Два блока открытого текста, состоящие из одинакового набора битов приводят к одинаковым блокам шифрованного текста;

В этом режиме размножение ошибки происходит строго внутри блока и это требует применения методов обнаружения изменения сообщений.

Из-за указанных трудностей режим КЭК не всегда пригоден для текста сообщения общего вида. Усиленным вариантом этого режима, пригодным как для обычных шифров, так и для систем с общим ключом, является режим сцепления блоков в шифре (СБШ) (см. рис. 6.).

Рис. 6. Криптосистемы DES в режиме сцепления блоков в шифре.

Поточные шифры ШТАК, такие как режим ШОС использования DBS, дают ключевой поток, соответствующий длине текста, подлежащего шифрованию без пустых символов в последнем неполном блоке сообщения. Недостаток этого подхода - значительно снижается пропускная способность алгоритма блочного шифрования в режиме ШОС (для DES с 8-и битными байтами в режиме ШОС снижение в 8 и более раз). Эта задача решается, если применять два размера блока при шифровании каждого сообщения: - размер блока основного шифра и - длину сообщения по модулю этого размера блока. Это приводит к пропускной способности, сравнимой с той, которую обеспечивает режим КЭК, однако исключает дополнение пустыми символами открытого текста. Другая особенность шифров ШТАК - необходимость начального заполнения для синхронизации сдвиговых регистров на обоих концах соединения.

Существует два способа начального заполнения:

· для каждого сообщения отдельно и независимо.

· заполнение - как функция сообщения, переданного ранее.

Последний способ не пригоден для общего случая, когда имеет место неупорядоченное поступление сообщений или при наличии ошибок. Так как режимы КЭК и ШОС - самосинхронизирующиеся, размножение ошибок ограничивается и этот факт следует принимать во внимание при разработке методов обнаружения изменения сообщений за счет размножения ошибок.

1.6 Ассиметричные криптосистемы

Концепция криптосистемы с открытым ключом

Эффективными системами криптографической защиты данных являются асимметричные криптосистемы, называемые также криптосистемами с открытым ключом. В таких системах для зашифровки данных используется один ключ, а для расшифровки - другой ключ (отсюда и название - асимметричные). Первый ключ является открытым и может быть опубликован для использования всеми пользователями системы, которые зашифровывают данные. Расшифровка данных с помощью открытого ключа невозможно

Для расшифровки данных получатель зашифрованной информации использует второй ключ, который является секретным. Разумеется, ключ расшифровки не может быть определен из ключа зашифровки.

Обобщенная схема асимметричной криптосистемы с открытым ключом показана на рис. 7. В этой криптосистеме применяют два различных ключа: - открытый ключ отправителя А; - секретный ключ получателя В. Генератор ключей целесообразно располагать на стороне получателя В (чтобы не пересылать секретный ключ по незащищенному каналу). Значения ключей и зависят от начального состояния генератора ключей.

Раскрытие секретного ключа по известному открытому ключу должно быть вычислительно неразрешимой задачей.

Характерные особенности асимметричных криптосистем:

1. Открытый ключ и криптограмма могут быть отправлены по незащищенным каналам, т.е. противнику известны и .

2. Алгоритмы шифрования и расшифровки. Открытый ключ и являются открытыми.

Рис. 7. Обобщенная схема асимметричной криптосистемы с открытым ключом.

Защита информации в асимметричной криптосистеме основана на секретности ключа . У. Диффи и М. Хеллман сформулировали требования, выполнение которых обеспечивает безопасность асимметричной криптосистемы:

· вычисление пары ключей (, ) получателем В на основе начального условия должно быть простым;

· отправитель А, зная открытый ключ , и сообщение , может легко вычислить криптограмму

· получатель В, используя секретный ключ и криптограмму , может легко восстановить исходное сообщение

· противник, зная открытый ключ , при попытке вычислить секретный ключ наталкивается на непреодолимую вычислительную проблему;

· противник, зная пару (, ), при попытке вычислить исходное сообщение наталкивается на непреодолимую вычислительную проблему.

1.8 Однонаправленные функции

Концепция асимметричных криптографических систем с открытым ключом основана на применении однонаправленных функций. Пусть и некоторые произвольные множества.Функции является однонаправленной, если для всех можно легко вычислить функцию , где .

И в то же время для большинства достаточно сложно получить значение , такое, что (при этом полагают, что существует по крайней мере одно такое значение ). Основным критерием отнесения функции к классу однонаправленных функций является отсутствие эффективных алгоритмов обратного преобразования .

Функция относится к классу однонаправленных функций с "потайным ходом" в том случае, если она является однонаправленной и, кроме того, возможно эффективное вычисление обратной функции, если известен "потайной ход" (секретное число, строка или другая информация, ассоциирующаяся с данной функцией).

1.9 Электронно-цифровая подпись

Проблема аутентификации данных и электронная цифровая подпись

При обмене электронными документами по сети связи существенно снижаются затраты на обработку и хранение документов, убыстряется их поиск.

Целью аутентификации электронных документов является их защита от возможных видов злоумышленных действий, к которым относятся:

· активный перехват - нарушитель, подключившийся к сети, перехватывает документы (файлы) и изменяет их;

· маскарад - абонент С посылает документ абоненту В от имени абонента А;

· ренегатство - абонент А заявляет, что не посылал сообщения абоненту В, хотя на самом деле послал;

· подмена - абонент В изменяет или формирует новый документ и заявляет, что получил его от абонента А;

· повтор - абонент С повторяет ранее переданный документ, который абонент А посылал абоненту В.

Электронная цифровая подпись используется для аутентификации текстов, передаваемых по телекоммуникационным каналам. Функционально она аналогична обычной рукописной подписи и обладает ее основными достоинствами:

· удостоверяет, что подписанный текст исходит от лица, поставившего подпись;

· не дает самому этому лицу возможности отказаться от обязательств, связанных с подписанным текстом;

· гарантирует целостность подписанного текста.

Цифровая подпись представляет собой относительно небольшое количество дополнительной цифровой информации, передаваемой вместе с подписываемым текстом.

Система ЭЦП. включает две процедуры:

1. Процедуру постановки подписи;

2. Процедуру проверки подписи.

В процедуре постановки подписи используется секретный ключ отправителя сообщения, в процедуре проверки подписи - открытый ключ отправителя.

При формировании ЭЦП отправитель прежде всего вычисляет хеш-функцию h(М) подписываемого текста М. Вычисленное значение хеш-функции h(М) представляет собой один короткий блок информации m, характеризующий весь текст М в целом. Затем число m шифруется секретным ключом отправителя. Получаемая при этом пара чисел представляет собой ЭЦП для данного текста М.

При проверке ЭЦП получатель сообщения снова вычисляет хеш-функцию m = h(М) принятого по каналу текста М, после чего при помощи открытого ключа отправителя проверяет, соответствует ли полученная подпись вычисленному значению m хеш-функции.

Принципиальным моментом в системе ЭЦП является невозможность подделки ЭЦП пользователя без знания его секретного ключа подписи.

В качестве подписываемого документа может быть использован любой файл. Подписанный файл создается из неподписанного путем добавления в него одной или более электронных подписей.

Каждая подпись содержит следующую информацию:

1. Дату подписи;

2. Срок окончания действия ключа данной подписи;

3. Информацию о лице, подписавшем файл (Ф.И.О., должность, краткое наименование фирмы);

4. Идентификатор подписавшего (имя открытого ключа);

5. Собственно цифровую подпись.

1.10 Однонаправленные хеш-функции

Хеш-функция предназначена для сжатия подписываемого документа до нескольких десятков или сотен бит. Хеш-функция h(-) принимает в качестве аргумента сообщение (документ) М произвольной длины и возвращает хеш-значение фиксированной длины. Обычно хешированная информация является сжатым двоичным представлением основного сообщения произвольной длины. Следует отметить, что значение хеш-функции сложным образом зависит от документа и не позволяет восстановить сам документ .

Хеш-функция должна удовлетворять целому ряду условий:

· хеш-функция должна быть чувствительна к всевозможным изменениям в тексте М, таким как вставки, выбросы, перестановки и т.п.;

· хеш-функция должна обладать свойством необратимости, то есть задача подбора документа , который обладал бы требуемым значением хеш-функции, должна быть вычислительно неразрешима;

· вероятность того, что значения хеш-функции двух различных документов (вне зависимости от их длин) совпадут, должна быть ничтожно мала.

Большинство хеш-функции строится на основе однонаправленной функции f(-), которая образует выходное значение длиной n при задании двух входных значений длиной n. Этими входами являются блок исходного текста m и хеш-значение предыдущего блока текста (рис.8):

Рис. 8. Построение однонаправленной хеш-функции.

Хеш-значение, вычисляемое при вводе последнего блока текста, становится хеш-значением всего сообщения М.

В результате однонаправленная хеш-функция всегда формирует выход фиксированной длины n (независимо от длины входного текста).

1.11 Однонаправленные хеш-функции

на основе симметричных блочных алгоритмов

Однонаправленную хеш-функцию можно построить, используя симметричный блочный алгоритм. Наиболее очевидный подход состоит в том, чтобы шифровать сообщение М посредством блочного алгоритма в режиме СВС или СFВ с помощью фиксированного ключа и некоторого вектора инициализации, Последний блок шифр текста можно рассматривать в качестве хеш-значения сообщения М. При таком подходе не всегда возможно построить безопасную однонаправленную хеш-функцию, но всегда можно получить код аутентификации сообщения MAC (Message Authentication Code).

Более безопасный вариант хеш-функции можно получить, используя блок сообщения в качестве ключа, предыдущее хеш-значение - в качестве входа, а текущее хеш-значение - в качестве выхода. Реальные хеш-функции проектируются еще более сложными. Длина блока обычно определяется длиной ключа, а длина хеш-значения совпадает с длиной блока. Поскольку большинство блочных алгоритмов являются 64-битовыми, некоторые схемы хеширования проектируют так, чтобы хеш-значение имело длину, равную двойной длине блока.

Табл. 1. Схема безопасного хеширования, у которых длина хеш-значения равна длине блока

Первые четыре схемы хеширования, являющиеся безопасными при всех атаках, приведены на рис. 9.

Рис. 9. Четыре схемы безопасного хеширования.

2. ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования являются алгоритмы шифрования, алгоритмы электронной цифровой подписи и соответствующие стандарты.

2.1 Результаты работы

Отчет должен содержать:

1) постановку задачи;

2) описание работы алгоритма, системы;

3) структурную схему работы алгоритма, системы;

4) листинг;

5) тестовые примеры (входные и выходные данные).

2.2 Варианты заданий для выполнения лабораторной работы

2.3 Контрольные вопросы

1. Концепция криптосистем с открытым ключом. Однонаправленные функции.

2. Особенности симметричных криптосистем.

3. Модель доступа к данным при защите ОС.

4. Электронная цифровая подпись

5. Алгоритмы электронной цифровой подписи

6. Проблемы аутентификации данных и электронная цифровая подпись.

7. Управление криптографическими ключами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Защита информации в персональных ЭВМ/ А.В. Спесивцев, В.А. Вернер, А.Ю. Крутяков и др..- М.: Радио и связь, 1993 г.

2. Теоретические основы компьютерной безопасности. Уч. Пособие для вузов по спец. "Компьютерная безопасность", "Компьютерное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем"/ П.Н. Девытин, О.О. Михальский, Д.И. Правиков, А.Ю. Щербатов. – М.: Радио и связь.2000 – 190 с.

3. Основы информационной безопасности. Учебное пособие для вузов/Е.Б. Белов, В.П. Лось, Р.В. Мещеряков, А.А. Шелупанов – М.: Горячая линия – Телеком, 2006-544 с.

4. Введение в защиту информации в автоматизированных системах: Учебное пособие для вузов. – 2-е издание. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004-147 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: