Файл: MethodFull.doc

Коды проверки подлинности сообщения

Код проверки подлинности сообщения (message authentication code, MAC), известный также как код проверки подлинности данных (data authentication code, DAG), представляет собой однонаправленную хэш-функцию с добавлением секретного ключа. Значение хэш-функции является функцией и прообраза, и ключа. Теория остается той же, что и для хэш-функций, но только тот, кто знает ключ, может проверить значение хэш-функции. MAC можно создать с помощью хэш-функции или блочного алгоритма шифрования, сущест­вуют также и специализированные MAC.

Передача информации с использованием криптографии с открытыми клю­чами

Взгляните на симметричный алгоритм как на сейф. Ключ является комбинацией. Знающий комбинацию человек может открыть сейф, положить в него документ и снова закрыть. Кто-то другой при помощи той же комбинации может открыть сейф и забрать документ. Тем, кто не знает комбинации, придется научиться взламывать сейфы.

В 1976 году Уитфилд Диффи и Мартин Хеллман навсегда изменили эту парадигму криптографии. (NSA заявило, что знало о такой возможности еще в 1966 году, но доказательств не представило.) Они описали криптографию с открытыми ключами, используя два различных ключа – один открытый и один закрытый. Определение закрытого ключа по открытому требует огромных вычислительных затрат. Кто угодно, используя открытый ключ может зашифровать сообщение, но не расшифровать его. Расшифровать сообщение может только владелец закрытого ключа. Это похоже на превращение криптографического сейфа в почтовый ящик. Шифрование с открытым ключом аналогично опусканию письма в почтовый ящик, любой может сделать это, опустив письмо в прорезь почтового ящика. Дешифрирование с закрытым ключом напоминает извлечение почты из почтового ящика. Обычно это гораздо сложнее – вам может понадобиться сварочный агрегат. Однако, если вы знаете секрет (у вас есть ключ от почтового ящика), вы без труда достанете вашу почту.

Математической основой процесса являются ранее обсуждавшиеся однонаправленные хэш-функции с люком. Шифрование выполняется в прямом направлении. Указания по шифрованию открыты, каждый может зашифровать сообщение. Дешифрирование выполняется в обратном направлении. Оно настолько трудоемко, что, не зная секрета, даже на мощных компьютерах за тысячи (и миллионы) лет невозможно расшифровать сообщение. Секретом, или люком, и служит закрытый ключ, он делает дешифрирование таким же простым, как и шифрование. Вот как, используя криптографию с открытыми ключами, Василиса может послать сообщение Ивану:

1. Василиса и Иван согласовывают криптосистему с открытыми ключами;

2. Иван посылает Василисе свой открытый ключ;

3. Василиса шифрует свое сообщение и отправляет его Ивану;

4. Иван расшифровывает сообщение Василисы с помощью своего закрытого ключа.

Обратите внимание, что криптография с открытыми ключами устраняет проблему распределения ключей, присущую симметричным криптосистемам. Раньше Василиса и Иван должны были тайно договориться о ключе. Василиса могла выбрать любой ключ, но ей нужно было передать его Ивану. Она могла сделать это заранее, но это требует от нее определенной предусмотрительности. Она могла бы послать ключ с секретным курьером, но для этого нужно время. Криптография с открытыми ключами все упрощает. Василиса может отправить Ивану секретное сообщение без каких-либо предварительных действий. У Кащеева, подслушивающего абсолютно все, есть открытый ключ Ивана и сообщение, зашифрованное этим ключом, но он не сможет получить ни закрытый ключ Ивана, ни текст сообщения.

Обычно целая сеть пользователей согласовывает используемую криптосистему . У каждого из них есть от­крытый и закрытый ключ, открытые ключи помещаются в общедоступной базе данных . Теперь протокол вы­глядит еще проще:

1. Василиса извлекает открытый ключ Ивана из базы данных;

2. Василиса шифрует свое сообщение с помощью открытого ключа Ивана и посылает его Ивану;

3. Иван расшифровывает сообщение Василисы с помощью своего закрытого ключа.

В первом протоколе Иван должен был послать Василисе ее открытый ключ прежде, чем она могла отправить ему сообщение. Второй протокол больше похож на обычную почту. Иван не участвует в протоколе до тех пор, пока он не начнет читать сообщение.

Смешанные криптосистемы

Первые алгоритмы с открытым ключом стали известны в то же время, когда проходило DES обсуждение как предполагаемого стандарта. Это привело к известной партизанщине в криптографическом сообществе . Как это описывал Диффи:

«Прекрасные криптосистемы с открытым ключом, обсуждаемые в популярной и научной печати, тем не менее, не нашли соответствующего отклика среди криптографических чиновников. В том же году, когда была открыта криптография с открытыми ключами, Агентство национальной безопасности (NSA) предложило удобную криптографическую систему, разрабо­танную фирмой IBM, в качестве федерального Стандарта шифрования данных (Data Encryption Standard, DES). Марти Хеллман и я критиковали это предложение из-за недостаточной длины ключа, но производители подготовились поддержать стандарт, и наша критика была воспринята многими как попытка помешать введению стандарта ради продвижения нашей собственной работы. Криптография с открытым ключом, в свою очередь, также подвергалась критике в популярной литературе и технических статьях, словно это был конкурирующий продукт, а не недавнее научное открытие. Это, однако, не помешало NSA объявить о своих заслугах в этой области. Его директор в одной из статей Encyclopedia Bri-tannica указал, что "двухключевая криптография была открыта в Агентстве на десять лет раньше", хотя доказательства этого утверждения не были публично представлены.»

В реальном мире алгоритмы с открытыми ключами не заменяют симметричные алгоритмы и используются не для шифрования сообщений, а для шифрования ключей по следующим двум причинам:

1. Алгоритмы с открытыми ключами работают медленно. Симметричные алгоритмы по крайней мере в 1000 раз быстрее, чем алгоритмы с открытыми ключами. Да, компьютеры становятся все быстрее ибыстрее и лет через 15 криптография с открытыми ключами достигнет скоростей, сравнимых с сегодняшней скоростью симметричной криптографии. Но требования к объему передаваемой информациитакже возрастают, и всегда будет требоваться шифровать данные быстрее, чем это сможет сделать криптография с открытыми ключами.

2. Криптосистемы с открытыми ключами уязвимы по отношению к вскрытию с выбранным открытым текстом. Если С = Е(Р), где Р - открытый текст из nвозможных открытых текстов, то криптоаналитику нужно только зашифровать всеnвозможных открытых текстов и сравнить результаты с С (помните, ключ шифрования общедоступен). Он не сможет раскрыть ключ дешифрирования, но онсможет определить Р.

Вскрытие с выбранным открытым текстом может быть особенно эффективным, если число возможных шифрованных сообщений относительно мало. Например, если Р – это денежная сумма в долларах, меньшая чем $1000000, то такое вскрытие сработает, криптоаналитик переберет весь миллион значений. (Эта проблема ре­шается с помощью вероятностного шифрования) Даже если Р не так хорошо определено, та­кое вскрытие может быть очень эффективно. Полезным может быть простое знание, что шифротекст не соответствует конкретному открытому тексту. Симметричные криптосистемы не чувствительны к вскрытиям такого типа, так как криптоаналитик не может выполнить тестовых дешифровок с неизвестным ключом .

В большинстве реализаций криптография с открытыми ключами используется для засекречивания и распространения сеансовых ключей, которые используются симметричными алгоритмами для закрытия потока сооб­щений. Иногда такие реализации называются смешанными (гибридными) криптосистемами:

1. Иван посылает Василисе свой открытый ключ;

2. Василиса создает случайный сеансовый ключ, шифрует его с помощью открытого ключа Ивана и передает его Ивану: Е_В(К)

3. Иван расшифровывает сообщение Василисы, используя свой закрытый ключ, для получения сеансового ключа.D_B(E_B(K)) = K

4. Оба участника шифруют свои сообщения с помощью одного сеансового ключа.

Использование криптографии с открытыми ключами для распределения ключей решает очень важную проблему распределения ключей. В симметричной криптографии ключ шифрования данных, если он не используется, валяется без дела. Если Бессмертник заполучит его, он сможет расшифровать все закрытые этим ключом сообщения. С помощью приведенного протокола при необходимости зашифровать сообщения создается сеансовый ключ, который уничтожается по окончании сеанса связи. Это значительно уменьшает риск компрометации сеансового ключа. Конечно, к компрометации чувствителен и закрытый ключ, но риска значительно меньше, так как в течение сеанса этот ключ используется только один раз для шифрования сеансового ключа.