Криптографический алгоритм защиты

                                       СОДЕРЖАНИЕ     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Информационная  Эра привела к драматическим  изменениям в способе выполнения своих обязанностей для большого числа профессий. Теперь нетехнический специалист среднего уровня может выполнять работу, которую раньше делал высококвалифицированный программист. Служащий имеет в своем распоряжении столько точной и оперативной информации, сколько никогда не имел.

     Но  использование компьютеров и автоматизированных технологий приводит к появлению ряда проблем для руководства организацией. Компьютеры, часто объединенные в сети, могут предоставлять доступ к колоссальному количеству самых разнообразных данных. Поэтому люди беспокоятся о безопасности информации и наличии рисков, связанных с автоматизацией и предоставлением гораздо большего доступа к конфиденциальным, персональным или другим критическим данным. Все увеличивается число компьютерных преступлений, что может привести в конечном счете к подрыву экономики. И поэтому должно быть ясно, что информация - это ресурс, который надо защищать.

     Ответственность за защиту информации лежит на низшем звене руководства. Но также кто-то должен осуществлять общее руководство  этой деятельностью, поэтому в организации должно иметься лицо в верхнем звене руководства, отвечающее за поддержание работоспособности информационных систем.

     И так как автоматизация привела  к тому, что теперь операции с  вычислительной техникой выполняются  простыми служащими организации, а  не специально подготовленным техническим персоналом, нужно, чтобы конечные пользователи знали о своей ответственности за защиту информации.

     В последние годы в зарубежной, особенно в американской печати, большое внимание уделяется вопросам защиты информации, накапливаемой, хранимой и обрабатываемой в ЭВМ и построенных на их основе вычислительных системах. При этом под защитой информации понимается создание в ЭВМ и вычислительных системах организованной совокупности средств, методов и мероприятий, предназначенных для предупреждения искажения, уничтожения или несанкционированного использования защищаемой информации.

     Потребность в защите информации зависит от рода выполняемой вами работы и от чувствительности информации, которой вы управляете. Однако все хотят секретности и чувства безопасности, которое появляется вместе с обоснованной уверенностью в том, что они не могут стать жертвой нарушения защиты информации. Так же, как вы можете изготавливать приспособления, помогающие сделать ваш дом менее привлекательным для грабителей, так и каждый пользователь может сделать приспособления, которые помогают поддерживать секретность и безопасность его работы.

     Любая компьютерная система требует некоторого рода защиты. Уровни защиты   включают в себя физическую защиту (центрального процессора, дисков и терминалов), защиту   файлов, защиту процессов и всей работающей системы. В многопользовательской среде еще более важно усиливать защиту. Каждый пользователь имеет право засекречивать и защищать свою среду и свои файлы. Ни один компьютер не имеет стопроцентной защиты. Ваша среда лишь настолько защищена, насколько вы сделали ее таковой. Защитные мероприятия могут достигать такой степени, что начинают мешать свободному обмену идеями и затруднять использование гибкости системы или исследование ее новых аспектов. Пользователи должны иметь свободу делать все, что они хотят, пока это не вредит системе или другим пользователям. 

      1 МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

     Существует  множество разнообразных методов  и средств защиты информации. В  рамках данной курсовой работы мы рассмотрим криптографические методы защиты, в частности, особое внимание уделим симметричному алгоритму шифрования CRYPT(3). 

     1.1 Симметричные алгоритмы  шифрования

     Симметричные  алгоритмы шифрования (или криптография с секретными ключами) основаны на том, что отправитель и получатель информации используют один и тот же ключ. Этот ключ должен храниться в тайне и передаваться способом, исключающим его перехват.

     Обмен информацией осуществляется в 3 этапа:

1. отправитель передает получателю ключ (в случае сети с несколькими абонентами у каждой пары абонентов должен быть свой ключ, отличный от ключей других пар);
2. отправитель, используя ключ, зашифровывает сообщение, которое пересылается получателю;
3. получатель получает сообщение и расшифровывает его.

     Если  для каждого дня и для каждого  сеанса связи будет использоваться уникальный ключ, это повысит защищенность системы. 

     1.1.1 Потоковые шифры

     Гаммирование - наложение на открытые данные гаммы  шифра (случайной или псевдослучайной  последовательности единиц и нулей) по определенному правилу. Обычно используется "исключающее ИЛИ", называемое также сложением по модулю 2 и реализуемое в ассемблерных программах командой XOR. Для расшифровывания та же гамма накладывается на зашифрованные данные.

     При однократном использовании случайной гаммы одинакового размера с зашифровываемыми данными взлом кода невозможен (так называемые криптосистемы с одноразовым или бесконечным ключом). В данном случае "бесконечный" означает, что гамма не повторяется. В некоторых потоковых шифрах ключ короче сообщения. Так, в системе Вернама для телеграфа используется бумажное кольцо, содержащее гамму. Конечно, стойкость такого шифра не идеальна.

     Генератор ПСЧ считается корректным, если наблюдение фрагментов его выхода не позволяет  восстановить пропущенные части или всю последовательность при известном алгоритме, но неизвестном начальном значении. При использовании генератора ПСЧ возможны несколько вариантов:

1. Побитовое шифрование потока данных. Цифровой ключ используется в качестве начального значения генератора ПСЧ, а выходной поток битов суммируется по модулю 2 с исходной информацией. В таких системах отсутствует свойство распространения ошибок.
2. Побитовое шифрование потока данных с обратной связью (ОС) по шифртексту. Такая система аналогична предыдущей, за исключением того, что шифртекст возвращается в качестве параметра в генератор ПСЧ. Характерно свойство распространения ошибок. Область распространения ошибки зависит от структуры генератора ПСЧ.
3. Побитовое шифрование потока данных с ОС по исходному тексту. Базой генератора ПСЧ является исходная информация. Характерно свойство неограниченного распространения ошибки.
4. Побитовое шифрование потока данных с ОС по шифртексту и по исходному тексту.

     1.1.2 Блочные шифры

     При блочном шифровании информация разбивается на блоки фиксированной длины и шифруется поблочно. Блочные шифры бывают двух основных видов:

1. шифры перестановки (transposition, permutation, P-блоки);
2. шифры замены (подстановки, substitution, S-блоки).

     Шифры перестановок переставляют элементы открытых данных (биты, буквы, символы) в некотором новом порядке. Различают шифры горизонтальной, вертикальной, двойной перестановки, решетки, лабиринты, лозунговые и др.

     Шифры замены заменяют элементы открытых данных на другие элементы по определенному правилу. Paзличают шифры простой, сложной, парной замены, буквенно-слоговое шифрование и шифры колонной замены. Шифры замены делятся на две группы:

1. моноалфавитные (код Цезаря);
2. полиалфавитные (шифр Видженера, цилиндр Джефферсона, диск Уэтстоуна, Enigma).

     В моноалфавитных шифрах замены буква  исходного текста заменяется на другую, заранее определенную букву. Например в коде Цезаря буква заменяется на букву, отстоящую от нее в латинском  алфавите на некоторое число позиций. Очевидно, что такой шифр взламывается совсем просто. Нужно подсчитать, как часто встречаются буквы в зашифрованном тексте, и сопоставить результат с известной для каждого языка частотой встречаемости букв.

     В полиалфавитных подстановках для замены некоторого символа исходного сообщения в каждом случае его появления последовательно используются различные символы из некоторого набора. Понятно, что этот набор не бесконечен, через какое-то количество символов его нужно использовать снова. В этом слабость чисто полиалфавитных шифров.

     В современных криптографических системах, как правило, используют оба способа шифрования (замены и перестановки). Такой шифратор называют составным (product cipher). Oн более стойкий, чем шифратор, использующий только замены или перестановки.

     Блочное шифрование можно осуществлять двояко:

1. Без обратной связи. Несколько битов (блок) исходного текста шифруются одновременно, и каждый бит исходного текста влияет на каждый бит шифртекста. Однако взаимного влияния блоков нет, то есть два одинаковых блока исходного текста будут представлены одинаковым шифртекстом. Поэтому подобные алгоритмы можно использовать только для шифрования случайной последовательности битов (например, ключей). Примерами являются DES в режиме ECB и ГОСТ 28147-89 в режиме простой замены.
2. С обратной связью. Обычно ОС организуется так: предыдущий шифрованный блок складывается по модулю 2 с текущим блоком. В качестве первого блока в цепи ОС используется инициализирующее значение. Ошибка в одном бите влияет на два блока - ошибочный и следующий за ним. Пример - DES в режиме CBC.

     Генератор ПСЧ может применяться и при блочном шифровании:

1. Поблочное шифрование потока данных. Шифрование последовательных блоков (подстановки и перестановки) зависит от генератора ПСЧ, управляемого ключом.
2. Поблочное шифрование потока данных с ОС. Генератор ПСЧ управляется шифрованным или исходным текстом или обоими вместе.

     Весьма  распространен федеральный стандарт США DES (Data Encryption Standard), на котором основан международный стандарт ISO 8372-87. DES был поддержан Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI) и рекомендован для применения Американской ассоциацией банков (American Bankers Association, ABA). DES предусматривает 4 режима работы:

1. ECB (Electronic Codebook) электронный шифрблокнот;
2. CBC (Cipher Block Chaining) цепочка блоков;
3. CFB (Cipher Feedback) обратная связь по шифртексту;
4. OFB (Output Feedback) обратная связь по выходу.

     ГОСТ 28147-89 - отечественный стандарт на шифрование данных. Стандарт включает три алгоритма зашифровывания (расшифровывания) данных: режим простой замены, режим гаммирования, режим гаммирования с обратной связью - и режим выработки имитовставки. 
 

  Ассиметричные алгоритмы  шифрования

     В асимметричных алгоритмах шифрования (или криптографии с открытым ключом) для зашифровывания информации используют один ключ (открытый), а для расшифровывания - другой (секретный). Эти ключи различны и не могут быть получены один из другого. Схема обмена информацией такова:

1. получатель вычисляет открытый и секретный ключи, секретный ключ хранит в тайне, открытый же делает доступным (сообщает отправителю, группе пользователей сети, публикует);
2. отправитель, используя открытый ключ получателя, зашифровывает сообщение, которое пересылается получателю;
3. получатель получает сообщение и расшифровывает его, используя свой секретный ключ.

     RSA. Защищен патентом США N 4405829. Разработан  в 1977 году в Массачусетском  технологическом институте (США). Получил название по первым  буквам фамилий авторов (Rivest, Shamir, Adleman). Криптостойкость основана на вычислительной сложности задачи разложения большого числа на простые множители.

     ElGamal. Разработан в 1985 году. Назван по  фамилии автора - Эль-Гамаль. Используется  в стандарте США на цифровую  подпись DSS (Digital Signature Standard). Криптостойкость основана на вычислительной сложности задачи логарифмирования целых чисел в конечных полях. 

     1.1.3 Сравнение симметричных и ассиметричных алгоритмов шифрования

     В асимметричных системах необходимо применять длинные ключи (512 битов  и больше). Длинный ключ резко увеличивает время шифрования. Кроме того, генерация ключей весьма длительна. Зато распределять ключи можно по незащищенным каналам.