Санкт-Петербург

Государственный морской технический

Университет

Факультет морского приборостроения

Кафедра САУ и БВТ

РЕФЕРАТ

по дисциплине «ИНФОРМАТИКА»

на тему:

«КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ДАННЫХ »

Выполнил:

студент гр. 31ВМ1 Лежнин Ф. С.

Проверил:

д. т. наук профессор Жуков Ю. В.

Санкт-Петербург

2000-12-09

АННОТАЦИЯ

Реферат содержит: 30 страниц, 2 рисунка и 6 таблиц.

Ключевые слова:

Шифрование, Криптография, Криптоанализ, Криптология, Ключ, Методология, КК, ВОЛС, КОКС.

В реферате изложены основные принципы построения криптографических систем защиты данных и рассмотрены основные отличия между квантовой и аппаратной криптографией. Приводятся примеры различных способов организации криптографических систем защиты данных, рассматриваются преимущества одних способов над другими с экономической точки зрения, с точки зрения производительности, масштабируемости и надёжности. Так же рассматриваются преимущества, которыми обладает пользователи использующие защищённые методы передачи данных.

Сокращения, обозначения и определения, используемые в реферате.

Шифрование - это преобразование данных в нечитабельную форму, используя ключи шифрования-расшифровки.

Криптография - наука о способах преобразования (шифрования) информации с целью ее защити от незаконных пользователей (разработка шифров).

Криптоанализ - наука (и практика ее применения) о методах и способах вскрытия шифров (атака на шифры).

Криптология - наука, состоящая из двух ветвей: криптографии и криптоанализа.

Ключ - сменный элемент шифра, который применяется для шифрования конкретного сообщения.

Методология - процедура, состоящей из: одного или более алгоритмов шифрования (математических формул); ключей, используемых этими алгоритмами шифрования; системы управления ключами; незашифрованного текста; и зашифрованного текста (шифртекста).

КК – квантовая криптография.

ВОЛС – волоконно-оптическая линия связи.

КОКС – квантово-оптические каналы связи, в которых в приёмном модуле применяются лавинные фотодиоды.

Содержание.

1. Введение. 4

1.1 Экскурс в историю электронной криптографии. 4

1.2. Основные задачи криптографии. 6

1.3 Выводы по разделу 1. 7

2. Криптографические средства защиты. 8

2.1 Принцыпы работы Криптосистемы. 8

2.1 Управление криптографическими ключами. 9

2.1.1. Симметричная (секретная) методология. 11

2.1.2. Асимметричная (открытая) методология. 12

2.2 Алгоритмы шифрования 15

2.2.1 Симметричные алгоритмы 15

2.2.2 Асимметричные алгоритмы 18

2.3 Хеш-функции 18

2.4 Механизмы аутентификации 19

2.5 Электронные подписи и временные метки 20

2.6 Стойкость шифра. 20

2.7 Выводы по разделу 2. 21

3. Квантовая криптография. 23

3.1. Природа секретности квантового канала связи. 23

3.2 Принципы работы ККС и первая экспериментальная реализация. 24

3.3 Современное состояние работ по созданию ККС. 26

3.4 Протоколы для квантово-криптографических систем распределения ключевой информации. 28

3.5 Выводы по разделу 3. 29

Заключение. 31

Литература. 33

1. Введение.

Научно-техническая революция в последнее время приняла грандиозные масштабы в области информатизации общества на базе современных средств вычислительной техники, связи, а также современных методов автоматизированной обработки информации. Применение этих средств и методов приняло всеобщий характер, а создаваемые при этом информационно-вычислительные системы и сети становятся глобальными как в смысле территориальной распределенности, так и в смысле широты охвата в рамках единых технологий процессов сбора, передачи, накопления, хранения, поиска, переработки информации и выдачи ее для использования.

Информация в современном обществе – одна из самых ценных вещей в жизни, требующая защиты от несанкционированного проникновения лиц не имеющих к ней доступа.

1.1 Экскурс в историю электронной криптографии.

Появление в середине двадцатого столетия первых электронно-вычислительных машин кардинально изменило ситуацию в области шифрования (криптографии). С проникновением компьютеров в различные сферы жизни возникла принципиально новая отрасль - информационная индустрия.

В 60-х и частично в 70-х годах проблема защиты информации решалась достаточно эффективно применением в основном организационных мер. К ним относились прежде всего режимные мероприятия, охрана, сигнализация и простейшие программные средства защиты информации. Эффективность использования указанных средств достигалась за счет концентрации информации на вычислительных центрах, как правило автономных, что способствовало обеспечению защиты относительно малыми средствами.

"Рассосредоточение" информации по местам ее хранения и обработки, чему в немалой степени способствовало появление в огромных количествах дешевых персональных компьютеров и построенных на их основе локальных и глобальных национальных и транснациональных сетей ЭВМ, использующих спутниковые каналы связи, создание высокоэффективных систем разведки и добычи информации, обострило ситуацию с защитой информации.

Проблема обеспечения необходимого уровня защиты информации оказалась (и это предметно подтверждено как теоретическими исследованиями, так и опытом практического решения) весьма сложной, требующей для своего решения не просто осуществления некоторой совокупности научных, научно-технических и организационных мероприятий и применения специфических средств и методов, а создания целостной системы организационных мероприятий и применения специфических средств и методов по защите информации.

Объем циркулирующей в обществе информации стабильно возрастает. Популярность всемирной сети Интренет в последние годы способствует удваиванию информации каждый год. Фактически, на пороге нового тысячелетия человечество создало информационную цивилизацию, в которой от успешной работы средств обработки информации зависит благополучие и даже выживание человечества в его нынешнем качестве. Произошедшие за этот период изменения можно охарактеризовать следующим образом:

• объемы обрабатываемой информации возросли за полвека на несколько порядков;

• доступ к определенным данным позволяет контролировать значительные материальные и финансовые ценности; информация приобрела стоимость, которую даже можно подсчитать;

• характер обрабатываемых данных стал чрезвычайно многообразным и более не сводится к исключительно текстовым данным;

• информация полностью "обезличилась", т.е. особенности ее материального представления потеряли свое значение - сравните письмо прошлого века и современное послание по электронной почте;

• характер информационных взаимодействий чрезвычайно усложнился, и наряду с классической задачей защиты передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного прочтения и искажения возникли новые задачи сферы защиты информации, ранее стоявшие и решавшиеся в рамках используемых "бумажных" технологий - например, подпись под электронным документом и вручение электронного документа "под расписку" - речь о подобных "новых" задачах криптографии еще впереди;

• субъектами информационных процессов теперь являются не только люди, но и созданные ими автоматические системы, действующие по заложенной в них программе;

• вычислительные "способности" современных компьютеров подняли на совершенно новый уровень как возможности по реализации шифров, ранее немыслимых из-за своей высокой сложности, так и возможности аналитиков по их взлому.

Перечисленные выше изменения привели к тому, что очень быстро после распространения компьютеров в деловой сфере практическая криптография сделала в своем развитии огромный скачок, причем сразу по нескольким направлениям:

• во-первых, были разработаны стойкие блочные с секретным ключом, предназначенные для решения классической задачи - обеспечения секретности и целостности, передаваемых или хранимых данных, они до сих пор остаются "рабочей лошадкой" криптографии, наиболее часто используемыми средствами криптографической защиты;

• во-вторых, были созданы методы решения новых, нетрадиционных задач сферы защиты информации, наиболее известными из которых являются задача подписи цифрового документа и открытого распределения ключей.

В современном мире информационный ресурс стал одним из наиболее мощных рычагов экономического развития. Владение информацией необходимого качества в нужное время и в нужном месте является залогом успеха в любом виде хозяйственной деятельности. Монопольное обладание определенной информацией оказывается зачастую решающим преимуществом в конкурентной борьбе и предопределяет, тем самым, высокую цену "информационного фактора".

Широкое внедрение персональных ЭВМ вывело уровень "информатизации" деловой жизни на качественно новую ступень. Ныне трудно представить себе фирму или предприятие (включая самые мелкие), которые не были бы вооружены современными средствами обработки и передачи информации. В ЭВМ на носителях данных накапливаются значительные объемы информации, зачастую носящей конфиденциальный характер или представляющей большую ценность для ее владельца.

1.2. Основные задачи криптографии.

Задача криптографии, т.е. тайная передача, возникает только для информации, которая нуждается в защите. В таких случаях говорят, что информация содержит тайну или является защищаемой, приватной, конфиденциальной, секретной. Для наиболее типичных, часто встречающихся ситуаций такого типа введены даже специальные понятия:

• государственная тайна;

• военная тайна;

• коммерческая тайна;

• юридическая тайна;

• врачебная тайна и т. д.

Далее мы будем говорить о защищаемой информации, имея в виду следующие признаки такой информации:

• имеется какой-то определенный круг законных пользователей, которые имеют право владеть этой информацией;

• имеются незаконные пользователи, которые стремятся овладеть этой информацией с тем, чтобы обратить ее себе во благо, а законным пользователям во вред.

1.3 Выводы по разделу 1.

Криптография - это набор методов защиты информационных взаимодействий от отклонений от их нормального, штатного протекания, вызванных злоумышленными действиями различных субъектов, методов, базирующихся на секретных алгоритмах преобразования информации, включая алгоритмы, не являющиеся собственно секретными, но использующие секретные параметры. Исторически первой задачей криптографии была защита передаваемых текстовых сообщений от несанкционированного ознакомления с их содержанием, что нашло отражение в самом названии этой дисциплины, эта защита базируется на использовании "секретного языка", известного только отправителю и получателю, все методы шифрования являются лишь развитием этой философской идеи. С усложнением информационных взаимодействий в человеческом обществе возникли и продолжают возникать новые задачи по их защите, некоторые из них были решены в рамках криптографии, что потребовало развития принципиально новых подходов и методов.

2. Криптографические средства защиты.

Криптографическими средствами защиты называются специальные средства и методы преобразования информации, в результате которых маскируется ее содержание. Основными видами криптографического закрытия являются шифрование и кодирование защищаемых данных. При этом шифрование есть такой вид закрытия, при котором самостоятельному преобразованию подвергается каждый символ закрываемых данных; при кодировании защищаемые данные делятся на блоки, имеющие смысловое значение, и каждый такой блок заменяется цифровым, буквенным или комбинированным кодом. При этом используется несколько различных систем шифрования: заменой, перестановкой, гаммированием, аналитическим преобразованием шифруемых данных. Широкое распространение получили комбинированные шифры, когда исходный текст последовательно преобразуется с использованием двух или даже трех различных шифров.

2.1 Принцыпы работы Криптосистемы.

Типичный пример изображения ситуации, в которой возникает задача криптографии (шифрования) изображён на рисунке №1:

Рис. №1

На рисунке № 1 А и В - законные пользователи защищённой информации, они хотят обмениваться информацией по общедоступному каналу связи.
П - незаконный пользователь (противник, хакер), который хочет перехватывать передаваемые по каналу связи сообщения и попытаться извлечь из них интересную для него информацию. Эту простую схему можно считать моделью типичной ситуации, в которой применяются криптографические методы защиты информации или просто шифрование.