Основные виды криптографической защиты информации. Что такое скзи: особенности, функции и где используется

Средства криптографической защиты информации, или сокращенно СКЗИ, используются для обеспечения всесторонней защиты данных, которые передаются по линиям связи. Для этого необходимо соблюсти авторизацию и защиту электронной подписи, аутентификацию сообщающихся сторон с использованием протоколов TLS и IPSec, а также защиту самого канала связи при необходимости.

В России использование криптографических средств защиты информации по большей части засекречено, поэтому общедоступной информации касательно этой темы мало.

Методы, применяемые в СКЗИ

• Авторизация данных и обеспечение сохранности их юридической значимости при передаче или хранении. Для этого применяют алгоритмы создания электронной подписи и ее проверки в соответствии с установленным регламентом RFC 4357 и используют сертификаты по стандарту X.509.
• Защита конфиденциальности данных и контроль их целостности. Используется асимметричное шифрование и имитозащита, то есть противодействие подмене данных. Соблюдается ГОСТ Р 34.12-2015.
• Защита системного и прикладного ПО. Отслеживание несанкционированных изменений или неверного функционирования.
• Управление наиболее важными элементами системы в строгом соответствии с принятым регламентом.
• Аутентификация сторон, обменивающихся данными.
• Защита соединения с использованием протокола TLS.
• Защита IP-соединений при помощи протоколов IKE, ESP, AH.

Подробным образом методы описаны в следующих документах: RFC 4357, RFC 4490, RFC 4491.

Механизмы СКЗИ для информационной защиты

1. Защита конфиденциальности хранимой или передаваемой информации происходит применением алгоритмов шифрования.
2. При установлении связи идентификация обеспечивается средствами электронной подписи при их использовании во время аутентификации (по рекомендации X.509).
3. Цифровой документооборот также защищается средствами электронной подписи совместно с защитой от навязывания или повтора, при этом осуществляется контроль достоверности ключей, используемых для проверки электронных подписей.
4. Целостность информации обеспечивается средствами цифровой подписи.
5. Использование функций асимметричного шифрования позволяет защитить данные. Помимо этого для проверки целостности данных могут быть использованы функции хеширования или алгоритмы имитозащиты. Однако эти способы не поддерживают определения авторства документа.
6. Защита от повторов происходит криптографическими функциями электронной подписи для шифрования или имитозащиты. При этом к каждой сетевой сессии добавляется уникальный идентификатор, достаточно длинный, чтобы исключить его случайное совпадение, и реализуется проверка принимающей стороной.
7. Защита от навязывания, то есть от проникновения в связь со стороны, обеспечивается средствами электронной подписи.
8. Прочая защита - против закладок, вирусов, модификаций операционной системы и т. д. - обеспечивается с помощью различных криптографических средств, протоколов безопасности, антивирусных ПО и организационных мероприятий.

Как можно заметить, алгоритмы электронной подписи являются основополагающей частью средства криптографической защиты информации. Они будут рассмотрены ниже.

Требования при использовании СКЗИ

СКЗИ нацелено на защиту (проверкой электронной подписи) открытых данных в различных информационных системах общего использования и обеспечения их конфиденциальности (проверкой электронной подписи, имитозащитой, шифрованием, проверкой хеша) в корпоративных сетях.

Персональное средство криптографической защиты информации используется для охраны персональных данных пользователя. Однако следует особо выделить информацию, касающуюся государственной тайны. По закону СКЗИ не может быть использовано для работы с ней.

Важно: перед установкой СКЗИ первым делом следует проверить сам пакет обеспечения СКЗИ. Это первый шаг. Как правило, целостность пакета установки проверяется путем сравнения контрольных сумм, полученных от производителя.

После установки следует определиться с уровнем угрозы, исходя из чего можно определить необходимые для применения виды СКЗИ: программные, аппаратные и аппаратно-программные. Также следует учитывать, что при организации некоторых СКЗИ необходимо учитывать размещение системы.

Классы защиты

Согласно приказу ФСБ России от 10.07.14 под номером 378, регламентирующему применение криптографических средств защиты информации и персональных данных, определены шесть классов: КС1, КС2, КС3, КВ1, КВ2, КА1. Класс защиты для той или иной системы определяется из анализа данных о модели нарушителя, то есть из оценки возможных способов взлома системы. Защита при этом строится из программных и аппаратных средств криптографической защиты информации.

АУ (актуальные угрозы), как видно из таблицы, бывают 3 типов:

1. Угрозы первого типа связаны с недокументированными возможностями в системном ПО, используемом в информационной системе.
2. Угрозы второго типа связаны с недокументированными возможностями в прикладном ПО, используемом в информационной системе.
3. Угрозой третьего типа называются все остальные.

Недокументированные возможности - это функции и свойства программного обеспечения, которые не описаны в официальной документации или не соответствуют ей. То есть их использование может повышать риск нарушения конфиденциальности или целостности информации.

Для ясности рассмотрим модели нарушителей, для перехвата которых нужен тот или иной класс средств криптографической защиты информации:

• КС1 - нарушитель действует извне, без помощников внутри системы.
• КС2 - внутренний нарушитель, но не имеющий доступа к СКЗИ.
• КС3 - внутренний нарушитель, который является пользователем СКЗИ.
• КВ1 - нарушитель, который привлекает сторонние ресурсы, например специалистов по СКЗИ.
• КВ2 - нарушитель, за действиями которого стоит институт или лаборатория, работающая в области изучения и разработки СКЗИ.
• КА1 - специальные службы государств.

Таким образом, КС1 можно назвать базовым классом защиты. Соответственно, чем выше класс защиты, тем меньше специалистов, способных его обеспечивать. Например, в России, по данным за 2013 год, существовало всего 6 организаций, имеющих сертификат от ФСБ и способных обеспечивать защиту класса КА1.

Используемые алгоритмы

Рассмотрим основные алгоритмы, используемые в средствах криптографической защиты информации:

• ГОСТ Р 34.10-2001 и обновленный ГОСТ Р 34.10-2012 - алгоритмы создания и проверки электронной подписи.
• ГОСТ Р 34.11-94 и последний ГОСТ Р 34.11-2012 - алгоритмы создания хеш-функций.
• ГОСТ 28147-89 и более новый ГОСТ Р 34.12-2015 - реализация алгоритмов шифрования и имитозащиты данных.
• Дополнительные криптографические алгоритмы находятся в документе RFC 4357.

Электронная подпись

Применение средства криптографической защиты информации невозможно представить без использования алгоритмов электронной подписи, которые набирают все большую популярность.

Электронная подпись - это специальная часть документа, созданная криптографическими преобразованиями. Ее основной задачей являются выявление несанкционированного изменения и определение авторства.

Сертификат электронной подписи - это отдельный документ, который доказывает подлинность и принадлежность электронной подписи своему владельцу по открытому ключу. Выдача сертификата происходит удостоверяющими центрами.

Владелец сертификата электронной подписи - это лицо, на имя которого регистрируется сертификат. Он связан с двумя ключами: открытым и закрытым. Закрытый ключ позволяет создать электронную подпись. Открытый ключ предназначен для проверки подлинности подписи благодаря криптографической связи с закрытым ключом.

Виды электронной подписи

По Федеральному закону № 63 электронная подпись делится на 3 вида:

• обычная электронная подпись;
• неквалифицированная электронная подпись;
• квалифицированная электронная подпись.

Простая ЭП создается за счет паролей, наложенных на открытие и просмотр данных, или подобных средств, косвенно подтверждающих владельца.

Неквалифицированная ЭП создается с помощью криптографических преобразований данных при помощи закрытого ключа. Благодаря этому можно подтвердить лицо, подписавшее документ, и установить факт внесения в данные несанкционированных изменений.

Квалифицированная и неквалифицированная подписи отличаются только тем, что в первом случае сертификат на ЭП должен быть выдан сертифицированным ФСБ удостоверяющим центром.

Область использования электронной подписи

В таблице ниже рассмотрены сферы применения ЭП.

Активнее всего технологии ЭП применяются в обмене документами. Во внутреннем документообороте ЭП выступает в роли утверждения документов, то есть как личная подпись или печать. В случае внешнего документооборота наличие ЭП критично, так как является юридическим подтверждением. Стоит также отметить, что документы, подписанные ЭП, способны храниться бесконечно долго и не утрачивать своей юридической значимости из-за таких факторов, как стирающиеся подписи, испорченная бумага и т. д.

Отчетность перед контролирующими органами - это еще одна сфера, в которой наращивается электронный документооборот. Многие компании и организации уже оценили удобство работы в таком формате.

По закону Российской Федерации каждый гражданин вправе пользоваться ЭП при использовании госуслуг (например, подписание электронного заявления для органов власти).

Онлайн-торги - еще одна интересная сфера, в которой активно применяется электронная подпись. Она является подтверждением того факта, что в торгах участвует реальный человек и его предложения могут рассматриваться как достоверные. Также важным является то, что любой заключенный контракт при помощи ЭП приобретает юридическую силу.

Алгоритмы электронной подписи

• Full Domain Hash (FDH) и Public Key Cryptography Standards (PKCS). Последнее представляет собой целую группу стандартных алгоритмов для различных ситуаций.
• DSA и ECDSA - стандарты создания электронной подписи в США.
• ГОСТ Р 34.10-2012 - стандарт создания ЭП в РФ. Данный стандарт заменил собой ГОСТ Р 34.10-2001, действие которого официально прекратилось после 31 декабря 2017 года.
• Евразийский союз пользуется стандартами, полностью аналогичными российским.
• СТБ 34.101.45-2013 - белорусский стандарт для цифровой электронной подписи.
• ДСТУ 4145-2002 - стандарт создания электронной подписи в Украине и множество других.

Стоит также отметить, что алгоритмы создания ЭП имеют различные назначения и цели:

• Групповая электронная подпись.
• Одноразовая цифровая подпись.
• Доверенная ЭП.
• Квалифицированная и неквалифицированная подпись и пр.

Конфиденциальность информации характеризуется такими, казалось бы, противоположными показателями, как доступность и скрытность. Методы, обеспечивающие доступность информации для пользователей, рассмотрены в разделе 9.4.1. В настоящем разделе рассмотрим способы обеспечения скрытности информации. Данное свойство информации характеризуется степенью маскировки информации и отражает ее способность противостоять раскрытию смысла информационных массивов, определению структуры хранимого информационного массива или носителя (сигнала-переносчика) передаваемого информационного массива и установлению факта передачи информационного массива по каналам связи. Критериями оптимальности при этом, как правило, являются:

минимизация вероятности преодоления («взлома») защиты;

максимизация ожидаемого безопасного времени до «взлома» подсистемы защиты;

минимизация суммарных потерь от «взлома» защиты и затрат на разработку и эксплуатацию соответствующих элементов подсистемы контроля и защиты информации и т.п.

Обеспечить конфиденциальность информации между абонентами в общем случае можно одним из трех способов:

создать абсолютно надежный, недоступный для других канал связи между абонентами;

использовать общедоступный канал связи, но скрыть сам факт передачи информации;

использовать общедоступный канал связи, но передавать по нему информацию в преобразованном виде, причем преобразовать ее надо так, чтобы восстановить ее мог только адресат.

Первый вариант практически нереализуем из-за высоких материальных затрат на создание такого канала между удаленными абонентами.

Одним из способов обеспечения конфиденциальности передачи информации является стеганография . В настоящее время она представляет одно из перспективных направлений обеспечения конфиденциальности хранящейся или передаваемой информации в компьютерных системах за счет маскирования закрытой информации в открытых файлах, прежде всего мультимедийных.

Разработкой методов преобразования (шифрования) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей занимается криптография .

Криптография (иногда употребляют термин криптология) – область знаний, изучающая тайнопись (криптография) и методы ее раскрытия (криптоанализ). Криптография считается разделом математики.

До недавнего времени все исследования в этой области были только закрытыми, но в последние несколько лет стало появляться всё больше публикаций в открытой печати. Отчасти смягчение секретности объясняется тем, что стало уже невозможным скрывать накопленное количество информации. С другой стороны, криптография всё больше используется в гражданских отраслях, что требует раскрытия сведений.

9.6.1. Принципы криптографии. Цель криптографической системы заключается в том, чтобы зашифровать осмысленный исходный текст (также называемый открытым текстом), получив в результате совершенно бессмысленный на взгляд шифрованный текст (шифртекст, криптограмма). Получатель, которому он предназначен, должен быть способен расшифровать (говорят также «дешифровать») этот шифртекст, восстановив, таким образом, соответствующий ему открытый текст. При этом противник (называемый также криптоаналитиком) должен быть неспособен раскрыть исходный текст. Существует важное отличие между расшифрованием (дешифрованием) и раскрытием шифртекста.

Криптографические методы и способы преобразования информации называются шифрами . Раскрытием криптосистемы (шифра) называется результат работы криптоаналитика, приводящий к возможности эффективного раскрытия любого, зашифрованного с помощью данной криптосистемы, открытого текста. Степень неспособности криптосистемы к раскрытию называется ее стойкостью.

Вопрос надёжности систем защиты информации очень сложный. Дело в том, что не существует надёжных тестов, позволяющих убедиться в том, что информация защищена достаточно надёжно. Во-первых, криптография обладает той особенностью, что на «вскрытие» шифра зачастую нужно затратить на несколько порядков больше средств, чем на его создание. Следовательно, тестовые испытания системы криптозащиты не всегда возможны. Во-вторых, многократные неудачные попытки преодоления защиты вовсе не означают, что следующая попытка не окажется успешной. Не исключён случай, когда профессионалы долго, но безуспешно бились над шифром, а некий новичок применил нестандартный подход – и шифр дался ему легко.

В результате такой плохой доказуемости надёжности средств защиты информации на рынке очень много продуктов, о надёжности которых невозможно достоверно судить. Естественно, их разработчики расхваливают на все лады своё произведение, но доказать его качество не могут, а часто это и невозможно в принципе. Как правило, недоказуемость надёжности сопровождается ещё и тем, что алгоритм шифрования держится в секрете.

На первый взгляд, секретность алгоритма служит дополнительным обеспечением надёжности шифра. Это аргумент, рассчитанный на дилетантов. На самом деле, если алгоритм известен разработчикам, он уже не может считаться секретным, если только пользователь и разработчик – не одно лицо. К тому же, если вследствие некомпетентности или ошибок разработчика алгоритм оказался нестойким, его секретность не позволит проверить его независимым экспертам. Нестойкость алгоритма обнаружится только тогда, когда он будет уже взломан, а то и вообще не обнаружится, ибо противник не спешит хвастаться своими успехами.

Поэтому криптограф должен руководствоваться правилом, впервые сформулированным голландцем О. Керкгоффсом: стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа. Иными словами, правило О. Керкгхоффса состоит в том, что весь механизм шифрования, кроме значения секретного ключа априори считается известным противнику.

Другое дело, что возможен метод защиты информации (строго говоря, не относящийся к криптографии), когда скрывается не алгоритм шифровки, а сам факт того, что сообщение содержит зашифрованную (скрытую в нём) информацию. Такой приём правильнее назвать маскировкой информации. Он будет рассмотрен отдельно.

История криптографии насчитывает несколько тысяч лет. Потребность скрывать написанное появилась у человека почти сразу, как только он научился писать. Широко известным историческим примером криптосистемы является так называемый шифр Цезаря, который представляет собой простую замену каждой буквы открытого текста третьей следующей за ней буквой алфавита (с циклическим переносом, когда это необходимо). Например, A заменялась наD ,B наE ,Z наC .

Несмотря на значительные успехи математики за века, прошедшие со времён Цезаря, тайнопись вплоть до середины XX века не сделала существенных шагов вперёд. В ней бытовал дилетантский, умозрительный, ненаучный подход.

Например, в XX веке широко применялись профессионалами «книжные» шифры, в которых в качестве ключа использовалось какое-либо массовое печатное издание. Надо ли говорить, как легко раскрывались подобные шифры! Конечно, с теоретической точки зрения, «книжный» шифр выглядит достаточно надёжным, поскольку множество его перебрать которое вручную невозможно. Однако, малейшая априорная информация резко сужает этот выбор.

Кстати, об априорной информации. Во время Великой Отечественной войны, как известно, Советский Союз уделял значительное внимание организации партизанского движения. Почти каждый отряд в тылу врага имел радиостанцию, а также то или иное общение с «большой землей». Имевшиеся у партизан шифры были крайне нестойкими – немецкие дешифровщики расшифровывали их достаточно быстро. А это, как известно, выливалось в боевые поражения и потери. Партизаны оказались хитры и изобретательны и в этой области тоже. Приём был предельно прост. В исходном тексте сообщения делалось большое количество грамматических ошибок, например, писали: «прошсли тры эшшелона з тнками». При верной расшифровке для русского человека всё было понятно. Но криптоаналитики противника перед подобным приёмом оказались бессильны: перебирая возможные варианты, они встречали невозможное для русского языка сочетание «тнк» и отбрасывали данный вариант как заведомо неверный.

Этот, казалось бы, доморощенный приём, на самом деле, очень эффективен и часто применяется даже сейчас. В исходный текст сообщения подставляются случайные последовательности символов, чтобы сбить с толку криптоаналитические программы, работающие методом перебора или изменить статистические закономерности шифрограммы, которые также могут дать полезную информацию противнику. Но в целом всё же можно сказать, что довоенная криптография была крайне слаба и на звание серьёзной науки претендовать не могла.

Однако жёстокая военная необходимость вскоре заставила учёных вплотную заняться проблемами криптографии и криптоанализа. Одним из первых существенных достижений в этой области была немецкая пишущая машинка «Энигма», которая фактически являлась механическим шифратором и дешифратором с достаточно высокой стойкостью.

Тогда же, в период второй мировой войны появились и первые профессиональные службы дешифровки. Самая известная из них – «Блечли-парк», подразделение английской службы разведки «МИ-5».

9.6.2. Типы шифров. Все методы шифровки можно разделить на две группы: шифры с секретным ключом и шифры с открытым ключом. Первые характеризуются наличием некоторой информации (секретного ключа), обладание которой даёт возможность как шифровать, так и расшифровывать сообщения. Поэтому они именуются также одноключевыми. Шифры с открытым ключом подразумевают наличие двух ключей – для расшифровки сообщений. Эти шифры называют также двухключевыми.

Правило зашифрования не может быть произвольным. Оно должно быть таким, чтобы по шифртексту с помощью правила расшифрования можно было однозначно восстановить открытое сообщение. Однотипные правила зашифрования можно объединить в классы. Внутри класса правила различаются между собой по значениям некоторого параметра, которое может быть числом, таблицей и т.д. В криптографии конкретное значение такого параметра обычно называют ключом .

По сути дела, ключ выбирает конкретное правило зашифрования из данного класса правил. Это позволяет, во-первых, при использовании для шифрования специальных устройств изменять значение параметров устройства, чтобы зашифрованное сообщение не смогли расшифровать даже лица, имеющие точно такое же устройство, но не знающие выбранного значения параметра, и во-вторых, позволяет своевременно менять правило зашифрования, так как многократное использование одного и того же правила зашифрования для открытых текстов создает предпосылки для получения открытых сообщений по шифрованным.

Используя понятие ключа, процесс зашифрования можно описать в виде соотношения:

где A – открытое сообщение;B – шифрованное сообщение;f – правило шифрования;α – выбранный ключ, известный отправителю и адресату.

Для каждого ключа α шифрпреобразованиедолжно быть обратимым, то есть должно существовать обратное преобразование, которое при выбранном ключеα однозначно определяет открытое сообщениеA по шифрованному сообщениюB :

(9.0)

Совокупность преобразований и набор ключей, которым они соответствуют, называютшифром . Среди всех шифров можно выделить два больших класса: шифры замены и шифры перестановки. В настоящее время для защиты информации в автоматизированных системах широко используются электронные шифровальные устройства. Важной характеристикой таких устройств является не только стойкость реализуемого шифра, но и высокая скорость осуществления процесса шифрования и расшифрования.

Иногда смешивают два понятия: шифрование икодирование . В отличие от шифрования, для которого надо знать шифр и секретный ключ, при кодировании нет ничего секретного, есть только определенная замена букв или слов на заранее определенные символы. Методы кодирования направлены не на то, чтобы скрыть открытое сообщение, а на то, чтобы представить его в более удобном виде для передачи по техническим средствам связи, для уменьшения длины сообщения, защиты искажений и т.д.

Шифры с секретным ключом . Этот тип шифров подразумевает наличие некоторой информации (ключа), обладание которой позволяет как зашифровать, так и расшифровать сообщение.

С одной стороны, такая схема имеет те недостатки, что необходимо кроме открытого канала для передачи шифрограммы наличие также секретного канала для передачи ключа, кроме того, при утечке информации о ключе, невозможно доказать, от кого из двух корреспондентов произошла утечка.

С другой стороны, среди шифров именно этой группы есть единственная в мире схема шифровки, обладающая абсолютной теоретической стойкостью. Все прочие можно расшифровать хотя бы в принципе. Такой схемой является обычная шифровка (например, операцией XOR) с ключом, длина которого равна длине сообщения. При этом ключ должен использоваться только раз. Любые попытки расшифровать такое сообщение бесполезны, даже если имеется априорная информация о тексте сообщения. Осуществляя подбор ключа, можно получить в результате любое сообщение.

Шифры с открытым ключом . Этот тип шифров подразумевает наличие двух ключей – открытого и закрытого; один используется для шифровки, другой для расшифровки сообщений. Открытый ключ публикуется – доводится до сведения всех желающих, секретный же ключ хранится у его владельца и является залогом секретности сообщений. Суть метода в том, что зашифрованное при помощи секретного ключа может быть расшифровано лишь при помощи открытого и наоборот. Ключи эти генерируются парами и имеют однозначное соответствие друг другу. Причём из одного ключа невозможно вычислить другой.

Характерной особенностью шифров этого типа, выгодно отличающих их от шифров с секретным ключом, является то, что секретный ключ здесь известен лишь одному человеку, в то время как в первой схеме он должен быть известен, по крайней мере, двоим. Это даёт такие преимущества:

не требуется защищённый канал для пересылки секретного ключа;

вся связь осуществляется по открытому каналу;

наличие единственной копии ключа уменьшает возможности его утраты и позволяет установить чёткую персональную ответственность за сохранение тайны;

наличие двух ключей позволяет использовать данную шифровальную систему в двух режимах – секретная связь и цифровая подпись.

Простейшим примером рассматриваемых алгоритмов шифровки служит алгоритм RSA. Все другие алгоритмы этого класса отличаются от него непринципиально. Можно сказать, что, по большому счёту,RSAявляется единственным алгоритмом с открытым ключом.

9.6.3. Алгоритм RSA. RSA(назван по имени авторов –Rivest, Shamir и Alderman) – это алгоритм с открытым ключом (public key), предназначенный как для шифрования, так и для аутентификации (цифровой подписи). Данный алгоритм разработан в 1977 году и основан на разложении больших целых чисел на простые сомножители (факторизации).

RSA– очень медленный алгоритм. Для сравнения, на программном уровнеDESпо меньше мере в 100 раз быстрееRSA; на аппаратном – в 1 000-10 000 раз, в зависимости от выполнения.

Алгоритм RSAзаключается в следующем. Берутся два очень больших простых числаp иq . Определяетсяn как результат умноженияp наq (n =p q ). Выбирается большое случайное целое числоd , взаимно простое сm , где
. Определяется такое числоe , что
. Назовем открытым ключомe иn , а секретным ключом – числаd иn .

Теперь, чтобы зашифровать данные по известному ключу {e ,n }, необходимо сделать следующее:

разбить шифруемый текст на блоки, каждый из которых может быть представлен в виде числа M (i )=0,1,…,n -1;

зашифровать текст, рассматриваемый как последовательность чисел M (i ) по формулеC (i )=(M (i )) modn ;

чтобы расшифровать эти данные, используя секретный ключ {d ,n }, необходимо выполнить следующие вычисленияM (i )=(C (i ))modn .

В результате будет получено множество чисел M (i ), которые представляют собой исходный текст.

Пример. Рассмотрим применение методаRSAдля шифрования сообщения: «ЭВМ». Для простоты будем применять очень маленькие числа (на практике используются намного большие числа – от 200 и выше).

Выберем p =3 иq =11. Определимn =3×11=33.

Найдем (p -1)×(q -1)=20. Следовательно, в качествеd выберем любое число, которое является взаимно простым с 20, напримерd =3.

Выберем число e . В качестве такого числа может быть взято любое число, для которого выполняется соотношение (e ×3) mod 20=1, например, 7.

Представим шифруемое сообщение как последовательность целых чисел в диапазоне 1…32. Пусть буква «Э» изображается числом 30, буква «В» – числом 3, а буква «М» – числом 13. Тогда исходное сообщение можно представить в виде последовательности чисел {30 03 13}.

Зашифруем сообщение, используя ключ {7,33}.

С1=(307) mod 33=21870000000 mod 33=24,

С2=(37) mod 33=2187 mod 33=9,

С3=(137) mod 33=62748517 mod 33=7.

Таким образом, зашифрованное сообщение имеет вид {24 09 07}.

Решим обратную задачу. Расшифруем сообщение {24 09 07}, полученное в результате зашифрования по известному ключу, на основе секретного ключа {3,33}:

М1=(24 3) mod 33=13824 mod 33=30,

М2=(9 3) mod 33=739 mod 33=9,

М3=(7 3)mod33=343mod33=13.

Таким образом, в результате расшифрования сообщения получено исходное сообщение «ЭВМ».

Криптостойкость алгоритма RSAосновывается на предположении, что исключительно трудно определить секретный ключ по известному, поскольку для этого необходимо решить задачу о существовании делителей целого числа. Данная задача являетсяNP-полной и, как следствие этого факта, не допускает в настоящее время эффективного (полиномиального) решения. Более того, сам вопрос существования эффективных алгоритмов решенияNP-полных задач до настоящего времени открыт. В связи с этим для чисел, состоящих из 200 цифр (а именно такие числа рекомендуется использовать), традиционные методы требуют выполнения огромного числа операций (порядка 1023).

Алгоритм RSA(рис. 9.2) запатентован в США. Его использование другими лицами не разрешено (при длине ключа свыше 56 бит). Правда, справедливость такого установления можно поставить под вопрос: как можно патентовать обычное возведение в степень? Но, тем не менее,RSAзащищён законами об авторских правах.

Рис. 9.2. Схема шифрования

Сообщение, зашифрованное при помощи открытого ключа какого-либо абонента, может быть расшифровано только им самим, поскольку только он обладает секретным ключом. Таким образом, чтобы послать закрытое сообщение, вы должны взять открытый ключ получателя и зашифровать сообщение на нём. После этого даже вы сами не сможете его расшифровать.

9.6.4. Электронная подпись. Когда мы действуем наоборот, то есть шифруем сообщение при помощи секретного ключа, то расшифровать его может любой желающий (взяв ваш открытый ключ). Но сам факт того, что сообщение было зашифровано вашим секретным ключом, служит подтверждением, что исходило оно именно от вас – единственного в мире обладателя секретного ключа. Этот режим использования алгоритма называется цифровой подписью.

С точки зрения технологии, электронная цифровая подпись – это программно-криптографическое (то есть соответствующим образом зашифрованное) средство, позволяющее подтвердить, что подпись, стоящая на том или ином электронном документе, поставлена именно его автором, а не каким-либо другим лицом. Электронная цифровая подпись представляет собой набор знаков, генерируемый по алгоритму, определенному ГОСТ Р 34.0-94 и ГОСТ Р 34.-94. Одновременно электронная цифровая подпись позволяет убедиться в том, что подписанная методом электронной цифровой подписи информация не была изменена в процессе пересылки и была подписана отправителем именно в том виде, в каком вы ее получили.

Процесс электронного подписания документа (рис. 9.3) довольно прост: массив информации, который необходимо подписать, обрабатывается специальным программным обеспечением с использованием так называемого закрытого ключа. Далее зашифрованный массив отправляется по электронной почте и при получении проверяется соответствующим открытым ключом. Открытый ключ позволяет проверить сохранность массива и удостовериться в подлинности электронной цифровой подписи отправителя. Считается, что данная технология имеет 100% защиту от взлома.

Рис. 9.3. Схема процесса электронного подписания документа

Секретный ключ (код) есть у каждого субъекта, имеющего право подписи, и может храниться на дискете или смарт-карте. Открытый ключ используется получателями документа для проверки подлинности электронной цифровой подписи. При помощи электронной цифровой подписи можно подписывать отдельные файлы или фрагменты баз данных.

В последнем случае программное обеспечение, реализующее электронную цифровую подпись, должно встраиваться в прикладные автоматизированные системы.

Согласно новому закону, процедура сертификации средств электронной цифровой подписи и сертификации самой подписи четко регламентирована.

Это означает, что наделенный соответствующими полномочиями государственный орган должен подтвердить, что то или иное программное обеспечение для генерации электронной цифровой подписи действительно вырабатывает (или проверяет) только электронную цифровую подпись и ничего другого; что соответствующие программы не содержат вирусов, не скачивают у контрагентов информацию, не содержат «жучков» и гарантируют от взлома. Сертификация самой подписи означает, что соответствующая организация – удостоверяющий центр – подтверждает, что данный ключ принадлежит именно данному лицу.

Подписывать документы можно и без указанного сертификата, но в случае возникновения судебного разбирательства доказывать что-либо будет сложно. Сертификат в таком случае незаменим, так как сама подпись данных о своем владельце не содержит.

К примеру, гражданин А и гражданинВ заключили договор на сумму 10000 рублей и заверили договор своими ЭЦП. ГражданинА свое обязательство не выполнил. Обиженный гражданинВ , привыкший действовать в рамках правового поля, идет в суд, где подтверждается достоверность подписи (соответствие открытого ключа закрытому). Однако гражданинА заявляет, что закрытый ключ вообще не его. При возникновении подобного прецедента с обычной подписью проводится графологическая экспертиза, в случае же с ЭЦП необходимо третье лицо или документ, с помощью которого можно подтвердить, что подпись действительно принадлежит данному лицу. Именно для этого и предназначен сертификат открытого ключа.

На сегодня одними из наиболее популярных программных средств, реализующих основные функции электронной цифровой подписи, являются системы «Верба» и «КриптоПРО CSP».

9.6.5. ХЭШ-функция. Как было показано выше, шифр с открытым ключом может использоваться в двух режимах: шифровки и цифровой подписи. Во втором случае не имеет смысла шифровать весь текст (данные) при помощи секретного ключа. Текст оставляют открытым, а шифруют некую «контрольную сумму» этого текста, в результате чего образуется блок данных, представляющий собой цифровую подпись, которая добавляется в конец текста или прилагается к нему в отдельном файле.

Упомянутая «контрольная сумма» данных, которая и «подписывается» вместо всего текста, должна вычисляться из всего текста, чтобы изменение любой буквы отражалось на ней. Во-вторых, указанная функция должна быть односторонняя, то есть вычислимая лишь «в одну сторону». Это необходимо для того, чтобы противник не смог целенаправленно изменять текст, подгоняя его под имеющуюся цифровую подпись.

Такая функция называется Хэш-функцией , которая так же, как и криптоалгоритмы, подлежит стандартизации и сертификации. В нашей стране она регламентируется ГОСТ Р-3411.Хэш-функция – функция, осуществляющая хэширование массива данных посредством отображения значений из (очень) большого множества значений в (существенно) меньшее множество значений. Кроме цифровой подписи хэш-функции используются и в других приложениях. Например, при обмене сообщениями удалённых компьютеров, когда требуется аутентификация пользователя, может применяться метод, основанный на хэш-функции.

Пусть Хэш-код создается функциейН :

,

где М является сообщением произвольной длины иh является хэш-кодом фиксированной длины.

Рассмотрим требования, которым должна соответствовать хэш-функция для того, чтобы она могла использоваться в качестве аутентификатора сообщения. Рассмотрим очень простой пример хэш-функции. Затем проанализируем несколько подходов к построению хэш-функции.

Хэш-функция Н , которая используется для аутентификации сообщений, должна обладать следующими свойствами:

Н (M ) должна применяться к блоку данных любой длины;

Н (M ) создавать выход фиксированной длины;

Н (M ) относительно легко (за полиномиальное время) вычисляется для любого значенияМ ;

для любого данного значения хэш-кода h невозможно найтиM такое, чтоН (M ) =h ;

для любого данного х вычислительно невозможно найтиy ≠x , чтоH (y ) =H (x );

вычислительно невозможно найти произвольную пару (х ,y ) такую, чтоH (y ) =H (x ).

Первые три свойства требуют, чтобы хэш-функция создавала хэш-код для любого сообщения.

Четвертое свойство определяет требование односторонности хэш-функции: легко создать хэш-код по данному сообщению, но невозможно восстановить сообщение по данному хэш-коду. Это свойство важно, если аутентификация с использованием хэш-функции включает секретное значение. Само секретное значение может не посылаться, тем не менее, если хэш-функция не является односторонней, противник может легко раскрыть секретное значение следующим образом.

Пятое свойство гарантирует, что невозможно найти другое сообщение, чье значение хэш-функции совпадало бы со значением хэш-функции данного сообщения. Это предотвращает подделку аутентификатора при использовании зашифрованного хэш-кода. В данном случае противник может читать сообщение и, следовательно, создать его хэш-код. Но так как противник не владеет секретным ключом, он не имеет возможности изменить сообщение так, чтобы получатель этого не обнаружил. Если данное свойство не выполняется, атакующий имеет возможность выполнить следующую последовательность действий: перехватить сообщение и его зашифрованный хэш-код, вычислить хэш-код сообщения, создать альтернативное сообщение с тем же самым хэш-кодом, заменить исходное сообщение на поддельное. Поскольку хэш-коды этих сообщений совпадают, получатель не обнаружит подмены.

Хэш-функция, которая удовлетворяет первым пяти свойствам, называется простой илислабой хэш-функцией. Если, кроме того, выполняется шестое свойство, то такая функция называетсясильной хэш-функцией. Шестое свойство защищает против класса атак, известных как атака «день рождения».

Все хэш-функции выполняются следующим образом. Входное значение (сообщение, файл и т.п.) рассматривается как последовательность n -битных блоков. Входное значение обрабатывается последовательно блок за блоком, и создаетсяm- битное значение хэш-кода.

Одним из простейших примеров хэш-функции является побитный XORкаждого блока:

С i = b i 1 XOR b i2 XOR. . . XOR b ik ,

где С i – i -й бит хэш-кода, i = 1, …, n ;

k – числоn -битных блоков входа;

b ij –i -й бит вj -м блоке.

В результате получается хэш-код длины n , известный как продольный избыточный контроль. Это эффективно при случайных сбоях для проверки целостности данных.

9.6.6. DES И ГОСТ-28147. DES (Data Encryption Standart) – это алгоритм с симметричными ключами, т.е. один ключ используется как для шифровки, так и для расшифровки сообщений. Разработан фирмой IBM и утвержден правительством США в 1977 как официальный стандарт для защиты информации, не составляющей государственную тайну.

DES имеет блоки по 64 бит, основан на 16-кратной перестановке данных, для шифрования использует ключ длиной 56 бит. Существует несколько режимов DES, например Electronic Code Book (ECB) и Cipher Block Chaining (CBC). 56 бит – это 8 семибитовых ASCII-символов, т.е. пароль не может быть больше чем 8 букв. Если вдобавок использовать только буквы и цифры, то количество возможных вариантов будет существенно меньше максимально возможных 256.

Один из шагов алгоритма DES . Входной блок данных делится пополам на левую (L" ) и правую (R" ) части. После этого формируется выходной массив так, что его левая частьL"" представлена правой частьюR" входного, а праваяR"" формируется как суммаL" иR" операцийXOR. Далее, выходной массив шифруется перестановкой с заменой. Можно убедиться, что все проведенные операции могут быть обращены и расшифровывание осуществляется за число операций, линейно зависящее от размера блока. Схематично алгоритм представлен на рис. 9.4.

Рис. 9.4. Схема алгоритма DES

После нескольких таких преобразований можно считать, что каждый бит выходного блока шифровки может зависеть от каждого бита сообщения.

В России есть аналог алгоритма DES, работающий по тому же принципу секретного ключа. ГОСТ 28147 разработан на 12 лет позже DES и имеет более высокую степень защиты. Их сравнительные характеристики представлены в табл. 9.3.

Таблица 9.3

9.6.7. Стеганография. Стеганография – это метод организации связи, который собственно скрывает само наличие связи. В отличие от криптографии, где неприятель точно может определить является ли передаваемое сообщение зашифрованным текстом, методы стеганографии позволяют встраивать секретные сообщения в безобидные послания так, чтобы невозможно было заподозрить существование встроенного тайного послания.

Слово «стеганография» в переводе с греческого буквально означает «тайнопись» (steganos – секрет, тайна; graphy – запись). К ней относится огромное множество секретных средств связи, таких как невидимые чернила, микрофотоснимки, условное расположение знаков, тайные каналы и средства связи на плавающих частотах и т.д.

Стеганография занимает свою нишу в обеспечении безопасности: она не заменяет, а дополняет криптографию. Сокрытие сообщения методами стеганографии значительно снижает вероятность обнаружения самого факта передачи сообщения. А если это сообщение к тому же зашифровано, то оно имеет еще один, дополнительный, уровень защиты.

В настоящее время в связи с бурным развитием вычислительной техники и новых каналов передачи информации появились новые стеганографические методы, в основе которых лежат особенности представления информации в компьютерных файлах, вычислительных сетях и т. п. Это дает нам возможность говорить о становлении нового направления – компьютерной стеганографии.

Несмотря на то, что стеганография как способ сокрытия секретных данных известна уже на протяжении тысячелетий, компьютерная стеганография – молодое и развивающееся направление.

Стеганографическая система или стегосистема – совокупность средств и методов, которые используются для формирования скрытого канала передачи информации.

При построении стегосистемы должны учитываться следующие положения:

Противник имеет полное представление о стеганографической системе и деталях ее реализации. Единственной информацией, которая остается неизвестной потенциальному противнику, является ключ, с помощью которого только его держатель может установить факт присутствия и содержание скрытого сообщения.

Если противник каким-то образом узнает о факте существования скрытого сообщения, это не должно позволить ему извлечь подобные сообщения в других данных до тех пор, пока ключ хранится в тайне.

Потенциальный противник должен быть лишен каких-либо технических и иных преимуществ в распознавании или раскрытии содержания тайных сообщений.

Обобщенная модель стегосистемы представлена на рис. 9.5.

Рис. 9.5. Обобщенная модель стегосистемы

В качестве данных может использоваться любая информация: текст, сообщение, изображение и т. п.

В общем же случае целесообразно использовать слово «сообщение», так как сообщением может быть как текст или изображение, так и, например, аудиоданные. Далее для обозначения скрываемой информации будем использовать именно термин сообщение.

Контейнер – любая информация, предназначенная для сокрытия тайных сообщений.

Стегоключ или просто ключ – секретный ключ, необходимый для сокрытия информации. В зависимости от количества уровней защиты (например, встраивание предварительно зашифрованного сообщения) в стегосистеме может быть один или несколько стегоключей.

По аналогии с криптографией, по типу стегоключа стегосистемы можно подразделить на два типа:

с секретным ключом;

с открытым ключом.

В стегосистеме с секретным ключом используется один ключ, который должен быть определен либо до начала обмена секретными сообщениями, либо передан по защищенному каналу.

В стегосистеме с открытым ключом для встраивания и извлечения сообщения используются разные ключи, которые различаются таким образом, что с помощью вычислений невозможно вывести один ключ из другого. Поэтому один ключ (открытый) может передаваться свободно по незащищенному каналу связи. Кроме того, данная схема хорошо работает и при взаимном недоверии отправителя и получателя.

В настоящее время можно выделить три тесно связанных между собой и имеющих одни корни направления приложения стеганографии:сокрытие данных (сообщений),цифровые водяные знаки изаголовки .

Сокрытие внедряемых данных , которые в большинстве случаев имеют большой объем, предъявляет серьезные требования к контейнеру: размер контейнера в несколько раз должен превышать размер встраиваемых данных.

Цифровые водяные знаки используются для защиты авторских или имущественных прав на цифровые изображения, фотографии или другие оцифрованные произведения искусства. Основными требованиями, которые предъявляются к таким встроенным данным, являются надежность и устойчивость к искажениям. Цифровые водяные знаки имеют небольшой объем, однако, с учетом указанных выше требований, для их встраивания используются более сложные методы, чем для встраивания просто сообщений или заголовков.

Заголовки используются в основном для маркирования изображений в больших электронных хранилищах (библиотеках) цифровых изображений, аудио- и видеофайлов. В данном случае стеганографические методы используются не только для внедрения идентифицирующего заголовка, но и иных индивидуальных признаков файла. Внедряемые заголовки имеют небольшой объем, а предъявляемые к ним требования минимальны: заголовки должны вносить незначительные искажения и быть устойчивы к основным геометрическим преобразованиям.

Компьютерная тайнопись основывается на нескольких принципах:

Сообщение можно послать, используя шумовое кодирование. Оно будет трудно определимо на фоне аппаратных шумов в телефонной линии или сетевых кабелях.

Сообщение можно поместить в пустоты файлов или диска без потери их функциональности. Исполнимые файлы имеют многосегментную структуру исполнимого кода, между пустотами сегментов можно вставить кучу байт. Так прячет свое тело вирус WinCIH. Файл всегда занимает целое число кластеров на диске, поэтому физическая и логическая длина файла редко совпадают. В этот промежуток тоже можно записать что-нибудь. Можно отформатировать промежуточную дорожку диска и поместить на нее сообщение. Есть способ проще, который состоит в том, что в конец строки HTML или текстового файла можно добавить определенное количество пробелов, несущих информационную нагрузку.

Органы чувств человека неспособны различить малые изменения в цвете, изображении или звуке. Это применяют к данным, несущим избыточную информацию. Например, 16-битный звук или 24-битное изображение. Изменение значений битов, отвечающих за цвет пикселя, не приведет к заметному изменению цвета. Сюда же можно отнести метод скрытых гарнитур шрифтов. Делаются малозаметные искажения в очертаниях букв, которые будут нести смысловую нагрузку. В документ Microsoft Word можно вставить похожие символы, содержащие скрытое послание.

Самый распространенный и один из самых лучших программных продуктов для стеганографии – это S-Tools (статус freeware). Он позволяет прятать любые файлы в файлы форматов GIF, BMP и WAV. Осуществляет регулируемое сжатие (архивирование) данных. Кроме того, производит шифрацию с использованием алгоритмов MCD, DES, тройной-DES, IDEA (по выбору). Графический файл остается без видимых изменений, только изменяются оттенки. Звук тоже остается без заметных изменений. Даже при возникновении подозрений невозможно установить факт применения S-Tools, не зная пароля.

9.6.8. Сертификация и стандартизация криптосистем. Все государства уделяют пристальное внимание вопросам криптографии. Наблюдаются постоянные попытки наложить некие рамки, запреты и прочие ограничения на производство, использование и экспорт криптографических средств. Например, в России лицензируется ввоз и вывоз средств защиты информации, в частности, криптографических средств, согласно Указу Президента Российской Федерации от 3 апреля 1995 г. № 334 и постановлению Правительства Российской Федерации от 15 апреля 1994 г. № 331.

Как уже было сказано, криптосистема не может считаться надёжной, если не известен полностью алгоритм её работы. Только зная алгоритм, можно проверить, устойчива ли защита. Однако проверить это может лишь специалист, да и то зачастую такая проверка настолько сложна, что бывает экономически нецелесообразна. Как же обычному пользователю, не владеющему математикой, убедиться в надёжности криптосистемы, которой ему предлагают воспользоваться?

Для неспециалиста доказательством надёжности может служить мнение компетентных независимых экспертов. Отсюда возникла система сертификации. Ей подлежат все системы защиты информации, чтобы ими могли официально пользоваться предприятия и учреждения. Использовать несертифицированные системы не запрещено, но в таком случае вы принимаете на себя весь риск, что она окажется недостаточно надёжной или будет иметь «чёрные ходы». Но чтобы продавать средства информационной защиты, сертификация необходима. Такие положения действуют в России и в большинстве стран.

У нас единственным органом, уполномоченным проводить сертификацию, является Федеральное агентство правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации (ФАПСИ). Орган этот подходит к вопросам сертификации очень тщательно. Совсем мало разработок сторонних фирм смогли получить сертификат ФАПСИ.

Кроме того, ФАПСИ лицензирует деятельность предприятий, связанную с разработкой, производством, реализацией и эксплуатацией шифровальных средств, а также защищенных технических средств хранения, обработки и передачи информации, предоставлением услуг в области шифрования информации (Указ Президента РФ от 03.04.95 № 334 «О мерах по соблюдению законности в области разработки производства, реализации и эксплуатации шифровальных средств, а также предоставления услуг в области шифрования информации»; и Закон РФ «О федеральных органах правительственной связи и информации»).

Для сертификации необходимым условием является соблюдение стандартов при разработке систем защиты информации. Стандарты выполняют сходную функцию. Они позволяют, не проводя сложных, дорогостоящих и даже не всегда возможных исследований, получить уверенность, что данный алгоритм обеспечивает защиту достаточной степени надёжности.

9.6.9. Шифрованные архивы. Многие прикладные программы включают функцию шифрования. Приведем примеры некоторых программных средств, обладающих возможностями шифровки.

Программы-архиваторы (например, WinZip) имеют опцию шифровки архивируемой информации. Ею можно пользоваться для не слишком важной информации. Во-первых, используемые там методы шифровки не слишком надёжны (подчиняются официальным экспортным ограничениям), во-вторых, детально не описаны. Всё это не позволяет всерьёз рассчитывать на такую защиту. Архивы с паролем можно использовать только для "обычных" пользователей или некритичной информации.

На некоторых сайтах в интернете вы можете найти программы для вскрытия зашифрованных архивов. Например, архив ZIP вскрывается на хорошем компьютере за несколько минут, при этом от пользователя не требуется никакой особой квалификации.

Примечание. Программы для подбора паролей: Ultra Zip Password Cracker 1.00 – Быстродействующая программа для подбора паролей к зашифрованным архивам. Русский/английский интерфейс. Win"95/98/NT. (Разработчик – «m53group»). Advanced ZIP Password Recovery 2.2 – Мощная программа для подбора паролей к ZIP-архивам. Высокая скорость работы, графический интерфейс, дополнительные функции. ОС: Windows95/98/NT. Фирма-разработчик – «ElcomLtd.»,shareware.

Шифровка в MS Word и MS Excel . Фирма Microsoft включила в свои продукты некоторое подобие криптозащиты. Но эта защита весьма нестойка. К тому же, алгоритм шифровки не описан, что является показателем ненадёжности. Кроме того, имеются данные, что Microsoft оставляет в используемых криптоалгоритмах «чёрный ход». Если необходимо расшифровать файл, пароль к которому утрачен, можно обратиться в фирму. По официальному запросу, при достаточных основаниях они проводят расшифровку файлов MS Word и MS Excel. Так, кстати, поступают и некоторые другие производители программного обеспечения.

Шифрованные диски (каталоги) . Шифровка – достаточно надёжный метод защиты информации на жёстком диске. Однако если количество закрываемой информации не исчерпывается двумя-тремя файлами, то с ней работать достаточно сложно: каждый раз нужно будет файлы расшифровывать, а после редактирования – зашифровывать обратно. При этом на диске могут остаться страховочные копии файлов, которые создают многие редакторы. Поэтому удобно использовать специальные программы (драйверы), которые автоматически зашифровывают и расшифровывают всю информацию при записи её на диск и чтении с диска.

В заключение отметим, что политика безопасности определяется как совокупность документированных управленческих решений, направленных на защиту информации и ассоциированных с ней ресурсов. При разработке и проведении ее в жизнь целесообразно руководствоваться следующими основными принципами:

Невозможность миновать защитные средства . Все информационные потоки в защищаемую сеть и из нее должны проходить через средства защиты. Не должно быть тайных модемных входов или тестовых линий, идущих в обход защиты.

Усиление самого слабого звена . Надежность любой защиты определяется самым слабым звеном, так как злоумышленники взламывают именно его. Часто самым слабым звеном оказывается не компьютер или программа, а человек, и тогда проблема обеспечения информационной безопасности приобретает нетехнический характер.

Невозможность перехода в небезопасное состояние . Принцип невозможности перехода в небезопасное состояние означает, что при любых обстоятельствах, в том числе нештатных, защитное средство либо полностью выполняет свои функции, либо полностью блокирует доступ.

Минимизация привилегий . Принцип минимизации привилегий предписывает выделять пользователям и администраторам только те права доступа, которые необходимы им для выполнения служебных обязанностей.

Разделение обязанностей . Принцип разделения обязанностей предполагает такое распределение ролей и ответственности, при котором один человек не может нарушить критически важный для организации процесс.

Эшелонированность обороны . Принцип эшелонированности обороны предписывает не полагаться на один защитный рубеж. Эшелонированная оборона способна по крайней мере задержать злоумышленника и существенно затруднить незаметное выполнение вредоносных действий.

Разнообразие защитных средств . Принцип разнообразия защитных средств рекомендует организовывать различные по своему характеру оборонительные рубежи, чтобы от потенциального злоумышленника требовалось овладение разнообразными, по возможности, несовместимыми между собой навыками.

Простота и управляемость информационной системы . Принцип простоты и управляемости гласит, что только в простой и управляемой системе можно проверить согласованность конфигурации разных компонентов и осуществить централизованное администрирование.

Обеспечение всеобщей поддержки мер безопасности . Принцип всеобщей поддержки мер безопасности носит нетехнический характер. Если пользователи и/или системные администраторы считают информационную безопасность чем-то излишним или враждебным, то режим безопасности сформировать заведомо не удастся. Следует с самого начала предусмотреть комплекс мер, направленный на обеспечение лояльности персонала, на постоянное теоретическое и практическое обучение.

Термин "криптография" происходит от древнегреческих слов «скрытый» и «пишу». Словосочетание выражает основное назначение криптографии - это защита и сохранение тайны переданной информации. Защита информации может происходить различными способами. Например, путем ограничения физического доступа к данным, скрытия канала передачи, создания физических трудностей подключения к линиям связи и т. д.

Цель криптографии

В отличие от традиционных способов тайнописи, криптография предполагает полную доступность канала передачи для злоумышленников и обеспечивает конфиденциальность и подлинность информации с помощью алгоритмов шифрования, делающих информацию недоступной для постороннего прочтения. Современная система криптографической защиты информации (СКЗИ) - это программно-аппаратный компьютерный комплекс, обеспечивающий защиту информации по следующим основным параметрам.

• Конфиденциальность - невозможность прочтения информации лицами, не имеющими соответствующих прав доступа. Главным компонентом обеспечения конфиденциальности в СКЗИ является ключ (key), представляющий собой уникальную буквенно-числовую комбинацию для доступа пользователя в определенный блок СКЗИ.
• Целостность - невозможность несанкционированных изменений, таких как редактирование и удаление информации. Для этого к исходной информации добавляется избыточность в виде проверочной комбинации, вычисляемой по криптографическому алгоритму и зависящая от ключа. Таким образом, без знания ключа добавление или изменение информации становится невозможным.
• Аутентификация - подтверждение подлинности информации и сторон, ее отправляющих и получающих. Передаваемая по каналам связи информация должна быть однозначно аутентифицирована по содержанию, времени создания и передачи, источнику и получателю. Следует помнить, что источником угроз может быть не только злоумышленник, но и стороны, участвующие в обмене информацией при недостаточном взаимном доверии. Для предотвращения подобных ситуации СКЗИ использует систему меток времени для невозможности повторной или обратной отсылки информации и изменения порядка ее следования.

• Авторство - подтверждение и невозможность отказа от действий, совершенных пользователем информации. Самым распространенным способом подтверждения подлинности является Система ЭЦП состоит из двух алгоритмов: для создания подписи и для ее проверки. При интенсивной работе с ЭКЦ рекомендуется использование программных удостоверяющих центров для создания и управления подписями. Такие центры могут быть реализованы как полностью независимое от внутренней структуры средство СКЗИ. Что это означает для организации? Это означает, что все операции с обрабатываются независимыми сертифицированными организациями и подделка авторства практически невозможна.

Алгоритмы шифрования

На текущий момент среди СКЗИ преобладают открытые алгоритмы шифрования с использованием симметричных и асимметричных ключей с длиной, достаточной для обеспечения нужной криптографической сложности. Наиболее распространенные алгоритмы:

• симметричные ключи - российский Р-28147.89, AES, DES, RC4;
• асимметричные ключи - RSA;
• с использованием хеш-функций - Р-34.11.94, MD4/5/6, SHA-1/2.

Многие страны имеют свои национальные стандарты В США используется модифицированный алгоритм AES с ключом длиной 128-256 бит, а в РФ алгоритм электронных подписей Р-34.10.2001 и блочный криптографический алгоритм Р-28147.89 с 256-битным ключом. Некоторые элементы национальных криптографических систем запрещены для экспорта за пределы страны, деятельность по разработке СКЗИ требует лицензирования.

Системы аппаратной криптозащиты

Аппаратные СКЗИ - это физические устройства, содержащие в себе программное обеспечение для шифрования, записи и передачи информации. Аппараты шифрации могут быть выполнены в виде персональных устройств, таких как USB-шифраторы ruToken и флеш-диски IronKey, плат расширения для персональных компьютеров, специализированных сетевых коммутаторов и маршрутизаторов, на основе которых возможно построение полностью защищенных компьютерных сетей.

Аппаратные СКЗИ быстро устанавливаются и работают с высокой скоростью. Недостатки - высокая, по сравнению с программными и программно-аппаратными СКЗИ, стоимость и ограниченные возможности модернизации.

Также к аппаратным можно отнести блоки СКЗИ, встроенные в различные устройства регистрации и передачи данных, где требуется шифрование и ограничение доступа к информации. К таким устройствам относятся автомобильные тахометры, фиксирующие параметры автотранспорта, некоторые типы медицинского оборудования и т.д. Для полноценной работы таким систем требуется отдельная активация СКЗИ модуля специалистами поставщика.

Системы программной криптозащиты

Программные СКЗИ - это специальный программный комплекс для шифрования данных на носителях информации (жесткие и флеш-диски, карты памяти, CD/DVD) и при передаче через Интернет (электронные письма, файлы во вложениях, защищенные чаты и т.д.). Программ существует достаточно много, в т. ч. бесплатных, например, DiskCryptor. К программным СКЗИ можно также отнести защищенные виртуальные сети обмена информацией, работающие «поверх Интернет»(VPN), расширение Интернет протокола HTTP с поддержкой шифрования HTTPS и SSL - криптографический протокол передачи информации, широко использующийся в системах IP-телефонии и интернет-приложениях.

Программные СКЗИ в основном используются в сети Интернет, на домашних компьютерах и в других сферах, где требования к функциональности и стойкости системы не очень высоки. Или как в случае с Интернетом, когда приходится одновременно создавать множество разнообразных защищенных соединений.

Программно-аппаратная криптозащита

Сочетает в себе лучшие качества аппаратных и программных систем СКЗИ. Это самый надежный и функциональный способ создания защищенных систем и сетей передачи данных. Поддерживаются все варианты идентификации пользователей, как аппаратные (USB-накопитель или смарт-карта), так и «традиционные» - логин и пароль. Программно-аппаратные СКЗИ поддерживают все современные алгоритмы шифрования, обладают большим набором функций по созданию защищенного документооборота на основе ЭЦП, всеми требуемыми государственными сертификатами. Установка СКЗИ производится квалифицированным персоналом разработчика.

Компания «КРИПТО-ПРО»

Один из лидеров российского криптографического рынка. Компания разрабатывает весь спектр программ по защите информации с использованием ЭЦП на основе международных и российских криптографических алгоритмов.

Программы компании используются в электронном документообороте коммерческих и государственных организаций, для сдачи бухгалтерской и налоговой отчетности, в различных городских и бюджетных программах и т. д. Компанией выдано более 3 млн. лицензий для программы КриптоПРО CSP и 700 лицензий для удостоверяющих центров. «Крипто-ПРО» предоставляет разработчикам интерфейсы для встраивания элементов криптографической защиты в свои и оказывает весь спектр консалтинговых услуг по созданию СКЗИ.

Криптопровайдер КриптоПро

При разработке СКЗИ КриптоПро CSP использовалась встроенная в операционную систему Windows криптографическая архитектура Cryptographic Service Providers. Архитектура позволяет подключать дополнительные независимые модули, реализующие требуемые алгоритмы шифрования. С помощью модулей, работающих через функции CryptoAPI, криптографическую защиту могут осуществлять как программные, так и аппаратные СКЗИ.

Носители ключей

В качестве личных ключей могут использоваться различные такие как:

• смарт-карты и считыватели;
• электронные замки и считыватели, работающие с устройствами Touch Memory;
• различные USB-ключи и сменные USB-накопители;
• файлы системного реестра Windows, Solaris, Linux.

Функции криптопровайдера

СКЗИ КриптоПро CSP полностью сертифицирована ФАПСИ и может использоваться для:

2. Полной конфиденциальности, аутентичности и целостности данных с помощью шифрования и имитационной защиты согласно российским стандартам шифрования и протокола TLS.

3. Проверки и контроля целостности программного кода для предотвращения несанкционированного изменения и доступа.

4. Создания регламента защиты системы.

Криптографическое преобразование - это преобразование информации, основанное на некотором алгоритме, зависящем от изменяемого параметра (обычно называемого секретным ключом), и обладающее свойством невозможности восстановления исходной информации по преобразованной, без знания действующего ключа, с трудоемкостью меньше заранее заданной.

Основным достоинством криптографических методов является то, что они обеспечивают высокую гарантированную стойкость защиты, которую можно рассчитать и выразить в числовой форме (средним числом операций или временем, необходимым для раскрытия зашифрованной информации или вычисления ключей).

К числу основных недостатков криптографических методов следует отнести:

Значительные затраты ресурсов (времени, производительности процессоров) на выполнение криптографических преобразований информации;
. трудности совместного использования зашифрованной (подписанной) информации, связанные с управлением ключами (генерация, распределение и т.д.);
. высокие требования к сохранности секретных ключей и защиты открытых ключей от подмены.

Рисунок 1 Два свойства криптографии с открытыми ключами

Рисунок 2 Схема шифрования в криптографии с открытыми ключами.

Рисунок 3 Схема ЭЦП в криптографии с открытыми ключами.

В процессе передачи по каналу связи была потеряна целостность ЭД;
. при формировании ЭЦП был использован не тот (поддельный) секретный ключ;
. при проверке ЭЦП был использован не тот открытый ключ (в процессе передачи по каналу связи или при дальнейшем его хранении открытый ключ был модифицирован или подменен).

Рисунок 4 Схема комбинированного шифрования.

Рисунок 5 Сертификат х.509.

Наименование и реквизиты центра сертификации ключей (центрального удостоверяющего органа, удостоверяющего центра);
. Свидетельство, что сертификат выдан в Украине;
. Уникальный регистрационный номер сертификата ключа;
. Основные данные (реквизиты) подписчика - собственника приватного (открытого) ключа;
. Дата и время начала и окончания срока действия сертификата;
. Открытый ключ;
. Наименование криптографического алгоритма, используемого владельцем открытого ключа;
. Информацию об ограничении использования подписи;
. Усиленный сертификат ключа, кроме обязательных данных, которые содержатся в сертификате ключа, должен иметь признак усиленного сертификата;
. Другие данные могут вноситься в усиленный сертификат ключа по требованию его владельца.

Проверку доверия эмитенту сертификата и срока его действия;
. проверку ЭЦП эмитента под сертификатом;
. проверку аннулирования сертификата.

Регистрирует ключи ЭЦП;
. создает, по обращению пользователей, закрытые и открытые ключи ЭЦП;
. приостанавливает и возобновляет действие сертификатов ключей подписей, а также аннулирует их;
. ведет реестр сертификатов ключей подписей, обеспечивает актуальность реестра и возможность свободного доступа пользователей к реестру;
. выдает сертификаты ключей подписей на бумажных носителях и в виде электронных документов с информацией об их действительности;
. проводит, по обращениям пользователей, подтверждение подлинности (действительности) подписи в ЭД в отношении зарегистрированных им ЭЦП.

Послушайте... нельзя ли вам, для общей нашей пользы, всякое письмо, которое прибывает к вам в почтовую контору, входящее и исходящее, знаете, этак немножко распечатать и прочитать: не содержится ли в нем какого-нибудь донесения или просто переписки...

Н.В.Гоголь «Ревизор»

В идеале конфиденциальное письмо должны иметь возможность прочитать только двое: отправитель и тот, кому оно адресовано.Формулировка такой, казалось бы, очень простой вещи, явилась отправной точкой систем криптозащиты. Развитие математики дало толчок к развитию подобных систем.

Уже в XVII-XVIII веках шифры в России были достаточно изощренными и устойчивыми к взлому. Многие русские математики трудились над созданием или усовершенствованием систем шифрования и параллельно пытались подобрать ключи к шифрам других систем. В настоящее время можно отметить несколько российских систем шифрования, таких как «Лексикон Верба» , Secret Net, DALLAS LOCK, Secret Disk, семейство продуктов «Аккорд» и др. О них и будет рассказано.Вы также ознакомитесь с основными программными и программно-аппаратными комплексами криптозащиты, узнаете об их возможностях, о сильных и слабых сторонах. Надеемся, что эта статья поможет вам сделать выбор системы криптозащиты.

Обеспокоены ли вы тем, что важная информация из вашего компьютера может попасть в чужие руки? Этой информацией могут воспользоваться и конкуренты, и контролирующие органы, и просто недоброжелатели. Очевидно, что такие действия могут принести вам значительный ущерб. Что же делать? Для того чтобы уберечь свою информацию от посторонних, необходимо установить одну из программ шифрования данных. Наш обзор посвящен анализу систем шифрования для настольных систем. Следует отметить, что использование зарубежных систем шифрования на территории России в силу ряда причин сильно ограничено, поэтому государственные организации и крупные отечественные компании вынуждены использовать российские разработки. Однако средние и мелкие компании, а также частные лица иногда предпочитают зарубежные системы.

Для непосвященных шифрование информации выглядит чем-то вроде черной магии. Действительно, шифрование сообщений для сокрытия их содержания от посторонних является сложной математической задачей. К тому же шифр должен быть подобран таким образом, чтобы без ключа открыть его было практически невозможно, а с ключом - быстро и легко. Многим компаниям и организациям бывает очень трудно сделать оптимальный выбор при установке шифровальных программ. Дело осложняется еще и тем, что абсолютно защищенных компьютеров и абсолютно надежных систем шифрования не бывает. Однако все же есть достаточно способов, с помощью которых можно отразить практически все попытки раскрыть зашифрованную информацию.

Программы шифрования отличаются друг от друга алгоритмом шифрования. Зашифровав файл, вы можете записать его на дискету, послать его по электронной почте или положить на сервер в вашей локальной сети. Получатель вашей шифровки должен иметь такую же шифровальную программу, чтобы прочитать содержимое файла.

Если вы хотите отправить зашифрованное сообщение нескольким пользователям одновременно, то ваша информация для каждого получателя может быть зашифрована по его собственному ключу либо по общему ключу для всех пользователей (включая автора сообщения).

Система криптозащиты использует секретный код для того, чтобы превратить вашу информацию в бессмысленный, псевдослучайный набор символов. При хорошем алгоритме шифрования практически невозможно дешифровать сообщение без знания секретного кода, использованного для шифрования. Такие алгоритмы называют алгоритмами с симметричным ключом, так как для шифрования и дешифровки информации используется один и тот же ключ.

Для защиты данных программа шифрования создает секретный ключ по вашему паролю. Надо только задать длинный пароль, который никто не сможет угадать. Однако если требуется, чтобы файл смог прочесть кто-то другой, вам понадобится сообщить этому человеку секретный ключ (или пароль, на основе которого он создан). Можно быть уверенным, что даже простой алгоритм шифрования защитит ваши данные от обычного пользователя, скажем, от коллеги по работе. Однако у профессионалов есть целый ряд способов дешифрации сообщения без знания секретного кода.

Без специальных знаний самостоятельно проверить, насколько надежен ваш алгоритм шифрования, вам не удастся. Но вы можете положиться на мнение профессионалов. Некоторые алгоритмы шифрования, такие, например, как Triple DES (Data Encryption Standard - стандарт шифрования данных), были подвергнуты многолетней проверке. По результатам проверки этот алгоритм хорошо себя зарекомендовал, и криптографы считают, что ему можно доверять. Большинство новых алгоритмов также тщательно изучаются, а результаты публикуются в специальной литературе.

Если алгоритм программы не подвергся открытому рассмотрению и обсуждению профессионалов, если у него нет сертификатов и других официальных бумаг, - это повод усомниться в его надежности и отказаться от использования такой программы.

Другая разновидность систем шифрования - это системы с открытым ключом. Для работы такой системы нет необходимости сообщать адресату секретный ключ (или пароль, на основе которого он создан). Указанные системы шифрования генерируют два цифровых ключа для каждого пользователя: один служит для шифрования данных, другой - для их расшифровки. Первый ключ (называемый открытым) можно опубликовать, а второй держать в секрете. После этого зашифровать информацию сумеет любой, воспользовавшись открытым ключом, а расшифровать - только тот, кто имеет соответствующий секретный ключ.

Некоторые программы шифрования содержат еще одно важное средство защиты - цифровую подпись. Цифровая подпись удостоверяет, что файл не был изменен с тех пор, как был подписан, и дает получателю информацию о том, кто именно подписал файл. Алгоритм создания цифровой подписи основан на вычислении контрольной суммы - так называемой хэш-суммы, или дайджеста сообщения. Применяемые алгоритмы гарантируют, что невозможно подобрать два разных файла, хэш-суммы которых совпали бы.

Когда адресат получает файл с цифровой подписью, его программа шифрования заново вычисляет хэш-сумму для этого файла. Затем получатель с помощью открытого ключа, опубликованного отправителем, восстанавливает цифровую подпись. Если результат соответствует значению, вычисленному для файла, то получатель может быть уверен, что текст сообщения не был изменен (если бы это произошло, хэш-сумма оказалась бы иной), а подпись принадлежит человеку, имеющему доступ к секретному ключу отправителя.

Для защиты важной или конфиденциальной информации нужна не только хорошая программа шифрования. Вам необходимо принять ряд мер для обеспечения информационной безопасности. Если ваш пароль ненадежен (специалисты рекомендуют задавать его из восьми или более символов) или если незашифрованная копия конфиденциальной информации хранится у вас на компьютере, то в этом случае даже лучшая система шифрования окажется бессильна.

Система «Лексикон-Верба» является средством организации защищенного электронного документооборота как внутри корпоративной сети, так и между различными организациями. В «Лексиконе-Верба» используются две модификации системы криптографии: система «Верба-W» предназначена для государственных органов (защита конфиденциальной информации, в частности ДСП; ключи подписи - открытые, ключи шифрования - закрытые), система «Верба-OW» - для коммерческих организаций (защита коммерческой тайны; ключи подписи и шифрования - открытые).

Существует довольно много мировых стандартов шифрования, но лишь малая их часть имеет сертификаты Федерального агентства правительственной связи и информации (ФАПСИ), что делает невозможным применение несертифицированных решений на территории России. Система «Верба-W» имеет сертификат ФАПСИ № СФ/114-0176. Система «Верба-ОW» - сертификат ФАПСИ № СФ/114-0174.

«Лексикон-Верба» обеспечивает шифрование и электронную цифровую подпись в соответствии с требованиями ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая» и ГОСТ Р34.10-94 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма».

Программа сертифицирована Гостехкомиссией при Президенте Российской Федерации. В июле ожидается получение сертификата Минобороны России.

В основе работы криптозащиты системы лежит методика шифрования с открытым ключом. Каждый ключ, идентифицирующий пользователя, состоит из двух частей: открытого и секретного ключа. Открытый ключ может распространяться свободно и используется для шифрования информации данного пользователя. Для расшифровки документа нужно, чтобы пользователь, зашифровавший его, имел ваш открытый ключ и при шифровании указал вас как имеющего доступ к документу.

Чтобы расшифровать документ, нужно воспользоваться закрытым ключом. Закрытый ключ состоит из двух частей, одна из которых хранится на смарт-карте или touch-memory, а другая - на жестком диске вашего компьютера. Таким образом, ни утеря смарт-карты, ни несанкционированный доступ к компьютеру не дают, каждый по отдельности, возможности расшифровать документы.

Первоначальный ключевой комплект, включающий в себя полную информацию об открытых и закрытых ключах пользователя, создается на специально оборудованном защищенном рабочем месте. Дискета с ключевой информацией используется только на этапе подготовки рабочего места пользователя.

Система «Лексикон-Верба» может быть использована в рамках двух основных систем организации защищенного документооборота:

• как самостоятельное решение. При наличии в организации локальной сети систему можно установить не на все компьютеры, а только на те, где требуется работа с конфиденциальными документами. Это значит, что внутри корпоративной сети возникает подсеть обмена закрытой информацией. При этом участники закрытой части системы могут обмениваться с остальными сотрудниками и открытыми документами;
• как составная часть документооборота. «Лексикон-Верба» имеет стандартные интерфейсы подключения внешних функций для выполнения операций открытия, сохранения, закрытия и отправки документов, что позволяет легко интегрировать эту систему как в существующие, так и во вновь разрабатываемые системы документооборота.

Следует отметить, что свойства системы «Лексикон-Верба» делают ее не только средством обеспечения информационной защиты от внешних проникновений, но и средством повышения внутрикорпоративной конфиденциальности и разделения доступа.

Одним из важных дополнительных ресурсов повышения уровня контроля информационной безопасности является возможность ведения «журнала событий» для любого документа. Функция фиксации истории документа может быть включена или отключена только при установке системы; при ее включении данный журнал будет вестись независимо от желания пользователя.

Главным достоинством и отличительной особенностью системы является простая и интуитивно понятная реализация функций защиты информации при сохранении традиционной для текстовых процессоров рабочей среды пользователя.

Блок криптографии осуществляет шифрование, а также установку и снятие электронной цифровой подписи (ЭЦП) документов.

Вспомогательные функции блока - загрузка секретного ключа, экспорт и импорт открытых ключей, настройка и ведение справочника ключей абонентов системы.

Таким образом, каждый из имеющих доступ к документу может поставить только свою подпись, но снять - любую из ранее поставленных.

Это отражает принятый порядок делопроизводства, когда по мере прохождения визирования документ может подвергаться правкам на разных этапах, но после этого документ должен быть завизирован заново.

При попытке внести изменения в документ иными, нежели «Лексикон-Верба», средствами, ЭЦП повреждается, в результате в поле «Статус подписи» появится надпись «Повреждена».

При увеличении числа пользователей системы внесение каждого открытого ключа на каждый компьютер становится затруднительным. Поэтому для организации работы офиса организуется централизованное администрирование справочника открытых ключей. Это делается следующим образом:

1) на компьютере администратора устанавливается «Лексикон-Верба» в локальном режиме. При этом создается справочник открытых ключей, в который администратор добавляет каждый используемый в офисе ключ;

2) на всех остальных компьютерах система устанавливается в сетевом режиме. В этом режиме используется справочник открытых ключей, находящийся на компьютере администратора;

3) каждый новый пользователь, внесенный администратором в справочник, становится «виден» всем пользователям, подключенным к справочнику. С этого момента они получают возможность передавать ему зашифрованные документы.

Администрирование справочника становится централизованным, но на уровень безопасности системы это не влияет, так как предоставление доступа к открытым ключам - это своеобразное «знакомство» пользователей, но доступа к каким-либо документам оно не дает. Для получения пользователем возможности расшифровки документа необходимо, чтобы его открытый ключ не только находился в справочнике, но и был явно указан как имеющий доступ к документу.