3. Комбинированное шифрование
Гибри́дная (или комбини́рованная) криптосисте́ма – это система шифрования, совмещающая преимущества криптосистемы с открытым ключом с производительностью симметричных криптосистем. Симметричный ключ используется для шифрования данных, а асимметричный для шифрования самого симметричного ключа, иначе это называется числовой упаковкой.
Рис. 4. Пример применения комбинированной системы
Этап отправки:
Алиса генерирует случайный сеансовый ключ
сообщение Алисы шифруется сеансовым ключом (с помощью симметричного алгоритма)
сеансовый ключ шифруется открытым ключом Боба (асимметричным алгоритмом)
Алиса посылает Бобу зашифрованное сообщение и зашифрованный сеансовый ключ
Этап приёма:
Боб получает зашифрованное сообщение Алисы и зашифрованный сеансовый ключ
Боб расшифровывает сеансовый ключ своим закрытым ключом
при помощи полученного, таким образом, сеансового ключа Боб расшифровывает зашифрованное сообщение Алисы
Шифрование. Большинство гибридных систем работают следующим образом. Для симметричного алгоритма (3DES, IDEA, AES или любого другого) генерируется случайный сеансовый ключ. Такой ключ как правило имеет размер от 128 до 512 бит (в зависимости от алгоритма). Затем используется симметричный алгоритм для шифрования сообщения. В случае блочного шифрования необходимо использовать режим шифрования (например CBC), что позволит шифровать сообщение с длиной, превышающей длину блока. Что касается самого случайного ключа, он должен быть зашифрован с помощью открытого ключа получателя сообщения, и именно на этом этапе применяется криптосистема с открытым ключом (RSA или Алгоритм Диффи – Хеллмана). Поскольку сеансовый ключ короткий, его шифрование занимает немного времени. Шифрование набора сообщений с помощью асимметричного алгоритма – это задача вычислительно более сложная, поэтому здесь предпочтительнее использовать симметричное шифрование. Затем достаточно отправить сообщение, зашифрованное симметричным алгоритмом, а также соответствующий ключ в зашифрованном виде. Получатель сначала расшифровывает ключ с помощью своего секретного ключа, а затем с помощью полученного ключа получает и всё сообщение.
4.1. Ключи
Ключ – это некоторая величина, которая, работая в сочетании с криптоалгоритмом, производит определённый шифртекст. Ключи, как правило, – это очень-очень-очень большие числа. Размер ключа измеряется в битах; число, представляющее 2048-битовый ключ, чертовски большое. В асимметричной криптографии, чем больше ключ, тем защищённей полученный шифртекст.
Однако, размер асимметричного ключа и размер симметричного тайного ключа, абсолютно несопоставимы. Симметричный 80-битовый ключ эквивалентен в стойкости 1024-битовому открытому ключу. Симметричный 128-битовый ключ примерно равен 3000-битовому открытому. Опять же, больше ключ – выше надёжность, но механизмы, лежащие в основе каждого из типов криптографии совершенно различны, и сравнивать их ключи в абсолютных величинах недопустимо.
Несмотря на то, что ключевая пара математически связана, практически невозможно из открытого ключа вычислить закрытый ключ; в то же время, вычисление закрытого ключа всегда остаётся возможным, если располагать достаточным временем и вычислительными мощностями. Вот почему критически важно создавать ключ верной длины: достаточно крупный, чтобы был надёжным, но достаточно малый, чтобы оставался быстрым в работе.
Более крупные ключи будут криптографически защищены больший промежуток времени. Если то, что вы хотите зашифровать, должно храниться в тайне многие-многие годы, вам, возможно, следует воспользоваться очень большим ключом. Кто знает, сколько потребуется времени, чтобы вскрыть ваш ключ, используя завтрашние более быстрые, более эффективные компьютеры? Было время, когда 56-битовый симметричный ключ DES считался крайне надёжным. По современным представлениям 128-битовые симметричные ключи совершенно надёжны и не подвержены взлому, по крайней мере до тех пор, пока кто-то не построит функционирующий квантовый суперкомпьютер. 256-битовые ключи по оценкам криптологов не могут быть взломаны даже теоретически и даже на гипотетическом квантовом компьютере. Именно по этой причине алгоритм AES поддерживает ключи длиной 128 и 256 бит. Однако история учит тому, что все эти заверения спустя пару десятилетий могут оказаться пустыми разговорами.