Криптология

Основные понятия криптологии

Криптология – это двуединая наука, предметом которой являются отображения информации в целях защиты от несанкционированных действий, включающая в себя:

• криптографию – науку о построении для защиты информации ее отображений,
• криптоанализ (криптографический анализ) – науку о методах анализа криптографических отображений информации в целях ее раскрытия.

Криптографические отображения используют, чтобы решить следующие ключевые задачи защиты информации:

• обеспечить секретность информации (защитить ее содержание от несанкционированного ознакомления);
• обеспечить целостность информации (защитить ее от несанкционированных изменений – удаления, вставки, замены фрагментов);
• обеспечить аутентификацию информации (обеспечить подтверждение подлинности самой информации, участников обмена информации, времени создания);
• обеспечить неотказуемость от авторства (невозможность отказаться).

Первая из перечисленных задач решается криптографией на протяжении нескольких тысяч лет. Остальные задачи стали интересовать криптографию сравнительно недавно, в связи с развитием информационно-коммуникационных технологий на базе электронно-вычислительной техники. Применение криптографические отображения информации нашли в электронном документообороте, для защиты коммерческих сделок, при проведении электронных платежей и т. д.

Одним из базовых понятий криптологии является шифр.

При практическом использовании ключа реализуется его жизненный цикл, включающий ряд действий с ключом:

• генерацию,
• рассылку (распределение),
• хранение,
• использование (в рамках реализации отображений шифра),
• смену,
• уничтожение.

Открытый текст – это информация, которая подвергается отображениям шифра.

Шифрование (зашифрование) – это процесс отображения шифра к открытому тексту.

Криптограмма (шифрованный текст) – это результат шифрования открытого текста.

Благодаря тому, что отображения шифра обратимы, из шифрованного текста можно восстановить открытый текст.

Расшифрование – это применение к зашифрованному тексту обратного отображения с использованием ключа.

Для того, чтобы использовать шифр при решении криптографической задачи, требуется наличие:

• действующих лиц (к примеру, это могут быть абоненты, пользующиеся секретной связью);
• порядка взаимодействия между этими лицами – криптографического протокола.

Дешифрование – это раскрытие информации, защищенной шифром, путем криптоанализа.

Отличие дешифрования от расшифрования состоит в том, что криптоаналитик не знает ключа, нужного для расшифрования, поэтому пользуется иным способом – криптоаналитической атакой. Система шифрации обладает характеристикой способности противостоять таким атакам – криптографической стойкостью. Если система стойкая, она может на протяжении длительного времени обеспечивать защиту информации даже от противника, имеющего значительные материальные, интеллектуальные и вычислительные ресурсы. Чтобы система была стойкой, она должна базироваться на шифре, включающем большое число различных отображений – иначе криптоаналитик может просто перебрать отображения и тем самым раскрыть секретную информацию. Принцип работы стойкого шифра должен быть таким, чтобы «взломщику» было сложно дешифровать криптограмму, чтобы это было трудозатратно даже при использовании передовых технологий.

Основные классы шифрсистем

В зависимости от используемого принципа шифрования, выделяют два больших класса шифрсистем:

• системы с секретным ключом,
• системы с открытым ключом.

Системы с секретным ключом являются более древними, именно их используют на протяжении тысячелетий. Смысл состоит в том, что ключ сохраняется в секрете ото всех, кроме лиц, непосредственно допущенных к информации. Эти системы называют симметричными, поскольку ключи шифрования и расшифрования симметричны (часто совпадают). В симметричных системах защита информации обеспечивается за счет секретности ключа. Узнав ключ, любой человек сможет получить доступ к информации.

Асимметричные системы (системы с открытым ключом) были разработаны во второй половине XX века. В них используется два ключа:

• открытый ключ, известный для всех,
• закрытый ключ, который знает только его обладатель.

Ключи между собой не связаны равенством или симметрией. Вычислить закрытый ключ по открытому в силу применяемых алгоритмов формирования ключей сложно и трудоемко.

У каждого подхода есть свои преимущества:

• симметричные системы обладают более высокой скоростью шифрования, используют меньший по размеру ключ и обеспечивают более основательные гарантии обеспечения криптостойкости;
• асимметричные системы обладают более удобными протоколами (в частности, для таких задач, как аутентификация информации и распределение между пользователями ключей).

В гибридных криптосистемах используются принципы и симметричных, и асимметричных систем. Конкретные варианты их построения отражаются в применяемых криптографических протоколах.

Криптографический протокол – это установленная последовательность действий, служащая для решения криптографической задачи.

Криптопротокол – ключевой элемент криптосистемы. Иногда задача обеспечения безопасности информации остается нерешенной из-за того, что в протоколе есть слабости – даже если при проектировании выбраны подходящие криптографические отображения.

Протокол отличается от алгоритма тем, что в алгоритме активно действует один субъект (исполнитель), а реализация протокола предусматривает взаимодействие сторон (нескольких субъектов). Каждое действие протокола – это или вычисления, или рассылка сообщений. Различают протоколы:

• без посредника (двусторонние),
• с посредником (трехсторонние), в которых посредник следит за исполнением всех этапов по протоколу.