Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Доклад 6 (Лекция 6). Лекция 6. Безопасность

Одним из важнейших условий широкого применения Интернета было и остается обеспечение адекватного уровня безопасности для всех транзакций, проводимых через него. Это касается информации, передаваемой между пользователями, информации сохраняемой в базах данных торговых систем, информации, сопровождающей финансовые транзакции.

Понятие безопасность информации можно определить как состояние устойчивости информации к случайным или преднамеренным воздействиям, исключающее недопустимые риски ее уничтожения, искажения и раскрытия, которые приводят к материальному ущербу владельца или пользователя информации. Поскольку Сеть полностью открыта для внешнего доступа, то роль этих методов очень велика.

Решить проблемы безопасности призвана криптография — наука об обеспечении безопасности данных. Криптография и построенные на ее основе системы призваны решать следующие задачи.

· Конфиденциальность. Информация должна быть защищена от несанкционированного доступа как при хранении, так и при передаче. Доступ к информации может получить только тот, для кого она предназначена. Обеспечивается шифрованием.

· Аутентификация. Необходимо однозначно идентифицировать отправителя, при однозначной идентификации отправитель не может отказаться от послания. Обеспечивается электронной цифровой подписью и сертификатом.

· Целостность. Информация должна быть защищена от несанкционированного изменения как при хранении, так и при передаче. Обеспечивается электронной цифровой подписью.

Осуществляя сделки в Сети, в первую очередь необходимо убедиться, что важная информация надежно скрыта от посторонних лиц. Этому служат технологии шифрования, преобразующие простой текст в форму, которую невозможно прочитать, не обладая специальным шифровальным ключом. Благодаря данным технологиям можно организовать безопасную связь по общедоступным незащищенным каналам Интернета.

Любая система шифрования работает по определенной методологии, включая в себя один или более алгоритмов шифрования (математических формул), ключи, используемые этими алгоритмами, а также систему управления ключами.

Согласно методологии шифрования сначала к тексту применяются алгоритм шифрования и ключ для получения из него шифрованного текста. Затем шифрованный текст передается к месту назначения, где тот же самый алгоритм и ключ используются для его расшифровки, чтобы получить первоначальный текст. В методологию шифрования также входят процедуры создания ключей и их распространения.

Наиболее распространены алгоритмы шифрования, которые объединяют ключ с текстом. Безопасность систем такого типа зависит от конфиденциальности ключа, используемого в алгоритме шифрования, а не от конфиденциальности самого алгоритма, который может быть общедоступен и благодаря этому хорошо проверен. Но основная проблема, связанная с этими методами, состоит в безопасной процедуре генерации и передачи ключей участникам взаимодействия.

В настоящее время существует два основных типа криптографических алгоритмов:

1. классические, или симметричные алгоритмы, основанные на использовании закрытых, секретных ключей, когда и шифрование, и дешифрирование производятся с помощью одного и того же ключа;

2. алгоритмы с открытым ключом, в которых используются один открытый и один закрытый ключ, то есть операции шифрования производятся с помощью разных ключей. Эти алгоритмы называются также асимметричными.

Каждая методология требует собственных способов распределения ключей и собственных типов ключей, а также алгоритмов шифрования и расшифровки ключей.

Симметричные методы шифрования

Технология шифрования с секретным ключом (симметричный алгоритм) требует, чтобы оба участника зашифрованной переписки имели доступ к одному и тому же ключу. Это необходимо, так как отправитель использует ключ для зашифровки сообщения, а получатель применяет его же для расшифровки. Как следствие, возникает проблема безопасной передачи этого ключа.

Алгоритмы симметричного шифрования используют ключи не очень большой длины и могут быстро шифровать большие объемы данных.

Порядок использования систем с симметричными ключами выглядит следующим образом:

1. Безопасно создается, распространяется и сохраняется симметричный секретный ключ.

2. Отправитель использует симметричный алгоритм шифрования вместе с секретным симметричным ключом для получения зашифрованного текста.

3. Отправитель передает зашифрованный текст. Симметричный секретный ключ никогда не передается по незащищенным каналам связи.

4. Для восстановления исходного текста, получатель применяет к зашифрованному тексту тот же самый симметричный алгоритм шифрования вместе с тем же самым симметричным ключом, который уже есть у него.

Некоторые из алгоритмов симметричных систем шифрования: DES (Data Encryption Standard), тройной алгоритм DES, Международный алгоритм шифрования IDEA, RC2, RC3, RC5, CAST.

Асимметричные методы шифрования

Для решения проблемы распространения ключей при использовании симметричных методов шифрования на основе результатов, полученных классической и современной алгеброй, были предложены системы с открытым ключом, или асимметричные криптосистемы. Суть их состоит в том, что каждым адресатом генерируются два ключа, связанные между собой по определенному правилу. Хотя каждый из пары ключей подходит как для шифрования, так и для дешифрирования, данные, зашифрованные одним ключом, могут быть расшифрованы только другим.

Один ключ объявляется открытым, а другой закрытым. Открытый ключ публикуется и доступен любому, кто желает послать сообщение адресату. Секретный ключ сохраняется в тайне. Исходный текст шифруется открытым ключом адресата и передается ему. Зашифрованный текст не может быть расшифрован тем же открытым ключом. Дешифрирование сообщения возможно только с использованием закрытого ключа, известного лишь самому адресату.

Криптографические системы с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции.

Понятие односторонней функции было введено в теоретическом исследовании о защите входа в вычислительные системы. Функция f(х) называется односторонней (one-way function), если для всех значений х из ее области определения легко вычислить значения y=f(x), но вычисление обратного значения практически неосуществимо. То есть по заданному значению у0 нельзя найти такое значение х0, для которого f(х0)=у0. «Практически неосуществимо» в данном случае означает, что требуется такой огромный объем вычислений, который при существующем уровне развития техники невозможно реализовать.

Множество классов необратимых функций порождает все разнообразие систем с открытым ключом.

Алгоритмы шифрования с открытым ключом получили широкое распространение в современных информационных системах. Известно несколько криптосистем с открытым ключом. Наиболее разработана на сегодня система RSA, предложенная еще в 1978 г. Алгоритм RSA назван по первым буквам фамилий его авторов: Р. Л. Райвеста (R. L. Rivest), А. Шамира (A. Shamir) и Л. Адлемана (L. Adieman). Этот алгоритм стал мировым фактически признанным стандартом для открытых систем и рекомендован МККТТ (Международный Консультативный Комитет по телефонии и телеграфии). Также используются алгоритмы: ECC (криптосистема на основе эллиптических кривых).

Следует отметить, что алгоритмы систем шифрования с открытым ключом можно использовать в качестве следующих инструментов:

· как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных;

· как средства для распределения ключей (алгоритмы систем шифрования с открытым ключом более трудоемки, чем традиционные криптосистемы, поэтому на практике часто бывает рационально передать ключи, объем информации в которых незначителен с их помощью, а потом с помощью обычных алгоритмов осуществлять обмен большими информационными потоками);

· как средства аутентификации пользователей (для создания электронной цифровой подписи).

Все асимметричные криптосистемы являются объектом атак, в которых применяется прямой перебор ключей, поэтому для обеспечения эквивалентного уровня защиты в них должны использоваться гораздо более длинные ключи, чем в симметричных криптосистемах.

Для того чтобы избежать низкой скорости алгоритмов асимметричного шифрования, методы шифрования с открытым ключом часто используют для шифрования небольших объемов информации, например, для шифрования секретного ключа, на основе которого далее производится криптографическое закрытие информации симметричными методами.

Шифрование передаваемых через Интернет данных позволяет защитить их от посторонних лиц. Однако для полной безопасности должна быть уверенность в том, что второй участник транзакции является тем лицом, за которое он себя выдает. В бизнесе наиболее важным идентификатором личности заказчика является его подпись. В электронной коммерции применяется электронный эквивалент традиционной подписи — цифровая подпись. С ее помощью можно доказать не только то, что транзакция была инициирована определенным источником, но и то, что информация не была испорчена во время передачи.

Как и в шифровании, технология электронной подписи использует либо секретный ключ (в этом случае оба участника сделки применяют один и тот же ключ), либо открытый ключ (при этом требуется пара ключей — открытый и личный). И в данном случае более просты в использовании и более популярны методы с открытым ключом (такие, как RSA)

Хэш-функции являются одним из важных элементов криптосистем на основе ключей и используются для обнаружения факта модификации сообщения, то есть для электронной подписи. Их относительно легко вычислить, но почти невозможно расшифровать. Хэш-функция имеет исходные данные переменной длины и возвращает строку (иногда называемую дайджестом сообщения — MD) фиксированного размера, обычно 128 бит.

Существует несколько защищенных хэш-функций: Message Digest 5 (MD-5), Secure Hash Algorithm (SHA) и др. Они гарантируют, что разные документы будут иметь разные электронные подписи, и что даже самые незначительные изменения документа вызовут изменение его дайджеста.

Рассмотрим, как работает технология цифровой подписи, использующая алгоритм RSA. Предположим, вы хотите послать сообщение. В этом случае порядок работы следующий:

1. При помощи хеш-функции вы получаете дайджест — уникальным образом сжатый вариант исходного текста.

2. Получив дайджест сообщения, вы шифруете его с помощью личного ключа RSA, и дайджест превращается в цифровую подпись.

3. Вы посылаете вместе с самим сообщением цифровую подпись.

4. Получив послание, получатель расшифровывает цифровую подпись с помощью вашего открытого ключа и извлекает дайджест сообщения.

5. Получатель, применяя для сообщения ту же хэш-функцию, что и вы, получает свой сжатый вариант текста и сравнивает его с дайджестом, восстановленным из подписи. Если они совпадают, то это значит, что подпись правильная и сообщение действительно поступило от вас. В противном случае сообщение либо отправлено из другого источника, либо было изменено после создания подписи.

При аутентификации личности отправителя открытый и личный ключи играют роли, противоположные тем, что они выполняли при шифровании. Так, в технологии шифрования открытый ключ используется для зашифровки, а личный — для расшифровки. При аутентификации с помощью подписи все наоборот. Кроме того, подпись гарантирует только целостность и подлинность сообщения, но не его защиту от посторонних глаз. Для этого предназначены алгоритмы шифрования. Например, стандартная технология проверки подлинности электронных документов DSS (Digital Signature Standard) применяется в США компаниями, работающими с государственными учреждениями. Однако у технологии RSA более широкие возможности в силу того, что она служит как для генерации подписи, так и для шифрования самого сообщения. Цифровая подпись позволяет проверить подлинность личности отправителя: она основана на использовании личного ключа автора сообщения и обеспечивает самый высокий уровень сохранности информации.

Иллюстративный рисунок механизма цифровой подписи.

___________________________________________________________________

SSL

Протокол SSL — один из существующих протоколов обмена данными, обеспечивающий шифрование передаваемой информации. В настоящее время это наиболее распространенный метод защиты электронных транзакций в Интернете.

Протокол SSL является стандартом, основанным на криптографии с открытыми ключами. Протокол обеспечивает защиту данных, передаваемых в сетях TCP/IP по протоколам приложений за счет шифрования и аутентификации серверов и клиентов. Это означает, что шифруется вся информация, передаваемая и получаемая web-браузером, включая URL-адреса, все отправляемые сведения (такие, как номера кредитных карт), данные для доступа к закрытым web-сайтам (имя пользователя и пароль), а также все сведения, поступающие с web-серверов.

Протокол SSL позволяет решить часть названных проблем безопасности, однако его роль в основном ограничивается обеспечением шифрования передаваемых данных.

Сертификация

Как было сказано выше, основной проблемой криптографических систем является распространение ключей. В случае симметричных методов шифрования эта проблема стоит наиболее остро, поэтому при шифровании данных для передачи ключей через Интернет чаще всего используются асимметричные методы шифрования.

Асимметричные методы более приспособлены для открытой архитектуры Интернета, однако и здесь использование открытых ключей требует их дополнительной защиты и идентификации для определения связи с секретным ключом. Без такой дополнительной защиты злоумышленник может выдать себя за отправителя подписанных данных или за получателя зашифрованных данных, заменив значение открытого ключа или нарушив его идентификацию. В этом случае каждый может выдать себя за другое лицо. Все это приводит к необходимости верификации открытого ключа. Для этих целей используются электронные сертификаты.

Электронный сертификат представляет собой цифровой документ, который связывает открытый ключ с определенным пользователем или приложением. Для заверения электронного сертификата используется электронная цифровая подпись доверенного центра — ЦС (Центра Сертификации). Исходя из функций, которые выполняет ЦС, он является основным компонентом всей инфраструктуры открытых ключей (PKI — Public Key Infrastructure). Используя открытый ключ ЦС, каждый пользователь может проверить достоверность электронного сертификата, выпущенного ЦС, и воспользоваться его содержимым.

Для того чтобы сертификатам можно было доверять, независимая организация, выполняющая функции ЦС и являющаяся их источником, должна быть достаточно авторитетной. В настоящее время наиболее известным источником сертификатов являются компании Thawte (www.thawte.com) и VeriSign (www.verisign.com), однако существуют и другие системы, такие как World Registry (IBM), Cyber Trust (GTE) и Entrust (Nortel).

Технология цифровых сертификатов работает следующим образом. Чтобы воспользоваться сертификатом, потенциальный покупатель должен, прежде всего, получить его в надежном источнике. Для этого ему необходимо каким-то образом доказать подлинность своей личности, возможно, явившись в эту организацию и предъявив соответствующий документ, а также передать источнику сертификатов копию своего открытого ключа. После этого при желании купить что-либо через Интернет, ему будет достаточно добавить к заказу свою электронную подпись и копию сертификата. Отдел обслуживания покупателей фирмы, в которой он совершил покупку, проверяет сертификат, чтобы убедиться, что к заказу приложен подлинный открытый ключ, а также выясняет, не аннулирован ли сертификат.

Следует отметить, что технология цифровых сертификатов является двунаправленной. Это значит, что не только фирма может проверить подлинность заказа покупателя, но и сам покупатель имеет возможность убедиться, что он имеет дело именно с той фирмой, за которую она себя выдает. Осуществив взаимную проверку, обе стороны спокойно заключают сделку, так как обладают подлинными открытыми ключами друг друга и, соответственно, могут шифровать передаваемые данные и снабжать их цифровой подписью. Такой механизм обеспечивает надежность сделки, ибо в этом случае ни одна из сторон не сможет отказаться от своих обязательств.