tanenbaum_seti_all.pages (525408), страница 223
Текст из файла (страница 223)
У нее не только нет идей по поводу того, как выглядит одноразовый блокнот, но она к тому же понимает, что ее присутствие не является ни для кого секретом, Как-никак, ей приходится передавать каждый принятый бит Бобу, чтобы он думал, будто разговаривает с Алисой. Беда в том, что лучшее, что может сделать Труди, это передавать каждый принятый квантобит с использованием поляризации, с помощью которой он был принят ею. При этом примерно в половине случаев поляризация будет неправильной, что привелет к появлению множества ошибок в одноразовом блокноте Боба.
Когда, наконец, Алиса начинает отправлять данные, опа шифрует их, используя сложный код с упреждающей коррекцией ошибок. С точки зрения Боба, ошибка в одном бите одноразовой последовательности — это то же самое, что ошибка передачи данных, произошедшая в одном бите. В любом случае, результат состоит в получении неправильного значения бита. С помощью упреждаюшей коррекции ошибок, возможно, удастся восстановить потерянную информацию, но можно, кроме того, сосчитать количество ошибок. Если оно намного превышает ожидания (связанные с вероятностью возникновения ошибок оборудования), становится очевидно, что линию прослушивает Труди, и Боб может 830 Глава 8. Безопасность в сатях принять необходимые меры (например, сказать Алисе, чтобы она переключилась иа радиоканал, вызвать полицию и т.
д.). Если бы Труди могла скопировать фотон и обрабатывать свою копию, а исходный фотон пересылать Бобу в неизменном виде, у нее был бы шанс остаться незамеченной, однако на сегодняшний день отсутствуют методы клонирования фотонов. Но даже если Труди удастся получить копию фотона, значения квантовой криптографии это ни в коей мере не умалит. Квантовая криптография может работать при наличии оптоволоконных каналов длиной 60 км, однако требуется сложное и дорогое оборудование, Несмотря на это сама идея весьма многообещающая. Более подробно о квантовой криптографии можно узнать из книги (Мц!!шз, 2002), Два фундаментальных принципа криптограФии Хотя на следующих страницах мы рассмотрим много различных криптографических систем, в основе их всех лежат два принципа, очень важных для понимания. Избыточность Первый принцип гласит, что все зашифрованные сообщения должны содержать определенную избыточность, то есть информацию, не требующуюся для понимания сообщения.
Поясним это на примере. Представим себе компанию «Домосед», торгующую по почтовым заказам продуктами 60 000 наименований. Радуясь, что им удалось так экономно распорядиться ресурсами, программисты компании «Домосед» решили, что весь бланк заказа будет состоять из 16 байт имени клиента, за которым последует 3-байтовое поле товара (1 байт для обозначения количества и 2 байта для идентификатора товара). Последние три байта было решено закодировать с помощью очень длинного ключа, известного только клиенту и компании «Домосед». На первый взгляд, такая схема может показаться надежной, в частности, потому, что пассивные злоумышленники не смогуг расшифровать сообщения.
К сожалению, в этой схеме имеется критический недостаток, полностью ее обесценивающий. Предположим, какой-нибудь недавно уволенный сотрудник хочет отомстить компании «Домосед» за увольнение. Перед самым уходом ему удается забрать с собой часть списка клиентов. За ночь он составляет программу, посылающую фиктивные заказы с настоящими именами клиентов.
Поскольку списка ключей у него нет, он просто помещает в последние три байта случайные числа и посылает сотни заказов компании «Домоседы Когда эти сообщения прибывают, компьютер компании «Домосед» по имени клиента находит ключ для дешифрации сообщения. К несчастью для компании «Домосед», почти все 3-байтовые сообщения могут восприниматься как достоверные, поэтому компьютер начинает печатать заявки на доставку товаров. Хотя может показаться странным, если клиент заказывает 637 сидений для детских качелей или 540 песочниц, однако вполне возможно, что клиент собирается заняться строительством детских игровых площадок. Таким образом, активный КРиптография ВЗ1 злоумышленник (уволенный сотрудник) способен доставить очень много неп ьнятностей, даже не вникая в смысл сообщений, посылаемых его компьютером, Эта проблема может быть решена при помощи добавления избыточной нь.
формации к каждому сообщению. Например, если добавить к трем шифруемым байтам еще девять, например, нулевых, уволенный сотрудник уже не сможет сформировать серьезный поток достоверно выглядящих сообщений. Мораль угой истории в том, что все сообщения должны содержать достаточное количество избыточной информации, чтобы активный злоумышленник не смог выдать сл))чайный мусор за настоящие сообщения. 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 и, 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 злгоритмы дают более предсказуемые результаты, что облегчает работу криптоаналитиков. Многочлен циклического избыточного кода (СВС) значительно лучше подойдет для этих целей, чем просто ряд нулей, поскольку получатель сможет проверить его корректность, и это несколько усложняет работу криптоаналнтика.
Гораздо удобнее использовать криптографическую хэш-функцию, речь о которой пойдет ниже. Возвращаясь к квантовой криптографии, хочется сказать о том, какую роль в этой 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.
а32 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 сообшення 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, позволяюшие удостовериться в том, что пришедшее сообщение свежее, то есть было послано совсем недавно. Эта мера направлена на борьбу с активными злоумышленниками, воспроизводяшими перехваченные ими старые сообщения. Если не принять подобных мер, наш уволенный может подсоединиться к телефонной линии компании «Домосед» и просто повторять посланные ранее настояшие сообщения, Итак, сформулируем утверждение: Криптографический принцип номер 2: Необходим способ борьбы с повторной отпраекой 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. Сообшения 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 и-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, це зависящих от конкретной реализации, нам кажется полезным рассмотрение принципов построения шифровальной аппаратуры, Подстановки Алгоритмы о симметричным криптографическим ключом ВЗЗ и перестановки могут быть реализованы при помощи простых электрических цепей. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
