Методы и средства защиты информации
Методы и средства защиты информации
Лекция 3
1.Криптография
До недавнего времени криптография представляла интерес главным образом для военных и дипломатов. Частные лица и коммерческие организации редко считали необходимым прибегать к шифрованию для защиты своей корреспонденции, а если и прибегали, то, как правило, без достаточной тщательности. Однако в силу целого ряда обстоятельств интерес к применению криптографии резко повысился.
В настоящее время количество областей, в которых средства электронной связи заменяют бумажную переписку, быстро увеличивается. В результате увеличивается и доступный для перехвата объем информации, а сам перехват становится более легким. Однако те же самые факторы, которые способствуют распространению электронных средств связи, заметно снижают также затраты на криптографию.
В случае передачи данных электронной почтой перехват оказывается даже еще более легким, чем в случае телефонной связи, поскольку при телефонной связи перехватчик не имеет возможности различать содержание сообщения, если только не используется человек-наблюдатель. При передаче данных материал находится в форме, пригодной для восприятия вычислительной машиной, и подобных ограничений не возникает.
Стоимость перехвата со временем все более уменьшается. В результате это-го возрастает интерес к криптографии как у частных лиц, так и у коммерческих организаций. Особенную остроту проблема криптографической защиты приобрела с бурным развитием электронной почты и систем электронных платежей.
Немного истории
Долгое время занятие криптографией было уделом одиночек. Среди них были одаренные ученые, дипломаты и священнослужители. Известны случаи, когда криптографию считали даже черной магией. Этот период развития криптографии, как искусства, длился с незапамятных времен до начала XX века, когда появились первые шифровальные машины. Понимание математического характера решаемых криптографических задач пришло только в середине XX века, после работ выдающегося американского ученого К. Шеннона.
Свой след в истории криптографии оставили многие хорошо известные исторические личности.
Первые сведения об использовании шифров в военном деле связаны с именем спартанского полководца Лисандра (шифр “ Сциталь”, V век д.н.э). Цезарь использовал в переписке шифр, который вошел в историю как “шифр Цезаря”. В древней Греции был изобретен вид шифра, который в дальнейшем назывался “Квадрат Полития”. Братство франкмасонов с момента своего возникновения (VIII век) разработало и использовало целую систему особых шифров.
Одну из первых книг по криптографии написал аббат И. Тритемий (1462-1516 гг.) живший в Германии. В 1566 г. известный механик и математик Д. Кардано опубликовал работу с описанием изобретенной им системы шифрования (“решетка Кардано”). Франция XVI века оставила в истории криптографии шифры короля Генриха IX и Ришелье. В России наиболее известным шифром является “цифровая азбука” 1700 года, автором которой был Петр I.
Некоторые сведения о свойствах шифров и их применения могло найти в художественной литературе и кино. Хорошее и подробное объяснение одного из простейших шифров — шифра замены и методов его вскрытия содержится в двух известных рассказах: “ Золотой жук” Э. По и “Пляшущие человечки” А. Конан-Дойля.
Рассмотрим более подробно некоторые примеры.
Шифр “ Сциталь”. Этот шифр известен со времен войны Спарты и Персии против Афин. Спартанский полководец Лисандр подозревал персов в измене, но не знал их тайных планов. Его агент в стане персов прислал шифрованное сообщение, которое позволило Лисандру опередить персов и разгромить их. Шифрованное сообщение было написано на поясе официального гонца от персов следующим образом: агент намотал пояс на сциталь ( деревянный цилиндр определенного диаметра) и написал на поясе сообщение вдоль сциталя; потом он размотал пояс и получилось, что поперек пояса в беспорядке написаны буквы. Гонец не догадался, что узор на его красивом поясе на самом деле содержит зашифрованную информацию. Лисандр взял сциталь такого же диаметра, аккуратно намотал на него пояс и вдоль сциталя прочитал сообщение от своего агента.
Отметим, что в этом шифре преобразование открытого текста в шифрованный заключается в определенной перестановке букв открытого текста. Поэтому класс шифров, к которым относится и шифр “Сциталь”, — это перестановочные шифры.
Шифр Цезаря. Этот шифр реализует следующие преобразования открытого текста: каждая буква открытого текста заменяется третьей после нее буквой в алфавите, который считается по кругу, т.е. после буквы “я” следует буква “а”. Поэтому класс шифров, к которым относится и шифр Цезаря, — это подстановочные шифры.
Например, открытый текст КРИПТОГРАФИЯ при таком способе шифрования преобразуется в шифртекст НУЛТХСЕУГЧЛВ.
Отметим, что Цезарь заменял букву третьей после нее буквой, но можно заменять и пятой, и любой другой. Главное, чтобы тот, кому посылается шифрованное сообщение, знал эту величину сдвига.
Шифр Виженера. Этот шифр относится к семействуполиалфавитных под-становочных шифров. Его удобнее всего представить, как шифр Цезаря с переменной величиной сдвига. Чтобы знать, на сколько сдвигать очередную букву открытого текста, заранее оговаривается способ запоминания сдвигов. Для этой цели используется ключевое слово, каждая буква которого своим номером в алфавите указывает величину сдвига. Ключевое слово повторяется столько раз, сколько нужно для замены всех букв открытого текста. Например, если ключевое слово ВАЗА, а открытый текст — КРИПТОГРАФИЯ, значит, ключевое слово даст следующую последовательность сдвигов букв открытого текста
319131913191
При таком способе шифрования открытый текст преобразуется в шифротекст
НССРХПЛСГХСА
Криптография– наука о способах двунаправленного преобразования информации с целью конфиденциальной передачи ее по незащищенному каналу между двумя станциями, разделенными в пространстве и/или времени. Криптография, используя достижения в первую очередь математики, позволяет модифицировать данные таким образом, что никакие самые современные ЭВМ за разумный период времени не могут восстановить исходный текст, известный только отправителю и получателю.
Основным видом криптографического преобразования информации в КС является шифрование. Под шифрованиемпонимается процесс преобразования открытой информации в зашифрованную информацию (шифртекст)или процесс обратного преобразования зашифрованной информации в открытую. Процесс преобразования открытой информации в закрытую получил название зашифрование,а процесс преобразования закрытой информации в открытую - расшифрование.
Криптология- наука о защите информации делится на две части: криптографию и криптоанализ. Использование криптографии является одним из распространенных методов, значительно повышающих безопасность передачи данных в сетях ЭВМ, данных хранящихся в удаленных устройствах памяти и при обмене информацией между удаленными объектами.
Задача криптографа – обеспечить как можно большую секретность и аутентичность (подлинность) передаваемой информации. Криптоаналитик, наоборот, взламывает систему защиты, разработанную криптографом.
1.1.Классификация криптоалгоритмов
В зависимости от наличия либо отсутствия ключа кодирующие алгоритмы делятся на тайнопись и криптографию. В зависимости от соответствия ключей шифрования и дешифрования – на симметричные и асимметричные. В зависимости от типа используемых преобразований – на подстановочные и перестановочные. В зависимости от размера шифруемого блока – на потоковые и блочные шифры.
Сама криптография не является высшей ступенью классификации смежных с ней дисциплин. Наоборот, криптография совместно с криптоанализом (целью которого является противостояние методам криптографии) составляют комплексную науку – криптологию.
Рис. 1. Классификация криптографических методов
Необходимо отметить, что в русскоязычных текстах по данному предмету встречаются различные употребления основных терминов, таких как "криптография", "тайнопись" и некоторых других. Более того, и по классификации криптоалгоритмов можно встретить различные мнения.
В отношении криптоалгоритмов существует несколько схем классификации, каждая из которых основана на группе характерных признаков. Таким образом, один и тот же алгоритм "проходит" сразу по нескольким схемам, оказываясь в каждой из них в какой-либо из подгрупп.
Основной схемой классификации всех криптоалгоритмов считается следующая:
Тайнопись. Отправитель и получатель производят над сообщением преобразования, известные только им двоим. Сторонним лицам неизвестен сам алгоритм шифрования. Некоторые специалисты считают, что тайнопись не является криптографией вообще.
Криптография с ключом. Алгоритм воздействия на передаваемые данные известен всем сторонним лицам, но он зависит от некоторого параметра – "ключа", которым обладают только отправитель и получатель.