какие задачи решает современная криптография

Основные понятия криптографии

Цель лекции: познакомить студента с основными понятиями криптографии.

Предмет и задачи криптографии

Проблемой защиты информации при ее передаче между абонентами люди занимаются на протяжении всей своей истории. Человечеством изобретено множество способов, позволяющих в той или иной мере скрыть смысл передаваемых сообщений от противника. На практике выработалось несколько групп методов защиты секретных посланий. Назовем некоторые из них, применяющиеся так же давно, как и криптографические.

Второй способ защиты информации, известный с давних времен – стеганографическая защита информации. Этот способ защиты основан на попытке скрыть от противника сам факт наличия интересующей его информации. При стеганографическом методе защиты от противника прячут физический носитель данных или маскируют секретные сообщения среди открытой, несекретной информации. К таким способам относят, например, «запрятывание» микрофотографии с тайной информацией в несекретном месте: под маркой на почтовом конверте, под обложкой книги и т.д. К стеганографии относятся также такие известные приемы, как «запрятывание» секретного послания в корешках книг, в пуговицах, в каблуках, в пломбе зуба и т.д. Некоторые из методов были разработаны еще в древние времена. Так, например, греки нашли необычное решение: они брили наголо голову раба и выцарапывали на ней свое послание. Когда волосы на голове раба отрастали вновь, его посылали доставить сообщение. Получатель брил голову раба и прочитывал текст. К сожалению, на отправку сообщения и получение ответа таким способом уходило несколько недель.

В более поздние времена в этом направлении наибольшее распространение получили химические (симпатические) чернила. Текст, написанный этими чернилами между строк несекретного сообщения, невидим. Он появлялся только в результате применения определенной технологии проявления.

В настоящее время криптография прочно вошла в нашу жизнь. Перечислим лишь некоторые сферы применения криптографии в современном информатизированном обществе:

До начала ХХ века криптографические методы применялись лишь для шифрования данных с целью защиты от несанкционированного доступа. В двадцатом веке в связи с развитием техники передачи информации на дальние расстояния интерес к криптографии значительно возрос. Благодаря созданию новых криптографических методов расширился и спектр задач криптографии. В настоящее время считается, что криптография предназначена решать следующие задачи:

Системы шифрования варьируются от самых элементарных до очень сложных. И если первые не требуют никаких математических познаний, то в последних используются понятия, знакомые лишь специалистам в некоторых областях математики и информатики. При использовании криптографических методов должны учитываться затраты на защиту информации и на реализацию методов нападения. На практике стремятся к достижению компромисса между стоимостью шифрования и требуемой степенью обеспечения безопасности.

В рамках данного учебного пособия рассматриваются как простейшие, «докомпьютерные», шифры, известные человечеству на протяжении веков, так и современные системы шифрования, разработанные только в XXI веке.

Основные определения

Теперь, узнав назначение криптографии, познакомимся с основными терминами, которые будем использовать при изучении криптографических методов защиты информации.

Шифр – совокупность заранее оговоренных способов преобразования исходного секретного сообщения с целью его защиты.

Исходные сообщения обычно называют открытыми текстами. В иностранной литературе для открытого текста используют термин plaintext.

Сообщение, полученное после преобразования с использованием любого шифра, называется шифрованным сообщением (закрытым текстом, криптограммой). В иностранной литературе для закрытого текста используют термин ciphertext.

Преобразование открытого текста в криптограмму называется зашифрованием. Обратное действие называется расшифрованием. В англоязычной литературе терминам «зашифрование/ расшифрование » соответствуют термины «enciphering/deciphering».

Система шифрования, или шифрсистема, – это любая система, которую можно использовать для обратимого изменения текста сообщения с целью сделать его непонятным для всех, кроме тех, кому оно предназначено.

Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (т.е. способность противостоять криптоанализу).

Таким образом, с учетом всех сделанных определений можно дать более точное определение науке » криптография «. Криптография изучает построение и использование систем шифрования, в том числе их стойкость, слабости и степень уязвимости относительно различных методов вскрытия.

Криптографическая система защиты информации – система защиты информации, в которой используются криптографические методы для шифрования данных.

Требования к криптографическим системам защиты информации

Для разрабатываемых в настоящее время криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:

Источник

Основные задачи криптографии

Проблема защиты информации в процессе ее передачи от одного абонента к другому является актуальной для человечества на протяжении длительного периода времени. На сегодняшний день специалистами найдено большое количество способов, которые позволяют скрыть смысл передаваемых сообщений от мошенников. Всем этим занимается такая наука, как криптография. Поэтому сегодня мы более подробно остановимся на том, какие существуют основные задачи криптографии.

Методы защиты секретных сообщений

Необходимо отметить, что на сегодняшний день ученые выработали различные способы защиты секретных сообщений, при этом не все они криптографические.

Так, первым способом является физическая защита материального носителя информации (МНИ). В качестве последнего может выступать флэш-карта, жесткий диск, обычный лист бумаги и т.д. Однако для реализации данного способа необходимо предусмотреть защищенный и недоступный противнику канал связи. В процессе истории, например, использовались специальные курьеры и почтовые голуби. Стоит указать, что физическая защита данных активно используется и сегодня. В том числе и в автоматизированных системах.

Вторым способом является стенографическая защита данных, предусматривающая попытку скрыть от мошенника сам факт наличия информации. В ходе его реализации важные сообщения либо МНИ скрываются среди иной открытой информации. Например, послания скрывались в пломбе зуба либо писались специальными чернилами.

Третий способ – криптографический. Учитывая рост внедрения информационных технологий в различные сферы жизни общества, он является на данный момент самым популярным и надежным. Этот способ предусматривает преобразование информации в целях сокрытия ее истинного смысла от иных лиц, не имеющих к ней специальный доступ. Сегодня специалистами-криптографами отдельное внимание уделяется исследованию математических методов изменения данных.

Криптоанализ и криптография

Важно знать, что параллельно с криптографией активно развивается такое направление, как криптоанализ. Это наука, которая изучает способы расшифровывания информации, которая была «скрыта» с помощью криптографических методов.

Результатом криптоанализа является получение ключа шифрования либо самой информации. Иногда эксперты объединяют обе науки в одну – криптологию, предметом которой являются обратимое преобразование данных в целях их защиты от доступа, стойкость шифров, а также надежность систем шифрования.

Сферы применения криптографии

Мы ниже приведем лишь некоторые из сфер современного общества, где применяется криптография.

Во-первых, передача информации с использованием открытых каналов связи. К последним можно отнести телефон, Интернет, адрес и т.д.

Во-вторых, обслуживание кредитных банковских карт.

В-третьих, обработка и хранение паролей пользователей.

В-четвертых, передача документов отчетности посредством сети Интернет.

В-пятых, безопасное хранение информации на персональном компьютере.

Стоит отметить, что количество сфер применения намного шире.

Основные задачи криптографии

Учитывая развитие информационных технологий, интерес к рассматриваемой науке вырос в разы. В том числе, расширился спектр задач данной дисциплины. Мы приведем Вам основные из них:

Источник

Основные понятия криптографии

Криптографический протокол

Любой протокол имеет следующие свойства:

Свойства протокола напоминают известные нам из курса информатики свойства алгоритма. На самом деле протокол – это и есть алгоритм действия нескольких сторон в определенной ситуации. Участники протокола должны знать протокол и выполнять полностью все его этапы. Участниками криптографического протокола обычно являются абоненты некоторой системы связи. Участники протокола могут не доверять друг другу, поэтому криптографические протоколы должны защищать их участников не только от внешнего противника, но и от нечестных действий партнеров.

Криптографические протоколы – сравнительно молодая отрасль криптографической науки. Первые протоколы появились во второй половине ХХ века. С тех пор эта область криптографии бурно развивалась, и на настоящий момент имеется уже несколько десятков различных типов криптографических протоколов. Все эти типы можно условно разделить на две группы: прикладные протоколы и примитивные. Прикладной протокол решает конкретную задачу, которая возникает (или может возникнуть) на практике. Примитивные же протоколы используются как своеобразные «строительные блоки» при разработке прикладных протоколов. Мы в данном учебном пособии будем рассматривать только примитивные криптографические протоколы, которые при некоторой адаптации к реальным системам связи могут использоваться на практике.

Рассмотрим назначение некоторых видов протоколов.

Рассмотрим простейший протокол для обмена конфиденциальными сообщениями между двумя сторонами, которые будем называть абонент №1 и абонент №2. Пусть абонент №1 желает передать зашифрованное сообщение абоненту №2. В этом случае их последовательность действий должна быть следующей.

Этот протокол достаточно прост, однако он может действительно использоваться на практике. Криптографические протоколы могут быть простыми и сложными в зависимости от назначения. Со многими из них мы познакомимся в различных главах этого курса.

Ключевые термины

Ciphertext – зашифрованное сообщение (закрытый текст, криптограмма).

Enciphering – преобразование открытого текста в криптограмму (зашифрование).

Активная криптографическая атака – при такой атаке противник имеет возможность модифицировать передаваемые сообщения и даже добавлять свои сообщения.

Криптоанализ – наука о преодолении криптографической защиты информации.

Криптографическая система защиты информации – система защиты информации, в которой используются криптографические методы для шифрования данных.

Криптография изучает построение и использование систем шифрования, в том числе их стойкость, слабости и степень уязвимости относительно различных методов вскрытия.

Криптостойкость – характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (т.е. способность противостоять криптоанализу).

Система шифрования, или шифрсистема, – это любая система, которую можно использовать для обратимого изменения текста сообщения с целью сделать его непонятным для всех, кроме тех, кому оно предназначено.

Шифр – совокупность заранее оговоренных способов преобразования исходного секретного сообщения с целью его защиты.

Шифрование с открытым ключом (асимметричное шифрование) – методы шифрования, в которых для шифрования и расшифрования данных используются два разных ключа. При этом один из ключей (открытый ключ ) может передаваться по открытому (незащищенному) каналу связи. Шифрование с открытым ключом используется на практике лишь со второй половины ХХ века.

Краткие итоги

Криптография в переводе с греческого означает «тайнопись». В настоящее время криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации. Параллельно развивается и совершенствуется криптоанализ – наука о преодолении криптографической защиты информации.

Криптография решает следующие задачи: шифрование данных с целью защиты от несанкционированного доступа; проверка подлинности сообщений; проверка целостности передаваемых данных; обеспечение невозможности отказа.

Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие требования:

Информация в процессе хранения, передачи и преобразования подвергается воздействию атак. Основными нарушениями информационной безопасности являются раскрытие информационных ценностей ( потеря конфиденциальности ), модификация без разрешения автора (потеря целостности) или неавторизованная потеря доступа к этим ценностям (потеря доступности).

Криптографические атаки могут быть пассивными и активными. В зависимости от количества и типа информации, доступной для криптоанализа, выделяют атаки на основе шифротекста, атаки на основе известного открытого текста, атаки на основе выбранного открытого текста.

В современной криптографии большое внимание уделяется разработке криптографических протоколов, то есть процедур или алгоритмов взаимодействия абонентов с использованием криптографических средств. В основе протокола лежит набор правил, регламентирующих использование криптографических преобразований. Некоторые виды протоколов: протоколы конфиденциальной передачи сообщений; протоколы аутентификации и идентификации; протоколы распределения ключей ; протоколы электронной цифровой подписи; протоколы обеспечения неотслеживаемости.

Источник

Общие сведения о криптографии, шифровании информации

Необходимость защитить конфиденциальную информацию появилась задолго до изобретения интернета. Можно предположить, что защитой ценных и значимых сведений люди занимались на протяжении всей истории, особенно в периоды военных действий.

Что изучает наука криптология

Мировая практика выработала три основных способа защиты информации:

Физическая защита

Сущность метода заключается в создании надежного канала связи. Как правило, речь идет о защите материального носителя (бумаги, магнитного диска или флэш-карты). Каналом связи в различные периоды истории являлись секретные курьеры, почтовые голуби или засекреченные радиочастоты. Этот метод используется и в современных автоматизированных системах обработки данных: для них создают условия изоляции и охраны.

Стенографическая защита

Защита подразумевает не только физическую маскировку и изоляцию носителя, но и попытку скрыть сам факт существования информации, которая интересует противника. Как правило, секретную информацию прячут на видном месте среди незасекреченных данных.

Например: под маркой на почтовом конверте или под обложкой книги может быть скрыта микрофотография. Важные данные прячут в книгах, пуговицах, каблуках туфлей и даже в пломбах зубов.

С развитием информационных технологий кардинально изменились или усложнились стенографические методы. Например: секретное сообщение может быть спрятано в файле с графическим изображением, где младший бит в описании пикселей заменяется битом сообщения.

Криптографическая защита

Наиболее надежный и современный способ защиты. Чтобы скрыть информацию от противника, данные проходят специальное преобразование.

Определение! Криптография – это, в переводе с греческого, «тайнопись», наука, которая занимается математическими методами преобразования информации.

Криптоанализ – занимается преодолением криптографической защиты без знания ключей.

Криптографию и криптоанализ объединяют в одну науку – криптологию. Она занимается следующими вопросами:

Современные методы шифрования данных бывают настолько сложны, что в них могут разобраться только специалисты узкого профиля, занимающиеся математическим анализом и информационными технологиями.

Криптографические методы требуют больших финансовых вложений: чем выше требуемый уровень защиты информации, тем выше стоимость шифрования.

Требования к криптографическим системам защиты информации

Основные нормы для всех современных криптографических систем защиты подразумевают, что зашифрованное сообщение может быть прочитано только при помощи заданного ключа, а доступность алгоритма шифрования не повлияет на уровень защиты.

Важные определения

Шифрование – процесс криптографического преобразования текста на основе определенного параметра (ключа) и алгоритма.

Расшифрование – криптографическое преобразование шифрованного текста в исходный.

Шифр – совокупность обратимых преобразований исходных данных в скрытый текст.

Шифр с открытым ключом (ассиметричный) – шифр с двумя ключами: шифрующим и расшифровывающим.

Исходный текст – данные, не обработанные посредством криптографических методов.

Шифрованный текст – данные с ключом, обработанные криптосистемой.

Ключ – параметр шифра, с помощью которого производится преобразование текста.

Открытый ключ – один из двух ключей ассиметричной криптосистемы, который находится в свободном доступе.

Закрытый ключ – секретный ключ ассиметричной системы шифрования.

Дешифрование – извлечение исходного текста без использования криптографического ключа, используя только шифровочный.

Криптостойкость — устойчивость шифра для дешифрования криптоаналитиком без знания ключа.

Правовые нормы

Деятельность, связанная с криптографическим шифрованием, подлежит контролю со стороны государства. Криптография в России регулируется документом «Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими) средствами» постановленном Правительством Российской Федерации, обязательному лицензированию подлежат шифровальные средства и техническое обслуживание этих средств.

Кром того, предоставление услуг, касающихся шифрования информации, производства криптографических средств и их разработка находятся под контролем государства. На эти виды деятельности требуется специальное разрешение.

В настоящее время действует закон, который определяет порядок разработки и эксплуатации криптографических средств.

Согласно Указу Президента РФ от 3 апреля 1995 государственным структурам запрещено использовать криптографические средства, защищенные технические устройства хранения, обработки и передачи информации, которые не имеют лицензии агентства правительственной связи.

Сферы применения криптографии

Применение криптографии позволяет выполнять следующие задачи:

Криптографические методы, разработанные в прошлом столетии, были направлены только на защиту информации от несанкционированного доступа. Сегодня спектр задач значительно расширился. Остро встала необходимость проверки подлинности сообщений, целостности передаваемых данных и источника пересылки.

История

До наших дней доходят интересные исторические сведения о некоторых стенографических способах защиты информации. В древней Греции практиковали следующий способ: тайное послание выцарапывали на бритой голове раба, а когда волосы отрастали, раба посылали к получателю. Адресат прочитывал послание, вновь побрив раба наголо.

Симпатические чернила – еще один очень распространенный способ передачи информации, которая не предусмотрена для посторонних глаз. Такими чернилами писали между строк обычного письма. Адресат получал сведения, воспользовавшись проявителем.

Исторические способы шифрования

Существуют достоверные исторические сведения о том, что практические методы шифрования широко использовались в Индии, Египте и Месопотамии. В Древнем Египте система скрытых посланий была создана кастой жрецов.

Воины Спарты использовали в качестве «шифровальной машины» цилиндрический жезл определенного диаметра, на который наматывалась полоска папируса. Сообщение писали открытым текстом и отправляли адресату, но прочитать сообщение можно было только намотав папирус на цилиндр того же диаметра.

У историков есть предположение о том, кто первым изобрел дешифровальное устройство. Его авторство приписывают Аристотелю: он сконструировал конусообразное копье, на которое наматывался папирус с перехваченным сообщением. Лента помещалась на конус и передвигалась до тех пор, пока на нужном диаметре не появлялся исходный текст.

Шифрование использовалось и в арабских странах. Считается, что само слово «шифр» произошло от арабской «цифры». Сведения о древнем криптоанализе можно найти в энциклопедии «Шауба аль-Аша».

История криптографии продолжилась и в средневековой Европе, где шифрованием занимались священники, военные, ученые и дипломаты. Трудами по криптографии в XIV-XVI веках увлекались секретари канцелярии католических понтификов Чикко Симоннети, Габлиэль де Лавинда и архитектор Леон Баттиста Альберти. Они внесли значительную лепту не только в теоретическое собрание методов и способов шифрования, но и в усовершенствование этих методов.

Криптографией занимались такие видные деятели и ученые своего времени как Платон, Пифагор, Галилей, Паскаль, да Винчи, Эйлер, Ньютон, Бэкон и многие другие.

В XIX веке, с началом научно-технического прогресса и изобретением телеграфа появились первые коммерческие и государственные шифры. Росла скорость шифрования. В конце века криптография окончательно оформилась в самостоятельную науку.

Вторая Мировая война и послевоенный период

Появление радиосвязи позволило передавать информацию с высокой скоростью и вывело шифрование на новый электромеханический, а после электронный уровень. Появились узкие специалисты по дешифровке и перехвату данных. В XX веке возникает специализация в криптографической деятельности. Появляются специалисты по шифрованию, по перехвату зашифрованных сообщений, по дешифрованию данных противника.

В 20е годы были сконструированы роторные шифровальные машины, которые выполняли все операции по преобразованию информации, что затем передавалась по радиоканалам. Они использовались всеми государствами-участниками Второй Мировой войны.

Алгоритмы для роторных машин разрабатывали лучшие математики и инженеры. К. Шеннон –один из видных деятелей того времени в своем труде сформулировал условия нераскрываемости шифров.

Электронные вычислители пришли на смену электромеханическим машинам в послевоенные годы прошлого столетия. Теперь информацию рассекречивали большими фрагментами. Криптографические программные средства начали использовать в коммерческих и гражданских целях для пересылки данных.

Современные методы засекречивания информации

В сегодняшнем гиперинформационном мире шифровальные технологии не просто вышли на новый уровень, но и претерпели значительные изменения. Теперь криптография как наука стала серьезно изучаться и реализовываться в различных направлениях.

Теперь в процессе обмена информацией участвуют не только две стороны: отправитель и адресат, но и другие абоненты. Появилась необходимость в надежной защите и новых способах передачи дешифровочных ключей. В 70е годы У. Диффи и М. Хеллман представили новый принцип шифрования с открытым начальным ключом. Его назвали ассиметричным. Это позволило расширить области использования криптографических методов. Сегодня они применяются в банковских операциях при работе с пластиковыми картами клиентов, в сфере электронной валюты, телекоммуникациях и многих других удаленных операциях, которые выполняются чрез локальную и глобальную сеть.

Современная криптография использует открытые алгоритмы шифрования. Распространены симметричные (DES, AES, Camellia, Twofish, Blowfish), и ассиметричные RSA и Elgamal (Эль-Гамаль) алгоритмы.

Методы шифрования используют как частные и юридические лица, так и государственные структуры. Так, США имеют государственный стандарт шифрования AES. Российская Федерация использует алгоритм блочного шифрования ГОСТ 28147-89 и алгоритм цифровой подписи ГОСТ Р 34.10-2001.

Одно из современных достижений криптографии это создание платежной системы с электронной валютой под названием «биткоин», которая уже широко используется при проведении многих коммерческих операций. Она была создана в 2009 году и считается первой подобной системой. На данный момент есть огромное количество криптовалют, которые пытаются улучшить и дополнить идеи реализованные в биткоине.

Источник