Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 224
Текст из файла (страница 224)
Однако добавление избыточной информации облегчает работу криптоаналитика по взлому шифра. Предположим, что конкуренция в бизнесе почтовых заказов чрезвычайно высока и что главному конкуренту компании «Домосед», фирме «Лежебока», очень хочется узнать, сколько песочниц в месяц продает компания «Домосед». Для этого «лежебоки» подключились к телефонной линии «домоседов». В исходной схеме с 3-байтовыми номерами криптоанализ был почти невозможен, поскольку, предположив значение ключа, криптоаналитик не мог проверить правильность своей догадки.
Как-никак, почти все сообщения были технически корректны. С введением новой 12-байтовой схемы криптоаналитик легко сможет отличить допустимое сообщение от недопустимого. Итак: Криптографический принцип номер 1: Сообщения должны содержать избыточные данные. Другими словами, при расшифровке сообщения получатель должен иметь возможность проверить его подлинность путем анализа н, возможно, выполнения несложных вычислений. Избыточность требуется для того, чтобы можно было противостоять попыткам активных злоумышленников обмануть получателя фальшивыми сообщениями, содержащими мусор. Вместе с тем, добавление избыточной информации облегчает пассивным злоумышленникам задачу взлома системы, так что здесь есть определенное противоречие.
Кроме того, избыточные данные никогда не должны принимать форму последовательности нулей в начале или конце сообщения, так как при зашифровке подобных сообщений некоторые алгоритмы дают более предсказуемые результаты, что облегчает работу криптоаналитиков. Многочлен циклического избыточного кода (СКС) значительно лучше подойдет для этих целей, чем просто ряд нулей, поскольку получатель сможет проверить его корректность, и это несколько усложняет работу криптоаналитика. Гораздо удобнее использовать криптографическую хэш-функцию, речь о которой пойдет ниже. Возвращаясь к квантовой криптографии, хочется сказать о том, какую роль ватой технологии играет избыточность. Из-за того, что Труди перехватывает фотоны, некоторые биты одноразового блокнота, получаемого Бобом, будут иметь неправильные значения.
Бобу требуется некоторая избыточность информации, содержащейся во входящих сообщениях, для определения наличия ошибок. Одной из грубых форм избыточности можно считать повторение передачи одного и того же сообщения. Если две пришедшие копии оказываются не идентичными, Боб узнает, что либо канал сильно зашумлен, либо кто-то перехватывает данные. 832 Глава 8. Безопасность в сетях Конечно, отправлять все по два раза — это слишком. Гораздо лучше использовать код Хэмминга или Рида — Соломона для определения и коррекции ошибок. Однако должно быть понятно, что для того чтобы отличать настоящие сообщения от поддельных, необходима некоторая избыточность.
Это особенно важно, если присутствует активный злоумышленник, Ограниченный срок годности Второй принцип криптографии состоит в том, что необходимо иметь методы, позволяющие удостовериться в том, что пришедшее сообщение свежее, то есть было послано совсем недавно. Эта мера направлена на борьбу с активными злоумышленниками, воспроизводящими перехваченные ими старые сообщения. Если не принять подобных мер, наш уволенный может подсоединиться к телефонной линии компании «Домосед» и просто повторять посланные ранее настоящие сообщения. Итак, сформулируем утверждение: Криптографический принцип номер 2г Необходим способ борьбы с повторной отправкой посланных ранее сообщений.
Одной из подобных мер является включение в каждое сообщение временного штампа, действительного, скажем, только в течение 10 с. Получатель может просто хранить принятые сообщения в течение 10 с, отсеивая дубликаты. Сообщения возрастом более 10 с просто игнорируются как устаревшие. Другие меры защиты от дубликатов будут обсуждаться позже. Алгоритмы с симметричным криптографическим ключом В современной криптографии применяются те же основные идеи, что и в традиционной криптографии, то есть перестановка и подстановка, но акценты расставляются иначе. В традиционной криптографии применялись простые алгоритмы. Сегодня верно обратное; целью является создание настолько сложного и запутанного алгоритма шифрования, что даже если криптоаналитику попадут в руки целые горы зашифрованного текста, он не сможет извлечь из этого никакой пользы.
Первым классом алгоритмов шифрования, который мы изучим, будет класс алгоритмов с симметричным ключом. Он получил такое название благодаря тому, что для шифрации и дешифрации сообщений применяется один и тот же ключ. На рис. 8.1 показан пример использования алгоритма с симметричным ключом. В частности, мы подробно рассмотрим блочные шифры, которые принимают на входе и-битные блоки открытого текста и преобразуют их с использованием ключа в п-битный шифр.
Криптографические алгоритмы могут быть реализованы как аппаратно (что повышает скорость их работы), так и программно (для повышения гибкости). Несмотря на то, что большая часть наших размышлений касается алгоритмов и протоколов, не зависящих от конкретной реализации, нам кажется полезным рассмотрение принципов построения шифровальной аппаратуры.
Подстановки Алгоритмы с симметричным криптографическим ключом 333 и перестановки могут быть реализованы при помощи простых электрических цепей. На рис. 8.5 показано устройство, называющееся Р-блоком (литера Р означает регшцгаС(оп — перестановка) и используемое для перестановки восьми входных разрядов. Если пронумеровать входные биты сверху вниз (01234567), выход этого конкретного Р-блока будет выглядеть как 36071245. При помощи соответствующего внутреннего устройства Р-блока (распайки проводов) можно заставить его выполнять любую операцию перестановки практически со скоростью света, так как никакие вычисления в нем не производятся, а просто-напросто передается сигнал со входа на выход. Такое решение соответствует принципу Керкгофа: взломщик знает, что используется метод перестановки битов. Однако он не знает ключа, заключающегося в порядке перестановок.
Р-блок 8-блок Продукционный шифр Рис. 8.8. Основные элементы продукционных шифров. Р-блок (в); 8-блок (б ); продукционный шифр (в) Подстановки (то есть замещения) выполняются Я-блоками (5 означает зиЬ- зг(Сцг(оп — подстановка, замена), как показано на рис. 8.5, б. В данном примере на вход подается 3-битный открытый текст, а на выходе появляется 3-битный зашифрованный текст. Для каждого входного сигнала выбирается одна из восьми выходных линий декодера путем установки ее в 1.
Все остальные линии устанавливаются в О. Затем эти восемь линий проходят через Р-блок, представляющий собой вторую ступень 5-блока. Третья ступень производит обратное кодирование одной из восьми линий в 3-битовое двоичное число. Такое устройство заменяет восьмеричные числа 01234567 на 24506713 соответственно. То есть 0 заменяется числом 2, 1 — числом 4 и т. д. Опять же, при соответствующей распайке проводов Р-блока внутри 5-блока можно реализовать любой вариант подстановки. К тому же такое устройство может быть встроено в аппаратуру и работать на огромных скоростях, поскольку шифраторы и дешифраторы вносят лишь одну или две вентильных задержки (менее 1 нс), а время распространения сигнала внутри Р-блока может быть менее 1 пс.
Настоящая сила этих элементов становится очевидна, если сформировать каскад яз этих устройств, как показано на рис. 8.5, в, Получившееся в результате устройство называется продукционным шифром. В данном примере на первом этапе (Р,) 12 входных линий меняются местами. Теоретически, вторая ступень могла бы быть З-блоком, отображающим одно 12-разрядное число в другое 12-разрядное число. Однако такое устройство должно содержать в средней ста- 634 Глава 8, Безопасность в сетях дии 2м = 4096 перекрещенных проводов.
Вместо этого вход разбивается на четыре группы по 3 разряда, с каждой из которых операция замены выполняется независимо. Хотя такой метод представляет собой лишь частный случай общего решения, его мощь достаточно высока. Выход продукционного шифра можно сделать сложной функцией входа, используя достаточно большое количество дополнительных ступеней. Продукционные шифры, работающие с я-битными входами и производящие й-битные последовательности, широко распространены. Обычно значение л колеблется от 64 до 256.
Стандарт шифрования данных 0ЕВ В январе 1977 году правительство Соединенных Штатов приняло продукционный шифр, разработанный фирмой 1ВМ, в качестве официального стандарта для несекретных сведений. Этот шифр, получивший название 1хЕВ (Вага Епсгурйоп 51апдаго' — стандарт шифрования данных), получил широкое распространение в промышленности для защиты информации. В своем исходном виде он уже больше не является надежным, но в модифицированном виде все еще полезен. Сейчас мы объясним принципы его работы, Схема ПЕ8-шифра показана на рис. 8,6, а. Открытый текст шифруется блоками по 64 бита, в результате чего на выходе получаются 64-битные блоки зашифрованного текста.
Алгоритм, использующий 56-разрядный ключ, состоит из 19 отдельных этапов. На первом этапе выполняется независимая перестановка 64 разрядов открытого текста. Последний представляет собой обратную перестановку. Предпоследний этап меняет местами левые и правые 32 разряда. Остальные 16 этапов функционально идентичны, но управляются разными функциями входного ключа. Алгоритм был разработан так, чтобы дешифрация выполнялась тем же ключом, что и шифрование.
Это обеспечивает соответствие алгоритма принципу симметричных ключей. Этапы при расшифровке просто выполняются в обратном порядке. Операция, выполняемая на одном из промежуточных этапов, показана на рис. 8.6, б. На каждом этапе из двух порций по 32 разряда на входе формируются две порции по 32 разряда на выходе. Правая половина входа просто копируется в левые разряды выхода. Правые 32 выходных разряда представляют собой сумму по модулю 2 левой части входа и функции правой части входа и ключа данного этапа К, Вся сложность шифра заключается в этой функции. Функция состоит из четырех последовательно выполняемых шагов. Сначала из 32 разрядов правой части Е,, с помощью фиксированной перестановки и дублирования формируется 48-разрядное число Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
