Osnovy_zaschity_informatsii_139030

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА

ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Основы защиты информации в телекоммуникационных системах

Выполнил студент: Зачётная книжка № 139030 Проверил:

Санкт-Петербург

2015

Введение

С зарождением человеческой цивилизации возникла необходимость передачи информации одним людям так, чтобы она не становилась известной другим. Сначала люди использовали для передачи сообщений исключительно голос и жесты. С возникновением письменности задача обеспечения секретности и подлинности передаваемых сообщений стала особенно актуальной. Поэтому именно после возникновения письменности появилось искусство тайнописи, искусство "тайно писать" – набор методов, предназначенных для секретной передачи записанных сообщений от одного человека другому.

Человечество изобрело большое число способов секретного письма, например, симпатические чернила, которые исчезают вскоре после написания ими текста или невидимы с самого начала, "растворение" нужной информации в сообщении большего размера с совершенно "посторонним"

смыслом, подготовка текста при помощи непонятных знаков. Криптогр афия возникла именно как практическая дисциплина, изучающая и разрабатывающая способы шифрования сообщений, то есть при передаче сообщений – не скрывать сам факт передачи, а сделать сообщение недоступным посторонним. Для этого сообщение должно быть записано так,

чтобы с его содержимым не мог ознакомиться никто за исключением самих корреспондентов.

Появление в середине ХХ столетия первых ЭВМ кардинально изменило ситуацию – практическая криптография сделала в своем развитии огромный скачок и термин "криптография" далеко ушел от своего первоначального значения – "тайнопись", "тайное письмо". Сегодня эта дисциплина объединяет методы защиты информационных взаимодействий совершенно различного характера, опирающиеся на преобразование данных по секретным алгоритмам, включая алгоритмы, использующие секретные параметры. Термин "информационное взаимодействие" или "процесс

информационного взаимодействия" здесь обозначает такой процесс взаимодействия двух и более субъектов, основным содержанием которого является передача и/или обработка информации. Базовых методов преобразования информации, которыми располагает современная криптография, немного, но все они являются "кирпичами" для создания прикладных систем. [6]

Информация – это одна из самых важных ценностей в современной жизни. Глобальные компьютерные сети упростили доступ к информации как отдельных людей, так и крупных организаций. Однако лёгкость и скорость доступа к данным с помощью таких компьютерных сетей, как Internet,

сделали значимыми следующие угрозы безопасности данных при отсутствии мер их защиты:

неавторизированный доступ к информации;

неавторизированное изменение информации;

неавторизированный доступ к сетям и другим сервисам.

Криптография представляет собой совокупность методов преобразования (шифрования) данных, направленных на то, чтобы защитить эти данные, сделав их бесполезными для незаконных пользователей. Настоящая криптография (strong cryptography) должна обеспечивать такой уровень секретности, чтобы можно было надежно защитить критическую информацию от расшифровки крупными организациями – такими как мафия, транснациональные корпорации и крупные государства. [3]

На сегодняшний день криптографические методы применяются для идентификации и аутентификации пользователей, защиты каналов передачи данных от навязывания ложных данных, защиты электронных документов от копирования и подделки. Данный реферат посвящен этой теме.

Цель данной работы состоит в получении знаний о криптографии, в знакомстве с современными методами шифрования и применении полученной информации в своей дальнейшей практической деятельности.

Задачи:

1.Рассмотреть историю развития криптографии.

2.Познакомиться с современными методами шифрования.

3.Узнать особенности математического представления криптографии.

Криптография – важный элемент защиты данных, она позволяет успешно решить ряд проблем информационной безопасности компьютерных систем и сетей. Естественно, меня заинтересовала криптографическая защита информации, так как это очень актуальный вопрос в современной жизни.

Что обычно приходит на ум при произнесении слова "криптография"? Спецслужбы, дипломатическая переписка, "математическое шаманство"? А

при произнесении фразы "криптография в информационных технологиях"? Шифрование данных припомнят сразу. Про электронную подпись вспомнят. Кто-то знает что-то про "Сертификаты открытых ключей". Или про "взлом" чужих шифров. Попробуем разобраться со всеми этими, а заодно и другими, понятиями и подходами, которыми оперирует современная криптография.

1. Криптография. Основные понятия и определения

Криптография в прошлом использовалась лишь в военных целях. Однако сейчас, по мере образования информационного общества, криптография становится одним из основных инструментов,

обеспечивающих конфиденциальность, доверие, авторизацию, электронные платежи, корпоративную безопасность и бесчисленное множество других важных вещей. Но криптография — не панацея от всех бед. Криптографические методы могут помочь обеспечить безопасность, но только на эти методы надеяться не следует. Криптография позволяет реализовывать следующие механизмы защиты информации:

шифрование данных, передаваемых по каналам связи или хранимым в базах данных;

контроль целостности данных, передаваемых по каналам связи;

идентификация (опознавание) субъекта или объекта системы

(сети);  аутентификация (проверка подлинности) субъекта или объекта

сети;

 контроль (разграничение) доступа к ресурсам системы (сети). Базовых методов преобразования информации, которыми располагает

криптография, немного, среди них:

шифрование (симметричное и несимметричное);

вычисление хэш-функций;

генерация электронной цифровой подписи;

генерация последовательности псевдослучайных чисел. [3]

2. Методы шифрования

В данной работе нас будут интересовать криптосистемы и криптоалгоритмы, реализованные с использованием компьютера. В реферате

не будут рассмотрены методы шифрования с использованием шифроблокнотов или специальной шифровальной техники как в силу недостатка открытой информации об этих методах, так и в силу недоступности такого оборудования массовому потребителю.

Основой большинства механизмов защиты информации является шифрование данных. Шифрование – это преобразование данных в нечитабельную форму при помощи ключей шифрования. Методов шифрования было придумано множество – от шифров простой замены (наиболее известный пример – "Пляшущие человечки" Конан Дойля) до принципиально невскрываемого шифра Вернама (двоичное сложение исходного текста с однократно используемой случайной последовательностью). Обобщённая схема криптосистемы, обеспечивающей шифрование передаваемой информации, показана на рисунке:

Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения M, которое должно быть передано законному получателю по незащищённому каналу. За каналом следит злоумышленник с целью перехватить и раскрыть передаваемое сообщение. Для того чтобы перехватчик не смог узнать содержание сообщения M, отправитель шифрует его с помощью обратимого преобразования ЕК и получает шифртекст (или криптограмму) C = ЕК (М), который отправляет получателю.

Законный получатель, приняв шифртекст C, расшифровывает его с помощью обратного преобразования D = ЕК–1 и получает исходное сообщение в виде открытого текста M:

DК (C) = ЕК–1 (ЕК (М)) = M.

Преобразование выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное используемое преобразование, называется криптографическим ключом К. Ключ К может принадлежать конкретному пользователю или группе пользователей и являться для них уникальным; зашифрованная с использованием конкретного ключа информация может быть расшифрована только его владельцем (владельцами). Где-то даже довелось прочесть такое определение шифрованию: "Шифрование – это процесс замены Вашего большого секрета (документа) маленьким (ключом)".

Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ компьютера, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифртекст различными способами, один из которых и выбирается с помощью конкретного ключа К.

Говоря более формально, криптографическая система – это однопараметрическое семейство (ЕК)K R обратимых преобразований ЕК :

M C из пространства M сообщений открытого текста в пространство C

шифрованных текстов. Параметр К (ключ) выбирается из конечного множества K , называемого пространством ключей.

Вообще говоря, преобразование шифрования может быть симметричным или асимметричным относительно преобразования расшифрования. Это важное свойство функции преобразования определяет два класса криптосистем:

симметричные криптосистемы (с одним ключом);

асимметричные криптосистемы (с двумя ключами).

В симметричной криптосистеме используются одинаковые ключи в блоке шифрования и блоке расшифрования. Это означает, что любой, кто имеет доступ к ключу шифрования, может расшифровать сообщение. Именно поэтому симметричные криптосистемы называют криптосистемами с секретным ключом – ключ шифрования должен быть доступен только тем,

кому предназначено сообщение. Задача обеспечения конфиденциальности передачи электронных документов с помощью симметричной криптосистемы сводится к обеспечению конфиденциальности ключа шифрования.

Симметричное шифрование неудобно тем, что перед началом обмена зашифрованными данными необходимо обменяться секретными ключами со всеми адресатами. Передача секретного ключа симметричной криптосистемы не может быть осуществлена по общедоступным каналам связи; секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищённому каналу распространения ключей.

Симметричное шифрование идеально подходит на случай шифрования информации "для себя", например с целью предотвратить несанкционированный доступ к ней в отсутствие владельца. Это может быть как архивное шифрование выбранных файлов, так и прозрачное (автоматическое) шифрование целых логических или физических дисков.

Принципиальное отличие асимметричной криптосистемы от симметричной состоит в том, что для зашифрования информации и её последующего расшифрования используются различные ключи:

открытый ключ К1 используется для зашифрования информации. Вычисляется из секретного ключа К2;

секретный ключ К2 используется для расшифрования информации, зашифрованной с помощью парного ему открытого ключа К1.

Секретный и открытый ключи генерируются попарно. Секретный ключ К2 остаётся у его владельца; он должен быть надёжно защищён от несанкционированного доступа (аналогично ключу шифрования в симметричных криптосистемах). Копия открытого ключа К1 должна

находиться у каждого абонента сети, с которым обменивается информацией владелец секретного ключа, то есть в асимметричной криптосистеме передают по незащищённому каналу только открытый ключ, а секретный обычно сохраняют на месте его генерации.

Любая попытка со стороны перехватчика расшифровать текст C для получения открытого текста M или зашифровать собственный текст M' для получения правдоподобного шифртекста C’, не имея подлинного ключа, называется криптоаналитической атакой.

Криптоанализ – это наука о раскрытии исходного текста зашифрованного сообщения без доступа к ключу. Успешный анализ может раскрыть исходный текст или ключ. Он позволяет также обнаружить слабые места в криптосистеме, что в конечном счёте ведёт к тем же результатам. [2]

Фундаментальное правило криптоанализа, впервые сформулированное голландцем А. Керкхоффом ещё в XIX веке, заключается в том, что стойкость шифра (криптосистемы) должна определяться только секретностью ключа. Иными словами, правило Крекхоффа указывает на то, что весь алгоритм шифрования, кроме значения секретного ключа, известен криптоаналитику противника. Это обусловлено тем, что криптосистема, реализующая семейство криптографических преобразований, обычно рассматривается как открытая система. Такой подход отражает очень важный принцип технологии защиты информации: защищённость системы не должна зависеть от секретности чего-либо такого, что невозможно быстро изменить в случае утечки секретной информации. Обычно криптосистема представляет собой совокупность аппаратных и программных средств, которую можно изменить только при значительных затратах времени и финансов, тогда как ключ является легко изменяемым объектом. Именно поэтому стойкость криптосистемы определяется только секретностью ключа. [5]

3. История развития шифров. От первых шифров к современным криптоалгоритмам

Существуют два основных вида шифров: шифр перестановки и шифр замены. Шифр перестановки осуществляет преобразование перестановки символов в открытом тексте. Шифр замены осуществляет преобразование замены символов открытого текста на другие символы зашифрованного текста.

Шифры перестановки и замены имеют долгую историю развития и использования. Известно, что в V веке до нашей эры правители Спарты – наиболее воинственного из греческих государств – имели хорошо отработанную систему секретной военной связи и шифровали свои послания с помощью "Скитала", первого простейшего криптографического устройства, реализующего метод простой перестановки. Шифрование выполнялось следующим образом. На жезл, имеющий форму цилиндра, наматывалась по спирали узкая папирусная лента (без просветов и нахлестов), а затем на этой ленте вдоль оси цилиндра писали несколько строк текста сообщения. Затем лента разматывалась. Для непосвящённых получалось, что поперёк ленты в беспорядке написаны какие-то буквы. Адресат брал такой же жезл и таким же образом наматывал на него полученную ленту, восстанавливая тем самым исходное сообщение. По названию жезла и получил название этот шифр.

Другим примером шифра древности является шифр Цезаря. Этот шифр простой замены реализует следующие преобразования текста: каждая буква открытого текста заменялась третьей после неё буквой в латинском алфавите, который считался написанный по кругу, то есть после буквы Z следует буква

A (в русском алфавите соответственно после буквы Я следует буква А). Более широкий круг пользователей имел шифр российского

посольского приказа, называвшийся "Тарабарской грамотой". Суть этого шифра сводилась к тому, что алфавит делился на две части, и в зашифрованном тексте первая буква первой части алфавита заменялась на