Парольная защита операционных систем Криптографические ключи Технологии программирования Обработка информации Технологии баз данных


Программная атака Без специализированного компьютерного оборудования, ведущего параллельный поиск ключей, атака методом тотального перебора имеет значительно меньше шансов на успех. Однако если вы не припасли лишний миллион долларов, который можно потратить на изготовление такого оборудования, есть другой, более дешевый, способ попытаться вскрыть интересующий вас ключ.

Работа с ключами Предположим, некто Иванов и Петров пользуются надежной системой связи. Они делятся друг с другом своими соображениями на разные темы, играют в покер по переписке, заключают взаимовыгодные контракты, заверяя их своими цифровыми подписями, а затем производят расчеты между собой посредством электронных платежей.

Пароль Более привлекателен подход, при котором вместо отдельного слова используется достаточно длинное легко запоминающееся предложение на русском, английском или другом языке, которое преобразуется в ключ. Такое выражение в криптографии называется паролем. Для преобразования пароля в псевдослучайный битовый ключ можно воспользоваться любой однонаправленной хэш-функцией.

Продолжительность использования ключа Любой ключ должен использоваться в течение ограниченного периода времени. Тому есть несколько причин

Протокол с судейством Чтобы снизить накладные расходы на арбитраж, протокол, в котором участвует арбитр, часто делится на две части. Первая полностью совпадает с обычным протоколом без арбитража, а ко второй прибегают только в случае возникновения разногласий между участниками. Для разрешения конфликтов между ними используется особый арбитр — судья.

Протокол обмена ключами с цифровой подписью При обмене сеансовыми ключами атаку методом сведения к середине можно попытаться отразить также с помощью цифровой подписи. В этом случае Антон и Борис получают сеансовые ключи, подписанные Дмитрием, который является доверенным лицом, наделенным правами арбитра. Каждый сеансовый ключ снабжается свидетельством о его принадлежности определенному лицу. Получая от Дмитрия ключ, Антон и Борис могут проверить его подпись и убедиться, что этот ключ принадлежит именно тому человеку, которому они собираются послать сообщение.

Основные криптографические протоколы Обмен ключами Распространенным приемом в криптографии является шифрование каждого передаваемого сообщения с помощью отдельного ключа. Такой ключ называется сеансовым, поскольку используется только на протяжении одного сеанса связи. Каким образом сеансовый ключ попадает в распоряжение отправителя и получателя шифрованного сообщения?

Периодическая сменяемость паролей Даже при наличии “изюминок” схема аутентификации пользователей путем проверки их паролей имеет один очень серьезный недостаток. Ведь не исключено, что линия связи, соединяющая персональный компьютер Антона с сервером информационно-коммерческой службы, проходит по территориям 33-х стран, законодательство которых по-разному трактует права своих и иностранных граждан на сохранение в тайне их личной переписки.

Многоключевая криптография с открытым ключом В криптографии с открытым ключом используются 2 ключа, один из которых применяется для зашифрования сообщений, а другой — для расшифрования. Вместо этого можно задействовать любое количество ключей. Рассмотрим для примера трехключевую криптосистему с открытым ключом.

Вспомогательные криптографические протоколы Отметка о времени создания файла Существует немало ситуаций, когда людям приходится доказывать, что некий документ уже существовал в определенный момент времени. Например, в споре об авторском праве на изобретение побеждает тот, кто предъявит самую раннюю копию описания сути этого изобретения.

Неоспоримая цифровая подпись Довольно легко получить точную копию обычной цифровой подписи. Иногда это приходится очень кстати, особенно если цифровая подпись стоит под объявлением, предназначенным для всеобщего ознакомления. Однако свободно циркулирующее личное или деловое письмо, в подлинности которого в состоянии убедиться всякий, может поставить его автора в довольно неловкое положение, не говоря уже об опасности прямого шантажа. Поэтому лучше применять такую цифровую подпись, которую можно проверить, но нельзя продемонстрировать посторонним лицам без согласия ее владельца.

Цифровая подпись с дополнительной защитой Предположим, что в распоряжении злоумышленника Зиновия имеется множество высокопроизводительных компьютеров. И все они работают днем и ночью, чтобы вскрыть тайный ключ Антона, которым тот пользуется, подписывая своей цифровой подписью важные финансовые документы. Цель оправдывает средства: ведь в случае успеха Зиновий сможет свободно распоряжаться весьма значительными денежными средствами Антона, подделывая его подпись.

Специальные криптографические протоколы Доказательство с нулевым разглашением конфиденциальной информации

Неосознанная передача информации

Депонирование ключей С незапамятных времен одним из наиболее распространенных методов слежки является подслушивание, включающее перехват сообщений, которыми обмениваются люди, являющиеся объектами наблюдения. Сегодня, благодаря широкому распространению стойких криптосистем с открытым ключом, у преступников и террористов появилась возможность обмениваться посланиями по общедоступным каналам связи, не боясь подслушивания со стороны кого бы то ни было. В связи с этим у правоохранительных органов возникла настоятельная необходимость при определенных условиях осуществлять оперативный доступ к открытым текстам шифрованных сообщений, циркулирующих в коммерческих коммуникационных сетях.

Надежность криптосистем Безопасность криптосистем можно сравнить с надежностью цепи: чем крепче ее самое слабое звено, тем труднее порвать эту цепь.

Шифрование в каналах связи компьютерной сети Одной из отличительных характеристик любой компьютерной сети является ее деление на так называемые уровни, каждый из которых отвечает за соблюдение определенных условий и выполнение функций, необходимых для общения между компьютерами, связанными в сеть. Это деление на уровни имеет фундаментальное значение для создания стандартных компьютерных сетей.

Аппаратное и программное шифрование Большинство средств криптографической защиты данных реализовано в виде специализированных физических устройств. Эти устройства встраиваются в линию связи и осуществляют шифрование всей передаваемой по ней информации. Преобладание аппаратного шифрования над программным обусловлено несколькими причинами.

Почему криптосистемы ненадежны В настоящее время криптография успешно используется почти во всех информационных системах — от Internet до баз данных. Без нее обеспечить требуемую степень конфиденциальности в современном, до предела компьютеризированном мире уже не представляется возможным. Кроме того, с помощью криптографии предотвращаются попытки мошенничества в системах электронной коммерции и обеспечивается законность финансовых сделок. Со временем значение криптографии, по всей вероятности, возрастет

Криптографические ключи

Длина секретного ключа

Надежность симметричной криптосистемы зависит от стойкости используемого криптографического алгоритма и от длины секретного ключа. Допустим, что сам алгоритм идеален — вскрыть его можно только путем опробования всех возможных ключей. Этот вид криптоаналитической атаки называется методом тотального перебора. Чтобы применить данный метод, криптоаналитику понадобится немного шифртекста и соответствующий открытый текст. Например, в случае блочного шифра ему достаточно получить в свое распоряжение по одному блоку шифрованного и соответствующего открытого текста. Сделать это не так уж и трудно.

Криптоаналитик может заранее узнать содержание сообщения, а затем перехватить его при передаче в зашифрованном виде. По некоторым признакам он также может догадаться, что посланное сообщение представляет собой не что иное, как текстовый файл, подготовленный с помощью распространенного редактора, компьютерное изображение в стандартном формате, каталог файловой подсистемы или базу данных. Для криптоаналитика важно то, что в каждом из этих случаев в открытом тексте перехваченного шифрсообще-ния известны несколько байтов, которых ему хватит, чтобы предпринять атаку со знанием открытого текста.

Подсчитать сложность атаки методом тотального перебора достаточно просто. Если ключ имеет длину 64 бита, то суперкомпьютер, который может опробовать 1 млн ключей за 1 с, потратит более 5 тыс. лет на проверку всех возможных ключей. При увеличении длины ключа до 128 бит, этому же суперкомпьютеру понадобится 1025 лет, чтобы перебрать все ключи. Вселенная существует всего-навсего 1010 лет, поэтому можно сказать, что 1025 — это достаточно большой запас надежности для тех, кто пользуется 128-битными ключами.

Однако прежде чем броситься спешно изобретать криптосистему с длиной ключа в 4 Кбайт, следует вспомнить о сделанном выше предположении, а именно: используемый алгоритм шифрования идеален в том смысле, что вскрыть его можно только методом тотального перебора. Убедиться в этом на практике бывает не так просто, как может показаться на первый взгляд. Криптография требует утонченности и терпения. Новые сверхсложные криптосистемы при более внимательном рассмотрении зачастую оказываются очень нестойкими. А внесение даже крошечных изменений в стойкий криптографический алгоритм может существенно понизить его стойкость. Поэтому надо пользоваться только проверенными шифрами, которые известны уже в течение многих лет, и не бояться проявлять болезненную подозрительность по отношению к новейшим алгоритмам шифрования, вне зависимости от заявлений их авторов об абсолютной надежности этих алгоритмов.

Важно также не забывать о правиле Керкхоффа: стойкость алгоритма шифрования должна определяться ключом, а не деталями самого алгоритма. Чтобы быть уверенным в стойкости используемого шифра, недостаточно проанализировать его при условии, что противник досконально знаком с алгоритмом шифрования. Нужно еще и рассмотреть атаку на этот алгоритм, при которой враг может получить любое количество шифрованного и соответствующего открытого текста. Более того, для повышения надежности следует предположить, что криптоаналитик имеет возможность организовать атаку с выбранным открытым текстом произвольной длины.

К счастью, в реальной жизни большинство людей, интересующихся содержанием ваших шифрованных файлов, не обладают квалификацией высококлассных специалистов и вычислительными ресурсами, которые имеются в распоряжении правительств мировых супердержав. Последние же вряд ли будут тратить время и деньги, чтобы прочесть ваше пылкое сугубо личное послание. Однако, если вы планируете свергнуть “антинародное правительство”, вам необходимо всерьез задуматься о стойкости применяемого алгоритма шифрования.

Сложность и стоимость атаки методом тотального перебора

Атака методом тотального перебора, как правило, представляет собой разновидность атаки со знанием открытого текста. Если предположить, что атака методом тотального перебора является наиболее эффективной среди возможных атак на используемый вами симметричный алгоритм шифрования, то ключ должен быть достаточно длинным, чтобы успешно отразить эту атаку. Насколько длинным?

Среди параметров, которые необходимо принимать во внимание при рассмотрении атаки методом тотального перебора, прежде всего, надо упомянуть об общем количестве проверяемых ключей и о времени, затрачиваемом противником на проверку одного ключа. Количество ключей для конкретного алгоритма обычно фиксировано. Например, DES-алгоритм использует 56-битный ключ. Это означает, что его ключевое пространство содержит 256 ключей.

Скорость проверки ключей играет менее важную роль, чем их количество. Для простоты изложения можно считать, что вне зависимости от алгоритма шифрования, время, которое требуется на проверку одного ключа, одинаково. На практике данное предположение неверно, и для разных, криптографических алгоритмов это время может различаться в десятки раз. Поскольку нашей целью является отыскание такой длины ключа, при которой стойкость алгоритма шифрования против атаки методом тотального перебора в миллионы раз превышает предел, делающий эту атаку неосуществимой на практике, то сделанное нами предположение вполне оправдано.

При решении вопроса о достаточной длине ключа в качестве алгоритма шифрования чаще всего рассматривается DES-алгоритм. В 1977 г. американские криптологи У. Диффи (W.Diffie) и М. Хеллман (M.Hellman) заявили, что при существующем уровне развития компьютерной технологии можно построить специализированный суперкомпьютер для вскрытия ключей DES-алгоритма методом тотального перебора. Имея в своем составе 1 млн микросхем, каждая из которых способна проверять 1 млн ключей в секунду, этот суперкомпьютер перебрал бы все 256 ключей за 20 час.

Атака методом тотального перебора идеально подходит для реализации на параллельном суперкомпьютере, состоящем из многих процессоров. Отдельным процессорам, ведущим поиск ключа, нет необходимости устанавливать связь с другими процессорами суперкомпьютера во время выполнения своей части поиска. Следовательно, все процессоры специализированного суперкомпьютера, предназначенного для параллельного поиска ключей, необязательно находятся даже в одном городе, не говоря уже об одном помещении.

В 1993 г. американский криптолог М. Винер (M.Wiener) спроектировал суперкомпьютер для атаки на DES-алгоритм методом тотального перебора. Рассуждения Винера верны не только для DES-алгоритма, но и практически для любого другого алгоритма шифрования. Суперкомпьютер, разработанный Винером, состоит из специализированных микросхем, плат и стоек. По мнению Винера, для того чтобы гарантировать вскрытие 56-битного ключа за 7 час, на изготовление такого суперкомпьютера потребуется не более 1 млн долларов. По закону Мура, вычислительная мощь компьютеров удваивается каждые полтора года. Поэтому к 2001 г. стоимость суперкомпьютера, придуманного Винером, уменьшится в 10 раз и составит всего-навсего 100 тыс. долларов. Это означает, что уже сейчас крупные компании и “крутые” криминальные структуры могут вскрывать 56-битные ключи. Для военных криптоаналитиков в большинстве индустриально развитых стран доступны 64-битные ключи.

В 1996 г. Диффи, Винер и другие авторитетные американские криптологи опубликовали результаты своей исследовательской работы по определению длины ключа, необходимой для адекватной защиты информации от атаки методом тотального перебора (табл. 6.1).

Таблица 6.1. Стоимость и вычислительная сложность атаки

методом тотального перебора

Кто атакует

Бюджет

Сложность атаки

Стойкий ключ

 

40 бит

56 бит

Хакер

Малый бизнес

1000 долл.

10 тыс. долл.

1 неделя

12 мин.

Никогда

556 дней

45 бит

64 бита

Крупная компания

10 млн долл.

0.005 с

6 мин

70 бит

Федеральное агентство

300 млн долл.

0.0002 с

12с

75 бит

К приведенным в табл. 6.1 цифрам следует относиться с осторожностью. Теоретический расчет затрат на проведение атак методом тотального перебора на криптографические ключи разной длины всегда существенно отличается от того, с чем криптоаналитики сталкиваются на практике при покупке или разработке суперкомпьютеров для ведения такого рода атак. Объясняется это тем, что одни сделанные допущения оказываются весьма далеки от реальности, в то время как другие факторы просто не принимаются во внимание. В данном случае Диффи, Винер и другие посчитали, что при создании специализированного суперкомпьютера для атаки методом тотального перебора будут использоваться заказные микросхемы ценой не более 10 долл. По оценкам АНБ, такие микросхемы стоят, как правило, в 100 раз дороже. У АНБ вызвало сомнение и допущение о том, что вне зависимости от алгоритма шифрования, лишь длина ключа определяет сложность криптоаналитической атаки. Кроме того, при составлении таблицы не были учтены затраты на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, которые для первого экземпляра суперкомпьютера обычно составляют не менее 10 млн долл. Не были также приняты во внимание расходы на приобретение компьютерной памяти.

Из сказанного можно сделать весьма важный вывод. Если кто-то очень захочет узнать использованный вами ключ, ему нужно всего лишь потратить достаточное количество денег. Поэтому определяющей является стоимость зашифрованной вами информации. Если цена ей в базарный день — около 2 долл., вряд ли кто-то решится потратить 1 млн, чтобы ее заполучить. Но если прибыль от прочтения вашей шифровки составляет 100 млн долл., — берегитесь! Единственным утешением может послужить тот факт, что с течением времени любая информация очень быстро устаревает и теряет свою ценность.


Информатика Компьютерная безопасность