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).
Статья: Криптология
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.
Шифр – это семейство обратимых криптографических отображений информации, причем каждое отображение шифра связано со значением параметра, называемого ключом (конкретный ключ однозначно определяет отображение из семейства шифра).
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.
