Тема: Криптографічні методи захисту інформації. Контроль цілісності програмних і інформаційних ресурсів.

КРИПТОГРАФІЧНІ ЗАСОБИ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ

Проблема захисту інформації шляхом її перетворення, що виключає її прочитання сторонньою особою, хвилювала людський розум з давніх часів. Історія криптографії - ровесниця історії людської мови. Більше того, спочатку писемність сама по собі була криптографічною системою, тому що в стародавніх суспільствах нею володіли лише обрані. Священні книги Стародавнього Єгипту, Стародавньої Індії тому є прикладами.

Криптографічні методи захисту інформації - це спеціальні методи шифрування, кодування або іншого перетворення інформації, в результаті якого її зміст стає недоступним без пред'явлення ключа криптограми і зворотного перетворення. Криптографічний метод захисту, безумовно, самий надійний метод захисту, так як охороняється безпосередньо сама інформація, а не доступ до неї. Даний метод захисту реалізується у вигляді програм або пакетів програм.

Сучасна криптографія включає в себе чотири великих розділи:1. Симетричні криптосистеми. У симетричних криптосистемах і для шифрування, і для дешифрування використовується один і той самий ключ. (Шифрування - перетворювальний процес. Оригінальний текст, який носить також назву відкритого тексту, замінюється шифрованих текстом, дешифрування - зворотний шифруванню процес. На основі ключа шифрований текст перетворюється у початковий);

2. Криптосистеми з відкритим ключем. У системах з відкритим ключем використовуються два ключі - відкритий і закритий, які математично пов'язані один з одним. Інформація шифрується за допомогою відкритого ключа, який доступний всім бажаючим, арозшифровується за допомогою закритого ключа, відомого тільки одержувачу повідомлення.

3. Електронний підпис. Системою електронного підпису називається його криптографічне перетворення, що приєднуються до тексту і дозволяє при отриманні його іншим користувачем перевірити авторство і достовірність повідомлення.

4. Управління ключами. Це процес системи обробки інформації, який полягає в складанніта розподілі ключів між користувачами.

Основні напрямки використання криптографічних методів - передача конфіденційної інформації по каналах зв'язку (наприклад, електронна пошта), встановлення автентичності переданих повідомлень, зберігання інформації (документів, баз даних) на носіях у зашифрованому вигляді.

Вимоги до криптосистемами. Процес криптографічного закриття даних може здійснюватися як програмно, так і апаратно. Апаратна реалізація відрізняється істотно більшою вартістю, проте їй притаманні такі переваги: висока продуктивність, простота, захищеність і тощо. Програмна реалізація більш практична, допускає відому гнучкість у використанні.

Для сучасних криптографічних систем захисту інформації сформульовані наступні загальноприйняті вимоги:зашифроване повідомлення повинно піддаватися читанню тільки при наявності ключа;

число операцій, необхідних для визначення використаного ключа шифрування за фрагментом шифрованого повідомлення і відповідного йому відкритого тексту, має бути не менше загального числа можливих ключів;

• число операцій, необхідних для розшифрування інформації шляхом перебору різноманітних ключів повинно мати сувору нижню оцінку і не виходити за межі можливостей сучасних комп'ютерів (з урахуванням можливості використання мережевих обчислень);

•знання алгоритму шифрування не повинно впливати на надійність захисту;•незначна зміна ключа повинно приводити до істотної зміни виду зашифрованого повідомлення навіть при використанні одного і того ж ключа;•структурні елементи алгоритму шифрування повинні бути незмінними;

додаткові біти, що вводяться в повідомлення в процесі шифрування, повинні бути повністю та надійно сховані в зашифрованому тексті;довжина шифрованого тексту повинна бути рівною довжині вихідного тексту;не повинно бути простих і легко встановлюваних залежностей між ключами, що послідовно використовуються в процесі шифрування.

Симетричні криптосистеми. Все різноманіття існуючих криптографічних методів у симетричних криптосистемах можна звести до наступних класів перетворень 4:•підстановка - символи тексту, що шифрується, замінюються символами того ж або іншого алфавіту відповідно до заздалегідь визначеного правила;

• перестановка - символи тексту, що шифрується, переставляються по деякому правилувмежах заданого блоку переданого тексту;•аналітичне перетворення - текст, що шифрується, перетворюється по деякомуаналітичному правилу, наприклад гамування - полягає в накладенні на вихідний текст деякої псевдовипадкової послідовності, що генерується на основі ключа;

• комбіноване перетворення - представляє собою послідовність (з можливим повторенням і чергуванням) основних методів перетворення, застосовується до блоку (частини) тексту, що шифрується. Блокові шифри на практиці зустрічаються частіше, ніж "чисті" перетворення того чи іншого класу в силу їх більш високої криптостійкості. Російський і американський стандарти шифрування засновані саме на цьому класі.

Системи з відкритим ключем. Якими б не були складними та надійними криптографічні системи - їх слабке місце при практичній реалізації - проблема розподілу ключів. Для того, щоб був можливий обмін конфіденційною інформацією між двома суб'єктами інформаційної системи (ІС), ключ повинен бути згенерований одним з них, а потім якимось чином знову ж таки в конфіденційному порядку переданий іншому. 

Тобто в загальному випадку для передачі ключа знову ж потрібне використання деякої криптосистеми. Для вирішення цієї проблеми на основі результатів, отриманих класичною та сучасною алгеброю, були запропоновані системи з відкритим ключем. Суть їх полягає в тому, що кожним адресатом ІС генеруються два ключі, зв'язані між собою за певним правилом. Один ключ оголошується відкритим, а інший закритим. Відкритий ключ публікується і доступний кожному, хто бажає послати повідомлення адресату. Секретний ключ зберігається в таємниці. 

Оригінальний текст шифрується відкритим ключем адресата і передається йому. Зашифрований текст у принципі не може бути розшифрований тим же відкритим ключем. Дешифрування повідомлення можливе тільки з використанням закритого ключа, який відомий тільки самому адресату.

 Криптографічні системи з відкритим ключем використовують так звані незворотні або односторонні функції, які мають наступну властивість: при заданому значенні х відносно просто обчислити значення. F(x), однак якщоу = F(x), то немає простого шляху для обчислення значеннях. Безліч класів незворотних функцій і породжує все розмаїття систем з відкритим ключем. 

Електронний підпис. В чому полягає проблема аутентифікації даних? Наприкінці звичайного листа або документа виконавець або відповідальна особа зазвичай ставить свій підпис. Подібна дія зазвичай переслідує дві мети. 

По-перше, одержувач має можливість переконатися в істинності листа, звіривши підпис з наявним у нього зразком. По-друге, особистий підпис є юридичним гарантом авторства документа. Останній аспект особливо важливий при укладанні різного роду торгових угод, складанні довіреностей, зобов'язань і тощо. 

Якщо підробити підпис людини на папері дуже непросто, а установити авторство підпису сучасними криміналістичними методами - технічна деталь, то з підписом електронним справа полягає в інакшому. Підробити ланцюжок бітів, просто його скопіювавши, або непомітно внести нелегальні виправлення в документ зможе будь-який користувач.

Управління ключами. Крім вибору підходящої для конкретної ІС криптографічного системи, важлива проблема - управління ключами. Як би не була складна і надійна сама криптосистема, вона заснована на використанні ключів. Якщо для забезпечення конфіденційного обміну інформацією між двома користувачами процес обміну ключами тривіальний, то в ІС, де кількість користувачів становить десятки і сотні управління ключами - серйозна проблема. Під ключовою інформацією розуміється сукупність всіх діючих в ІС ключів. Якщо не забезпечено досить надійне управління ключовою інформацією, то заволодівши нею, зловмисник отримує необмежений доступ до всієї інформації. Управління ключами - інформаційний процес, що включає в себе три елементи:•генерацію ключів;•накопичення ключів;•розподіл ключів.

Генерація ключів. На самому початку розмови про криптографічні методи було сказано, що не варто використовувати невипадкові ключі з метою легкості їх запам'ятовування. У серйозних ІС використовуються спеціальні апаратні і програмні методи генерації випадкових ключів. Як правило використовують датчики ПВЧ (псевдовипадкових чисел). 

Накопичення ключів. Під накопиченням ключів розуміється організація їх зберігання, обліку та видалення. Оскільки ключ є найпривабливішим для зловмисника об'єктом, який відкриває йому шлях до конфіденційної інформації, то питанням накопичення ключів слід приділяти особливу увагу. Секретні ключі ніколи не повинні записуватися в явному вигляді на носії, який може бути зчитаний або скопійований. У досить складній ІС один користувач може працювати з великим об'ємом ключової інформації, і іноді навіть виникає необхідність організації міні-баз даних по ключовій інформації.

Розподіл ключів. Розподіл ключів - найвідповідальніший процес в управлінні ключами. До нього пред'являються дві вимоги:•Оперативність і точність розподілу;•Скритність ключів, що розподіляються.

Реалізація криптографічних методів. Проблема реалізації методів захисту інформації має два аспекти:•розробку засобів, що реалізують криптографічні алгоритми;•методику використання цих засобів.

Кожен з розглянутих криптографічних методів можуть бути реалізовані або програмним, або апаратним способом. Можливість програмної реалізації обумовлюється тим, що всі методи криптографічного перетворення формальні і можуть бути представлені у вигляді кінцевої алгоритмічної процедури. 

При апаратної реалізації всі процедури шифрування і дешифрування виконуються спеціальними електронними схемами. Найбільшого поширення набули модулі, що реалізують комбіновані методи. Більшість зарубіжних серійних засобів шифрування засноване на американському стандарті DES.

Основною перевагою програмних методів реалізації захисту є їх гнучкість, тобто можливість швидкої зміни алгоритмів шифрування. Основним же недоліком програмної реалізації є істотно менша швидкодія в порівнянні з апаратними засобами (приблизно в 10 разів). Останнім часом стали з'являтися комбіновані засоби шифрування, так звані програмно апаратні засоби. В цьому випадку в комп'ютері використовується своєрідний «криптографічний співпроцесор" - обчислювальний пристрій, орієнтований на виконання криптографічних операцій. Міняючи програмне забезпечення для такого пристрою, можна вибирати той чи інший метод шифрування.

Таким чином, вибір типу реалізації криптозахисту для конкретної ІС в істотній мірі залежить від її особливостей і повинен спиратися на всебічний аналіз вимог, що пред'являються до системи захисту інформації.