Многоалфавитные системы. Системы одноразового использования

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

"информатика"

 

на тему

 

"Безопасность информационных технологий"

 

Выполнил

студент гр.103713                                                                         Казак А.В.

 

 

Проверил

к.т.н., доцент                                                                                  Романюк Г.Э.

 

 

Минск 2005

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                                         3

1.Методы защиты информации                                                                    4

1.1.Криптографические методы                                                                   4

1.1.1.Симметричные криптосистемы                                                           5

1.1.2.Системы с открытым ключом                                                             10

1.1.3.Электронная подпись                                                                           15

1.1.4.Квантовая криптография                                                                     16

1.2.Шифрование дисков                                                                                18

1.3.Метод парольной защиты                                                                       19

1.4.Методы защиты информации в Internet                                                 20

2.Обеспечение безопасности информационных технологий                     26

2.1.Защита от сбоев оборудования                                                               26

2.2.Защита от вредоносных программ                                                         28

2.3.Административные меры защиты                                                          30

3.Программа                                                                                                    31

Заключение                                                                                                     36

Литература                                                                                                      37

ВВЕДЕНИЕ

 

«Кто владеет информацией,

тот владеет миром»

Билл Гейтс.

Термин "безопасность информационных технологий" понимается специалистами по-разному, причем чаще всего имеется в виду какой-то один аспект этой проблемы. Например, с точки зрения производителя источников бесперебойного питания серьезную угрозу для вычислительной системы представляет нестабильность энергосети, а с позиции разработчика антивирусных программ - риск уничтожения бесценных данных. Каждый из этих аспектов, безусловно, заслуживает отдельного изучения, но для потребителя важно обеспечить безопасность вообще, а не только по отдельным рискам.

Перед потребителем стоят конкретные задачи - наладить производственный процесс, бухгалтерский или складской учет, управление финансами и кадрами, т.е. обеспечить бизнес-процесс. И если какая-либо реализация информационных технологий (некая совокупность вычислительных систем, средств связи, специализированного оборудования, программ и т.п.) позволяет решить эту задачу оптимальным способом, потребитель тратит время и деньги на ее внедрение. Но доверив бизнес-процесс информационной системе, он попадает в прямую зависимость от ее работоспособности. Эта зависимость критична ровно настолько, насколько критичен для фирмы соответствующий бизнес-процесс. Другими словами, если по любой причине оказалась неработоспособной система, отвечающая за ключевой бизнес-процесс, то это ставит под угрозу существование всего предприятия. И для потребителя безопасность информационных технологий - это проблема, связанная с обеспечением их правильного и бесперебойного функционирования.

 

МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Криптографические методы

Про­бле­ма за­щи­ты ин­фор­ма­ции пу­тем ее пре­об­ра­зо­ва­ния, исключающего ее про­чте­ние по­сто­рон­ним ли­цом вол­но­ва­ла че­ло­ве­че­ский ум с дав­них вре­мен. История криптографии - ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. Священные книги Древ­него Егип­та, Древ­ней Индии тому примеры.

С широким распространением письменности криптография стала формироваться как самостоятельная наука. Первые криптосистемы встречаются уже в начале нашей эры. Так, Цезарь в своей переписке использовал уже более менее систематический шифр, получивший его имя.

Бурное раз­ви­тие крип­то­гра­фи­че­ские сис­те­мы по­лу­чи­ли в го­ды пер­вой и вто­рой ми­ро­вых войн. Начиная с послевоенного времени и по нынешний день появление вычислительных средств ускорило разработку и совершенствование криптографических методов.

По­че­му про­бле­ма ис­поль­зо­ва­ния крип­то­гра­фи­че­ских ме­то­дов в информационных системах (ИС) ста­ла в на­стоя­щий мо­мент осо­бо ак­ту­аль­на?

С од­ной сто­ро­ны, рас­ши­ри­лось ис­поль­зо­ва­ние ком­пь­ю­тер­ных се­тей, в частности глобальной сети Интернет, по ко­то­рым пе­ре­да­ют­ся боль­шие объ­е­мы ин­фор­ма­ции го­су­дар­ст­вен­но­го, во­ен­но­го, ком­мер­че­ско­го и ча­ст­но­го ха­рак­те­ра, не до­пус­каю­ще­го воз­мож­ность дос­ту­па к ней по­сто­рон­них лиц.

С дру­гой сто­ро­ны, по­яв­ле­ние но­вых мощ­ных ком­пь­ю­те­ров, тех­но­ло­гий се­те­вых и ней­рон­ных вы­чис­ле­ний сде­ла­ло воз­мож­ным дис­кре­ди­та­цию криптографических сис­тем еще не­дав­но счи­тав­ших­ся прак­ти­че­ски не раскрываемыми.

Про­бле­мой защиты информации путем ее преобразования за­ни­ма­ет­ся крип­то­ло­гия (kryptos - тай­ный, logos - нау­ка). Криптология раз­де­ля­ет­ся на два на­прав­ле­ния - крип­то­гра­фию и крип­тоа­на­лиз. Це­ли этих на­прав­ле­ний прямо про­ти­во­по­лож­ны.

Крип­то­гра­фия за­ни­ма­ет­ся по­ис­ком и ис­сле­до­ва­ни­ем ма­те­ма­ти­че­ских ме­то­дов пре­об­ра­зо­ва­ния ин­фор­ма­ции.

Сфе­ра ин­те­ре­сов криптоанализа - ис­сле­до­ва­ние воз­мож­но­сти рас­шиф­ро­вы­ва­ния ин­фор­ма­ции без зна­ния клю­чей.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

1. Симметричные криптосистемы.

2. Криптосистемы с открытым ключом.

3. Системы электронной подписи.

4. Управление ключами.

Основные направления использования криптографических методов - передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хра­не­ние ин­фор­ма­ции (до­ку­мен­тов, баз данных) на но­си­те­лях в за­шиф­ро­ван­ном ви­де.

Симметричные криптосистемы

Все мно­го­об­ра­зие су­ще­ст­вую­щих крип­то­гра­фи­че­ских ме­то­дов мож­но све­сти к сле­дую­щим клас­сам пре­об­ра­зо­ва­ний(рис.1):

 

Рисунок 1.

Под­ста­нов­ки

 

Наи­бо­лее про­стой вид пре­об­ра­зо­ва­ний, за­клю­чаю­щий­ся в за­ме­не сим­во­лов ис­ход­но­го тек­ста на другие (того же алфавита) по бо­лее или ме­нее слож­но­му пра­ви­лу. Для обес­пе­че­ния вы­со­кой крип­то­стой­ко­сти тре­бу­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние боль­ших клю­чей.

Подстановка Цезаря

 

Подстановка Цезаря является самым простым вариантом подстановки. Она относится к группе моноалфавитных подстановок.

Определение. Подмножество C_m={C _k: 0£ k <m} симметрической группы SYM(Z_m), содержащее m подстановок

C _k: j®(j+ k) (mod m), 0£ k < m,

называется подстановкой Цезаря.

Умножение коммутативно, C _k C_j=C_jC _k =C_{j+ k} , C₀ – идентичная подстановка, а обратной к C_к является C _k ^-1=C_{m- k} , где 0< k <m. Семейство подстановок Цезаря названо по имени римского императора Гая Юлия Цезаря, который поручал Марку Туллию Цицерону составлять послания с использованием 50-буквенного алфавита и подстановки C₃.

Подстановка определяется по таблице замещения, содержащей пары соответствующих букв “исходный текст – шифрованный текст”. Для C₃ подстановки приведены в Табл. 1. Стрелка (à) означает, что буква исходного текста (слева) шифруется при помощи C₃ в букву шифрованного текста (справа).

Определение. Системой Цезаря называется моноалфа­витная подстановка, преобразующая n -грамму исходного текста (x₀, x ₁,..,x_n-1) в n ‑грамму шифрованного текста (y₀,y₁,...,y_n-1) в соответствии с правилом

y_i=C _k (x_i), 0£i<n.

Например, ВЫШЛИТЕ_НОВЫЕ_УКАЗАНИЯ посредством подстановки C₃ преобразуется в еюыолхиврсеюивцнгкгрлб.

Таблица 1.

Аàг	Йàм	Тàх	Ыàю
Бàд	Кàн	Уàц	Ьàя
Вàе	Лàо	Фàч	Эà_
Гàж	Мàп	Хàш	Юàа
Дàз	Нàр	Цàщ	Яàб
Еàи	Оàс	Чàъ	_àв
Жàй	Пàт	Шàы
Зàк	Рàу	Щàь
Иàл	Сàф	Ъàэ

 

При своей несложности система легко уязвима. Если злоумышленник имеет

1) шифрованный и соответ­ствующий исходный текст или

2) шифрованный текст выбранного злоумыш­ленником исходного текста,

то определение ключа и дешифрование исходного текста тривиальны.

Более эффективны обобщения подстановки Цезаря - шифр Хилла и шифр Плэйфера. Они основаны на подстановке не отдельных символов, а 2-грамм (шифр Плэйфера) или n -грамм[1] (шифр Хилла). При более высокой криптостойкости они значительно сложнее для реализации и требуют достаточно большого количества ключевой информации.

Системы с открытым ключом

Как бы ни бы­ли слож­ны и на­деж­ны крип­то­гра­фи­че­ские сис­те­мы - их сла­бое ме­ст при прак­ти­че­ской реа­ли­за­ции - про­блема рас­пре­де­ле­ния клю­чей. Для то­го, что­бы был воз­мо­жен об­мен кон­фи­ден­ци­аль­ной ин­фор­ма­ци­ей ме­ж­ду дву­мя субъ­ек­та­ми ИС, ключ дол­жен быть сге­не­ри­ро­ван од­ним из них, а за­тем ка­ким-то об­ра­зом опять же в кон­фи­ден­ци­аль­ном по­ряд­ке пе­ре­дан дру­го­му. Т.е. в об­щем слу­чае для пе­ре­да­чи клю­ча опять же тре­бу­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние ка­кой-то крип­то­си­сте­мы.

Для ре­ше­ния этой про­бле­мы на ос­но­ве ре­зуль­та­тов, по­лу­чен­ных классической и со­вре­мен­ной ал­геб­рой, бы­ли пред­ло­же­ны сис­те­мы с от­кры­тым клю­чом.

Суть их со­сто­ит в том, что ка­ж­дым ад­ре­са­том ИС ге­не­ри­ру­ют­ся два клю­ча, свя­зан­ные ме­ж­ду со­бой по оп­ре­де­лен­но­му пра­ви­лу. Один ключ объ­яв­ля­ет­ся от­кры­тым, а дру­гой за­кры­тым. От­кры­тый ключ пуб­ли­ку­ет­ся и дос­ту­пен лю­бо­му, кто же­ла­ет по­слать со­об­ще­ние ад­ре­са­ту. Секретный ключ сохраняется в тайне.

Ис­ход­ный текст шиф­ру­ет­ся от­кры­тым клю­чом адресата и пе­ре­да­ет­ся ему. За­шиф­ро­ван­ный текст в прин­ци­пе не мо­жет быть рас­шиф­ро­ван тем же от­кры­тым клю­чом. Де­шиф­ро­ва­ние со­об­ще­ние воз­мож­но толь­ко с ис­поль­зо­ва­ни­ем за­кры­то­го клю­ча, ко­то­рый из­вес­тен толь­ко са­мо­му ад­ре­са­ту(рис.2).

 

Рисунок 2.

 

Крип­то­гра­фи­че­ские сис­те­мы с от­кры­тым клю­чом ис­поль­зу­ют так называемые   не­об­ра­ти­мые или од­но­сто­рон­ние функ­ции, ко­то­рые об­ла­да­ют сле­дую­щим свой­ст­вом: при за­дан­ном зна­че­нии x от­но­си­тель­но про­сто вы­чис­лить зна­че­ние f(x), од­на­ко ес­ли y = f(x), то нет про­сто­го пу­ти для вы­чис­ле­ния зна­че­ния x.

Мно­же­ст­во клас­сов не­об­ра­ти­мых функ­ций и по­ро­ж­да­ет все раз­но­об­ра­зие сис­тем с от­кры­тым клю­чом. Од­на­ко не вся­кая не­об­ра­ти­мая функ­ция го­дит­ся для ис­поль­зо­ва­ния в ре­аль­ных ИС.

В са­мом оп­ре­де­ле­нии не­об­ра­ти­мо­сти при­сут­ст­ву­ет не­оп­ре­де­лен­ность. Под необратимостью понимается не теоретическая необратимость, а практическая невозможность вычислить обратное значение используя современные вычислительные средства за обозримый интервал времени.

По­это­му что­бы га­ран­ти­ро­вать на­деж­ную за­щи­ту ин­фор­ма­ции, к сис­те­мам с от­кры­тым клю­чом (СОК) предъ­яв­ля­ют­ся два важ­ных и оче­вид­ных тре­бо­ва­ния:

1. Пре­об­ра­зо­ва­ние ис­ход­но­го тек­ста долж­но быть не­об­ра­ти­мым и ис­клю­чать его вос­ста­нов­ле­ние на ос­но­ве от­кры­то­го клю­ча.

2. Оп­ре­де­ле­ние за­кры­то­го клю­ча на ос­но­ве от­кры­то­го так­же долж­но быть не­воз­мож­ным на со­вре­мен­ном тех­но­ло­ги­че­ском уров­не. При этом же­ла­тель­на точ­ная ниж­няя оцен­ка сложности (ко­ли­че­ст­ва опе­ра­ций) рас­кры­тия шиф­ра.

Ал­го­рит­мы шиф­ро­ва­ния с от­кры­тым клю­чом по­лу­чи­ли ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние в со­вре­мен­ных ин­фор­ма­ци­он­ных сис­те­мах. Так, ал­го­ритм RSA стал ми­ро­вым стан­дар­том де-фак­то для от­кры­тых сис­тем и ре­ко­мен­до­ван МККТТ.

Вообще же все предлагаемые сегодня криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований:

1. Разложение больших чисел на простые множители.

2. Вычисление логарифма в конечном поле.

3. Вычисление корней алгебраических уравнений.

Здесь же сле­ду­ет от­ме­тить, что ал­го­рит­мы криптосистемы с открытым ключом (СОК) мож­но ис­поль­зо­вать в трех на­зна­че­ни­ях.

1. Как са­мо­стоя­тель­ные сред­ст­ва за­щи­ты пе­ре­да­вае­мых и хра­ни­мых дан­ных.

2. Как сред­ст­ва для рас­пре­де­ле­ния клю­чей. Ал­го­рит­мы СОК бо­лее тру­до­ем­ки, чем тра­ди­ци­он­ные крип­то­си­сте­мы. По­это­му час­то на прак­ти­ке ра­цио­наль­но с по­мо­щью СОК рас­пре­де­лять клю­чи, объ­ем ко­то­рых как ин­фор­ма­ции не­зна­чи­те­лен. А по­том с по­мо­щью обыч­ных ал­го­рит­мов осу­ще­ст­в­лять об­мен боль­ши­ми ин­фор­ма­ци­он­ны­ми по­то­ка­ми.

3. Сред­ст­ва ау­тен­ти­фи­ка­ции поль­зо­ва­те­лей. Ниже рассматриваются наиболее распространенные системы с открытым ключом.

Ал­го­ритм RSA

 

Не­смот­ря на до­воль­но боль­шое чис­ло раз­лич­ных СОК, наиболее популярна - криптосистема RSA, разработанная в 1977 году и по­лу­чив­шая на­зва­ние в честь ее соз­да­те­лей: Рона Ри­ве­ста[4], Ади Ша­ми­ра и Леонарда Эй­дель­ма­на.

Они вос­поль­зо­ва­лись тем фак­том, что на­хо­ж­де­ние боль­ших про­стых чи­сел в вы­чис­ли­тель­ном от­но­ше­нии осу­ще­ст­в­ля­ет­ся лег­ко, но раз­ло­же­ние на мно­жи­те­ли про­из­ве­де­ния двух та­ких чи­сел прак­ти­че­ски не­вы­пол­ни­мо. До­ка­за­но (тео­ре­ма Ра­би­на), что рас­кры­тие шиф­ра RSA эк­ви­ва­лент­но та­ко­му раз­ло­же­нию. По­это­му для лю­бой дли­ны клю­ча мож­но дать ниж­нюю оцен­ку чис­ла опе­ра­ций для рас­кры­тия шиф­ра, а с уче­том про­из­во­ди­тель­но­сти со­вре­мен­ных ком­пь­ю­те­ров оце­нить и не­об­хо­ди­мое на это вре­мя.

Воз­мож­ность га­ран­ти­ро­ван­но оце­нить за­щи­щен­ность ал­го­рит­ма RSA ста­ла од­ной из при­чин по­пу­ляр­но­сти этой СОК на фо­не де­сят­ков дру­гих схем. По­это­му ал­го­ритм RSA ис­поль­зу­ет­ся в бан­ков­ских ком­пь­ю­тер­ных се­тях, осо­бен­но для ра­бо­ты с уда­лен­ны­ми кли­ен­та­ми (об­слу­жи­ва­ние кре­дит­ных кар­то­чек).

В настоящее время алгоритм RSA используется во многих стандартах, среди которых SSL, S-HHT P, S-MIME, S/WAN, STT и P CT.

От­кры­тый ключ пуб­ли­ку­ет­ся и дос­ту­пен ка­ж­до­му, кто же­ла­ет по­слать вла­дель­цу клю­ча со­об­ще­ние, ко­то­рое за­шиф­ро­вы­ва­ет­ся ука­зан­ным ал­го­рит­мом. По­сле шифрования, со­об­ще­ние не­воз­мож­но рас­крыть с по­мо­щью от­кры­то­го клю­ча. Вла­де­лец же за­кры­то­го клю­ча без тру­да мо­жет рас­шиф­ро­вать при­ня­тое со­об­ще­ние.

Практическая реализация RSA

 

В настоящее время алгоритм RSA активно реализуется как в виде самостоятельных криптографических продуктов[5], так и в качестве встроенных средств в популярных приложениях[6].

Важная проблема практической реализации - генерация больших простых чисел. Решение задачи «в лоб» - генерация случайного большого числа n (нечетного) и проверка его делимости на множители от 3 вплоть до n ^0.5. В случае неуспеха следует взять n+2 и так далее.[7]

В принципе в качестве p и q можно использовать «почти» простые числа, то есть числа для которых вероятность того, что они простые, стремится к 1. Но в случае, если использовано составное число, а не простое, криптостойкость RSA падает. Имеются неплохие алгоритмы, которые позволяют генерировать «почти» простые числа с уровнем доверия 2^-100.

Другая проблема - ключи какой длины следует использовать?

Для прак­ти­че­ской реа­ли­за­ции ал­го­рит­мов RSA по­лез­но знать оцен­ки тру­до­ем­ко­сти раз­ло­же­ния про­стых чи­сел раз­лич­ной дли­ны, сде­лан­ные Шроппелем(Табл.2).

 

 

Таблица 2.

lo g 10 n	Число операций	Примечания
50	1.4*10^10	Раскрываем на суперкомпьютерах
100	2.3*10^15	На пределе современных технологий
200	1.2*10^23	За пре­де­ла­ми со­вре­мен­ных тех­но­ло­гий
400	2.7*10^34	Тре­бу­ет су­ще­ст­вен­ных из­ме­не­ний в тех­но­ло­гии
800	1.3*10^51	Не раскрываем

 

В кон­це 1995 го­да уда­лось прак­ти­че­ски реа­ли­зо­вать рас­кры­тие шиф­ра RSA для 500-знач­но­го клю­ча. Для это­го с по­мо­щью се­ти Ин­тер­нет бы­ло за­дей­ст­во­ва­но 1600 ком­пь­ю­те­ров.

Сами авторы RSA рекомендуют использовать следующие размеры модуля n:

· 768 бит - для частных лиц;

· 1024 бит - для коммерческой информации;

· 2048 бит - для особо секретной информации.[8]

Третий немаловажный аспект реализации RSA - вычислительный. Ведь приходится использовать аппарат длинной арифметики. Если используется ключ длиной k бит, то для операций по открытому ключу требуется О(k ²) операций, по закрытому ключу - О(k ³) операций, а для генерации новых ключей требуется О(k ⁴) операций.

Криптографический пакет BSAFE 3.0 (RSA D.S.) на компьютере Pentium-90 осуществляет шифрование со скоростью 21.6 Кбит/c для 512-битного ключа и со скоростью 7.4 Кбит/c для 1024 битного. Самая «быстрая» аппаратная реализация обеспечивает скорости в 60 раз больше.

По сравнению с тем же алгоритмом DES, RSA требует в тысячи и десятки тысяч раз большее время.

Криптосистема Эль-Гамаля

 

Данная система является альтернативой RSA и при равном значении ключа обеспечивает ту же криптостойкость[9].

В отличие от RSA метод Эль-Гамаля основан на проблеме дискретного логарифма. Этим он похож на алгоритм Диффи-Хелмана. Если возводить число в степень в конечном поле достаточно легко, то восстановить аргумент по значению (то есть найти логарифм) довольно трудно.

Основу системы составляют параметры p и g - числа, первое из которых - простое, а второе - целое.

 Генерируем секретный ключ а и вычисляем открытый ключ y = g ^а mod p. Если необходимо послать сообщение m, то  выбирается случайное число k, меньшее p и вычисляется

y₁ = g^k mod p и    

y₂ = m Å y^k,

где Å означает побитовое сложение по модулю 2. Затем  посылаем (y ₁, y ₂). Получив зашифрованное сообщение, восстанавливаем его:

m = (y ₁ ^a mod p) Å y ₂.

Алгоритм цифровой подписи DSA, разработанный NIST (National In s titute of Standa r d and Technolo g y) и являющийся частью стандарта DSS частично опирается на рассмотренный метод.

Электронная подпись

 

В чем со­сто­ит про­бле­ма ау­тен­ти­фи­ка­ции дан­ных?

В кон­це обыч­но­го пись­ма или до­ку­мен­та ис­пол­ни­тель или от­вет­ст­вен­ное ли­цо обыч­но ста­вит свою под­пись. По­доб­ное дей­ст­вие обыч­но пре­сле­ду­ет две це­ли. Во-пер­вых, по­лу­ча­тель име­ет воз­мож­ность убе­дить­ся в ис­тин­но­сти пись­ма, сли­чив под­пись с имею­щим­ся у не­го об­раз­цом. Во-вто­рых, лич­ная под­пись яв­ля­ет­ся юри­ди­че­ским га­ран­том ав­тор­ст­ва до­ку­мен­та. По­след­ний ас­пект осо­бен­но ва­жен при за­клю­че­нии раз­но­го ро­да тор­го­вых сде­лок, со­став­ле­нии до­ве­рен­но­стей, обя­за­тельств и т.д.

Ес­ли под­де­лать под­пись че­ло­ве­ка на бу­ма­ге весь­ма не­про­сто, а ус­та­но­вить ав­тор­ст­во под­пи­си со­вре­мен­ны­ми кри­ми­на­ли­сти­че­ски­ми ме­то­да­ми - тех­ни­че­ская де­таль, то с под­пи­сью элек­трон­ной де­ло об­сто­ит ина­че. Под­де­лать це­поч­ку би­тов, про­сто ее ско­пи­ро­вав, или не­за­мет­но вне­сти не­ле­галь­ные ис­прав­ле­ния в до­ку­мент смо­жет лю­бой поль­зо­ва­тель.

С ши­ро­ким рас­про­стра­не­ни­ем в со­вре­мен­ном ми­ре элек­трон­ных форм до­ку­мен­тов (в том чис­ле и кон­фи­ден­ци­аль­ных) и средств их об­ра­бот­ки осо­бо ак­ту­аль­ной ста­ла про­бле­ма ус­та­нов­ле­ния под­лин­но­сти и ав­тор­ст­ва без­бу­маж­ной до­ку­мен­та­ции.

В раз­де­ле крип­то­гра­фи­че­ских сис­тем с от­кры­тым клю­чом бы­ло по­ка­за­но, что при всех пре­иму­ще­ст­вах со­вре­мен­ных сис­тем шиф­ро­ва­ния они не по­зво­ля­ют обес­пе­чить ау­тен­ти­фи­ка­цию дан­ных. По­это­му сред­ст­ва ау­тен­ти­фи­ка­ции долж­ны ис­поль­зо­вать­ся в ком­плек­се и крип­то­гра­фи­че­ски­ми ал­го­рит­ма­ми.

Иногда нет необходимости зашифровывать передаваемое сообщение, но нужно его скрепить электронной подписью. В этом случае текст шифруется закрытым ключом отправителя и полученная цепочка символов прикрепляется к документу. Получатель с помощью открытого ключа отправителя расшифровывает подпись и сверяет ее с текстом(рис.3).

 

Рисунок 3.

 

В 1991 г. Национальный институт стандартов и технологии (NIST)предложил для появившегося тогда алгоритма цифровой подписи DSA (Di g ital Si g natu r e Al g o r ithm) стандарт DSS (Di g ital Si g natu r e Standa r d), в основу которого положены алгоритмы Эль-Гамаля и RSA. [10]

 

Квантовая криптография

   

    Идеи квантового компьютера и квантовой криптографии возникли через сто лет после рождения квантовой физики. Возможность построения квантовых компьютеров и систем связи подтверждается современными теоретическими и экспериментальными исследованиями.

    Одной из основных проблем современной криптографии является безопасное распределение ключей, в частности защита от атак типа «человек посередине» при использовании алгоритмов с открытым ключом. Перед началом безопасного «общения» происходит обмен ключами. Это должно произойти так, чтобы никакая третья сторона не смогла узнать даже его части или дать вместо ваших ключей свои, фальшивые, чтобы тайно читать переписку. Задача безопасной пересылки ключей может быть решена с помощью квантовой рассылки ключей QKD (Quantum Key Distribution). Надежность метода основана на нерушимости законов квантовой механики, злоумышленник никаким способом не сможет отвести часть сигнала с передающей линии, так как нельзя поделить электромагнитный квант на части. Любая попытка третьей стороны вмешаться в процесс передачи вызовет очень высокий уровень ошибок. Как говорят специалисты, степень надежности в данной методике выше, чем в случае применения алгоритмов с парными ключами (например, RSA).

    Первый протокол квантовой криптографии (BB84) был предложен и опубликован в 1984 году Беннетом (IBM) и Брассардом (идея была развита Экертом в 1991 году). В основе метода квантовой криптографии лежит наблюдение квантовых состояний фотонов. Отправитель задает эти состояния, а Получатель их регистрирует. Затем Получатель и Отправитель совместно обсуждают наблюдений. Обсуждение касается ошибок, внесенных шумами или злоумышленником, и не раскрывает содержимого переданного сообщения.

    В качестве источника света может использоваться  светоизлучающий диод или лазер. Свет формируется в виде коротких импульсов. Поляризация каждого импульса модулируется Отправителем. Получатель измеряет поляризацию фотонов и сообщает Отправителю, какую последовательность базовых состояний он использовал. Отправитель уведомляет Получателя о том, какие базовые состояния использованы корректно.

    Более эффективной проверкой является проверка на четность, осуществляемая по открытому каналу (в качестве открытого канала могут использоваться обычные телефонные линии, линии радиосвязи и локальные сети). Например, Отправитель может сообщить: «Я просмотрел 1-й, 2-й, 10-й … и 99-й из моих 1000 битов данных, и они содержат четное число единиц». Тогда Получатель подсчитывает число единиц на тех же самых позициях. Если данные у Получателя и Отправителя отличаются, то проверка на четность случайного подмножества этих данных выявит этот факт с вероятностью 0,5 независимо от числа и положения ошибок. Достаточно повторить такой тест 20 раз с 20 случайными подмножествами, чтобы сделать вероятность необнаруженной ошибки очень малой.

    В 1989 году Беннет и Брассард в Исследовательском центре IBM построили первую работающую квантово-криптографическую систему (ККС). Она состояла из квантового канала, содержащего передатчик Отправителя на одном конце и приемник Получателя на другом, размещенные на оптической скамье длиной около метра в светонепроницаемом полутораметровом кожухе размером 0,5х0,5 м. квантовый канал представлял собой воздушный канал длиной около 32 см. Макет управлялся с ПК, который содержал программное представление Отправителя и Получателя, а также злоумышленника. Передача сообщения через воздушную среду завершилась успешно. Основная проблема при увеличении расстояния между передатчиком и приемником – сохранение поляризации фотонов. Сейчас в рабочих системах используется оптоволокно.

    Работы в области квантовой криптографии ведутся во многих странах. В России этими вопросами занимаются в Государственном университете теле коммуникаций. В США в Лос-Аламосской   национальной лаборатории создана линия связи длиной 48 км, в которой осуществляется распределение ключей со скоростью несколько десятков Кбит/с, а в университете Дж.Хопкинса реализована локальная вычислительная сеть с квантовым каналом связи длиной 1 км, в которой достигнута скорость передачи 5 Кбит/с. В Великобритании, в Оксфордском университете, реализован целый ряд макетов ККС с использованием различных методов модуляции и детектирования оптических сигналов.

    Компания MagicQ представила систему Navajo, совершеннейшую из существующих квантовых шифровальных систем. Это первая коммерчески доступная система квантовой криптографии. Основной продукт – MagicQ VPN Security Gateway – шлюз для организации VPN с использованием квантовой криптографии. Система поддерживает до 100 обменов ключами в секунду, максимальное расстояние между точками – 120 км.

    Технология использует отдельные фотоны для передачи цифровых ключей, широко используемых для кодирования секретных документов. Фотоны настолько чувствительны к внешнему воздействию, что при попытке отследить их во время передачи, их поведение мгновенно изменится, оповещая Отправителя и Получателя и отменяя перехваченный код.

    Второе относительно широко доступное на сегодня решение – от компании idQuantique. Она предлагает системы распределения ключей, генераторы случайных чисел и детекторы фотонов.

    Интерес к квантовой криптографии со стороны коммерческих и военных организаций растет, так как эта технология гарантирует абсолютную защиту.      

Шифрование дисков

Зашифрованный диск – это файл-контейнер, внутри которого могут находиться любые другие файлы или программы (они могут быть установлены и запущены прямо из этого зашифрованного файла). Этот диск доступен только после ввода пароля к файлу-контейнеру – тогда на компьютере появляется еще один диск, опознаваемый системой как логический и работа с которым не отличается от работы с любым другим диском. После отключения диска логический диск исчезает, он просто становится «невидимым».

На сегодняшний день наиболее распространенные программы для создания зашифрованных дисков – DriveCrypt, BestCrypt и PGPdisk. Каждая из них надежно защищена от удаленного взлома.

Общие черты программ:

· Все изменения информации в файле-контейнере происходят сначала в оперативной памяти, т.е. жесткий диск всегда остается зашифрованным. Даже в случае зависания компьютера секретные данные так и остаются зашифрованными.

· Программы могут блокировать скрытый логический диск по истечении определенного промежутка времени.

· Все они недоверчиво относятся к временным файлам (своп-файлам). Есть возможность зашифровать всю конфиденциальную информацию, которая могла попасть в своп-файл. Очень эффективный метод скрытия информации, хранящейся в своп-файле – это вообще отключить его, при этом не забыв нарастить оперативную память компьютера.

· Физика жесткого диска такова, что даже если поверх одних данных записать другие, то предыдущая запись полностью не сотрется. С помощью современных средств магнитной микроскопии (Magnetic Force Microscopy – MFM) их все равно можно восстановить. С помощью этих программ можно надежно удалять файлы с жесткого диска, не оставляя никаких следов их существования.

· Все три программы сохраняют конфиденциальные данные в надежно зашифрованном виде на жестком диске и обеспечивают прозрачный доступ к этим данным из любой прикладной программы.

· Они защищают зашифрованные файлы-контейнеры от случайного удаления.

· Отлично справляются с троянскими приложениями и вирусами.

Преимущества DriveCrypt:

· Знает алгоритмы: AES, Blowfish, Tea 16, DES, Triple DES, Square, Misty.

· Последняя версия программы DriveCrypt (DriveCrypt Plus Pack) имеет возможность ввода пароля при загрузке BIOS.

· Имеет защиту от клавиатурных шпионов, реализованную на уровне драйвера системы.

· При шифровании данных имя файла-контейнера можно задавать любое имя и расширение.

· С помощью DriveCrypt файл-контейнер можно поместить в любой графический или звуковой файл. Таким образом файла-контейнера вообще не видно на жестком диске, и никто не сможет определить, какой программой шифруется информация на компьютере.

Преимущества BestCrypt:

· Знает алгоритмы: Rijndael, Blowfish, Twofish, ГОСТ 28147-89.

· К программе можно подключать свои алгоритмы шифрования и процедуры проверки пароля. Можно создавать свои собственные виртуальные драйверы, являющиеся «родными» для операционной системы.

· Есть возможность создать скрытый зашифрованный диск внутри другого зашифрованного диска.

Преимущества PGPdisk:

· Является приложением PGP (криптографической системы) и использует собственные ключи для шифрования.

· Высокая стойкость к попыткам любого рода дешифрации кода.

· Широкая распространенность PGP.

Метод парольной защиты

        

Законность запроса пользователя определяется по па­ролю, представляющему собой, как правило, строку знаков. Метод паролей считается достаточно слабым, так как пароль может стать объектом хищения, пере­хвата, перебора, угадывания. Однако простота метода стимулирует поиск путей его усиления.

    Для повышения эффективности парольной защиты рекомендуется:

· выбирать пароль длиной более 6 символов, избегая распространенных, легко угадываемых слов, имен, дат и т.п.;

· использовать специальные символы;

· пароли, хранящиеся на сервере, шифровать при помощи односторонней функции;

· файл паролей размещать в особо защищаемой об­ласти ЗУ ЭВМ, закрытой для чтения пользователями;

· границы между смежными паролями маскируются;

· комментарии файла паролей следует хранить отдель­но от файла;

· периодически менять пароли;

· предусмотреть возможность насильственной смены паролей со стороны системы через определенный про­межуток времени;

· использовать несколько пользовательских паролей: собственно пароль, персональный идентификатор, пароль для блокировки/разблокировки аппаратуры при кратковременном отсутствии и т.п.

В качестве более сложных парольных методов ис­пользуется случайная выборка символов пароля и од­норазовое использование паролей. В первом случае пользователю (устройству) выделяется достаточно длинный пароль, причем каждый раз для опознавания используется часть пароля, выбираемая случайно. При одноразовом использовании пароля пользователю вы­деляется не один, а большое количество паролей, каж­дый из которых используется по списку или по случай­ной выборке один раз.                                   В действительно распределенной среде, где пользо­ватели имеют доступ к нескольким серверам, базам данных и даже обладают правами удаленной регистра­ции, защита настолько осложняется, что администра­тор все это может увидеть лишь в кош­марном сне.

Возможности SSL

        

    На сегодняшний день крупными поставщиками программных средств разработаны различные механизмы дл решения широкого спектра вопросов по обеспечению общей безопасности информации в Internet. Самый известный и наиболее развитый среди них - протокол Secure Socket Layer (SSL), предложенный фирмой Netscape. Широкое его распространение обусловлено не только значительным влиянием на рынке самой компании Netscape, но и реализацией SSL другими крупным фирмам - IBM, Microsoft и даже Spyglass. Они внедрили этот протокол в свои прикладные системы, предназначенные для работы в системах с архитектурой клиент-сервер.

    Последняя ее версия - SSL 2.0 - учитывает два наиболее важных аспекта защиты информации в сети: задачи аутентификации и шифрования. Аутентификация необходима для подтверждения того, что пользователь и сервер именно те, за кого себя выдают. Для пользователя это обычно означает лишь ввод своего идентификатора (сетевого "имени") и пароля. Однако аутентификация предполагает не просто старомодную идентификацию пользователя в начале сеанса связи. Любопытный хакер мог бы "подслушать" по каналу связи эти незамысловатые процессы при подключении терминала и перехватить пароль и идентификатор пользователя. Для избавления от этого зла используется механизм шифрования на ходу и пароля, и идентификатора перед их отправкой по сети (см. "How Secure Is Encrypted Data?", PC Magazine, October 25, 1994). Механизм SSL и методы аутентификации типа PAP или CHAR, используемых во многих системах удален