Принципы криптографической защиты информации

Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных (шифрования), направленных на то, чтобы сделать эти данные бесполезными для противника. Эти преобразования позволяют решить проблему обеспечения конфиденциальности данных. Для ознакомления с зашифрованной информацией применяется обратный процесс – дешифрование.

Для шифрования обычно используется некоторый алгоритм или устройство, реализующее заданный алгоритм, которые могут быть известны широкому кругу лиц. Управление процессом шифрования осуществляется с помощью периодически меняющегося ключа шифрования, обеспечивающего каждый раз оригинальное представление информации при использовании одного и того же алгоритма или устройства. Знание ключа дешифрования позволяет просто и надежно расшифровать текст. Однако, без знания этого ключа процедура дешифрования может быть практически невыполнима даже при известном алгоритме. Ключ шифрования K - конкретное состояние некоторого параметра (параметров), обеспечивающее выбор одного преобразования из совокупности возможных для используемого метода шифрования.

Будем называть открытым текстом M исходное сообщение, которое шифруют для его сокрытия от посторонних лиц. Сообщение, формируемое в результате шифрования открытого текста, будем называть закрытым текстом (шифротекстом) С.

Обратной стороной криптографии является криптоанализ, который пытается решить обратную задачу, характерную для злоумышленника – раскрыть шифр, получив открытый текст, не имея подлинного ключа шифрования.

Существуют несколько основных типов криптоаналитических атак [18,20]. Реализация каждой из них предполагает, что злоумышленник знает применяемый алгоритм шифрования.

1. Криптоаналитическая атака при наличии только известного закрытого текста С.

2. Криптоаналитическая атака при наличии известного открытого текста (атака по открытому тексту). В этом случае, криптоаналитику известен открытый текст M и соответствующий ему закрытый текст C. Задача криптоаналитика состоит в нахождении ключа шифрования K для возможности прямой расшифровки последующих шифротекстов. Более мощным вариантом данного метода криптоанализа является криптоаналитическая атака при возможности выбора криптоаналитиком открытого текста.

3. Криптоаналитическая атака методом полного перебора всех возможных ключей. Данная атака предполагает использование криптоаналитиком известного шифротекста и осуществляется посредством полного перебора всех возможных ключей с проверкой осмысленности получаемого открытого текста. Такой подход требует привлечения предельных вычислительных ресурсов и иногда называется силовой атакой, атакой «в лоб», или brute-forcing.

4. Криптоаналитическая атака методом анализа частотности закрытого текста. Реализация данной атаки предполагает использование криптоаналитиком информации о частоте встречаемости символов в закрытом тексте с целью получения информации о символах открытого текста.

Основной характеристикой шифра является его криптостойкость, которая определяет его стойкость к раскрытию с помощью методов криптоанализа. Обычно эта характеристика определяется интервалом времени, необходимым для раскрытия шифра.

К шифрам, используемым для криптографической защиты информации, предъявляется ряд требований.

1.Зашифрованный текст должен поддаваться чтению только при наличии секретного ключа шифрования.

2.Закон Керхоффа – знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты, стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа. Иными словами, данное требование предполагает, что весь алгоритм шифрования, кроме значения секретного ключа, известен криптоаналитику противника.

3. Единственно возможный метод раскрытия шифротекста должен заключаться в дешифровании его на секретном ключе. Единственно возможный способ нахождения ключа дешифрования должен заключаться в полном их переборе.

4. При знании криптоаналитиком шифротекста С и соответствующего ему открытого текста M, для нахождения ключа шифрования необходим полный перебор ключей (невозможность криптоаналитической атаки по открытому тексту).

5. Незначительное изменение ключа шифрования или открытого текста должно приводить к существенному изменению вида шифротекста.

6. Избыточность информации, вносимая в шифротекст за счет шифрования, должна быть незначительной.

7. Алгоритм шифрования должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию.