Классификация современной криптографический систем. Криптография

340 Глава 18. Криптографическая защита

Дальнейшее развитие идеи ключевого слова, а именно идея запоминать способ преобразования открытого текста с помощью какой-либо книги, привело к возникновению различных видов так называемых книжных шифров.

Результаты криптографических исследований реализуются сейчас в виде шифрующих устройств, встроенных в современные системы связи. Поэтому криптографы ограничены в выборе средств тем уровнем техники и технологии, который достигнут на данный момент. Такая зависимость отражается и на выборе используемого в криптографии математического аппарата.

Условно можно выделить три принципиально разных этапа в развитии математического аппарата криптографии.

До 40-х годов XX века применялись только электромеханические шифромашины, поэтому и спектр математических преобразований был ограничен, в основном, методами комбинаторного анализа и теории вероятностей.

После появления электронной техники, а тем более компьютеров, сильно изменился и математический аппарат криптографии. Получили развитие прикладные идеи и методы теории информации, алгебры, теории конечных автоматов.

Работы Диффи и Хеллмана (70-е годы) послужили толчком для бурного развития новых направлений математики: теории односторонних функций, доказательств с нулевым разглашением. В наше время прогресс именно в этих направлениях определяет практические возможности криптографии.

Однако для того, чтобы криптографические методы преобразования обеспечили эффективную защиту информации, они должны удовлетворять ряду требований. В сжатом виде их можно сформулировать следующим образом:

сложность и стойкость криптографического закрытия должны выбираться в зависимости от объема и степени секретности данных;

надежность закрытия должна быть такой, чтобы секретность не нарушалась в том случае, когда злоумышленнику становится известен метод закрытия;

метод закрытия, набор используемых ключей и механизм их распределения не могут быть слишком сложными;

выполнение процедур прямого и обратного преобразований должно быть формализованным. Эти процедуры не должны зависеть от длины сообщений;

ошибки, возникающие в процессе выполнения преобразования, не должны распространяться на текст в полной мере и по системе;

вносимая процедурами защиты избыточность должна быть минимальной.

Классификация криптографических методов

В настоящее время не существует законченной и общепринятой классификации криптографических методов, так как многие из них находятся в стадии развития и становления. Наиболее целесообразной представляется классификация, представленная на рис. 18.1.

Классификация криптографических методов 341

Под шифрованием в данном случае понимается такой вид криптографического закрытия, при котором преобразованию подвергается каждый символ защищаемого сообщения. Все известные способы шифрования разбиты на пять групп:подстановка (заме-

на), перестановка, аналитическое преобразование, гаммированиеи комбинированное шифрование. Каждый из этих способов может иметь несколько разновидностей.

Под кодированием понимается такой вид криптографического закрытия, когда некоторые элементы защищаемых данных (не обязательно отдельные символы) заменяются заранее выбранными кодами (цифровыми, буквенными, буквенно-цифровыми сочетаниями и т.д.). Этот метод имеет две разновидности: смысловое и символьное кодирование. Присмысловом кодировании кодируемые элементы имеют вполне определенный смысл (слова, предложения, группы предложений). Присимвольном кодировании кодируется каждый символ защищаемого текста. Символьное кодирование по существу совпадает с подстановочным шифрованием.

К отдельным видам криптографии относятся методы рассечения-разнесения исжатия данных . Рассечение-разнесение заключается в том, что массив защищаемых данных делится (рассекается) на такие элементы, каждый из которых в отдельности не позволяет раскрыть содержание защищаемой информации. Выделенные таким образом элементы данных разносятся по разным зонам памяти или располагаются на разных носителях. Сжатие данных представляет собой замену часто встречающихся одинаковых строк данных или последовательностей одинаковых символов некоторыми заранее выбранными символами.

342 Глава 18. Криптографическая защита

Рис. 18.1. Классификация криптографических методов

Требования к криптографическим методам защиты информации

Раскрытие зашифрованных текстов (в первую очередь нахождение ключа) осуществляется при помощи методов криптоанализа. Основными методами криптоанализа являются:

статистические , при которых зная статистические свойства открытого текста пытаются исследовать статистические закономерности шифротекста и на основании обнаруженных закономерностей раскрыть текст;

метод вероятных слов , в котором при сопоставлении некоторой небольшой части шифротекста с известным фрагментом открытого текста пытаются найти ключ и с его помощью расшифровать весь текст. Требуемый фрагмент открытого текста можно найти с помощью статистических методов или просто угадать, исходя из предполагаемого содержания или структуры открытого текста.

Классификация криптографических методов 343

Поскольку криптографические методы ЗИ применяются давно, то уже сформулированы основные требования к ним.

1. Метод должен быть надежным, т.е. восстановление открытого текста при владении только шифротекстом, но не ключом должно быть практически невыполнимой задачей

2. Из-за трудности запоминания объем ключа не должен быть большим.

3. Из-за трудностей, связанных со сложными преобразованиями, процессы шифрования должны быть простыми.

4. Из-за возможности появления ошибок передачи дешифрование шифротекста, содержащего отдельные ошибки, не должно привести к бесконечному увеличению ошибок в полученном предполагаемом открытом тексте.

5. Из-за трудностей передачи объем шифротекста не должен быть значительно больше открытого текста.

Перечисленные требования были разработаны для традиционной криптографии. При современном развитии техники необходимость удовлетворения перечисленным

требованиям претерпевает существенные изменения.

В связи с развитием технологии, позволяющей с большой плотностью записать и длительное время надежно хранить большие объемы информации, условие небольшого объема ключа может быть ослаблено (по существу это условие, как и все остальные, приобретает новый смысл, соответствующий достигнутому уровню техники). В связи с развитием микроэлектроники появляется возможность разработки дешевых устройств, осуществляющих быстро и точно сравнительно сложные преобразования информации. С другой стороны, возможность увеличения скорости передачи отстает от возможности увеличения скорости обработки информации. Это, несомненно, позволяет ослабить требование п. 3 без ущерба для практически достигаемой скорости передачи. В настоящее время связное оборудование является высоконадежным, а методы обнаружения и исправления ошибок - хорошо развитыми. К тому же, обычно используемые в компьютерных сетях протоколы сеансов связи предусматривают передачу любого текста даже при наличии сбоев во время передачи. Поэтому требование п. 4 в значительной мере потеряло свою актуальность. В отдельных случаях, если каналы связи не перегружены, может быть ослаблено и требование п. 5.

Таким образом, не затронутым осталось требование п. 1, при рассмотрении которого следует учесть два обстоятельства.

Во-первых, в автоматизированных системах (АС) циркулируют большие объемы информации, а наличие большого объема шифротекста облегчает задачу криптоанализа.

Во-вторых, для решения задачи криптоанализа можно использовать ЭВМ. Это позволяет в новых условиях требовать значительного увеличения надежности. Другим важным отрицательным фактором применения криптографии в АС является то, что часто используются языки с весьма ограниченным запасом слов и строгим синтаксисом (языки программирования).

В соответствии с выполняемыми задачами по защите информации можно выделить два основных класса криптографических систем :

• криптосистемы, обеспечивающие секретность информации;
• криптосистемы, обеспечивающие подлинность (аутентичность) информации.

Такое разделение обусловлено тем, что задача защиты секретности информации (сохранения ее в тайне) принципиально отличается от задачи защиты подлинности (аутентичности) информации, а поэтому должна решаться другими криптографическими методами.

Классификация криптосистем в соответствии с выполняемыми ими задачами по защите информации представлена на рис. 10.1.

Криптосистемы, обеспечивающие секретность информации, разделяются на системы шифрования и системы криптографического кодирования информации.

Системы шифрования информации исторически являются самыми первыми криптографическими системами. Например, в одном из первых трудов о военном искусстве, принадлежащим перу Энея Тактикуса, в главе «О секретных сообщениях», описывались принципы построения и использования в древней Спарте (IV век до нашей эры) средств шифрования информации. Спартанцы для передачи сообщений с театров военных действий использовали так называемую скиталу – механический шифратор в виде цилиндра. При шифровании сообщение записывалось побуквенно на узкую ленту, намотанную на скиталу, вдоль образующей этого цилиндра. После этого лента разматывалась и в промежутках дописывались произвольные буквы. Неизвестным для противоборствующей стороны ключом являлся диаметр скиталы. Интересно отметить, что первое дошедшее до нас имя криптоаналитика также связано со скиталой: Аристотель предложил перехваченную ленту с зашифрованным сообщением наматывать на конус, и то место, где появлялось осмысленная фраза, определяло неизвестный диаметр скиталы (ключ системы шифрования).

В общем случае шифрование сообщения (информации) есть обратимое преобразование сообщения, не зависящее от самого сообщения, с целью скрытия его содержания. Зашифрованное сообщение называется шифрограммой. Преобразование сообщения в шифрограмму описывается функцией шифрования; преобразование шифрограммы в сообщение описывается функцией дешифрования.

Другим методом обеспечения секретности информации является криптографическое кодирование. Криптографическое кодирование информации есть в общем случае преобразование по ключу сообщений в кодограммы, зависящее от самих сообщений, с целью скрытия их содержания. Системами криптографического кодирования информации называются криптографические системы, в которых защита информации по ключу основана на использовании ее избыточности. Термин «криптографическое кодирование» используется, чтобы подчеркнуть отличие этого вида криптографического преобразования от других видов некриптографических преобразований информации, таких как помехоустойчивое кодирование и эффективное кодирование (главы 4 и 5).

Криптосистемы аутентификации информации предназначены для контроля ее подлинности, но в ряде случаев они способны эффективно обеспечить контроль целостности сообщений при различных деструктивных воздействиях.

Данный класс криптосистем может быть разделен в зависимости от решаемой задачи на системы аутентификации информации (сообщений) и системы аутентификации источников информации (корреспондентов, пользователей, сетей, систем и т. п.). Методы аутентификации информации различаются в зависимости от условий обеспечения подлинности информации.

Рассмотрим пример, когда требуется проверить подлинность информации, передаваемой от отправителя к ее получателю, безусловно доверяющих друг другу; пользователи друг друга не могут обманывать и только внешний нарушитель может искажать информацию. Криптосистемы аутентификации сообщений для таких условий используют формирование и проверку имитовставок сообщений. В соответствии с ГОСТ 28147-89 имитовставка это отрезок информации фиксированной длины, полученный по определенному правилу из открытых данных и ключа, и добавленный к зашифрованным данным для обеспечения имитозащиты. Имитозащита сообщений – их преобразование для защиты от навязывания нарушителем ложных и ранее передававшихся сообщений. Получатель зашифрованного сообщения и его имитовставки, имея такой же секретный ключ, способен из расшифрованного сообщения заново сформировать имитовставку и при ее совпадении с полученной имитовставкой из канала связи убедиться в отсутствии искажений.

В случае, когда требуется проверить подлинность информации, передаваемой от отправителя к ее получателю, не доверяющих друг другу, криптосистемы аутентификации на основе имитовставок не эффективны.

Подлинность информации в условиях взаимного недоверия сторон может быть обеспечена с использованием так называемой цифровой подписи сообщения, формируемой отправителем и проверяемой получателем сообщений. Невозможность выполнения каких-либо действий отправителя за получателя и получателя за отправителя при использовании цифровой подписи сообщения обусловлена тем, что они для формирования и проверки цифровой подписи используют различную ключевую информацию. Большинство криптографических систем и протоколов аутентификации объектов построены на основе криптосистем цифровой подписи сообщений.

Криптосистемы, обеспечивающие доступность информации, в настоящее время не являются самостоятельным классом и строятся на основе принципов, заимствованных из криптосистем аутентификации информации и криптосистем обеспечения секретности информации.

Таким образом, краткое рассмотрение возможных методов защиты информации свидетельствует о том, что многие задачи защиты информации наиболее эффективно решаются криптографическими методами, а ряд задач вообще может быть решен только с использованием криптографических методов защиты информации.

Криптография (от древне-греч. κρυπτος – скрытый и γραϕω – пишу) – наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации.

Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на то, чтобы сделать эти данные бесполезными для злоумышленника. Такие преобразования позволяют решить два главных вопроса, касающихся безопасности информации:

• защиту конфиденциальности;
• защиту целостности.

Проблемы защиты конфиденциальности и целостности информации тесно связаны между собой, поэтому методы решения одной из них часто применимы для решения другой.

Известны различные подходы к классификации методов криптографического преобразования информации. По виду воздействия на исходную информацию методы криптографического преобразования информации могут быть разделены на четыре группы:

Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения М , которое должно быть передано законному получателю по незащищённому каналу. За каналом следит перехватчик с целью перехватить и раскрыть передаваемое сообщение. Для того чтобы перехватчик не смог узнать содержание сообщения М , отправитель шифрует его с помощью обратимого преобразования Ек и получает шифртекст (или криптограмму) С=Ек(М) , который отправляет получателю.

Законный получатель, приняв шифртекст С , расшифровывает его с помощью обратного преобразования Dк(С) и получает исходное сообщение в виде открытого текста М .

Преобразование Ек выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное преобразование, называется криптографическим ключом К .

Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифртекст различными способами, один из которых выбирается с помощью конкретного ключа К .

Преобразование шифрования может быть симметричным и асимметричным относительно преобразования расшифрования. Это важное свойство определяет два класса криптосистем:

• симметричные (одноключевые) криптосистемы;
• асимметричные (двухключевые) криптосистемы (с открытым ключом).

Симметричное шифрование

Симметричное шифрование, которое часто называют шифрованием с помощью секретных ключей, в основном используется для обеспечения конфиденциальности данных. Для того чтобы обеспечить конфиденциальность данных, пользователи должны совместно выбрать единый математический алгоритм, который будет использоваться для шифрования и расшифровки данных. Кроме того, им нужно выбрать общий (секретный) ключ, который будет использоваться с принятым ими алгоритмом шифрования/дешифрования, т.е. один и тот же ключ используется и для зашифрования, и для расшифрования (слово "симметричный" означает одинаковый для обеих сторон).

Пример симметричного шифрования показан на рис. 2.2 .

Сегодня широко используются такие алгоритмы шифрования, как Data Encryption Standard (DES), 3DES (или "тройной DES") и International Data Encryption Algorithm (IDEA). Эти алгоритмы шифруют сообщения блоками по 64 бита. Если объем сообщения превышает 64 бита (как это обычно и бывает), необходимо разбить его на блоки по 64 бита в каждом, а затем каким-то образом свести их воедино. Такое объединение, как правило, происходит одним из следующих четырех методов:

• электронной кодовой книги (Electronic Code Book, ECB);
• цепочки зашифрованных блоков (Cipher Block Changing, CBC);
• x-битовой зашифрованной обратной связи (Cipher FeedBack, CFB-x);
• выходной обратной связи (Output FeedBack, OFB).

Triple DES (3DES) – симметричный блочный шифр, созданный на основе алгоритма DES, с целью устранения главного недостатка последнего – малой длины ключа (56 бит), который может быть взломан методом полного перебора ключа. Скорость работы 3DES в 3 раза ниже, чем у DES, но криптостойкость намного выше. Время, требуемое для криптоанализа 3DES, может быть намного больше, чем время, нужное для вскрытия DES.

Алгоритм AES (Advanced Encryption Standard), также известный как Rijndael – симметричный алгоритм блочного шифрования – шифрует сообщения блоками по 128 бит, использует ключ 128/192/256 бит.

Шифрование с помощью секретного ключа часто используется для поддержки конфиденциальности данных и очень эффективно реализуется с помощью неизменяемых "вшитых" программ (firmware). Этот метод можно использовать для аутентификации и поддержания целостности данных.

С методом симметричного шифрования связаны следующие проблемы:

• необходимо часто менять секретные ключи, поскольку всегда существует риск их случайного раскрытия (компрометации);
• достаточно сложно обеспечить безопасность секретных ключей при их генерировании, распространении и хранении.

Теоретически, приложив достаточно усилий, можно взломать любую криптографическую систему. Вопрос заключается в том, сколько работы необходимо проделать, чтобы информация была расшифрована. Существует множество типов атак, каждый из которых обладает той или иной степенью сложности. Рассмотрим некоторые из них.

Только шифрованный текст. Говоря о взломе системы шифрования, многие имеют в виду атаку с использованием только шифрованного текста. В этом случае пользователи А и Б зашифровывают свои данные, а злоумышленник видит только шифрованный текст. Попытка расшифровать сообщения только при наличии шифрованного текста и называется атакой с использованием только шифрованного текста. Это наиболее трудный тип атаки, поскольку злоумышленник обладает наименьшим объемом информации. Известный открытый текст. При атаке с известным открытым текстом известен и открытый и шифрованный текст. Цель такой атаки состоит в том, чтобы найти ключ.

На практике существует множество ситуаций, откуда можно узнать открытый текст сообщения. Иногда содержимое сообщения легко отгадать.

При наличии известного открытого текста у злоумышленника оказывается больше информации, чем при наличии только шифрованного текста, а вся дополнительная информация только увеличивает шанс расшифрования.

Существует два вида атак с избранным открытым текстом:

Автономный (offline ). Открытый текст, который должен подвергнуться шифрованию, подготавливается заранее, еще до получения шифрованного текста.

Оперативный (online ). Набор каждого последующего открытого текста осуществляется, исходя из уже полученных шифрованных текстов. Данный вид является более результативным.

Криптосистемы и виды атак на них. Рассмотренные выше виды атак применимы ко всем видам криптосистем. Но каждая из них имеет свои индивидуальные особенности, в результате чего имеются и специфические атаки характерные только для определенных видов криптосистем. Атаки на блочные шифры. Блочный шифр - это функция шифрования, которая применяется к блокам текста фиксированной длины. Текущее поколение блочных шифров работает с блоками текста длиной 128 бит.

Функции шифрования построены на основе многократного применения 32-битовых операций. Применяя такие операции, довольно сложно получить нечетную перестановку. В результате практически все известные блочные шифры генерируют только четную перестановку. Упомянутый факт позволяет злоумышленнику построить простой различитель (на основе различающей атаки ). Так называемый атака с проверкой четности . Для заданного значения ключа строится перестановку, зашифровав по порядку все возможные варианты открытого текста. Если перестановка является нечетной, значит, перед нами идеальный блочный шифр, так как реальный блочный шифр никогда не генерирует нечетную перестановку.

Атака с помощью решения уравнений . Основная идея этого метода заключается в том, чтобы представить блочное шифрование в виде системы линейных и квадратных уравнений над некоторым конечным полем, а затем решить эти уравнения, используя новые методы наподобие XL , FXL и XSL .

Атаки на асимметричные шифры. Алгоритм RSA обеспечивает как цифровое подписывание, так и шифрование, что делает его весьма универсальным средством.

Алгоритм RSA основан на использовании односторонней функции с лазейкой. N - это открытый ключ, который формируется как. Разложение числа n на множители и есть та самая «лазейка». Значения p и q - это два разных больших простых числа, длина каждого из которых составляет порядка тысячи бит или более.

Возникает проблема, когда пользователь Б зашифровывает с помощью открытого ключа пользователя А сообщение небольшого размера. Если e =5 и, тогда, поэтому взятие числа по модулю не требуется. Злоумышленник сможет восстановить m , просто извлекая корень пятой степени из m 5 .

Структура алгоритма RSA допускает осуществление сразу нескольких типов атак. Но существуют и более изощренные атаки, основанные на методах решения полиномиальных уравнений по модулю n . Все сводятся к одному: подчинение чисел, которыми оперирует алгоритм RSA , какой бы то ни было структуре крайне нежелательно.

Таким образом, применение алгоритма RSA должно ограничиваться шифрованием коротких последовательностей, а именно секретных ключей шифрования для симметричных криптосистем. Для шифрования нужно использовать более стойкие к атакам шифры с длиной ключа 256 бит. К таким шифрам относят шифр AES и ГОСТ 28147-89.

Под шифром понимается совокупность методов и способов обратимого преобразования информации с целью ее защиты от несанкционированного доступа (обеспечения ).

Составными элементами шифра являются:

Алфавиты для записи исходных сообщений (защищаемой информации, открытого текста) и шифрованных сообщений (шифртекстов, шифрограмм, криптограмм);

Алгоритмы криптографического преобразования (зашифрования и дешифрования);

Множество ключей.

Азбука или алфавит (греч. ἀλφάβητος) - форма письменности, основанная на стандартном наборе знаков, один или набор которых соответствуют фонемам 1 языка. В общем случае алфавит для записи исходных сообщений и алфавит для записи шифрованных сообщений могут отличаться. Например, исходные сообщения записываются с помощью букв, а шифрограммы с помощью цифр или графических обозначений.

Алгоритм криптографического преобразования - набор правил (инструкций), определяющих содержание и порядок операций по шифрованию и дешифрованию информации.

Шифрование (зашифрование) - процесс применения шифра к защищаемой информации, т.е. преобразование исходного сообщения в зашифрованное.

Дешифрование (расшифрование) - процесс, обратный шифрованию, т. е. преобразование шифрованного сообщения в исходное.

Алгоритмы шифрования и зашифрования, как правило, отличаются друг от друга, но могут и совпадать. В частности, в некоторых ( , ) алгоритмы совпадают, но отличаются порядком использования ключа (ключевых элементов). Алгоритм шифрования может включать в себя предварительное , а алгоритм расшифрования - обратное перекодирование. Например, в перед шифрованием буквы (символы) исходного сообщения заменяются на числа, а результат расшифрования в виде чисел преобразуется в буквы (символы). Аналогичная ситуация имеет место и в некоторых (), .

Ключ – переменный параметр шифра, обеспечивающий выбор одного преобразования из совокупности всевозможных для данного алгоритма и сообщения. В общем случае, ключ – это минимально необходимая информация (за исключением сообщения, алфавитов и алгоритма), необходимая для шифрования и дешифрования сообщений.

Используя понятие ключа, процессы шифрования и дешифрования можно описать в виде соотношений:

f(P, k 1) = C, (3.1)

g(C, k 2) = P, (3.2)

где P (англ. public - открытый) - открытое сообщение;
C (англ. cipher - шифрованный) - шифрованное сообщение;
f - алгоритм шифрования;
g - алгоритм расшифрования;
k 1 – ключ зашифрования, известный отправителю;
k 2 – ключ расшифрования, известный адресату.

В настоящее время разработкой методов шифрования и дешифрования информации (в т.ч. и без знания ключа) занимается криптология (греч. κρυπτός - тайный, λόγος - слово, знание). Криптология разделяется на два направления - криптографию и криптоанализ. Цели этих двух правлений криптологии прямо противоположны.

Криптография (греч. κρυπτός - скрытый и γράφω - пишу, рисую) – наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним) и аутентичности (целостности и подлинности авторства, а также невозможности отказа от авторства) информации.

Криптоанализ (греч. κρυπτός - скрытый и ανάλυση - разложение, расчленение) – наука, занимающаяся вопросами оценки сильных и слабых сторон методов шифрования, а также разработкой методов, позволяющих взламывать криптосистемы.

Следует различать криптографические методы сокрытия информации (шифрование) и кодирование. – представление информации в альтернативном виде. Шифрование является частным случаем кодирования и предназначено для обеспечения конфиденциальности информации. С точки зрения решения этой задачи, кодирование – это безключевое шифрование, в котором преобразование построено на алгоритме кодирования или кодовой таблице. Различают:

Криптография занимается методами преобразования информации, которые бы не позволили противнику извлечь ее из перехватываемых сообщений. При этом по каналу связи передается не сама защищаемая информация, а результат ее преобразования, и для противника возникает сложная задача вскрытия шифра. Вскрытие (взламывание) шифра - процесс получения защищаемой информации из шифрованного сообщения без знания примененного ключа. Способность шифра противостоять всевозможным атакам на него называют криптографической стойкостью (криптостойкостью) шифра . Под атакой на шифр понимают попытку вскрытия этого шифра.

Понятие стойкости шифра является центральным для криптографии. Хотя качественно понять его довольно легко, но получение строгих доказуемых оценок стойкости для каждого конкретного шифра - проблема нерешенная. Поэтому стойкость конкретного шифра оценивается только путем всевозможных попыток его вскрытия и зависит от квалификации криптоаналитиков , атакующих шифр. Такую процедуру иногда называют проверкой стойкости . Она делается из предположения, что противник знает сам алгоритм преобразования, но не знает ключа (). Противник также может знать некоторые характеристики открытых текстов, например, общую тематику сообщений, их стиль, некоторые стандарты, форматы и т.д.

Однако помимо перехвата и вскрытия шифра противник может пытаться получить защищаемую информацию многими другими способами. Наиболее известным из таких способов является агентурный, когда противник каким-либо путем склоняет к сотрудничеству одного из законных пользователей и с помощью этого агента получает доступ к защищаемой информации. В такой ситуации криптография бессильна.

Противник может попытаться не получить, а уничтожить или модифицировать защищаемую информацию в процессе ее передачи. Это - совсем другой тип угроз для информации, отличный от перехвата и вскрытия шифра. Для защиты от таких угроз разрабатываются свои специфические методы.

Следовательно, на пути от одного законного пользователя к другому информация должна защищаться различными способами, противостоящими различным угрозам. В данной ситуации, противник будет стремиться найти самое слабое звено, чтобы с наименьшими затратами добраться до информации. А значит, и законные пользователи должны учитывать это обстоятельство в своей стратегии защиты: бессмысленно делать какое-то звено очень прочным, если есть заведомо более слабые звенья.

Что касается применения конкретных криптографических методов, то следует отметить, что не существует единого шифра, подходящего для всех случаев. Выбор способа шифрования зависит :

От вида защищаемой информации (документальная, телефонная, телевизионная, компьютерная и т.д.);

От объема и требуемой скорости передачи шифрованной информации;

От ценности защищаемой информации (некоторые тайны [например, государственные, военные и др.] должны сохраняться десятилетиями, а некоторые [например, биржевые] - уже через несколько часов можно разгласить);

От возможностей владельцев секретной информации, а также от возможностей противника (одно дело - противостоять одиночке, а другое дело - мощной государственной структуре).

Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, аппаратно, так и иными способами. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании.

1 Фонема (др.-греч. φώνημα - «звук») - минимальная смыслоразличимая единица языка.

3.2. Основные требования, предъявляемые к криптосистемам

Для современных криптографических систем можно сформулировать следующие требования:

Сложность и трудоёмкость процедур шифрования и дешифрования должны определяться в зависимости от требуемого уровня защиты информации (необходимо обеспечить надежную защиту информации);

Временные и стоимостные затраты на защиту информации должны быть приемлемыми при заданном уровне ее секретности (затраты на защиту не должны быть чрезмерными);

Процедуры шифрования и дешифрования не должны зависеть от длины сообщения;

Количество всех возможных ключей шифра должно быть таковым, чтобы их полный перебор с помощью современных информационных технологий (в т.ч. и распределенных вычислений) был невозможен за приемлемое для противника время;

Любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;

Незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения;

Избыточность сообщений, вносимая в процессе шифрования, должна быть как можно меньшей (хорошим считается результат, когда длина шифрограммы не превышает длину исходного текста);

Зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа.

3.3. Классификация шифров

Существует несколько классификаций шифров. Рассмотрим некоторые из них.

Рис.3.1. Классификация шифров

I. По области применения различают шифры ограниченного и общего использования.

Стойкость шифров ограниченного использования основывается на сохранении в секрете алгоритма криптографического преобразования в силу его уязвимости, малого количества ключей или отсутствия таковых ().

Стойкость шифров общего использования основывается на секретности ключа и сложности его подбора потенциальным противником.

II. По особенностям алгоритма шифрования шифры общего использования можно разделить на следующие виды.

В одноключевых системах для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ.

В все буквы открытого текста остаются в шифрограмме, но меняют свои позиции. В наоборот, позиции букв в шифрограмме остаются теми же, что и у открытого текста, но символы открытого текста заменяются символами другого алфавита.

В буквы алфавита заменяются числами, к которым затем добавляются числа секретной случайной (псевдослучайной) числовой последовательности (гаммы), после чего берется остаток от деления по модулю (операция mod). Если исходное сообщение и гамма представляются в битовом виде, то при шифровании и расшифровании применяется логическая операция «Исключающее ИЛИ» (XOR, сложение по модулю 2).

Вносит в процесс шифрования естественную неопределенность квантового мира. Процесс отправки и приёма информации выполняется посредством объектов квантовой механики (например, при помощи электронов в электрическом токе или фотонов в линиях волоконно-оптической связи). Самым ценным свойством этого вида шифрования является то, что при посылке сообщения отправляющая и принимающая сторона с достаточно большой вероятностью могут установить факт перехвата противником зашифрованного сообщения.

В двухключевых системах для шифрования и дешифрования используется два совершено разных ключа. В при шифровании одного и того же сообщения одним и тем же ключом всегда будет получаться один и тот же шифртекст. В в процедуре шифрования используется дополнительная случайная величина (число) - в результате при шифровании одного и того же исходного сообщения одним и тем же ключом могут получиться разные шифртексты, которые при расшифровке дадут один и тот же результат (исходное сообщение).

Предполагают использование для шифрования сообщения сразу нескольких методов (например, сначала замена символов, а затем их перестановка).

III. По количеству символов сообщения (или его кодовой замены), шифруемых или расшифровываемых по однотипной процедуре преобразования различают:

- потоковые шифры – процедура преобразование применяется к отдельному символу сообщения;

- блочные шифры – процедура преобразование применяется к набору (блоку) символов сообщения.

Отличить потоковый шифр от блочного можно по следующему признаку - если в результате разбиения исходного сообщения на отдельные элементарные символы и применения к ним однотипной процедуры преобразования получаемая шифрограмма эквивалентна той, которая получается при применении преобразования «как будто ко всему исходному сообщению», то шифр потоковый, иначе блочный.

IV. По стойкости шифры делятся на три группы:

- совершенные (абсолютно стойкие, теоретически стойкие) – шифры, заведомо неподдающиеся вскрытию (при правильном использовании). Дешифрование секретного сообщения приводит к нескольким осмысленным равновероятным открытым сообщениям;

.