобразования, которое может содержаться в шифре перестановки, является правило, по которому каждая буква исходного сообщения, стоящая в тексте на позиции с четным номером, меняется местами с предшествующей ей буквой. В этом случае ясно, что и исходное, и шифрованное сообщение состоят из одних и тех же букв.

Для осуществления обмена информацией отправитель и получатель информации используют один и тот же секретный ключ. Этот ключ должен храниться в тайне и передаваться способом, исключающим его перехват. При этом обмен информацией осуществляется в 3 этапа:

§ отправитель передает получателю ключ;

§ отправитель, используя ключ, шифрует сообщение, которое пересылается получателю;

§ получатель получает сообщение и расшифровывает его.

Для определения исходного текста по шифрованному при неизвестном ключе возможны два подхода: первый — определить ключ и затем найти исходное сообщение расшифрованием; второй — найти исходное сообщение без определения ключа. Получение открытого сообщения по шифрованному без заранее известного ключа называется вскрытием шифра, или дешифрованием, в отличие от расшифрования — когда ключ известен.

Под стойкостью шифра, как правило, понимается способность противостоять попыткам провести его вскрытие. При анализе шифра обычно исходят из принципа: при вскрытии криптограммы противнику известно о шифре все, кроме используемого ключа. Поскольку вскрытие шифра можно осуществлять перебором всех возможных его ключей, одной из главных характеристик шифра является число его возможных ключей.

Иногда в литературе смешиваются два понятия: шифрование и кодирование. В отличие от шифрования, для которого надо знать шифр и секретный ключ, при кодировании нет ничего секретного, есть только определенная замена букв или слов на заранее определенные символы. Методы кодирования направлены не на то, чтобы скрыть открытое сообщение, а на то, чтобы представить его в более удобном виде для передачи по техническим средствам связи, для уменьшения длины сообщения, защиты искажений и т. д. В принципе, кодирование, конечно же, можно рассматривать как шифр замены, для которого «набор» возможных ключей состоит только из одного ключа.

В настоящее время для защиты информации в АС широко используются электронные шифровальные устройства. Важной характеристикой таких устройств является не только стойкость реализуемого шифра, но и высокая скорость осуществления процессов шифрования и расшифрования. Для создания и обеспечения грамотной эксплуатации такой техники применяются достижения современной криптографии, в основе которой лежат математика, информатика, физика, электроника и другие науки.

Современная криптография бурно развивается. В ней появляются новые направления. Так, с 1976 г. развивается «открытая криптография». Ее отличительной особенностью служит разделение ключей для зашифрования и расшифрования. При этом ключ для зашифрования не требуется делать секретным, более того, он может быть общедоступным (открытым) и содержаться, например, в телефонном справочнике вместе с фамилией и адресом его владельца.

Наиболее распространенной системой шифрования с открытым ключом является RSA, названная так по начальным буквам фамилий ее изобретателей: Rivest, Shamir и Adieman. В основе ее построения лежит функция, обладающая следующими свойствами:

1) существует достаточно быстрый алгоритм вычисления значений f(x);

2) существует достаточно быстрый алгоритм вычисления значений f^-1(x);

3) функция f(x) обладает некоторым «секретом», знание которого позволяет быстро вычислять значения f^-1(x); в противном случае вычисление f^-1(x) становится трудно разрешимой в вычислительном отношении задачей, требующей для своего решения столь много времени, что по его прошествии зашифрованная информация перестает представлять интерес для лиц, использующих отображение f в качестве шифра.

Криптостойкость алгоритма RSA основывается на предположении, что исключительно трудно определить секретный ключ по известному, поскольку для этого необходимо решить задачу о существовании делителей целого числа. В связи с этим для чисел, состоящих из 200 цифр (а именно такие числа рекомендуется использовать), традиционные методы требуют выполнения огромного числа операций (порядка 1023).

Дата добавления: 2014-01-04