Тема «Криптографические методы защиты информации» Вопросы темы
|
Скачать 135.05 Kb.
|
| Тема «Криптографические методы защиты информации» Вопросы темы:
Проблема защиты информации путем ее преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с давних времен. История криптографии — ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. Священные книги Древнего Египта, Древней Индии тому примеры. Криптографическое закрытие является специфическим способом защиты информации, оно имеет многовековую историю развития и применения. Поэтому у специалистов не возникало сомнений в том, что эти средства могут эффективно использоваться также и для защиты информации в АСОД, вследствие чего им уделялось и продолжает уделяться большое внимание. Достаточно сказать, что в США еще в 1978 году утвержден и рекомендован для широкого применения национальный стандарт (DES) криптографического закрытия информации. Подобный стандарт в 1989 году (ГОСТ 28147—89) утвержден и у нас в стране. Интенсивно ведутся исследования с целью разработки высокостойких и гибких методов криптографического закрытия информации. Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается криптология (kryptos — тайный, logos — наука). Криптология разделяется на два направления — криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны. «Криптография» в переводе с греческого языка означает «тайнопись». Классической задачей криптографии является обратимое преобразование некоторого понятного исходного текста (открытого текста) в кажущуюся случайной последовательность некоторых знаков, называемую шифртекстом или криптограммой. Криптография занимается поиском и исследованием математических методов преобразования информации. Сфера интересов криптоанализа — исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей. Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:
Алфавит — конечное множество используемых для кодирования информации знаков. Текст — упорядоченный набор из элементов алфавита. В качестве примеров алфавитов, используемых в современных ИС, можно привести следующие:
• восьмеричный или шестнадцатеричный алфавит. Шифрование — преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом. Дешифрование — обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный. Ключ — информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрирования текстов.  Рисунок 1. Обобщенная схема криптосистемы шифрования Формула зашифрования: С = Еk1(М), где М (message) - открытая информация, в литературе также называется «исходный текст» или «открытый текст»; С (cipher text) - полученный в результате зашифрования шифртекст (в литературе также называется словом «криптограмма»); Е (encryption) - функция зашифрования, выполняющая криптографические преобразования над исходным текстом; k1 (key)- параметр функции Е, называемый «ключом шифрования». Расшифрование выглядит следующим образом: M' = Dk2(C), где М' - сообщение, полученное в результате расшифрования; D (decryption) - функция расшифрования; так же, как и функция зашифрования, выполняет криптографические преобразования над шифртекстом; к2 - ключ расшифрования. Для того чтобы результат операций зашифрования + расшифрования совпал с исходным сообщением, т.е. для получения М' =М, необходимо одновременное выполнение двух условий:
Криптосистема - это совокупность субъектов и объектов информационной системы, обменивающихся зашифрованной информацией с применением одного и того же алгоритма шифрования с определенными параметрами. Основной характеристикой алгоритма шифрования является криптостойкость, т. е. его устойчивость к раскрытию методами криптоанализа. Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (т. е. криптоанализу). Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых:
Криптосистемы разделяются на симметричные и с открытым ключом. В симметричных криптосистемах и для шифрования, и для дешифрования используется один и тот же ключ. В системах с открытым ключом используются два ключа — открытый и закрытый, которые математически связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения. Термины «распределение ключей» и «управление ключами» относятся к процессам системы обработки информации, содержанием которых являются составление и распределение ключей между пользователями. Системы симметричного шифрования (ролик симметричное шифрование - тайнопись) Алгоритмы симметричного шифрования определяются следующим соотношением ключа зашифрования и ключа расшифрования: k1=k2=k В этом случае данный общий ключ зашифрования/расшифрования к называют ключом шифрования или ключом симметричного шифрования. Симметричные криптосистемы называют еще одноключевыми криптографическими системами, или криптосистемами с закрытым ключом.  Рисунок 2. Схема симметричной криптосистемы шифрования Обычно ключ шифрования представляет собой файл или массив данных и хранится на персональном ключевом носителе, например дискете или смарт-карте; обязательно принятие мер, обеспечивающих недоступность персонального ключевого носителя кому-либо, кроме его владельца. Целостность данных обеспечивается присоединением к передаваемым данным специального кода (имитовставки), вырабатываемой по секретному ключу. Имитовставка является разновидностью контрольной суммы, т. е. некоторой эталонной характеристикой сообщения, по которой осуществляется проверка целостности последнего. Симметричное шифрование идеально подходит для шифрования информации «для себя», например, с целью предотвращения НСД к ней в отсутствие владельца. Это может быть как архивное шифрование выбранных файлов, так и прозрачное (автоматическое) шифрование целых логических или физических дисков. Системы асимметричного шифрования (ролик – асимметричное шифрование) Асимметричные криптографические системы были разработаны в 1970-х гг. Принципиальное отличие асимметричной криптосистемы от криптосистемы симметричного шифрования состоит в том, что для шифрования информации и ее последующего расшифровывания используются различные ключи: открытый ключ к1 используется для шифрования информации, вычисляется из секретного ключа к2; секретный ключ к2 используется для расшифровывания информации, зашифрованной с помощью парного ему открытого ключа к1. Эти ключи различаются таким образом, что с помощью вычислений нельзя вывести секретный ключ к2 из открытого ключа к1. Поэтому открытый ключ к1 может свободно передаваться по каналам связи. Асимметричные системы называют также двухключевыми криптографическими системами, или криптосистемами с открытым ключом. В асимметричном шифровании ключ зашифрования k1 вычисляется из ключа k2 таким образом, что обратное вычисление невозможно. Пример соотношения: k1 = ak2 mod p, где а и р - некоторые параметры криптосистемы.  Рисунок 3. Обобщенная схема ассимметричной криптосистемы шифрования Концепция асимметричных криптографических систем с открытым ключом основана на применении однонаправленных функций. Однонаправленной функцией называется функция F(X), обладающая двумя свойствами:
Комбинированная криптосистема шифрования Метод комбинированного использования симметричного и асимметричного шифрования заключается в следующем. Симметричную криптосистему применяют для шифрования исходного открытого текста, а асимметричную криптосистему с открытым ключом применяют только для шифрования секретного ключа симметричной криптосистемы. В результате асимметричная криптосистема с открытым ключом не заменяет, а лишь дополняет симметричную криптосистему с секретным ключом, позволяя повысить в целом защищенность передаваемой информации. Такой подход иногда называют схемой электронного «цифрового конверта». Пусть пользователь А хочет использовать комбинированный метод шифрования для защищенной передачи сообщения М пользователю В. Тогда последовательность действий пользователей А и В будет следующей. Действия пользователя А:
 Рисунок 4. Схема шифрования сообщения комбинированным способом Действия пользователя В (при получении электронного «цифрового конверта» — зашифрованного сообщения М и зашифрованного сеансового ключа Ks):
 Рисунок 5. Схема расшифровывания сообщения комбинированным способом Полученный электронный «цифровой конверт» может раскрыть только законный получатель — пользователь В. Только пользователь В, владеющий личным секретным ключом кв сможет правильно расшифровать секретный сеансовый ключ Ks и затем с помощью этого ключа расшифровать и прочитать полученное сообщение М. При методе «цифрового конверта» недостатки симметричного и асимметричного криптоалгоритмов компенсируются следующим образом:
В результате получают быстрое шифрование в сочетании с удобным распределением ключей.
(выступление студентов – презентации) Методы криптографического преобразования информации могут быть классифицированы на четыре большие группы:
 Рисунок 6. Классификация криптографических методов защиты информации Под шифрованием понимается такой вид криптографического закрытия, при котором преобразованию подвергается каждый символ защищаемого сообщения. Все известные способы шифрования можно разбить на пять групп: подстановка (замена), перестановка, аналитическое преобразование, гаммирование и комбинированное шифрование. Каждый из этих способов может иметь несколько разновидностей. Под кодированием понимается такой вид криптографического закрытия, когда некоторые элементы защищаемых данных (это не обязательно отдельные символы) заменяются заранее выбранными кодами (цифровыми, буквенными, буквенно-цифровыми сочетаниями и т. п.). Этот метод имеет две разновидности: смысловое и символьное кодирование. При смысловом кодировании кодируемые элементы имеют вполне определенный смысл (слова, предложения, группы предложений). При символьном кодировании кодируется каждый символ защищаемого сообщения. Символьное кодирование по существу совпадает с шифрованием заменой. Многоалфавитная подстановка — наиболее простой вид преобразований, заключающийся в замене символов исходного текста на другие (того же алфавита) по более или менее сложному правилу. Для обеспечения высокой криптостойкости требуется использование больших ключей. Перестановки — несложный метод криптографического преобразования. Используется, как правило, в сочетании с другими методами. Гаммирование — этот метод заключается в наложении на исходный текст некоторой псевдослучайной последовательности, генерируемой на основе ключа. Блочные шифры представляют собой последовательность (с возможным повторением и чередованием) основных методов преобразования, применяемую к блоку (части) шифруемого текста. Блочные шифры на практике встречаются чаще, чем «чистые» преобразования того или иного класса в силу их более высокой криптостойкости. Российский и американский стандарты шифрования основаны именно на этом классе шифров. К отдельным видам криптографического закрытия отнесены методы рассечения-разнесения и сжатия данных. Рассечение-разнесение заключается в том, что массив защищаемых данных делится (рассекается) на такие элементы, каждый из которых в отдельности не позволяет раскрыть содержание защищаемой информации. Выделенные таким образом элементы данных разносятся по разным зонам ЗУ или располагаются на различных носителях. Сжатие данных представляет собой замену часто встречающихся одинаковых строк данных или последовательностей одинаковых символов некоторыми заранее выбранными символами. Целью сжатия является сокращение объема информации. В то же время сжатая информация не может быть прочитана или использована без обратного преобразования. Учитывая доступность средств сжатия и обратного преобразования, эти методы нельзя рассматривать как надежные средства криптографического преобразования информации. Даже если держать в секрете алгоритмы, то они могут быть сравнительно легко раскрыты статистическими методами обработки. Поэтому сжатые файлы конфиденциальной информации подвергаются последующему шифрованию. Для сокращения времени целесообразно совмещать процесс сжатия и шифрования информации. В отличие от других методов криптографического преобразования информации методы стеганографии позволяют скрыть не только смысл хранящейся или передаваемой информации, но и сам факт ее хранения или передачи. Практическое использование стеганографии в компьютерных системах только начинается, но проведенные исследования показывают ее перспективность. В основе всех методов стенографии лежит маскирование закрытой информации среди открытых файлов. Обработка мультимедийных файлов в КС открыла практически неограниченные возможности перед стеганографией. Вопросы для повторения:
|
Похожие:
 | Псевдослучайные последовательности. Криптографические методы защиты информации Данный ном относится к таким областям знаний, как «Современная компьютерная алгебра», «Математические основы криптографии», «Криптографические... | | Примерная программа наименование дисциплины: «Криптографические методы защиты информации» Учебная дисциплина «Криптографические методы защиты информации» обеспечивает приобретение знаний и умений в соответствии с государственным... |
 | Рабочая учебная программа По дисциплине: Криптографические методы защиты информации в компьютерных системах и сетях По направлению: 010900 «Прикладные математика и физика» По дисциплине: Криптографические методы защиты информации в компьютерных системах и сетях | | Криптографические методы защиты информации |
| Криптографические методы защиты информации Актуальность проблемы использования криптографических методов в информационных системах | | Криптографические методы защиты информации Исполнитель: Суворова Василиса, 10 тех класс, Межшкольный учебный комбинат, (387 лицей) |
| Курсовая работа «Криптографические системы защиты данных» Охватывает, такими как проблема защиты информации, я,думаю, сталкивались многие | | Вопросы для поступающих в аспирантуру по специальности «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность» «Методы и системы защиты информации, информационная безопасность» (технические науки) |
| Доклад по дисциплине «Криптографические методы защиты информации» Этот доклад завершается словами: “Итак, мой компьютер может вычислить этот ключ примерно за два часа” | | Криптографические методы защиты информации от несанкционированного доступа Нсд, подделки и модификации приобретает особую актуальность и значимость, а изучение современных методов противодействия указанным... |