Методы криптографического преобразования данных

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

 Российский государственный  торгово-экономический университет

РГТЭУ

Факультет ресторанно-гостиничного бизнеса и услуг

 

Кафедра менеджмента в сфере услуг

Дисциплина

Информационная  безопасность предпринимательской  деятельности

 

Контрольная работа

Тема № 39: «Методы криптографического преобразования данных »

 

 

Выполнила: студентка 3 курса

заочной формы обучения

32 группа

Зачетная книжка № 9484

Стародубцева Екатерина  Юрьевна

 

Проверил: Борковой Валентин Иванович

 

Москва 2012 

Содержание:  
   
1.  Введение

2.  Криптография и шифрование

2.1        Что такое шифрование

2.2        Основные понятия и определения криптографии 
2.3        Симметричные и асимметричные криптосистемы

2.4        Основные современные методы шифрования

3. Алгоритмы шифрования  
3.1        Алгоритмы замены(подстановки)  
3.2     Алгоритмы перестановки

3.3     Алгоритмы гаммирования

3.4     Алгоритмы основанные на сложных математических  
            преобразованиях

3.5     Комбинированные методы шифрования 
3.5.1      Криптографический стандарт DES

3.5.2      ГОСТ 28147-89 
3.6         Выводы

4.  Программные шифраторы  
4.1          PGP 6.5.3

4.2          BestCrypt 6.04 
4.3          Плюсы и минусы программных шифраторов 
5.    Аппаратные шифраторы  
5.1        Что такое аппаратный шифратор 
5.2        Структура шифраторов

5.3        Шифропроцессор  
5.4        Быстродействие

5.5        Шифраторы для защиты сетей

5.6        Загрузка ключей шифрования

5.7        Как программы используют шифратор

5.8        Аппаратный шифратор «М-506»  
5.9        Проблемы применения аппаратных шифраторов

6.    Совет и рекомендации

7.  Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

1.  Введение   

 
          То, что информация имеет ценность, люди осознали очень давно - недаром переписка       сильных мира сего издавна была объектом пристального внимания их недругов и друзей.  Тогда-то и возникла задача защиты этой переписки от чрезмерно любопытных глаз.  Древние пытались использовать для решения этой задачи самые разнообразные методы, и одним из них была тайнопись - умение составлять сообщения таким образом, чтобы его смысл был недоступен никому кроме посвященных в тайну.  Есть свидетельства тому, что искусство тайнописи зародилось еще в доантичные времена.  На протяжении всей своей многовековой истории, вплоть до совсем недавнего времени, это искусство служило немногим, в основном верхушке общества, не выходя за пределы резиденций глав государств, посольств и - конечно же  - разведывательных миссий.  И лишь несколько десятилетий назад все изменилось коренным образом - информация приобрела самостоятельную коммерческую ценность и стала широко распространенным, почти обычным товаром.  Ее производят, хранят, транспортируют, продают и покупают, а значит - воруют и подделывают - и, следовательно, ее необходимо защищать.  Современное общество все в большей степени становится информационно-обусловленным, успех любого вида деятельности все сильней зависит от обладания определенными сведениями и от отсутствия их у конкурентов.  И чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере, и тем больше потребность в защите информации. 
            Среди всего спектра методов защиты данных от нежелательного доступа особое место занимают криптографические методы.  В отличие от других методов, они опираются лишь на свойства самой информации и не используют свойства ее материальных носителей, особенности узлов ее обработки, передачи и хранения. 
          Широкое применение компьютерных технологий и постоянное увеличение объема информационных потоков вызывает постоянный рост интереса к криптографии. В последнее время увеличивается роль программных средств защиты информации, просто модернизируемых не требующих крупных финансовых затрат в сравнении с аппаратными криптосистемами. Современные методы шифрования гарантируют практически абсолютную защиту данных, но всегда остается проблема надежности их реализации. 
          Свидетельством ненадежности может быть все время появляющаяся в компьютерном мире информация об ошибках или "дырах" в той или иной программе (в т.ч. применяющей криптоалгоритмы), или о том, что она была взломана. Это создает недоверие, как к конкретным программам, так и к возможности вообще защитить что-либо криптографическими методами не только от спецслужб, но и от простых хакеров. Поэтому знание атак и дыр в криптосистемах, а также понимание причин, по которым они имели место, является одним из необходимых условий разработки защищенных систем и их использования.  
 В настоящее время особо актуальной стала оценка уже используемых криптоалгоритмов. Задача определения эффективности средств защиты зачастую более трудоемкая, чем их разработка, требует наличия специальных знаний и, как правило, более высокой квалификации, чем задача разработки. Это обстоятельства приводят к тому, что на рынке появляется множество средств криптографической защиты информации, про которые никто не может сказать ничего определенного. При этом разработчики держат криптоалгоритм (как показывает практика, часто нестойкий) в секрете. Однако задача точного определения данного криптоалгоритма не может быть гарантированно сложной хотя бы потому, что он известен разработчикам. Кроме того, если нарушитель нашел способ преодоления защиты, то не в его интересах об этом заявлять. Поэтому обществу должно быть выгодно открытое обсуждение безопасности систем защиты информации массового применения, а сокрытие разработчиками криптоалгоритма должно быть недопустимым.  

2. Криптография и шифрование  
2.1  Что такое шифрование 

 
             Шифрование  — это способ изменения сообщения или другого документа,  обеспечивающее искажение (сокрытие) его содержимого. (Кодирование – это преобразование обычного, понятного, текста в код. При этом подразумевается,  что существует взаимно однозначное соответствие между символами текста(данных, чисел, слов) и символьного кода – в этом принципиальное отличие кодирования от шифрования. Часто кодирование и шифрование считают одним и тем же,  забывая о том, что для восстановления закодированного сообщения, достаточно знать правило подстановки(замены). Для восстановления же зашифрованного сообщения помимо знания правил шифрования, требуется и ключ к шифру. Ключ понимается нами как конкретное секретное состояние параметров алгоритмов шифрования и дешифрования. Знание ключа дает возможность прочтения секретного сообщения. Впрочем, как вы увидите ниже, далеко не всегда незнание ключа гарантирует то, что сообщение не сможет прочесть посторонний человек.). Шифровать можно не только текст, но и различные компьютерные файлы – от файлов баз данных и текстовых процессоров до файлов изображений.  
      Шифрование используется человечеством с того самого момента, как появилась первая секретная информация, т. е. такая, доступ к которой должен быть ограничен.  
       Идея шифрования состоит в предотвращении просмотра истинного содержания сообщения(текста, файла и т.п.) теми , у кого нет средств его дешифрования. А прочесть файл сможет лишь тот, кто сможет его дешифровать.  
      Шифрование появилось примерно четыре тысячи лет тому назад. Первым известным применением шифра (кода) считается египетский текст, датированный примерно 1900 г. до н. э., автор которого использовал вместо обычных (для египтян) иероглифов не совпадающие с ними знаки.  
      Один из самых известных методов шифрования носит имя Цезаря, который если и не сам его изобрел, то активно им пользовался. Не доверяя своим посыльным, он шифровал письма элементарной заменой А на D, В на Е и так далее по всему латинскому алфавиту. При таком кодировании комбинация XYZ была бы записана как АВС, а слово «ключ» превратилось бы в неудобоваримое «нобъ»(прямой код N+3).  
   Спустя 500 лет шифрование стало повсеместно использоваться при оставлении текстов религиозного содержания, молитв и важных государственных документов.  
    Со средних веков и до наших дней необходимость шифрования военных, дипломатических и государственных документов стимулировало развитие криптографии. Сегодня потребность в средствах,  обеспечивающих безопасность обмена информацией, многократно возросла.  
      Большинство из нас постоянно используют шифрование, хотя и не всегда знают об этом. Если у вас установлена операционная система Microsoft, то знайте, что Windows хранит о вас (как минимум) следующую секретную информацию:  
• пароли для доступа к сетевым ресурсам (домен, принтер, компьютеры в сети и  т.п.); 
     • пароли для доступа в Интернет с помощью DialUр;  
     • кэш паролей (в браузере есть такая функция — кэшировать пароли, и Windows              сохраняет все когда-либо вводимые вами в Интернете пароли); 
     • сертификаты для доступа к сетевым ресурсам и зашифрованным данным на самом компьютере. 
    Эти данные хранятся либо в рwl-файле (в Windows 95), либо в SAM-файле (в Windows NT/2000/XР). Это файл Реестра Windows, и потому операционная система никому не даст к нему доступа даже на чтение. Злоумышленник может скопировать такие файлы, только загрузившись в другую ОС или с дискеты. Утилит для их взлома достаточно много, самые современные из них способны подобрать ключ за несколько часов. 

 
     2.2 Основные понятия и определения  криптографии 

 
Итак, криптография дает возможность  преобразовать информацию таким  образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа.  
Перечислю вначале некоторые основные понятия и определения.  
   
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: 

• алфавит Z₃₃ - 32 буквы русского алфавита и пробел;
• алфавит Z₂₅₆ - символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ-8;
• бинарный алфавит - Z₂ = {0,1};
• восьмеричный алфавит 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 дешифрования текстов.  
Криптографическая система представляет собой семейство T преобразований открытого текста. xлены этого семейства индексируются, или обозначаются символом k; параметр k является ключом. Пространство ключей K - это набор возможных значений ключа. Обычно ключ представляет собой последовательный ряд букв алфавита.  
Криптосистемы разделяются на симметричные и с открытым ключом ( или асимметричесские) .  
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 является составление и распределение ключей между пользователями.  
Электронной (цифровой) подписью называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения.  
Криптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к дешифрованию без знания ключа (т.е. криптоанализу). Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых:  

• количество всех возможных ключей;
• среднее время, необходимое для криптоанализа.

 

   
Преобразование T_k определяется соответствующим алгоритмом и значением параметра k. Эффективность шифрования с целью защиты информации зависит от сохранения тайны ключа и криптостойкости шифра.  
Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании.  
Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:  
·   зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа;  
·   число операций, необходимых для определения использованного ключа шифрования по фрагменту шифрованного сообщения и соответствующего ему открытого текста,   
·   должно быть не меньше общего числа возможных ключей;  
·   число операций, необходимых для расшифровывания информации путем перебора всевозможных ключей должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности использования сетевых вычислений);  
·   знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты;  
·   незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения даже при использовании одного и того же ключа;  
·   структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными;  
·   дополнительные биты, вводимые в сообщение в процессе шифрования, должен быть полностью и надежно скрыты в шифрованном тексте;  
·   длина шифрованного текста должна быть равной длине исходного текста;  
·   не должно быть простых и легко устанавливаемых зависимостью между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования;  
·   любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;  
·   алгоритм должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию, при этом изменение длины ключа не должно вести к качественному ухудшению алгоритма шифрования.  

2.3 Симметричные и асимметричные  криптосистемы   

 
Прежде чем перейти к отдельным  алгоритмам, рассмотрим вкратце концепцию  симметричных и асимметричных криптосистем. Сгенерировать секретный ключ и  зашифровать им сообщение — это  еще полдела. А вот как переслать  такой ключ тому, кто должен с  его помощью расшифровать исходное сообщение? Передача шифрующего ключа  считается одной из основных проблем  криптографии. 
  Оставаясь в рамках симметричной системы, необходимо иметь надежный канал связи для передачи секретного ключа. Но такой канал не всегда бывает доступен, и потому американские математики Диффи, Хеллман и Меркле разработали в 1976 г. концепцию открытого ключа и асимметричного шифрования.  
  В таких криптосистемах общедоступным является только ключ для процесса шифрования, а процедура дешифрования известна лишь обладателю секретного ключа. Например, когда я хочу, чтобы мне выслали сообщение, то генерирую открытый и секретный ключи. Открытый посылаю вам, вы шифруете им сообщение и отправляете мне. Дешифровать сообщение могу только я, так как секретный ключ я никому не передавал. Конечно, оба ключа связаны особым образом (в каждой криптосистеме по-разному), и распространение открытого  ключа не разрушает криптостойкость системы.

В асимметричных системах должно удовлетворяться следующее  требование: нет такого алгоритма (или  он пока неизвестен), который бы из криптотекста и открытого ключа выводил исходный текст.  
  

 

2.4 Основные современные методы  шифрования   

 
Среди разнообразнейших способов шифровании можно выделить следующие основные методы: 
• Алгоритмы   замены  или  подстановки  — символы  исходного текста заменяются на символы другого (или того же) алфавита в соответствии с заранее определенной схемой, которая и будет ключом данного шифра. Отдельно этот метод в современных криптосистемах практически не используется из-за чрезвычайно низкой  криптостойкости.  
• Алгоритмы перестановки — символы оригинального текста меняются местами по определенному принципу, являющемуся секретным ключом. Алгоритм перестановки сам по себе обладает низкой криптостойкостью, но входит в качестве элемента в очень многие современные криптосистемы.  
• Алгоритмы гаммирования — символы исходного текста складываются с символами некой случайной последовательности. Самым распространенным примером считается шифрование файлов «имя пользователя.рwl», в которых операционная система Microsoft Windows 95 хранит пароли к сетевым ресурсам данного пользователя (пароли на вход в NT-серверы, пароли для DialUр-доступа в Интернет и т.д.). Когда пользователь вводит свой пароль при входе в Windows 95, из него по алгоритму шифрования RC4 генерируется гамма (всегда одна и та же), применяемая для шифрования сетевых паролей. Простота подбора пароля обусловливается в данном случае тем, что Windows всегда предпочитает одну и ту же гамму.  
• Алгоритмы, основанные на сложных математических преобразованиях исходного текста по некоторой формуле. Многие из них используют нерешенные математические задачи. Например, широко используемый в Интернете алгоритм шифрования RSA основан на свойствах простых чисел.  
•  Комбинированные методы. Последовательное шифрование исходного текста с помощью двух и более методов. 

 
3. Алгоритмы шифрования 

 
Рассмотрим подробнее  методы криптографической защиты данных, о которых было сказано  в предыдущем пункте (п. 2.4). 

 

 

 
3.1 Алгоритмы замены(подстановки) 

 
В этом наиболее простом методе символы  шифруемого текста заменяются другими  символами, взятыми из одного- (одно- или моноалфавитная подстановка) или нескольких (много- или полиалфавитная подстановка) алфавита. 
Самой простой разновидностью является прямая (простая) замена, когда буквы шифруемого сообщения заменяются другими буквами того же самого или некоторого другого алфавита. Таблица замены может иметь следующий вид(таблица 3.1.1):