2.2. Программные и аппаратные средства шифрования с открытым ключом

Криптографическая система с открытым ключом — система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭЦП и для расшифровки сообщения используется секретный ключ. Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в протоколах TLS и его предшественнике SSL (лежащих в основе HTTPS), в SSH. Также используется в PGP, S/MIME.

Алгоритмы криптосистемы с открытым ключом можно использовать:

• как самостоятельное средство для защиты передаваемой и хранимой информации,

• как средство распределения ключей (обычно с помощью алгоритмов криптосистем с открытым ключом распределяют ключи, малые по объёму, а саму передачу больших информационных потоков осуществляют с помощью других алгоритмов).

• как средство аутентификации пользователей.

Преимущества асимметричных шифров перед симметричными:

• Не нужно предварительно передавать секретный ключ по надёжному каналу.

• Только одной стороне известен ключ шифрования, который нужно держать в секрете (в симметричной криптографии такой ключ известен обеим сторонам и должен держаться в секрете обеими).

• Пару  можно не менять значительное время (при симметричном шифровании необходимо обновлять ключ после каждого факта передачи).

• В больших сетях число ключей в асимметричной криптосистеме значительно меньше, чем в симметричной.

Недостатки алгоритма несимметричного шифрования в сравнении с симметричным:

• В алгоритм сложнее внести изменения.

• Хотя сообщения надежно шифруются, но получатель и отправитель самим фактом пересылки шифрованного сообщения «засвечиваются».

• Более длинные ключи. Ниже приведена таблица, сопоставляющая длину ключа симметричного алгоритма с длиной ключа RSA с аналогичной криптостойкостью.

В традиционном шифровании с секретным ключом (secret key) (симметричное шифрование) зашифровывающий и расшифровывающий ключи, совпадают. Стороны, обменивающиеся зашифрованными данными, должны знать общий секретный ключ. Процесс обмена информацией о секретном ключе представляет собой брешь в безопасности вычислительной системы.

Фундаментальное отличие шифрования с открытым ключом (асимметричное шифрование) заключается в том, что зашифровывающий и расшифровывающий ключи не совпадают. Шифрование информации является односторонним процессом: открытые данные шифруются с помощью зашифровывающего ключа, однако с помощью того же ключа нельзя осуществить обратное преобразование и получить открытые данные. Для этого необходим расшифровывающий ключ, который связан с зашифровывающим ключом, но не совпадает с ним. Подобная технология шифрования предполагает, что каждый пользователь имеет в своем распоряжении пару ключей — открытый ключ (public key) и личный или закрытый ключ(private key). Свободно распространяя открытый ключ, вы даете возможность другим пользователям посылать вам зашифрованные данные, которые могут быть расшифрованы с помощью известного только вам личного ключа. Аналогично, с помощью личного ключа вы можете преобразовать данные так, чтобы другая сторона убедилась в том, что информация пришла именно от вас. Эта возможность применяется при работе с цифровыми или электронными подписями. Шифрование с открытым ключом имеет все возможности шифрования с закрытым ключом, но может проходить медленнее из-за необходимости генерировать два ключа. Однако этот метод безопаснее

Аппаратные (технические) средства. Это различные по типу устройства (механические, электромеханические, электронные и др.), которые аппаратными средствами решают задачи защиты информации. Они либо препятствуют физическому проникновению, либо, если проникновение все же состоялось, доступу к информации, в том числе с помощью ее маскировки. Первую часть задачи решают замки, решетки на окнах, сторожа, защитная сигнализация и др. Вторую -- генераторы шума, сетевые фильтры, сканирующие радиоприемники и множество других устройств, «перекрывающих» потенциальные каналы утечки информации или позволяющих их обнаружить. Преимущества технических средств связаны с их надежностью, независимостью от субъективных факторов, высокой устойчивостью к модификации. Слабые стороны -- недостаточная гибкость, относительно большие объем и масса, высокая стоимость.

· Программные средства включают программы для идентификации пользователей, контроля доступа, шифрования информации, удаления остаточной (рабочей) информации типа временных файлов, тестового контроля системы защиты и др. Преимущества программных средств -- универсальность, гибкость, надежность, простота установки, способность к модификации и развитию. Недостатки -- ограниченная функциональность сети, использование части ресурсов файл-сервера и рабочих станций, высокая чувствительность к случайным или преднамеренным изменениям, возможная зависимость от типов компьютеров (их аппаратных средств).

Большинство средств криптографической защиты данных реализовано в виде специализированных аппаратных устройств. Эти устройства встраиваются в линию связи и осуществляют шифрование всей передаваемой по ней информации. Преобладание аппаратного шифрования над программным обусловлено несколькими причинами.

Во-первых, аппаратное шифрование обладает большей скоростью. Криптографические алгоритмы состоят из огромного числа сложных операций, выполняемых над битами открытого текста. Современные универсальные компьютеры плохо приспособлены для эффективного выполнения этих операций. Специализированное оборудование умеет делать их гораздо быстрее.

Во-вторых, аппаратуру легче физически защитить от проникновения извне. Программа, выполняемая на персональном компьютере, практически беззащитна. Вооружившись отладчиком, злоумышленник может скрытно внести в нее изменения, чтобы понизить стойкость используемого криптографического алгоритма, и никто ничего не заметит. Что же касается аппаратуры, то она обычно помещается в особые контейнеры, которые делают невозможным изменение схемы ее функционирования. Чип покрывается сверху специальным химическим составом, и в результате любая попытка преодолеть защитный слой этого чипа приводит к самоуничтожению его внутренней логической структуры. И хотя иногда электромагнитное излучение может служить хорошим источником информации о том, что происходит внутри микросхемы, от этого излучения легко избавиться, заэкранировав микросхему. Аналогичным образом можно заэкранировать и компьютер, однако сделать это гораздо сложнее, чем в случае миниатюрной микросхемы.

Любой криптографический алгоритм может быть реализован в виде соответствующей программы. Преимущества такой реализации очевидны: программные средства шифрования легко копируются, они просты в использовании, их нетрудно модифицировать в соответствии с конкретными потребностями.

ruToken — российское средство аутентификации и защиты информации, использующее сертифицированные алгоритмы шифрования и аутентификации и объединяющее в себе российские и международные стандарты безопасности.

ruToken представляет собой небольшое электронное устройство, подключаемое к USB-порту компьютера (USB-брелок). Он является аналогом смарт-карты, но для работы с ним не требуется дополнительное оборудование (считыватель).

ruToken включает в себя:

• Замена парольной защиты при доступе к БД, Web-серверам, VPN-сетям и security-ориентированным приложениям на программно-аппаратную аутентификацию;

• Защищенные соединения при доступе к почтовым серверам, серверам баз данных.

• Защита данных

• Защита информации (шифрование по ГОСТ 28147-89);

• Защита электронной почты (ЭЦП, шифрование);

• Защита доступа к компьютеру (авторизация пользователя при входе в операционную систему).

eToken PRO (Java) представляет собой защищенное устройство, предназначенное для строгой аутентификации, безопасного хранения секретных данных, выполнения криптографических вычислений и работы с асимметричными ключами и цифровыми сертификатами.

eToken PRO включает в себя:

• Микросхема смарт-карты: Atmel AT90SC25672RCT

• Операционная система смарт-карты: Athena OS755, встроенная виртуальная машина Java (полностью совместимая со стандартом Sun Java Card)

• Поддерживаемые интерфейсы и стандарты: PKCS#11 версии 2.01, Microsoft CryptoAPI, PC/SC, поддержка сертификатов стандарта X.509 v3; SSL v3, IPSec/IKE; Microsoft CCID; eToken Minidriver

• Аппаратно реализованные алгоритмы: RSA 1024 / 2048, DES, 3DES, SHA-1

• Защищенная память объёмом 72 КБ на микросхеме смарт-карты

• Модели: USB-ключ и смарт-карта