Требования к криптографическим системам

Процесс криптографического закрытия данных может осущест­вляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация от­личается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищен­ность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании. Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования.

1. Знание алгоритма шифрования не должно снижать криптостойкости шифра. Это фундаментальное требование было сформу­лировано в XIX в. Кирхгофом и разделяет криптосистемы на системы общего использования (когда алгоритм доступен потенциальному наруши­телю) и ограниченного использования (когда алгоритм держится в секрете). Безусловно, все массово используемые криптосистемы должны отвечать этому требованию. Взлом шифров в системе сото­вой связи GSM или защите дисков DVD от незаконного воспроизве­дения – наглядные примеры последствий, к которым может привести несоблюдение этого требования.

2. Зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению толь­ко при наличии ключа. Используемое в программе MS Word 6.0 “шифрование” документа на самом деле только запрещало его от­крытие в данной программе. Сам же текст не шифровался и был дос­тупен для чтения в любом текстовом редакторе.

3. Шифр должен быть стойким даже в случае, если нарушителю известно достаточно большое количество исходных данных и соот­ветствующих им зашифрованных данных.

4. Число операций, необходимых для расшифровывания информа­ции путем перебора всевозможных ключей, должно иметь строгую нижнюю оценку и должно либо выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности организации сетевых вычислений), либо требовать создания использования дорогих вычислительных систем.

5. Незначительное изменение ключа или исходного текста дол­жно приводить к существенному изменению вида зашифрованного текста. Этому требованию не соответствуют практически все шиф­ры донаучной криптографии.

6. Структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными.

7. Длина шифрованного текста должна быть равной длине ис­ходного текста.

8. Дополнительные биты, вводимые в сообщение в процессе шиф­рования, должны быть полностью и надежно скрыты в шиф­рованном тексте.

9. Не должно быть простых и легко устанавливаемых зависи­мостей между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования.

10. Любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации.

Главным действующим лицом в криптоанализе выступает нару­шитель (или криптоаналитик) – лицо или группа лиц, целью которых является прочтение или подделка защищенных криптографическими методами сообщений.

В отношении нарушителя принимается ряд допущений, которые, как правило, лежат в основе математических или иных моделей.

 Нарушитель знает алгоритм шифрования (или электронную цифровую подпись (ЭЦП)) и особенности его реализации в конкретном случае, но не знает ключа.

 Нарушителю доступны все зашифрованные тексты. Наруши­тель может иметь доступ к некоторым исходным текстам, для которых известен соответствующий им зашифрованный текст.

 Нарушитель имеет в своем распоряжении вычислительные, людские, временные и иные ресурсы, объем которых оправдывает потенциальную ценность информации, которая будет до­быта в результате криптоанализа.

При анализе криптостойкости шифра необходимо учитывать и че­ловеческий фактор, например, подкуп конкретного человека, в руках которого сосредоточена необходимая информация, может стоить на несколько порядков дешевле, чем создание суперкомпьютера для взлома шифра.

Попытка прочтения или подделки зашифрованного сообщения, вычисления ключа методами криптоанализа называется криптоатакой, или атакой на шифр. Удачную криптоатаку называют взломом.

Принято различать несколько уровней криптоатаки в зависимости от объема информации, доступной криптоаналитику. По нарастанию сложности можно выделить три уровня криптоатаки.

 Атака на шифрованный текст (уровень КА1) – нарушителю доступны все или некоторые зашифрованные сообщения.

 Атака на пару “исходный текст – шифрованный текст” (уро­вень КА2) – нарушителю доступны все или некоторые зашиф­рованные сообщения и соответствующие им исходные сообщения.

 Атака на выбранную пару “исходный текст – шифрованный текст” (уровень КА3) – нарушитель имеет возможность выбирать исходный текст, получать для него шифрованный текст и на основе анализа зависимостей между ними вычислять ключ.

Все современные криптосистемы обладают достаточной стой­костью даже к атакам уровня КА3, т.е. когда нарушителю доступно, по сути, шифрующее устройство.

Криптостойкостью называется характеристика шифра, опреде­ляющая его стойкость к расшифрованию без знания ключа (т.е. криптоатаке). Показатель криптостойкости – главный параметр любой криптосистемы. В качестве показателя криптостойкости можно вы­брать:

 количество всех возможных ключей или вероятность подбора ключа за заданное время с заданными ресурсами;

 количество операций или время (с заданными ресурсами), не­обходимое для взлома шифра с заданной вероятностью;

 стоимость вычисления ключевой информации или исходного текста.

Все эти показатели должны учитывать также уровень возможной криптоатаки.

Однако следует понимать, что эффективность защиты информа­ции криптографическими методами зависит не только от крипто­стойкости шифра, но и от множества других факторов, включая во­просы реализации криптосистем в виде устройств или программ.