Криптографические протоколы и криптографические примитивы с открытым ключом

Вопросы криптографии в Российской Федерации регулируются ФСБ (8 ым Центром), т.е. спецслужбами.В других странах за эти вопросы отвечают различные структуры, например в США криптографические стандарты определяет NIST (англ. The National Institute of Standards and Technology); в Великобритании - CESG [1] .

На практике в РФ применяются обычно как отечественные, так и зарубежные криптографические стандарты. В случае использования первого из указанных стандартов ФСБ может выдать лицензию на соответствующий продукт. Однако, ФСБ допускает применение и некоторых зарубежных стандартов.

Содержание

История криптографии с ооткрытым ключом

1976 г. - публикация новаторской работы W. Diffie и M. Hellman "New directions in cryptography". По сути, эта работа стала началом развития кирптографии с открытым ключом.

В дальнейшем повествовании приняты следующие обозначения:

Необходимость в криптографии с открытым ключом возникает, когда отсутствует полное доверие сторон.

Свойства безопасности

Секретность: информация недоступна незаконному пользователю.
Целостность: информация не изменяется, не уничтожается, т.е. в любой момент времени t : t > t 1 информация такая же, как и в момент времени t 1 .
Подлинность (Аутентичность): отправитель и, в свою очередь, получатель уверены, что сообщение дойдет до адресата (при этом 1-е и 2-е свойства безопасности могут не соблюдаться.
Неотказуемость (Non-repudiation): при выполнении действий впоследствии отсутствует возможность отказаться от каких-либо действий.

В различных системах выполняются разные требования.

Сравнение криптографий с закрытым и открытым ключом

Ни для криптографии с закрытым ключом, равно как ни для криптографии с открытым ключом не установлена нижняя граница стойкости (т.е., фактически, не доказана безопасность).

Существует понятие Proven Security (Доказуемая Безопасность): если вскрыть систему не легче, чем решить трудоемкую задачу (например, факторизации, дискретного логарифмирования), то система безопасна именно в таком смысле.

Размеры ключей

Согласно постановлению Правительства №957 допускается не получать лицензию ФСБ в том случае, если размер ключа не превышает 56 бит (для криптосистем с секретным ключом) или 128 бит (для криптосистем с ОК). Стоит отметить, что криптосистемы с таким длинами ключей относительно легко вскрываются.

Классификация криптографических протоколов

Все действия описаны точно и недвусмысленно; все участники четко ему (протоколу) следуют; следующее действие на начнется, пока не завершится предыдущее.

Каждый протокол имеет конкретную цель, выражающуюся в решении некоторой задачи.

Функции зашифрования/расшифрования;
Функции вычисления ЭЦП;
Функции вычисления кодов аутентификации;
Функции генерации случайных последовательностей.

Криптографические протоколы классифицируют по следующим признакам [2] :

По характеру разрешения спорных вопросов

С арбитром

С судьей

Самодостаточные

На основе симметричной криптографии;
На основе асимметричной криптографии;
Смешанные (гибридные)

Двухсторонние

Трехсторонние

Многосторонние

Интерактивный протокол

Не интерактивный протокол

Протоколы обеспечения целостности сообщений
Протоколы цифровой подписи

Протоколы идентификации участников
Протоколы обеспечения конфиденциальности
Протоколы доказательства [3];

Протоколы доказательства знания

Протоколы доказательства умения решать некоторую задачу

Примитивные (базовые)

Прикладные

В системах электронного обмена данными

В системах электронной подписи

В системах электронной коммерции

В системах поддержки правовых отношений

В игровых системах;

Предварительное распределение ключей между участниками требуется, например, в симметричном шифровании.

В данном протоколе предполагается, что участники не владеют распределенной секретной информацией. Протокол является двухсторонним (участвуют два пользователя). Открытый текст М передается от пользователя А к пользователю В с соблюдением конфиденциальности. Протокол состоит из следующий трех этапов:

Этап 1. Пользователь А помещает сообщение в "сундук", закрывает его своим "замком" и передает В. Пользователь В не сможет прочесть, что положил в "сундук" А, т.к. не имеет ключа от замка А. Иными словами, закрытие пользователем А сообщения в "сундуке" на свой замок эквивалентно шифрованию М на секретном ключе пользователя А:

Этап 2.В навешивает на "сундук" свой "замок" и отправляет "сундук" обратно А, т.е. В выполняет действия, аналогичные проделанным А:

Этап 3.А снимает свой "замок" и отправляет "сундук" В, В проделывает ту же операцию и получает сообщение М. Действия А и В эквивалентны расшифрованию (т.е. преобразованию, обратному к зашифрованию на Этапе 1) открытого текста М:

Протокол обеспечивает секретность и целостность, по при этом НЕ обеспечивается аутентичность. Рассмотрим следующую ситуацию: пусть при в момент пересылки возникает злоумышленник Z, обладающий собственным "замком":

Рассмотренный выше пример применим в случае двух участников. Но как быть, если участников много, гораздо больше двух? В таком случае может быть использован Удостоверяющий Центр (УЦ), в котором хранятся все замки.

Пред началом передачи участники могут узнать посредством обращения к УЦ, какой замок кому принадлежит.

Достоинства: УЦ не знает, о чем переписываются участники, и не может открыть "сундук". Роль "замков" в рассматриваемом случае играют сертификаты открытых ключей (используются для электронной цифровой подписи (ЭЦП), шифрования), хранящиеся в УЦ для каждого участника. ЭЦП нужна для подтверждения подлинности. Сертификаты содержат подписываются цифровой подписью УЦ открытые ключи.

Стандарт X.509 определяет, что должен включать сертификат: сам ключ; подпись УЦ; алгоритм, с помощью которого получена подпись; временные границы действия ключей.

Также УЦ располагает списком отозванных сертификатов (CRL).

В Российской Федерации на сегодняшний день существуют сотни некорпоративных, корпоративных УЦ [5] и УЦ органов государственной власти (применяются для государственных структур).

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎