Современная прикладная криптография (стр. 1 )

Современная прикладная криптография

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Раздел 1. Введение в криптологию(криптографию).

1.1.Первые понятия криптологии. Этапы развития.

1.2. Некоторые поясняющие примеры из истории.

1.3. Теория информации в криптологии.

1.4. Теория сложности и криптология.

1.5. Некоторые необходимые сведения из теории чисел.

Раздел 2. Основные понятия и методы современной криптологии.

2.1. Криптографические протоколы.

2.2. Однонаправленная функция.

2.3 Открытое распределение ключей. Схема Диффи-Хеллмана.

2.4. Односторонняя функция с секретом.

2.5. Открытое шифрование, криптосистема с открытым ключом.

2.6. Криптосистема RSA.

2.7. Цифровая подпись.

2.8. Схема цифровой подписи Эль Гамаля.

2 9. Управление ключами.

2.10. Криптографические хэш-функции. Аутентификация.

Раздел 3. Стандартизация криптографических методов

3.1. Организации, разрабатывающие стандарты по криптологии

3.2. Первые варианты стандартов цифровой подписи США и России.

3.3 Развитие американских стандартов хэш-функции.

3.4. Российский стандарт хэш-функции ГОСТ Р 34.11-94.

3.5 Использование эллиптических кривых в криптологии. Новые стандарты цифровой подписи.

Введение

В связи с развитием информационных технологий, актуальными являются задачи обеспечения безопасности документов, хранимых в компьютерах и передаваемых по каналам связи. Для решения этих задач, наряду с другими методами, эффективно применяются криптографические методы. Долгое время они в основном применялись для нужд дипломатии, военного дела, спецслужб, и были известны только узкому кругу профессионалов - криптографов. Изобретение новых принципов криптографии, и появление так называемой криптографии с открытым (или общедоступным) ключом, дало мощный импульс для использования криптографии для нужд гражданского общества, для нужд бизнеса, банковского дела, и позволило обеспечить безопасность взаимодействия широкому кругу не обязательно доверяющих друг другу субъектов.

Необходимо различать теоретическую и прикладную криптографию. Для глубокого изучения вопросов теоретической криптографии необходимо знакомство с большим кругом математических дисциплин: теорией вероятностей и статистики, высшей алгеброй, теорией чисел и другими близкими к ним областями. Прикладная криптография, что соответствует названию, больше занимается вопросами применения достижений теоретической криптографии для нужд конкретных применений на практике.

Криптография в настоящее время - достаточно интенсивно развивающаяся область человеческих знаний. Об этом свидетельствует большой поток открытых научных публикаций, многочисленные научно-технические конференции. Уделить внимание всем понятиям и направлениям ее развития достаточно трудно, поэтому выбран некоторый минимум, достаточный для первого знакомства с предметом.

В связи со все большей интеграцией нашей страны в международное экономическое пространство, особую роль играют общепринятые стандартные процедуры обеспечения защиты информации. Поэтому уделено внимание организациям, занимающимся разработкой и внедрением стандартов в интересующей нас области, сравнением отечественных стандартов с прошедшими широкую международную экспертизу соответствующими аналогами алгоритмов цифровой подписи и функции хэширования.

Основная масса литературы по данным вопросам опубликована на английском языке, для многих еще нет общепринятых отечественных эквивалентов, к некоторым трудно найти подходящий удобный перевод.

В основу курса положен материал из известных и проверенных учебников по криптографии с добавлением последних результатов в этой области. Для безопасного применения криптографических методов защиты очень важно знать, даже не глубоко разбираясь, о последних достижениях математиков и криптографов в анализе систем и оценке их стойкости.

Раздел 1. Введение в криптологию.

1.1.Первые понятия криптологии. Этапы развития.

Криптология - наука о создании и анализе систем безопасной связи. Долгое время, говоря о криптологии, имели в виду не безопасную, а секретную связь, хотя секретность является только одним аспектом безопасности. В настоящее время криптология занимается аспектами целостности, подлинности(аутентичности), неотказумости, анонимности, а также всеми вопросами возникающими при работе с документальными записями.

Криптологию принято делить на две части: криптографию и криптоанализ, в соответствии с аспектами синтеза и анализа. Криптография - наука о методах обеспечения безопасности, то есть более занимается вопросами синтеза систем. Криптоанализ - наука о методах атак на безопасность данных. У нас в стране имеет место и другая терминология, когда термин "криптография" использовался для названия всей науки, а криптоанализ назывался дешифрованием.

Цели криптографии менялись на протяжении всей ее истории. Сначала она служила больше для обеспечения секретности, чтобы препятствовать несанкционированному раскрытию информации, передаваемой по открытой связи. С началом информационного века обнаружилась потребность применения криптографии и в частном секторе. Количество конфиденциальной информации огромно - истории болезней, юридические, финансовые документы и т. д. Последние достижения криптографии позволили использовать ее не только для защиты информации от несанкционированного раскрытия, но и для обеспечения подлинности, целостности информации.

Для сохранения тайны сообщения помимо криптографических способов применяются физическая защита и стеганография. Стеганография (от греческих слов stege - "крыша" и grapho -"пишу") занимается методами сокрытия самого факта передачи сообщения. Например, можно писать скрытое сообщение (на свободном месте фактического сообщения) молоком, специальными чернилами и т. п. К методам стеганографии можно отнести шумоподобные методы радиопередачи. В настоящее время получила развитие компьютерная стеганография, но это отдельная наука.

Как показала практика, наиболее эффективная защита информации обеспечивается на основе криптографических способов и, как правило, в сочетании с другими способами.

Исходное сообщение, которое должен защищать криптограф, называется открытым текстом.

Важным является понятие «шифра», которое иногда путают с понятием «код». Шифр - это множество обратимых преобразований (отображений) открытого текста, проводимых с целью его защиты.

Процесс применения конкретного преобразования шифра к открытому тексту называется зашифрованием, а результат этого преобразования - шифртекстом или криптограммой. Соответственно процесс обратного преобразования шифртекста в открытый текст называется расшифрование. Следует различать понятия «расшифрование» и «дешифрование». Дешифрование связано с действиями злоумышленника, противника, который желает нарушить безопасность информации. Совокупность данных, определяющих конкретное преобразование из множества преобразований шифра, называется ключом. Часто (но не всегда) ключ передается отправителем получателю заранее до отправления сообщения каким-либо надежно защищенным способом.

Раньше для специального типа шифра использовалось название код. Код - это своего рода словарь, где элементы открытого текста (буквы, сочетания букв, слова и даже короткие фразы) - так называемые кодвеличины - заменяются группами символов (букв, цифр, других знаков). Эти группы символов называются кодобозначениями. В настоящее время под кодом, как правило, имеют в виду одно фиксированное преобразование открытого текста, проводимое не с целью его защиты, а с целью устранения избыточности, для обнаружения и устранения искажений при передаче в канале с шумом. Этим занимается современная теория кодирования.

Важным понятием криптографии является стойкости. Стойкость - это способность шифра противостоять попыткам хорошо вооруженного современной техникой и знаниями криптоаналитика нарушить секретность сообщения, дешифровать перехваченное сообщение, раскрыть ключи шифра или нарушить целостность и (или) подлинность информации. Далее это понятие будет уточняться. Понятие стойкости распространяется и на другие аспекты безопасности информации.

Можно выделить следующие периоды развития криптологии. Первый период - эра донаучной криптологии, являвшейся ремеслом, уделом узкого круга искусных умельцев. Началом второго периода можно считать 1949 год, когда появилась работа К. Шеннона "Теория связи в секретных системах", в которой проведено фундаментальное научное исследование шифров и важнейших вопросов их стойкости. Благодаря этому труду, криптология оформилась как прикладная математическая наука. И, наконец, начало третьему периоду было положено появлением в 1976 г., работы У. Диффи, М. Хеллмана "Новые направления в криптографии", где показано, что секретная связь возможна без предварительной передачи секретного ключа. Так началось и продолжается до настоящего времени бурное развитие наряду с обычной классической криптографией и криптографии с открытым ключом.

Можно дать и другую классификацию этапов развития криптологии, например, по уровню развития используемых технических средств, начиная от ручной криптографии с различными вспомогательными устройствами до современных специализированных электронных шифрмашин и компьютеров.

§ 1.2. Некоторые поясняющие примеры из истории

Приводимые далее примеры тайнописи служат для пояснения введенных понятий и для введения новых. Большинство из них можно найти в работах [3.75.100]. Несмотря на древность примеров, многие методы, примененные в далекие времена, используются до сих пор (например, перешифрование, рандомизация, …).

Еще несколько веков назад само применение письменности можно было рассматривать как способ сокрытия информации, так как владение письменностью было уделом немногих.

XX в. до н. э. Один из самых древних шифртекстов был найден при раскопках в Месопотамии. Он был написан клинописью на глиняной табличке и содержал рецепт глазури для покрытия гончарных изделий, что, по-видимому, было коммерческой тайной. Известны древнеегипетские религиозные тексты и медицинские рецепты.