1. Оглавление TOC quot;
1-3quot;
1. Краткие сведения из истории криптографии PAGEREF _Toc263536168 113. Структурная схема симметричной криптосистемы. PAGEREF _Toc263536169 115. Обзор современных симметричных алгоритмов блочного шифрования. PAGEREF _Toc263536170 116. DES (Data Encryption Standard). Обобщенная схема шифрования. PAGEREF _Toc263536171 117. DES (Data Encryption Standard). Реализация функции шифрования. PAGEREF _Toc263536172 318. DES (Data Encryption Standard). Получение раундовых ключей PAGEREF _Toc263536173 519. Оценка криптостойкости алгоритма DES (Data Encryption Standard). PAGEREF _Toc263536174 620. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). ECB Электронная кодовая книга PAGEREF _Toc263536175 721. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CBC Сцепление блоков шифра PAGEREF _Toc263536176 822. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CFB Обратная связь по шифру. PAGEREF _Toc263536177 823. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). OFB Обратная связь по выходу. PAGEREF _Toc263536178 924. Области применения DES (Data Encryption Standard). PAGEREF _Toc263536179 1025. Симметричные криптографические системы. Алгоритм Blowfish. PAGEREF _Toc263536180 1026. Алгоритм Blowfish. Инициализация. PAGEREF _Toc263536181 1127. Алгоритм Blowfish. Функция шифрования. PAGEREF _Toc263536182 1246. Обобщенная схема асимметричной системы шифрования. Общие понятия и определения PAGEREF _Toc263536183 1447. Алгоритм открытого распределения ключей Диффи–Хеллмана (Diffie - Hellman) PAGEREF _Toc263536184 1548. Алгоритм RSA (Rivest-Shamir-Adleman) PAGEREF _Toc263536185 1549. Алгоритм Эль-Гамаля (El Gamal) PAGEREF _Toc263536186 1650. Электронная цифровая подпись. Общие понятия и определения, требования и структура ЭЦП. PAGEREF _Toc263536187 1651. Процедуры постановки и проверки подлинности ЭЦП. PAGEREF _Toc263536188 1752 .Схема формирования ЭЦП (на примере использования алгоритма RSA) PAGEREF _Toc263536189 1853 .Процедуры постановки и проверки ЭЦП ГОСТ Р34.10-94 (ГОСТ Р34.10-2001) PAGEREF _Toc263536190 1854 . Хэш-функции: определение и общие требования PAGEREF _Toc263536191 2055. Однонаправленные хэш-функции на основе симметричных блочных алгоритмов PAGEREF _Toc263536192 2056. Отечественный стандарт хэш-функции ГОСТ Р 34.11–94 PAGEREF _Toc263536193 2164. Современные приложения криптографии. PAGEREF _Toc263536194 22<br />1. Краткие сведения из истории криптографии<br />13. Структурная схема симметричной криптосистемы.<br />15. Обзор современных симметричных алгоритмов блочного шифрования.<br />Симметричные криптосистемы (с секретным ключом – secret key systems) – построены на основе сохранения в тайне ключа шифрования. <br />Процессы зашифрования и расшифрования используют один и тот же ключ. <br />Секретность ключа является постулатом. <br />Основная проблема при применении симметричных криптосистем для связи заключается в сложности передачи обоим сторонам секретного ключа. <br />Раскрытие ключа злоумышленником грозит раскрытием только той информации, что была зашифрована на этом ключе. <br />Американский и Российский стандарты шифрования DES и ГОСТ 28.147-89, <br />а также AES - новый американский стандарт на базе алгоритма Rijndael <br />16. DES (Data Encryption Standard). Обобщенная схема шифрования.<br /> DES (Data Encryption Standard - Стандарт Шифрования Данных) - название Федерального Стандарта Обработки информации (FIPS), который описывает алгоритм шифрования данных (Data Encryption Algorithm - DEA).<br /> DEA - развитие алгоритма Lucifer, который был разработан в начале 1970-х годов компанией IBM; на заключительных стадиях разработки активное участие принимали NSA и NBS. С момента опубликования DEA (более известный как DES) широко изучался и известен как один из наиболее распространённых симметричных алгоритмов.<br />Процесс шифрования DES<br /> Исходный текстНачальная перестановкаШифрованиеКонечнаяперестановкаЗашифрованный текстКлюч<br />Начальная перестановка<br />58504234261810L(0)R(0)260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157<br />Шифрование<br />L(0)R(0)fK(1)L(1)=R(0)R(1)=L(0) f(R(0), K(1))fK(2)fK(16)L(2)=R(1)R(2)=L(1) f(R(1), K(2))L(15)=R(14)R(15)=L(14) f(R(14), K(15))L(16)=R(15)R(16)=L(15) f(R(15), K(16))<br />17. DES (Data Encryption Standard). Реализация функции шифрования.<br />Функция шифрования f<br />Расширитель EПерестановка битов PS1S7S6S5S4S3S2S8K(i) (48 бит)R(i-1) (32 бита)(48бита)(32 бита)f(R(i-1), K(i))<br />Функция расширения Е<br />32 01 02 03 04 05 04 05 06 07 08 09 08 09 10 11 12 13 12 13 14 15 16 17 16 17 18 19 20 21 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 28 29 30 31 32 01 <br /> Пусть на вход блока S6 попадает 110011. Первый и последний бит образуют 11, что соответствует 3 строке, а биты со второго по пятый образуют 1001, что соответствует 9 столбцу. Элемент находящийся на их пересечении – 14, следовательно вместо 110011 подставляется 1110.<br />012345678910111213141501211015926801334147511110154271295611314011382914155281237041011311634321295151011141760813<br />Функция перестановки Р<br />16 07 20 21 29 12 28 17 01 15 23 26 05 18 31 10 02 08 24 14 32 27 03 09 19 13 30 06 22 11 04 <br />18. DES (Data Encryption Standard). Получение раундовых ключей.<br />Получение 48-битовых ключей<br /> Матрица G первоначальной подготовки ключа<br />574941332517С(0)D(0)0901585042342618100259514335271911036052443663554739312315076254463830221406615345372921130528201204<br /> Таблица сдвигов<br />Номер итерацииСдвиг (бит)011021032042052062072082091102112122132142152161<br /> Матрица H завершающей обработки ключа<br />141711240105032815062110231912042608160727201302415231314755304051453348444939563453464250362932<br />Схема алгоритма вычисления ключа<br />Исходный ключ KФункция GСдвиг влевоСдвиг влевоD(0)C(0)D(1)С(1)Сдвиг влевоСдвиг влевоD(2)C(2)Сдвиг влевоСдвиг влевоD(16)C(16)Функция HФункция HФункция HK(1)K(16)K(2)<br />19. Оценка криптостойкости алгоритма DES (Data Encryption Standard).<br />С самого начала использования алгоритма DES криптоаналитики всего мира прилагали множество усилий по взлому алгоритма DES1. <br />Фактически DES дал невиданный доселе толчок развитию криптоанализа. Вышли сотни трудов, посвященных различным методам криптоанализа именно в приложении к алгоритму DES.<br />Можно утверждать, что именно благодаря DES появились целые направления криптоанализа, такие как:<br />-линейный криптоанализ – анализ зависимостей между открытым текстом и шифротекстом;<br />-дифференциальный криптоанализ – анализ зависимостей между соотношениями двух или более открытых текстов и соответствующих им шифротекстов;<br />-криптоанализ на связанных ключах – поиск и анализ зависимостей между шифротекстами, полученными на искомом ключе и ключах, связанных предполагаемым соотношением с искомым ключом<br />Основные результаты усилий по взлому DES:<br />1. Японский специалист Мицуру Мацуи (Mitsuru Matsui), изобретатель линейного криптоанализа, в 1993 году доказал возможность вычисления ключа шифрования DES методом линейного криптоанализа при наличии у атакующего 247 пар «открытый текст – зашифрованный текст» <br />2. Криптологи из Израиля – изобретатели дифференциального криптоанализа Эли Бихам (Eli Biham) и Ади Шамир (Adi Shamir) – в 1991 году представили атаку, в которой ключ шифрования вычисляется методом дифференциального криптоанализа при наличии у атакующего возможности генерации 247 специально выбранных пар «открытый текст – зашифрованный текст» .<br />3. В 1994 году Эли Бихам и Алекс Бирюков (Alex Biryukov) усилили известный с 1987 года метод вычисления ключа DES – метод Дэвиса (Davies), основанный на специфических свойствах таблиц замен DES. Усиленный метод позволяет вычислить 6 бит ключа DES (остальные 50 бит – полным перебором возможных вариантов) при наличии 250 пар известных открытых текстов и шифротекстов или вычислить 24 бита ключа при наличии 252 пар.<br /> Практически сразу после появления DES были обнаружены следующие проблемы с ключами шифрования DES:<br />4 ключа из возможных 256 ключей алгоритма являются слабыми (т. е. не обеспечивают требуемой стойкости при зашифровании). <br />6 пар ключей являются эквивалентными. <br />48 ключей являются «возможно слабыми». <br /> Возможно слабые ключи при их расширении дают только 4 различных ключа раунда, каждый из которых используется при шифровании по 4 раза.<br />Существует свойство комплементарности ключей: <br /> если Ek(M) = C, где Ek(M) – зашифрование алгоритмом DES блока открытого текста M, а C – полученный в результате шифротекст, то Ek'(M') = C', где x' – побитовое дополнение к x (т. е. величина, полученная путем замены всех битовых нулей значения x на единицы, и наоборот).<br /> Считается, что свойство комплементарности ключей не является слабостью, однако, оно приводит к тому факту, что для полного перебора ключей DES требуется 255, а не 256 попыток.<br /> Однако и эти недостатки не являются существенными, поскольку в программной или аппаратной реализации DES достаточно просто запретить использование проблемных ключей<br />20. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). ECB Электронная кодовая книга<br />Длинный файл разбивают на 64-битовые отрезки (блоки) по 8 байтов. Каждый из этих блоков шифруют независимо с использованием одного и того же ключа шифрования. <br />Основное достоинство – простота реализации. <br />Из-за фиксированного характера шифрования при ограниченной длине блока 64 бита возможно проведение криптоанализа <br />«со словарем». <br />Блок такого размера может повториться в сообщении вследствие большой избыточности в тексте на естественном языке. Это приводит к тому, что идентичные блоки открытого текста в сообщении будут представлены идентичными блоками шифротекста, что дает криптоаналитику некоторую информацию о содержании сообщения.<br />21. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CBC Сцепление блоков шифра<br />В этом режиме исходный файл М разбивается на <br />64-битовые блоки: М = М1М2...Мn. <br />Первый блок М1 складывается по модулю 2 с 64-битовым начальным вектором IV, который меняется ежедневно и держится в секрете . Полученная сумма затем шифруется с использованием ключа DES, известного и отправителю, и получателю информации. Полученный 64-битовый шифр С1 складывается по модулю 2 со вторым блоком текста, результат шифруется и получается второй 64-битовый шифр С2, и т.д. <br />Процедура повторяется до тех пор, пока не будут обработаны все блоки текста. <br />22. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CFB Обратная связь по шифру.<br />В этом режиме размер блока длиной k битов может отличаться от 64 бит.<br /> Файл, подлежащий шифрованию (расшифрованию), считывается последовательными блоками длиной <br />k битов, k ≤ 64. <br />Входной блок (64-битовый регистр сдвига) вначале содержит вектор инициализации, выровненный по правому краю.<br />Предположим, что в результате разбиения на блоки мы получили n блоков длиной k битов каждый (остаток дописывается нулями или пробелами). <br />Тогда для любого i из {1,…,n} блок шифротекста получается по правилу<br />Сi = Mi Pi–1,<br />где Рi–1 обозначает k старших битов предыдущего зашифрованного блока.<br />Обновление сдвигового регистра осуществляется путем удаления его старших k битов и записи Сi в регистр.<br /> Восстановление зашифрованных данных также выполняется относительно просто: Рi–1 и Сi вычисляются аналогичным образом Мi = Сi Рi–1.<br />23. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). OFB Обратная связь по выходу.<br />Этот режим использует переменный размер блока и сдвиговый регистр, инициализируемый так же, как в режиме СFB, а именно – входной блок вначале содержит вектор инициализации IV, выровненный по правому краю. <br />При этом для каждого сеанса шифрования данных необходимо использовать новое начальное состояние регистра, которое должно пересылаться по каналу открытым текстом. <br />Положим М = М1 М2 ... Mn. Для всех i из {1,…, n}<br />Сi = Mi Pi,<br />где Рi – старшие k битов операции DES (Сi–1).<br />Отличие от режима обратной связи по шифротексту состоит в методе обновления сдвигового регистра.<br />Это осуществляется путем отбрасывания старших k битов и дописывания справа Рi.<br />24. Области применения DES (Data Encryption Standard). <br />Режим ЕСВ хорошо подходит для шифрования ключей;<br /> режим CFB, как правило, предназначается для шифрования отдельных символов, а режим OFB нередко применяется для шифрования в спутниковых системах связи.<br />Режимы СВС и CFB пригодны для аутентификации данных. <br />Наличие нескольких режимов позволяет использовать <br />алгоритм DES для:<br />интерактивного шифрования при обмене данными в ИС;<br />шифрования криптографических ключей в процедурах распространения ключевой информации;<br />шифрования файлов, почтовых отправлений, и др.<br />25. Симметричные криптографические системы.Алгоритм Blowfish.<br />Разработан в 1993 г. Брюсом Шнайером <br />Основные характеристики<br />Структура: сеть Фейстеля <br />Размер ключа: 32-448 бит<br />Размер блока: 64 бит<br />Число раундов: 16<br />Критерии проектирования:<br />Скорость шифрования<br />Компактность<br />Простота<br />Настраиваемая безопасность<br />Blowfish оптимизирован для приложений, где нет частой смены ключей. Например, программы автоматического шифрования файлов.<br />Алгоритм шифрования:<br />26. Алгоритм Blowfish. Инициализация.<br />ЭТАП 1 <br />Подготовительный — формирование ключей шифрования по секретному ключу. <br />Инициализация массивов P (32-битные раундовые ключи шифрования) и S (32-битные таблицы замен) при помощи <br />секретного ключа K <br />Инициализация P1-P18 фиксированной строкой, состоящей из шестнадцатеричных цифр мантиссы числа “пи”. <br />Десятичное: 3,1415926535897932384626433832795…<br />Шестнадцатеричное: 3,243F6A8885A308D31319… <br />Производится операция XOR над P1 с первыми 32-мя битами ключа K, <br />над P2 со вторыми 32-мя битами и так далее.Если ключ K короче, то он накладывается циклически. <br />32-битные таблицы замен<br />ЭТАП 1 <br />Шифрование ключей и таблиц замен <br />Алгоритм шифрования 64-битного блока, используя инициализированные ключи P1-P18 и таблицу замен S1-S4, шифрует 64 –х битную строку, состоящую из 0 и 1 (важно чтобы она была фиксированной длины). Результат записывается в P1, P2. <br />P1 и P2 шифруются измененными значениями ключей и таблиц замен. Результат записывается в P3 и P4. <br />Шифрование продолжается до изменения всех ключей и таблицы замен. <br />27. Алгоритм Blowfish. Функция шифрования.<br />ЭТАП 2 <br />Шифрование текста полученными ключами и F(x), с предварительным разбиением на блоки по 64 бита. Если невозможно разбить начальный текст точно на блоки по 64 бита, используются различные режимы шифрования для построения сообщения, состоящего из целого числа блоков. <br />Cуммарная требуемая память 4168 байт: P1-P18: 18 переменных по 32 бита; <br />S1-S4: 4x256 переменных по 32 бита. <br />Расшифрование происходит аналогично, только P1-P18 применяются в обратном порядке. <br />446341513468352758440622935 разделение на 32-битные блоки : L0 , R0вычисления в i-том раунде: после 16-го раунда L16 , R16 меняются местами: и выполняется операция XOR с ключами P17,P18 <br />Функция F<br />32-битный блок делится на четыре 8-битных блока (X1, X2, X3, X4), каждый из которых является индексом массива таблицы замен S1-S4 <br />значения S1[X1] и S2[X2] складываются по модулю 232, далее выполняется операция XOR с S3[X3] и, наконец, сложение с S4[X4] по модулю 232<br />Результат этих операций — значение F(x) <br />Особенности реализации:<br />Не подходит для приложений с частой сменой ключей<br />Не может быть применен в смарт-картах и других встраиваемых системах с малым объемом памяти<br />46. Обобщенная схема асимметричной системы шифрования. Общие понятия и определения<br />Шифрование - это преобразование данных в вид, недоступный для чтения без соответствующей информации (ключа шифрования). <br />Задача шифрования - обеспечить конфиденциальность, скрыв информацию от лиц, которым она не предназначена, даже если они имеют доступ к зашифрованным данным.<br /> Расшифровывание - процесс, обратный шифрованию, т.е. преобразование зашифрованных данных в открытый вид.<br />Асимметричное шифрование— система шифрования информации, при которой ключ, которым зашифровывается сообщение и само зашифрованное сообщение передаётся по открытому каналу.<br />Алгоритм шифрованияАлгоритм расшифрованияГенерацияключейОтправитель Р1Получатель Р2Криптограмма, С ММКр2 - секретныйКр1 - открытыйНезащищенныйканал Противник<br />47. Алгоритм открытого распределения ключей Диффи–Хеллмана (Diffie - Hellman) <br />Отправитель Р1Получатель Р21.Генерация n, aоткрытыемодульоснование2. Случайное число Х, вычисляет A = ax (mod n)3. Случайное число Y,вычисляет B = ay (mod n)A4.Вычисление ключаKp1 = Bx (mod n)5.Вычисление ключаKp2 =Ay (mod n)BПримерn = 5, a = 7, x = 3, y = 2A = 73 (mod 5) = 343 (mod 5) = 3Kp1 = 43 (mod 5) = 64 (mod 5) = 4B = 72 (mod 5) = 49 (mod 5) = 4Kp2 = 32 (mod 5) = 4<br />48. Алгоритм RSA (Rivest-Shamir-Adleman)<br />49. Алгоритм Эль-Гамаля (El Gamal) <br />50. Электронная цифровая подпись. Общие понятия и определения, требования и структура ЭЦП.<br />Электронная цифровая подпись (ЭЦП) - реквизит электронного документа, предназначенный для защиты данного электронного документа от подделки, полученный в результате криптографического преобразования информации с использованием закрытого ключа электронной цифровой подписи и позволяющий идентифицировать владельца сертификата ключа подписи, а также установить отсутствие искажения информации в электронном документе <br />(Федеральный закон «Об электронной цифровой подписи»)<br />ЭЦП включает:<br />Алгоритм генерации пар ключей пользователей<br />Функцию вычисления подписи<br />Функцию проверки подписи<br />Требования к ЭЦП:<br />НеподдельностьДостоверностьНевозможность повторного использованияНевозможность изменения подписанного документаНевозможность отречения от цифровой подписи<br />Классы ЭЦП:<br />Обычные цифровые подписиЦифровые подписи с восстановлением документа<br />51. Процедуры постановки и проверки подлинности ЭЦП.<br />52 .Схема формирования ЭЦП (на примере использования алгоритма RSA)<br />Отправитель(постановка ЭЦП)Получатель(проверка ЭЦП)СообщениеМБлоксжатияHDГенерацияключейSEБлоксжатияканалH ' = H quot;
S = HD mod NH = h (M)E, NN, DMH quot;
= S E (mod N)H ' = h(M)данетЭЦПподлиннаяЭЦПошибочная<br />53 .Процедуры постановки и проверки ЭЦП ГОСТ Р34.10-94 (ГОСТ Р34.10-2001) <br />Отечественный стандарт цифровой подписи <br />ГОСТ Р34.10-94 (ГОСТ Р34.10-2001) В сентябре 2001 г. утвержден, а с 1 июля 2002 г. вступил в силу новый стандарт ЭЦП – ГОСТ Р 34.10–2001.<br />Параметры ЭЦП по ГОСТу:<br />р – большое простое число длиной 512 (1024) бит;<br />q – простой сомножитель числа (р-1) длиной 254..256 бит; <br />p,q могут быть открытыми <br />a – любое число, меньшее (р-1), такое, что <br /> aq mod p = 1;<br />x – секретный ключ, число меньшее q;<br />y – открытый ключ, y = ax mod p <br />Процедура постановки ЭЦП:<br />Вычислить h(M) - значение хэш-функции h от сообщения М. <br />Выработать целое число k, 0<k < q. <br />Вычислить два значения : r = ak (mod p) и r' = r (mod q). <br /> Если r' =0, перейти к этапу 2 и выработать другое значение числа k. <br />С использованием секретного ключа х отправителя сообщения вычислить значение <br /> s = (xr' + kh(M))(mod q). <br /> Если s=0, перейти к этапу 2, в противном случае закончить работу алгоритма.<br /> Подписью сообщения М являются два числа <br />(r' mod 2256), s mod 2256) <br />Процедура проверки ЭЦП:<br />Проверить условие: 0< s < q и 0 < r' < q. Если хотя бы одно из этих условий не выполнено, то подпись считается недействительной. <br />Вычислять h(M1 )- значение хеш-функции h от полученного сообщения М1. <br />Вычислить значение v = (h(M1 ))q-2 (mod q).<br />Вычислить значения: z1 = (s * v) mod q и z2 = ((q - r' ) * v) mod q.<br />Вычислить значение u = (a z1 y z2(mod p)) (mod q).<br />Проверить условие: r' = u. <br /> При совпадении значений r и u получатель принимает решение о том, что полученное сообщение подписано данным отправителем и в процессе передачи не нарушена целостность сообщения, <br />т.е. М =М1. <br />В противном случае подпись считается недействительной. <br />54 . Хэш-функции: определение и общие требования<br />Хэш-функция предназначена для формирования ЭЦП и обеспечивает сжатие подписываемого документа М до нескольких десятков или сотен бит. <br />Хэш-функция h(.) использует в качестве аргумента сообщение М произвольной длины и возвращает хэш-значение h(M)=H фиксированной длины. <br />Обычно хэшированная информация является сжатым двоичным представлением основного сообщения произвольной длины. Следует отметить, что значение хэш-функции h(M) сложным образом зависит от документа M и<br /> не позволяет восстановить сам документ M.<br />Требования к ХЭШ-функциям:<br />Большинство хэш-функций строится на основе однонаправленной функции f(.) , которая образует выходное значение длиной n при задании двух входных значений длиной n. <br />551815571500Этими входами являются блок исходного текста Мi и хэш-значение Hi-1 предыдущего блока текста.<br />55. Однонаправленные хэш-функции на основе симметричных блочных алгоритмов<br /> <br />H0 = IH ; <br />Hi = EA (B) C, <br /> где IH – некоторое начальное случайное значение; <br /> A, B, C – могут принимать значения Mi , Hi-1,, ( Mi Hi-1) или быть константами; <br /> Mi – блок сообщения принятой длины.<br />Три различные переменные А, В, С могут принимать одно из четырех возможных значений, поэтому в принципе можно получить 64 варианта общей схемы этого типа, однако 52 варианта являются либо слабыми, либо небезопасными. <br />Остальные 12 схем описываются в таблице, см.: [Романец–99, с. 160].<br />56. Отечественный стандарт хэш-функции ГОСТ Р 34.11–94 <br />Отечественный стандарт ГОСТ Р 34.11–94 определяет алгоритм и процедуру вычисления хэш-функции двух любых последовательностей двоичных символов, применяемых в криптографических методах обработки и защиты информации. <br />Этот стандарт базируется на блочном алгоритме шифрования ГОСТ 28147–89.<br /> Данная хэш-функция формирует 256-битовое хэш-значение. <br />Функция сжатия Ri = f( Mi, Ri–1) <br />(оба операнда Mi и Ri–1 являются 256-битовыми величинами) определяется следующим образом.<br />1. Генерируются 4 ключа шифрования Kj, j {1,2,3,4}, путем линейного смешивания Mi, Ri–1 и некоторых констант Cj.<br />2. Каждый ключ Kj, используют для шифрования 64-битовых подслов ri слова Ri–1 в режиме простой замены: <br /> Sj= (rj). Результирующая последовательность S4, S3, S2, S1 длиной 256 бит запоминается во временной переменной S.<br />3. Значение Ri является сложной, хотя и линейной функцией смешивания S, Mi и Ri–1.<br />При вычислении окончательного хэш-значения сообщения M учитываются значения трех связанных между собой переменных:<br /> Rn – хэш-значение последнего блока сообщения;<br /> Z – значение контрольной суммы, получаемой при сложении по модулю 2 всех блоков сообщения;<br /> L – длина сообщения.<br />Эти три переменные и дополненный последний блок M´ сообщения объединяются в окончательное хэш-значение следующим образом:<br />R = f (Z M´, f (L, f (M´, Rn))) <br />57. Методы управления криптографическими ключами<br />Под ключевой информацией понимают совокупность всех действующих ключей в автоматизированных системах обработки информации (АСОИ). <br />Если не обеспечено достаточно надежное управление ключевой информацией, то, завладев ею, злоумышленник получает неограниченный доступ ко всей информации.<br />Управление ключами – информационный процесс, включающий реализацию следующих этапов:<br /> генерация ключей;<br /> хранение ключей;<br /> распределение ключей.<br />58. Генерация криптографических ключей. Схема генерации случайного ключа в соответствии со стандартом ANSI X9.17<br />Безопасность любого криптографического алгоритма определяется используемым криптографическим ключом. <br />Добротные криптографические ключи должны иметь достаточную длину и случайные значения битов. Для получения ключей используются аппаратные и программные средства генерации случайных значений ключей. <br />Как правило, применяют датчики псевдослучайных чисел (ПСЧ). Однако степень случайности генерации чисел должна быть достаточно высокой.<br />Один из методов генерации сеансового ключа для симметричных криптосистем описан в стандарте ANSI X9.17. <br />Он предполагает использование криптографического алгоритма DES <br />(хотя можно применить и другие симметричные алгоритмы шифрования). <br />Схема генерации случайного ключа Ri в соответствии со стандартом ANSI X9.17<br />Случайный ключ Riгенерируют, вычисляя значениеRi = ЕК (ЕК (Тi) Vi)Следующее значение Vi+1вычисляют так:Vi+1 = ЕК (ЕК (Тi) Ri) Если необходим 128-битовый случайный ключ, генерируют пару ключей Ri, Ri+1и объединяют их вместе.ЕК(Тi)– результат шифрования алгоритмом DES значения Тi;К – ключ, зарезервированный для генерации секретных ключей;V0– секретное 64-битовое начальное число;Т – временная отметка.<br />64. Современные приложения криптографии.<br />Защита от несанкционированного чтения, или обеспечение конфиденциальности информации Обеспечивается путем шифрования информации с использованием современных симметричных <br />DES, Rijndael, Blowfish, IDEA, ГОСТ 28147-89 <br />или асимметричных <br />RSA, ElGamal криптографических систем <br />Защита от навязывания ложных сообщений, как умышленных, так и непреднамеренных может быть обеспечена с помощью так называемой имитозащиты. <br />Имитозащита – защита от навязывания ложных сообщений путем формирования, в зависимости от секретного ключа, специальной дополнительной информации, называемой имитовставкой, которая передается вместе с криптограммой, причем могут использоваться два варианта: либо вычисление имитовставки по открытому тексту, либо по шифротексту. <br />Чем больше длина имитовставки, тем меньше вероятность того, что искажение шифротекста не будет обнаружено получателем<br />Идентификация и аутентификация <br />Идентификация законных пользователей заключается в распознавании пользователей, после чего им предоставляются определенные права доступа к ресурсам. <br />Аутентификация – установление санкционированным получателем того факта, что полученное сообщение послано санкционированным отправителем. <br />Принятый протокол должен обеспечить противодействие использованию потенциальным нарушителем ранее переданных сообщений. <br />Это направление современной криптологии очень интенсивно развивается с момента открытия криптографии с открытым ключом (асимметричной или двухключевой криптографии) в середине 70-х годов.<br />Контроль целостности - Это обнаружение любых несанкционированных изменений информации, например данных или программ, хранящихся в компьютере. <br />Имитозащита, в сущности, является частным случаем контроля целостности информации, передаваемой в виде шифротекста. <br />В практических приложениях часто требуется удостовериться, что некоторые данные или программы не были изменены каким-либо несанкционированным способом, хотя сами данные не являются секретными и хранятся в открытом виде.<br />ЭЦП. Основывается на асимметричных криптографических алгоритмах, в которых предусматривается использование открытого и секретного ключей. <br />Асимметричные криптоалгоритмы позволяют обеспечить строгую доказательность факта составления того или иного сообщения конкретными пользователями криптосистемы. Это основано на том, что только отправитель сообщения, который держит в секрете некоторую дополнительную информацию (секретный ключ), может составить сообщение со специфической внутренней структурой. <br />То, что сообщение имеет структуру, сформированную с помощью секретного ключа, проверяется с помощью открытого ключа. <br />Вероятность того, что некоторое сообщение, составленное нарушителем, может быть принято за сообщение, подписанное каким-либо санкционированным пользователем для современных алгоритмов ЭЦП оценивается порядка 10-30 .<br />Криптографическая защита документов и ценных бумаг от подделки Путем считывания информации об уникальных особенностях носителя информации, формируется цифровой паспорт, включающий содержание документа и информацию о микроструктуре документа. Затем законный изготовитель документа, используя свой секретный ключ, вычисляет цифровую подпись паспорта и записывает на носителе паспорт и соответствующую ему цифровую подпись.<br />Проверка подлинности документа выполняется путем сканирования микроструктуры материального объекта, на котором сформирован документ, считывания записанной на нем информации и проверки цифровой подписи изготовителя документа по открытому ключу, который является общедоступным. <br />Изготовление фальшивого документа на другом материальном объекте или модифицирование содержания документа и его цифрового паспорта практически не осуществимы без знания секретного ключа, с помощью которого формируется подпись. <br />В современном мире значение криптографии выходит далеко за рамки обеспечения секретности данных. <br />По мере все большей автоматизации передачи и обработки информации и интенсификации информационных потоков ее методы приобретают уникальное значение.<br />
![Оглавление TOC quot;
1-3quot;
1. Краткие сведения из истории криптографии PAGEREF _Toc263536168 113. Структурная схема симметричной криптосистемы. PAGEREF _Toc263536169 115. Обзор современных симметричных алгоритмов блочного шифрования. PAGEREF _Toc263536170 116. DES (Data Encryption Standard). Обобщенная схема шифрования. PAGEREF _Toc263536171 117. DES (Data Encryption Standard). Реализация функции шифрования. PAGEREF _Toc263536172 318. DES (Data Encryption Standard). Получение раундовых ключей PAGEREF _Toc263536173 519. Оценка криптостойкости алгоритма DES (Data Encryption Standard). PAGEREF _Toc263536174 620. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). ECB Электронная кодовая книга PAGEREF _Toc263536175 721. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CBC Сцепление блоков шифра PAGEREF _Toc263536176 822. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CFB Обратная связь по шифру. PAGEREF _Toc263536177 823. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). OFB Обратная связь по выходу. PAGEREF _Toc263536178 924. Области применения DES (Data Encryption Standard). PAGEREF _Toc263536179 1025. Симметричные криптографические системы. Алгоритм Blowfish. PAGEREF _Toc263536180 1026. Алгоритм Blowfish. Инициализация. PAGEREF _Toc263536181 1127. Алгоритм Blowfish. Функция шифрования. PAGEREF _Toc263536182 1246. Обобщенная схема асимметричной системы шифрования. Общие понятия и определения PAGEREF _Toc263536183 1447. Алгоритм открытого распределения ключей Диффи–Хеллмана (Diffie - Hellman) PAGEREF _Toc263536184 1548. Алгоритм RSA (Rivest-Shamir-Adleman) PAGEREF _Toc263536185 1549. Алгоритм Эль-Гамаля (El Gamal) PAGEREF _Toc263536186 1650. Электронная цифровая подпись. Общие понятия и определения, требования и структура ЭЦП. PAGEREF _Toc263536187 1651. Процедуры постановки и проверки подлинности ЭЦП. PAGEREF _Toc263536188 1752 .Схема формирования ЭЦП (на примере использования алгоритма RSA) PAGEREF _Toc263536189 1853 .Процедуры постановки и проверки ЭЦП ГОСТ Р34.10-94 (ГОСТ Р34.10-2001) PAGEREF _Toc263536190 1854 . Хэш-функции: определение и общие требования PAGEREF _Toc263536191 2055. Однонаправленные хэш-функции на основе симметричных блочных алгоритмов PAGEREF _Toc263536192 2056. Отечественный стандарт хэш-функции ГОСТ Р 34.11–94 PAGEREF _Toc263536193 2164. Современные приложения криптографии. PAGEREF _Toc263536194 22<br />1. Краткие сведения из истории криптографии<br />13. Структурная схема симметричной криптосистемы.<br />15. Обзор современных симметричных алгоритмов блочного шифрования.<br />Симметричные криптосистемы (с секретным ключом – secret key systems) – построены на основе сохранения в тайне ключа шифрования. <br />Процессы зашифрования и расшифрования используют один и тот же ключ. <br />Секретность ключа является постулатом. <br />Основная проблема при применении симметричных криптосистем для связи заключается в сложности передачи обоим сторонам секретного ключа. <br />Раскрытие ключа злоумышленником грозит раскрытием только той информации, что была зашифрована на этом ключе. <br />Американский и Российский стандарты шифрования DES и ГОСТ 28.147-89, <br />а также AES - новый американский стандарт на базе алгоритма Rijndael <br />16. DES (Data Encryption Standard). Обобщенная схема шифрования.<br /> DES (Data Encryption Standard - Стандарт Шифрования Данных) - название Федерального Стандарта Обработки информации (FIPS), который описывает алгоритм шифрования данных (Data Encryption Algorithm - DEA).<br /> DEA - развитие алгоритма Lucifer, который был разработан в начале 1970-х годов компанией IBM; на заключительных стадиях разработки активное участие принимали NSA и NBS. С момента опубликования DEA (более известный как DES) широко изучался и известен как один из наиболее распространённых симметричных алгоритмов.<br />Процесс шифрования DES<br /> Исходный текстНачальная перестановкаШифрованиеКонечнаяперестановкаЗашифрованный текстКлюч<br />Начальная перестановка<br />58504234261810L(0)R(0)260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157<br />Шифрование<br />L(0)R(0)fK(1)L(1)=R(0)R(1)=L(0) f(R(0), K(1))fK(2)fK(16)L(2)=R(1)R(2)=L(1) f(R(1), K(2))L(15)=R(14)R(15)=L(14) f(R(14), K(15))L(16)=R(15)R(16)=L(15) f(R(15), K(16))<br />17. DES (Data Encryption Standard). Реализация функции шифрования.<br />Функция шифрования f<br />Расширитель EПерестановка битов PS1S7S6S5S4S3S2S8K(i) (48 бит)R(i-1) (32 бита)(48бита)(32 бита)f(R(i-1), K(i))<br />Функция расширения Е<br />32 01 02 03 04 05 04 05 06 07 08 09 08 09 10 11 12 13 12 13 14 15 16 17 16 17 18 19 20 21 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 28 29 30 31 32 01 <br /> Пусть на вход блока S6 попадает 110011. Первый и последний бит образуют 11, что соответствует 3 строке, а биты со второго по пятый образуют 1001, что соответствует 9 столбцу. Элемент находящийся на их пересечении – 14, следовательно вместо 110011 подставляется 1110.<br />012345678910111213141501211015926801334147511110154271295611314011382914155281237041011311634321295151011141760813<br />Функция перестановки Р<br />16 07 20 21 29 12 28 17 01 15 23 26 05 18 31 10 02 08 24 14 32 27 03 09 19 13 30 06 22 11 04 <br />18. DES (Data Encryption Standard). Получение раундовых ключей.<br />Получение 48-битовых ключей<br /> Матрица G первоначальной подготовки ключа<br />574941332517С(0)D(0)0901585042342618100259514335271911036052443663554739312315076254463830221406615345372921130528201204<br /> Таблица сдвигов<br />Номер итерацииСдвиг (бит)011021032042052062072082091102112122132142152161<br /> Матрица H завершающей обработки ключа<br />141711240105032815062110231912042608160727201302415231314755304051453348444939563453464250362932<br />Схема алгоритма вычисления ключа<br />Исходный ключ KФункция GСдвиг влевоСдвиг влевоD(0)C(0)D(1)С(1)Сдвиг влевоСдвиг влевоD(2)C(2)Сдвиг влевоСдвиг влевоD(16)C(16)Функция HФункция HФункция HK(1)K(16)K(2)<br />19. Оценка криптостойкости алгоритма DES (Data Encryption Standard).<br />С самого начала использования алгоритма DES криптоаналитики всего мира прилагали множество усилий по взлому алгоритма DES1. <br />Фактически DES дал невиданный доселе толчок развитию криптоанализа. Вышли сотни трудов, посвященных различным методам криптоанализа именно в приложении к алгоритму DES.<br />Можно утверждать, что именно благодаря DES появились целые направления криптоанализа, такие как:<br />-линейный криптоанализ – анализ зависимостей между открытым текстом и шифротекстом;<br />-дифференциальный криптоанализ – анализ зависимостей между соотношениями двух или более открытых текстов и соответствующих им шифротекстов;<br />-криптоанализ на связанных ключах – поиск и анализ зависимостей между шифротекстами, полученными на искомом ключе и ключах, связанных предполагаемым соотношением с искомым ключом<br />Основные результаты усилий по взлому DES:<br />1. Японский специалист Мицуру Мацуи (Mitsuru Matsui), изобретатель линейного криптоанализа, в 1993 году доказал возможность вычисления ключа шифрования DES методом линейного криптоанализа при наличии у атакующего 247 пар «открытый текст – зашифрованный текст» <br />2. Криптологи из Израиля – изобретатели дифференциального криптоанализа Эли Бихам (Eli Biham) и Ади Шамир (Adi Shamir) – в 1991 году представили атаку, в которой ключ шифрования вычисляется методом дифференциального криптоанализа при наличии у атакующего возможности генерации 247 специально выбранных пар «открытый текст – зашифрованный текст» .<br />3. В 1994 году Эли Бихам и Алекс Бирюков (Alex Biryukov) усилили известный с 1987 года метод вычисления ключа DES – метод Дэвиса (Davies), основанный на специфических свойствах таблиц замен DES. Усиленный метод позволяет вычислить 6 бит ключа DES (остальные 50 бит – полным перебором возможных вариантов) при наличии 250 пар известных открытых текстов и шифротекстов или вычислить 24 бита ключа при наличии 252 пар.<br /> Практически сразу после появления DES были обнаружены следующие проблемы с ключами шифрования DES:<br />4 ключа из возможных 256 ключей алгоритма являются слабыми (т. е. не обеспечивают требуемой стойкости при зашифровании). <br />6 пар ключей являются эквивалентными. <br />48 ключей являются «возможно слабыми». <br /> Возможно слабые ключи при их расширении дают только 4 различных ключа раунда, каждый из которых используется при шифровании по 4 раза.<br />Существует свойство комплементарности ключей: <br /> если Ek(M) = C, где Ek(M) – зашифрование алгоритмом DES блока открытого текста M, а C – полученный в результате шифротекст, то Ek'(M') = C', где x' – побитовое дополнение к x (т. е. величина, полученная путем замены всех битовых нулей значения x на единицы, и наоборот).<br /> Считается, что свойство комплементарности ключей не является слабостью, однако, оно приводит к тому факту, что для полного перебора ключей DES требуется 255, а не 256 попыток.<br /> Однако и эти недостатки не являются существенными, поскольку в программной или аппаратной реализации DES достаточно просто запретить использование проблемных ключей<br />20. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). ECB Электронная кодовая книга<br />Длинный файл разбивают на 64-битовые отрезки (блоки) по 8 байтов. Каждый из этих блоков шифруют независимо с использованием одного и того же ключа шифрования. <br />Основное достоинство – простота реализации. <br />Из-за фиксированного характера шифрования при ограниченной длине блока 64 бита возможно проведение криптоанализа <br />«со словарем». <br />Блок такого размера может повториться в сообщении вследствие большой избыточности в тексте на естественном языке. Это приводит к тому, что идентичные блоки открытого текста в сообщении будут представлены идентичными блоками шифротекста, что дает криптоаналитику некоторую информацию о содержании сообщения.<br />21. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CBC Сцепление блоков шифра<br />В этом режиме исходный файл М разбивается на <br />64-битовые блоки: М = М1М2...Мn. <br />Первый блок М1 складывается по модулю 2 с 64-битовым начальным вектором IV, который меняется ежедневно и держится в секрете . Полученная сумма затем шифруется с использованием ключа DES, известного и отправителю, и получателю информации. Полученный 64-битовый шифр С1 складывается по модулю 2 со вторым блоком текста, результат шифруется и получается второй 64-битовый шифр С2, и т.д. <br />Процедура повторяется до тех пор, пока не будут обработаны все блоки текста. <br />22. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). CFB Обратная связь по шифру.<br />В этом режиме размер блока длиной k битов может отличаться от 64 бит.<br /> Файл, подлежащий шифрованию (расшифрованию), считывается последовательными блоками длиной <br />k битов, k ≤ 64. <br />Входной блок (64-битовый регистр сдвига) вначале содержит вектор инициализации, выровненный по правому краю.<br />Предположим, что в результате разбиения на блоки мы получили n блоков длиной k битов каждый (остаток дописывается нулями или пробелами). <br />Тогда для любого i из {1,…,n} блок шифротекста получается по правилу<br />Сi = Mi Pi–1,<br />где Рi–1 обозначает k старших битов предыдущего зашифрованного блока.<br />Обновление сдвигового регистра осуществляется путем удаления его старших k битов и записи Сi в регистр.<br /> Восстановление зашифрованных данных также выполняется относительно просто: Рi–1 и Сi вычисляются аналогичным образом Мi = Сi Рi–1.<br />23. Режимы работы DES (Data Encryption Standard). OFB Обратная связь по выходу.<br />Этот режим использует переменный размер блока и сдвиговый регистр, инициализируемый так же, как в режиме СFB, а именно – входной блок вначале содержит вектор инициализации IV, выровненный по правому краю. <br />При этом для каждого сеанса шифрования данных необходимо использовать новое начальное состояние регистра, которое должно пересылаться по каналу открытым текстом. <br />Положим М = М1 М2 ... Mn. Для всех i из {1,…, n}<br />Сi = Mi Pi,<br />где Рi – старшие k битов операции DES (Сi–1).<br />Отличие от режима обратной связи по шифротексту состоит в методе обновления сдвигового регистра.<br />Это осуществляется путем отбрасывания старших k битов и дописывания справа Рi.<br />24. Области применения DES (Data Encryption Standard). <br />Режим ЕСВ хорошо подходит для шифрования ключей;<br /> режим CFB, как правило, предназначается для шифрования отдельных символов, а режим OFB нередко применяется для шифрования в спутниковых системах связи.<br />Режимы СВС и CFB пригодны для аутентификации данных. <br />Наличие нескольких режимов позволяет использовать <br />алгоритм DES для:<br />интерактивного шифрования при обмене данными в ИС;<br />шифрования криптографических ключей в процедурах распространения ключевой информации;<br />шифрования файлов, почтовых отправлений, и др.<br />25. Симметричные криптографические системы.Алгоритм Blowfish.<br />Разработан в 1993 г. Брюсом Шнайером <br />Основные характеристики<br />Структура: сеть Фейстеля <br />Размер ключа: 32-448 бит<br />Размер блока: 64 бит<br />Число раундов: 16<br />Критерии проектирования:<br />Скорость шифрования<br />Компактность<br />Простота<br />Настраиваемая безопасность<br />Blowfish оптимизирован для приложений, где нет частой смены ключей. Например, программы автоматического шифрования файлов.<br />Алгоритм шифрования:<br />26. Алгоритм Blowfish. Инициализация.<br />ЭТАП 1 <br />Подготовительный — формирование ключей шифрования по секретному ключу. <br />Инициализация массивов P (32-битные раундовые ключи шифрования) и S (32-битные таблицы замен) при помощи <br />секретного ключа K <br />Инициализация P1-P18 фиксированной строкой, состоящей из шестнадцатеричных цифр мантиссы числа “пи”. <br />Десятичное: 3,1415926535897932384626433832795…<br />Шестнадцатеричное: 3,243F6A8885A308D31319… <br />Производится операция XOR над P1 с первыми 32-мя битами ключа K, <br />над P2 со вторыми 32-мя битами и так далее.Если ключ K короче, то он накладывается циклически. <br />32-битные таблицы замен<br />ЭТАП 1 <br />Шифрование ключей и таблиц замен <br />Алгоритм шифрования 64-битного блока, используя инициализированные ключи P1-P18 и таблицу замен S1-S4, шифрует 64 –х битную строку, состоящую из 0 и 1 (важно чтобы она была фиксированной длины). Результат записывается в P1, P2. <br />P1 и P2 шифруются измененными значениями ключей и таблиц замен. Результат записывается в P3 и P4. <br />Шифрование продолжается до изменения всех ключей и таблицы замен. <br />27. Алгоритм Blowfish. Функция шифрования.<br />ЭТАП 2 <br />Шифрование текста полученными ключами и F(x), с предварительным разбиением на блоки по 64 бита. Если невозможно разбить начальный текст точно на блоки по 64 бита, используются различные режимы шифрования для построения сообщения, состоящего из целого числа блоков. <br />Cуммарная требуемая память 4168 байт: P1-P18: 18 переменных по 32 бита; <br />S1-S4: 4x256 переменных по 32 бита. <br />Расшифрование происходит аналогично, только P1-P18 применяются в обратном порядке. <br />446341513468352758440622935 разделение на 32-битные блоки : L0 , R0вычисления в i-том раунде: после 16-го раунда L16 , R16 меняются местами: и выполняется операция XOR с ключами P17,P18 <br />Функция F<br />32-битный блок делится на четыре 8-битных блока (X1, X2, X3, X4), каждый из которых является индексом массива таблицы замен S1-S4 <br />значения S1[X1] и S2[X2] складываются по модулю 232, далее выполняется операция XOR с S3[X3] и, наконец, сложение с S4[X4] по модулю 232<br />Результат этих операций — значение F(x) <br />Особенности реализации:<br />Не подходит для приложений с частой сменой ключей<br />Не может быть применен в смарт-картах и других встраиваемых системах с малым объемом памяти<br />46. Обобщенная схема асимметричной системы шифрования. Общие понятия и определения<br />Шифрование - это преобразование данных в вид, недоступный для чтения без соответствующей информации (ключа шифрования). <br />Задача шифрования - обеспечить конфиденциальность, скрыв информацию от лиц, которым она не предназначена, даже если они имеют доступ к зашифрованным данным.<br /> Расшифровывание - процесс, обратный шифрованию, т.е. преобразование зашифрованных данных в открытый вид.<br />Асимметричное шифрование— система шифрования информации, при которой ключ, которым зашифровывается сообщение и само зашифрованное сообщение передаётся по открытому каналу.<br />Алгоритм шифрованияАлгоритм расшифрованияГенерацияключейОтправитель Р1Получатель Р2Криптограмма, С ММКр2 - секретныйКр1 - открытыйНезащищенныйканал Противник<br />47. Алгоритм открытого распределения ключей Диффи–Хеллмана (Diffie - Hellman) <br />Отправитель Р1Получатель Р21.Генерация n, aоткрытыемодульоснование2. Случайное число Х, вычисляет A = ax (mod n)3. Случайное число Y,вычисляет B = ay (mod n)A4.Вычисление ключаKp1 = Bx (mod n)5.Вычисление ключаKp2 =Ay (mod n)BПримерn = 5, a = 7, x = 3, y = 2A = 73 (mod 5) = 343 (mod 5) = 3Kp1 = 43 (mod 5) = 64 (mod 5) = 4B = 72 (mod 5) = 49 (mod 5) = 4Kp2 = 32 (mod 5) = 4<br />48. Алгоритм RSA (Rivest-Shamir-Adleman)<br />49. Алгоритм Эль-Гамаля (El Gamal) <br />50. Электронная цифровая подпись. Общие понятия и определения, требования и структура ЭЦП.<br />Электронная цифровая подпись (ЭЦП) - реквизит электронного документа, предназначенный для защиты данного электронного документа от подделки, полученный в результате криптографического преобразования информации с использованием закрытого ключа электронной цифровой подписи и позволяющий идентифицировать владельца сертификата ключа подписи, а также установить отсутствие искажения информации в электронном документе <br />(Федеральный закон «Об электронной цифровой подписи»)<br />ЭЦП включает:<br />Алгоритм генерации пар ключей пользователей<br />Функцию вычисления подписи<br />Функцию проверки подписи<br />Требования к ЭЦП:<br />НеподдельностьДостоверностьНевозможность повторного использованияНевозможность изменения подписанного документаНевозможность отречения от цифровой подписи<br />Классы ЭЦП:<br />Обычные цифровые подписиЦифровые подписи с восстановлением документа<br />51. Процедуры постановки и проверки подлинности ЭЦП.<br />52 .Схема формирования ЭЦП (на примере использования алгоритма RSA)<br />Отправитель(постановка ЭЦП)Получатель(проверка ЭЦП)СообщениеМБлоксжатияHDГенерацияключейSEБлоксжатияканалH ' = H quot;
S = HD mod NH = h (M)E, NN, DMH quot;
= S E (mod N)H ' = h(M)данетЭЦПподлиннаяЭЦПошибочная<br />53 .Процедуры постановки и проверки ЭЦП ГОСТ Р34.10-94 (ГОСТ Р34.10-2001) <br />Отечественный стандарт цифровой подписи <br />ГОСТ Р34.10-94 (ГОСТ Р34.10-2001) В сентябре 2001 г. утвержден, а с 1 июля 2002 г. вступил в силу новый стандарт ЭЦП – ГОСТ Р 34.10–2001.<br />Параметры ЭЦП по ГОСТу:<br />р – большое простое число длиной 512 (1024) бит;<br />q – простой сомножитель числа (р-1) длиной 254..256 бит; <br />p,q могут быть открытыми <br />a – любое число, меньшее (р-1), такое, что <br /> aq mod p = 1;<br />x – секретный ключ, число меньшее q;<br />y – открытый ключ, y = ax mod p <br />Процедура постановки ЭЦП:<br />Вычислить h(M) - значение хэш-функции h от сообщения М. <br />Выработать целое число k, 0<k < q. <br />Вычислить два значения : r = ak (mod p) и r' = r (mod q). <br /> Если r' =0, перейти к этапу 2 и выработать другое значение числа k. <br />С использованием секретного ключа х отправителя сообщения вычислить значение <br /> s = (xr' + kh(M))(mod q). <br /> Если s=0, перейти к этапу 2, в противном случае закончить работу алгоритма.<br /> Подписью сообщения М являются два числа <br />(r' mod 2256), s mod 2256) <br />Процедура проверки ЭЦП:<br />Проверить условие: 0< s < q и 0 < r' < q. Если хотя бы одно из этих условий не выполнено, то подпись считается недействительной. <br />Вычислять h(M1 )- значение хеш-функции h от полученного сообщения М1. <br />Вычислить значение v = (h(M1 ))q-2 (mod q).<br />Вычислить значения: z1 = (s * v) mod q и z2 = ((q - r' ) * v) mod q.<br />Вычислить значение u = (a z1 y z2(mod p)) (mod q).<br />Проверить условие: r' = u. <br /> При совпадении значений r и u получатель принимает решение о том, что полученное сообщение подписано данным отправителем и в процессе передачи не нарушена целостность сообщения, <br />т.е. М =М1. <br />В противном случае подпись считается недействительной. <br />54 . Хэш-функции: определение и общие требования<br />Хэш-функция предназначена для формирования ЭЦП и обеспечивает сжатие подписываемого документа М до нескольких десятков или сотен бит. <br />Хэш-функция h(.) использует в качестве аргумента сообщение М произвольной длины и возвращает хэш-значение h(M)=H фиксированной длины. <br />Обычно хэшированная информация является сжатым двоичным представлением основного сообщения произвольной длины. Следует отметить, что значение хэш-функции h(M) сложным образом зависит от документа M и<br /> не позволяет восстановить сам документ M.<br />Требования к ХЭШ-функциям:<br />Большинство хэш-функций строится на основе однонаправленной функции f(.) , которая образует выходное значение длиной n при задании двух входных значений длиной n. <br />551815571500Этими входами являются блок исходного текста Мi и хэш-значение Hi-1 предыдущего блока текста.<br />55. Однонаправленные хэш-функции на основе симметричных блочных алгоритмов<br /> <br />H0 = IH ; <br />Hi = EA (B) C, <br /> где IH – некоторое начальное случайное значение; <br /> A, B, C – могут принимать значения Mi , Hi-1,, ( Mi Hi-1) или быть константами; <br /> Mi – блок сообщения принятой длины.<br />Три различные переменные А, В, С могут принимать одно из четырех возможных значений, поэтому в принципе можно получить 64 варианта общей схемы этого типа, однако 52 варианта являются либо слабыми, либо небезопасными. <br />Остальные 12 схем описываются в таблице, см.: [Романец–99, с. 160].<br />56. Отечественный стандарт хэш-функции ГОСТ Р 34.11–94 <br />Отечественный стандарт ГОСТ Р 34.11–94 определяет алгоритм и процедуру вычисления хэш-функции двух любых последовательностей двоичных символов, применяемых в криптографических методах обработки и защиты информации. <br />Этот стандарт базируется на блочном алгоритме шифрования ГОСТ 28147–89.<br /> Данная хэш-функция формирует 256-битовое хэш-значение. <br />Функция сжатия Ri = f( Mi, Ri–1) <br />(оба операнда Mi и Ri–1 являются 256-битовыми величинами) определяется следующим образом.<br />1. Генерируются 4 ключа шифрования Kj, j {1,2,3,4}, путем линейного смешивания Mi, Ri–1 и некоторых констант Cj.<br />2. Каждый ключ Kj, используют для шифрования 64-битовых подслов ri слова Ri–1 в режиме простой замены: <br /> Sj= (rj). Результирующая последовательность S4, S3, S2, S1 длиной 256 бит запоминается во временной переменной S.<br />3. Значение Ri является сложной, хотя и линейной функцией смешивания S, Mi и Ri–1.<br />При вычислении окончательного хэш-значения сообщения M учитываются значения трех связанных между собой переменных:<br /> Rn – хэш-значение последнего блока сообщения;<br /> Z – значение контрольной суммы, получаемой при сложении по модулю 2 всех блоков сообщения;<br /> L – длина сообщения.<br />Эти три переменные и дополненный последний блок M´ сообщения объединяются в окончательное хэш-значение следующим образом:<br />R = f (Z M´, f (L, f (M´, Rn))) <br />57. Методы управления криптографическими ключами<br />Под ключевой информацией понимают совокупность всех действующих ключей в автоматизированных системах обработки информации (АСОИ). <br />Если не обеспечено достаточно надежное управление ключевой информацией, то, завладев ею, злоумышленник получает неограниченный доступ ко всей информации.<br />Управление ключами – информационный процесс, включающий реализацию следующих этапов:<br /> генерация ключей;<br /> хранение ключей;<br /> распределение ключей.<br />58. Генерация криптографических ключей. Схема генерации случайного ключа в соответствии со стандартом ANSI X9.17<br />Безопасность любого криптографического алгоритма определяется используемым криптографическим ключом. <br />Добротные криптографические ключи должны иметь достаточную длину и случайные значения битов. Для получения ключей используются аппаратные и программные средства генерации случайных значений ключей. <br />Как правило, применяют датчики псевдослучайных чисел (ПСЧ). Однако степень случайности генерации чисел должна быть достаточно высокой.<br />Один из методов генерации сеансового ключа для симметричных криптосистем описан в стандарте ANSI X9.17. <br />Он предполагает использование криптографического алгоритма DES <br />(хотя можно применить и другие симметричные алгоритмы шифрования). <br />Схема генерации случайного ключа Ri в соответствии со стандартом ANSI X9.17<br />Случайный ключ Riгенерируют, вычисляя значениеRi = ЕК (ЕК (Тi) Vi)Следующее значение Vi+1вычисляют так:Vi+1 = ЕК (ЕК (Тi) Ri) Если необходим 128-битовый случайный ключ, генерируют пару ключей Ri, Ri+1и объединяют их вместе.ЕК(Тi)– результат шифрования алгоритмом DES значения Тi;К – ключ, зарезервированный для генерации секретных ключей;V0– секретное 64-битовое начальное число;Т – временная отметка.<br />64. Современные приложения криптографии.<br />Защита от несанкционированного чтения, или обеспечение конфиденциальности информации Обеспечивается путем шифрования информации с использованием современных симметричных <br />DES, Rijndael, Blowfish, IDEA, ГОСТ 28147-89 <br />или асимметричных <br />RSA, ElGamal криптографических систем <br />Защита от навязывания ложных сообщений, как умышленных, так и непреднамеренных может быть обеспечена с помощью так называемой имитозащиты. <br />Имитозащита – защита от навязывания ложных сообщений путем формирования, в зависимости от секретного ключа, специальной дополнительной информации, называемой имитовставкой, которая передается вместе с криптограммой, причем могут использоваться два варианта: либо вычисление имитовставки по открытому тексту, либо по шифротексту. <br />Чем больше длина имитовставки, тем меньше вероятность того, что искажение шифротекста не будет обнаружено получателем<br />Идентификация и аутентификация <br />Идентификация законных пользователей заключается в распознавании пользователей, после чего им предоставляются определенные права доступа к ресурсам. <br />Аутентификация – установление санкционированным получателем того факта, что полученное сообщение послано санкционированным отправителем. <br />Принятый протокол должен обеспечить противодействие использованию потенциальным нарушителем ранее переданных сообщений. <br />Это направление современной криптологии очень интенсивно развивается с момента открытия криптографии с открытым ключом (асимметричной или двухключевой криптографии) в середине 70-х годов.<br />Контроль целостности - Это обнаружение любых несанкционированных изменений информации, например данных или программ, хранящихся в компьютере. <br />Имитозащита, в сущности, является частным случаем контроля целостности информации, передаваемой в виде шифротекста. <br />В практических приложениях часто требуется удостовериться, что некоторые данные или программы не были изменены каким-либо несанкционированным способом, хотя сами данные не являются секретными и хранятся в открытом виде.<br />ЭЦП. Основывается на асимметричных криптографических алгоритмах, в которых предусматривается использование открытого и секретного ключей. <br />Асимметричные криптоалгоритмы позволяют обеспечить строгую доказательность факта составления того или иного сообщения конкретными пользователями криптосистемы. Это основано на том, что только отправитель сообщения, который держит в секрете некоторую дополнительную информацию (секретный ключ), может составить сообщение со специфической внутренней структурой. <br />То, что сообщение имеет структуру, сформированную с помощью секретного ключа, проверяется с помощью открытого ключа. <br />Вероятность того, что некоторое сообщение, составленное нарушителем, может быть принято за сообщение, подписанное каким-либо санкционированным пользователем для современных алгоритмов ЭЦП оценивается порядка 10-30 .<br />Криптографическая защита документов и ценных бумаг от подделки Путем считывания информации об уникальных особенностях носителя информации, формируется цифровой паспорт, включающий содержание документа и информацию о микроструктуре документа. Затем законный изготовитель документа, используя свой секретный ключ, вычисляет цифровую подпись паспорта и записывает на носителе паспорт и соответствующую ему цифровую подпись.<br />Проверка подлинности документа выполняется путем сканирования микроструктуры материального объекта, на котором сформирован документ, считывания записанной на нем информации и проверки цифровой подписи изготовителя документа по открытому ключу, который является общедоступным. <br />Изготовление фальшивого документа на другом материальном объекте или модифицирование содержания документа и его цифрового паспорта практически не осуществимы без знания секретного ключа, с помощью которого формируется подпись. <br />В современном мире значение криптографии выходит далеко за рамки обеспечения секретности данных. <br />По мере все большей автоматизации передачи и обработки информации и интенсификации информационных потоков ее методы приобретают уникальное значение.<br />](https://image.slidesharecdn.com/cfakepath-100606104006-phpapp01/85/C-fakepath-1-320.jpg)
