Бесплатный электронный учебник по информационной защите компьютера

Распространенным приемом в криптографии является шифрование каждого передаваемого сообщения с помощью отдельного ключа. Такой ключ называетсясеансовым, поскольку используется только на протяжении одного сеанса связи. Каким образом сеансовый ключ попадает в распоряжение отправителя и получателя шифрованного сообщения?

Обмен ключами для симметричных криптосистем

Предположим, что Антон и Борис, являющиеся пользователями компьютерной сети, получили секретные ключи от Дмитрия (доверенного липа, наделенного правами арбитра). Секретные ключи попали к Антону и Борису еще до начала сеанса связи, а злоумышленник Зиновий ровным счетом ничего не знает о том, какие это ключи. Тогда для обмена шифрованными сообщениями по компьютерной сети Антон и Борис могут воспользоваться следующим криптографическим протоколом:

1. Антон связывается с Дмитрием и запрашивает у него сеансовый ключ для связи с Борисом.

2. Дмитрий генерирует случайный сеансовый ключ и создает две шифрованных копии этого ключа — один раз Дмитрий шифрует сеансовый ключ с помощью секретного ключа Антона, второй — с помощью секретного ключа Бориса. Затем Дмитрий отсылает обе копии Антону.

3. Антон расшифровывает свою копию сеансового ключа.

4. Антон отправляет Борису его копию сеансового ключа.

5. Борис расшифровывает свою копию сеансового ключа.

6. Антон отправляет Борису сообщение, зашифрованное с использованием сеансового ключа, копия которого имеется у них обоих.

И Антон, и Борис полностью полагаются на честность Дмитрия. Если Зиновию удастся его подкупить или обмануть, ни о какой секретности обмена сообщениями между Антоном и Борисом не может быть и речи. В этом ел у чае Зиновий получит доступ ко всем ключам, используемым абонентами компьютерной сети, и сможет прочесть шифрованные сообщения, которыми они обмениваются по сети. Для этого Зиновию достаточно аккуратно копировать всю передаваемую через нее информацию.

Другой существенный недостаток этого протокола состоит в том, что арбитр является потенциальным узким местом в обмене сообщениями между Антоном и Борисом. Если Дмитрий по какой-либо причине не сможет вовремя снабдить их ключами, шифрованная связь между ними будет прервана.

Обмен ключами для криптосистем с открытым ключом

Обычно Антон и Борис используют криптографический алгоритм с открытым ключом, чтобы договориться о сеансовом ключе, при помощи которого они будут шифровать свои данные. В этом случае протокол обмена сеансовыми ключами значительно упрощается, и Антон может послать шифрованное сообщение Борису, даже если Борис и не слышал о существовании Антона:

1. Антон находит открытый ключ Бориса в справочнике, в базе данных или получает его от Дмитрия.

2. Антон генерирует случайный сеансовый ключ, шифрует его при помощи открытого ключа Бориса и отправляет ему в зашифрованном виде.

3. Борис расшифровывает сообщение Антона с использованием своего тайного ключа.

4. Антон и Борис обмениваются сообщениями, зашифрованными на одном и том же сеансовом ключе.

Атака методом сведения к середине

Петр, возможности которого ограничены лишь перехватом передаваемых сообщений, может попытаться вскрыть применяемый криптографический алгоритм с открытым ключом или организовать атаку со знанием только шифртекста. По сравнению с Петром у Зиновия выбор гораздо богаче: он ' может не только "подслушивать" за Антоном и Борисом, но также видоизменять и даже уничтожать сообщения, которыми они обмениваются между собой. Более того, Зиновий может перевоплотиться в Антона, когда общается с Борисом. Он также может попытаться выдать себя за Бориса, вступая в контакт с Антоном. При этом Зиновий может действовать, например, следующим образом:

1. Антон посылает Борису свой открытый ключ. Зиновий перехватывает этот ключ, а вместо него отсылает Борису свой собственный открытый ключ.

2. Борис посылает Антону свой открытый ключ. Зиновий перехватывает лог ключ, а вместо него отсылает Антону свой собственный открытый ключ.

3. Антон шлет Борису сообщение, зашифрованное с помощью открытого ключа, который Антон ошибочно считает принадлежащим Борису. Зиновий перехватывает это сообщение, расшифровывает его при помощи своего тайного ключа, произвольным образом изменяет его, снова зашифровывает на открытом ключе Бориса и затем отсылает адресату.

4. Борис шлет Антону сообщение, зашифрованное с помощью открытого ключа, который Борис ошибочно считает принадлежащим Антону. Зиновий перехватывает это сообщение, расшифровывает его при помощи своего тайного ключа, произвольным образом изменяет его, снопа зашифровывает на открытом ключе Антона и затем отсылает адресат.

Даже если в процессе обмена сообщениями Антон и Борис не передают свои открытые ключи по каналам связи, а просто извлекают их из базы данных, Зиновий может оказаться в состоянии перехватывать запросы в эту базу данных и подменять открытые ключи Антона и Бориса своими собственными. А еще Зиновий может проникнуть в базу данных, где хранятся открытые ключи Антона и Бориса, заменить их на свои собственные, а затем преспокойно дожидаться, пока Антон и Борис не захотят обменяться сообщениями.

Такая атака методом сведения к середине стала возможна потому, что Антон и Борис не в состоянии достоверно убедиться в том, что общаются друг с другом напрямую. И если, модифицируя сообщения Антона и Бориса. Зиновий научится делать это с такой быстротой, что задержка в передаче сообщений будет незаметной, ни Антон, ни Борис так никогда и не догадаются, что кто-то вклинился между ними и читает всю их якобы секретную переписку.

Блокировочный протокол

Блокировочный протокол, изобретенный американскими криптологами Р. Райвестом и А. Шамиром, позволяет существенно осложнить жизнь Зиновию и ему подобным личностям:

1. Антон посылает Борису свой открытый ключ.

2. Борис посылает Антону свой открытый ключ.

3. Антон зашифровывает свое сообщение и отсылает половину этого сообщения Борису.

4. Борис зашифровывает свое сообщение и отсылает половину этого сообщения Антону.

5. Антон отсылает вторую половину своего сообщения Борису.

6. Борис расшифровывает сообщение Антона с помощью своего тайного ключа. Борис отсылает вторую половину своего сообщения Антону.

7. Антон расшифровывает сообщение Бориса с помощью своего тайного ключа.

Необходимо, чтобы одну часть сообщения, посланного Антоном или Борисом, нельзя было прочитать, не имея на руках другой его части. Тогда Борис не сможет прочитать сообщение Антона до тех пор, пока не дойдет до шага 6 блокировочного протокола, а Борис не сможет ознакомиться с сообщением Антона до шага 7. Существует несколько способов добиться этого:

• если для шифрования используется блочный криптографический алгоритм, то первую часть отсылаемого сообщения можно, например, составить из первых половин блоков шифртекста, а вторую — из вторых;
• расшифрование сообщения можно поставить в зависимость от случайного битового вектора, который отсылается вместе со второй частью сообщения;
• первая часть сообщения представляет собой хэш-значение, полученное для шифртекста этого сообщения, а вторая часть содержит собственно сам шифртекст.