Криптография

Криптогра́фия (от др.-греч. κρυπτός «скрытый» + γράφω «пишу») — наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним), целостности данных (невозможности незаметного изменения информации), аутентификации (проверки подлинности авторства или иных свойств объекта), шифрования.

Немецкая криптомашина Lorenz использовалась во время Второй мировой войны для шифрования самых секретных сообщений

Изначально криптография изучала методы шифрования информации — обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма или ключа в шифрованный текст (шифротекст). Традиционная криптография образует раздел симметричных криптосистем, в которых зашифровывание и расшифровывание проводится с использованием одного и того же секретного ключа.

Пример:Шифр АТБАШ, в котором ключом является перевёрнутый алфавит того языка, на котором шифруется текст.

Помимо этого раздела современная криптография включает в себя асимметричные криптосистемы, системы электронной цифровой подписи (ЭЦП), хеш-функции, управление ключами, получение скрытой информации, квантовую криптографию.

Криптография не является защитой от обмана, подкупа или шантажа законных абонентов, кражи ключей и других угроз информации, возникающих в защищённых системах передачи данных.

Криптография — одна из старейших наук, её история насчитывает несколько тысяч лет.

ТерминологияПравить

Открытый (исходный) текст — данные (не обязательно текстовые), передаваемые без использования криптографии или другими словами незашифрованные данные.
Шифротекст, шифрованный (закрытый) текст — данные, полученные после применения криптосистемы (обычно — с некоторым указанным ключом). Другое название: криптограмма.
Шифр, криптосистема — семейство обратимых преобразований открытого текста в шифрованный.
Ключ — параметр шифра, определяющий выбор конкретного преобразования данного текста. В современных шифрах криптографическая стойкость шифра целиком определяется секретностью ключа (принцип Керкгоффса). Также выделяют ключ шифрования (encryption key) и ключ расшифрования (decryption key)
Шифрование — процесс нормального применения криптографического преобразования открытого текста на основе алгоритма и ключа, в результате которого возникает шифрованный текст.
Расшифровывание — процесс нормального применения криптографического преобразования шифрованного текста в открытый.
Асимметричный шифр, двухключевой шифр, шифр с открытым ключом — шифр, в котором используются два ключа, шифрующий и расшифровывающий. При этом, зная лишь ключ зашифровывания, нельзя расшифровать сообщение, и наоборот.
Открытый ключ — тот из двух ключей асимметричной системы, который свободно распространяется. Шифрующий для секретной переписки и расшифровывающий — для электронной подписи.
Секретный ключ, закрытый ключ — тот из двух ключей асимметричной системы, который хранится в секрете.

Криптоанализ — наука, изучающая математические методы нарушения конфиденциальности и целостности информации.
Криптоаналитик — учёный, создающий и применяющий методы криптоанализа.
Криптография и криптоанализ составляют криптологию, как единую науку о создании и взломе шифров (такое деление привнесено с запада, до этого в СССР и России не применялось специального деления).
Криптографическая атака — попытка криптоаналитика вызвать отклонения в атакуемой защищённой системе обмена информацией. Успешную криптографическую атаку называют взлом или вскрытие.
Дешифрование (дешифровка) — процесс извлечения открытого текста без знания криптографического ключа на основе известного шифрованного. Термин дешифрование обычно применяют по отношению к процессу криптоанализа шифротекста (криптоанализ сам по себе, вообще говоря, может заключаться и в анализе криптосистемы, а не только зашифрованного ею открытого сообщения).
Криптографическая стойкость — способность криптографического алгоритма противостоять криптоанализу.

Имитозащита — защита от навязывания ложной информации. Другими словами, текст остаётся открытым, но появляется возможность проверить, что его не изменяли ни случайно, ни намеренно. Имитозащита достигается обычно за счёт включения в пакет передаваемых данных имитовставки.
Имитовставка — блок информации, применяемый для имитозащиты, зависящий от ключа и данных.
Электронная цифровая подпись, или электронная подпись — асимметричная имитовставка (ключ защиты отличается от ключа проверки). Другими словами, такая имитовставка, которую проверяющий не может подделать.
Центр сертификации — сторона, чья честность неоспорима, а открытый ключ широко известен. Электронная подпись центра сертификации подтверждает подлинность открытого ключа.

Хеш-функция — функция, которая преобразует сообщение произвольной длины в число («свёртку») фиксированной длины. Для криптографической хеш-функции (в отличие от хеш-функции общего назначения) сложно вычислить обратную и даже найти два сообщения с общей хеш-функцией.
Гибри́дная криптосисте́ма — это система шифрования, совмещающая преимущества криптосистемы с открытым ключом с производительностью симметричных криптосистем.

ИсторияПравить

Использовавшийся в Древней Греции шифр «скитала», чья современная реконструкция показана на фото, вероятно был первым устройством для шифрования. Скитала - древний принцип шифровки данных при помощи бумаги: палку обворачивали бумагой, писали слово на свёртке, и заполняли пустые места случайными символами.

Роторная шифровальная машина «Энигма», разные модификации которой использовались немецкими войсками с 1929 года до конца Второй мировой войны^[1]

История криптографии насчитывает около 4 тысяч лет. В качестве основного критерия периодизации криптографии возможно использовать технологические характеристики используемых методов шифрования.

Первый период (приблизительно с 3-го тысячелетия до н. э.) характеризуется господством моноалфавитных шифров (основной принцип — замена алфавита исходного текста другим алфавитом через замену букв другими буквами или символами). Второй период (хронологические рамки — с IX века на Ближнем Востоке (Ал-Кинди) и с XV века в Европе (Леон Баттиста Альберти) — до начала XX века) ознаменовался введением в обиход полиалфавитных шифров. Третий период (с начала и до середины XX века) характеризуется внедрением электромеханических устройств в работу шифровальщиков. При этом продолжалось использование полиалфавитных шифров.

Четвёртый период — с середины до 70-х годов XX века — период перехода к математической криптографии. В работе Шеннона появляются строгие математические определения количества информации, передачи данных, энтропии, функций шифрования. Обязательным этапом создания шифра считается изучение его уязвимости для различных известных атак — линейного и дифференциального криптоанализа. Однако, до 1975 года криптография оставалась «классической», или же, более корректно, криптографией с секретным ключом.

Современный период развития криптографии (с конца 1970-х годов по настоящее время) отличается зарождением и развитием нового направления — криптография с открытым ключом. Её появление знаменуется не только новыми техническими возможностями, но и сравнительно широким распространением криптографии для использования частными лицами (в предыдущие эпохи использование криптографии было исключительной прерогативой государства). Правовое регулирование использования криптографии частными лицами в разных странах сильно различается — от разрешения до полного запрета.

Современная криптография образует отдельное научное направление на стыке математики и информатики — работы в этой области публикуются в научных журналах, организуются регулярные конференции. Практическое применение криптографии стало неотъемлемой частью жизни современного общества — её используют в таких отраслях как электронная коммерция, электронный документооборот (включая цифровые подписи), телекоммуникации и других.

Современная криптографияПравить

Для современной криптографии характерно использование открытых алгоритмов шифрования, предполагающих использование вычислительных средств. Известно более десятка проверенных алгоритмов шифрования, которые при использовании ключа достаточной длины и корректной реализации алгоритма криптографически стойки. Распространённые алгоритмы:

симметричные DES, AES, ГОСТ 28147-89, Camellia, Twofish, Blowfish, IDEA, RC4 и др.;
асимметричные RSA и Elgamal (Эль-Гамаль);
хеш-функций MD4, MD5, MD6, SHA-1, SHA-2, ГОСТ Р 34.11-2012 («Стрибог») .

Криптографические методы стали широко использоваться частными лицами в электронных коммерческих операциях, телекоммуникациях и многих других средах.

Во многих странах приняты национальные стандарты шифрования. В 2001 году в США принят стандарт симметричного шифрования AES на основе алгоритма Rijndael с длиной ключа 128, 192 и 256 бит. Алгоритм AES пришёл на смену прежнему алгоритму DES, который теперь рекомендовано использовать только в режиме Triple DES. В Российской Федерации действует стандарт ГОСТ 34.12-2015 с режимами шифрования блока сообщения длиной 64 («Магма») и 128 («Кузнечик») битов, и длиной ключа 256 бит. Также, для создания цифровой подписи используется алгоритм ГОСТ Р 34.10-2012.

Криптография с симметричным ключомПравить

Криптография с открытым ключомПравить

КриптоанализПравить

Криптографические примитивыПравить

В основе построения криптостойких систем лежит многократное использование относительно простых преобразований, так называемых криптографических примитивов. Клод Шеннон известный американский математик и электротехник предложил использовать подстановки (англ. substitution) и перестановки (англ. permutation). Схемы, которые реализуют эти преобразования, называются SP-сетями. Нередко используемыми криптографическими примитивами являются также преобразования типа циклический сдвиг или гаммирование. Ниже приведены основные криптографические примитивы и их использование.

Симметричное шифрование. Заключается в том, что обе стороны-участники обмена данными имеют абсолютно одинаковые ключи для шифрования и расшифровки данных. Данный способ осуществляет преобразование, позволяющее предотвратить просмотр информации третьей стороной. Пример: книжный шифр.

Асимметричное шифрование. Предполагает использовать в паре два разных ключа — открытый и секретный(закрытый). В асимметричном шифровании ключи работают в паре — если данные шифруются открытым ключом, то расшифровать их можно только соответствующим секретным ключом и наоборот — если данные шифруются секретным ключом, то расшифровать их можно только соответствующим открытым ключом. Использовать открытый ключ из одной пары и секретный с другой — невозможно. Каждая пара асимметричных ключей связана математическими зависимостями. Данный способ также нацелен на преобразование информации от просмотра третьей стороной.

Подписи используются для подтверждения личности с древних времён
Цифровые подписи. Цифровые подписи используются для установления подлинности документа, его происхождения и авторства, исключает искажения информации в электронном документе.

Хеширование. Преобразование входного массива данных произвольной длины в выходную битовую строку фиксированной длины. Такие преобразования также называются хеш-функциями или функциями свёртки, а их результаты называют хеш-кодом, контрольной суммой или дайджестом сообщения (англ. message digest). Результаты хеширования статистически уникальны. Последовательность, отличающаяся хотя бы одним байтом, не будет преобразована в то же самое значение.

Криптографические протоколыПравить

Криптографическим протоколом называется абстрактный или конкретный протокол, включающий набор криптографических алгоритмов. В основе протокола лежит набор правил, регламентирующих использование криптографических преобразований и алгоритмов в информационных процессах. Примеры криптографических протоколов: доказательство с нулевым разглашением, забывчивая передача, протокол конфиденциального вычисления.

Управление ключамиПравить

Государство, законодательство, философия и криптографияПравить

В РоссииПравить

В Российской Федерации коммерческая деятельность, связанная с использованием криптографических средств, подлежит обязательному лицензированию. С 22 января 2008 года действовало постановление Правительства РФ от 29 декабря 2007 № 957 (отменено постановлением Правительства РФ от 16 апреля 2012 г. № 313) «Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими) средствами», которым приняты положения о лицензировании деятельности по:

распространению шифровальных (криптографических) средств;
техническому обслуживанию шифровальных (криптографических) средств;
предоставлению услуг в области шифрования информации;
разработке, производству шифровальных (криптографических) средств, защищённых с использованием шифровальных (криптографических) средств информационных и телекоммуникационных систем.

Приложения к данному постановлению содержали жёсткие требования к лицу-соискателю лицензии, включая его образование, квалификацию, стаж, требования к помещению, охране, информационной и эксплуатационной безопасности при разработке и реализации средств. К примеру, требуется «наличие в штате у соискателя … следующего квалифицированного персонала: руководитель и (или) лицо, уполномоченное руководить работами по лицензируемой деятельности, имеющие высшее профессиональное образование и (или) профессиональную подготовку в области информационной безопасности, а также стаж работы в этой области не менее 5 лет; инженерно-технические работники, имеющие высшее профессиональное образование или прошедшие переподготовку … в области информационной безопасности с получением специализации, необходимой для работы с шифровальными (криптографическими) средствами».

В настоящее время действует также приказ ФСБ России от 9 февраля 2005 г. № 66 «Об утверждении положения о разработке, производстве, реализации и эксплуатации шифровальных (криптографических) средств защиты информации (положение пкз-2005)»^[2], который определяет порядок разработки и эксплуатации криптографических средств.

В частности, согласно приказу, средства криптографии реализуются «юридическим лицом или индивидуальным предпринимателем, имеющим право на осуществление данного вида деятельности, связанного с шифровальными (криптографическими) средствами — вместе с правилами пользования ими, согласованными с ФСБ России».

Ещё раньше был издан указ Президента РФ от 3 апреля 1995 № 334 «О мерах по соблюдению законности в области разработки, производства, реализации и эксплуатации шифровальных средств, а также предоставления услуг в области шифрования информации», постановивший «запретить использование государственными организациями и предприятиями в информационно-телекоммуникационных системах шифровальных средств, включая криптографические средства обеспечения подлинности информации (электронная подпись), и защищённых технических средств хранения, обработки и передачи информации, не имеющих сертификата Федерального агентства правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации, а также размещение государственных заказов на предприятиях, в организациях, использующих указанные технические и шифровальные средства, не имеющие сертификата Федерального агентства правительственной связи и информации при Президенте Российской Федерации» ^[3].

Относительно юридических лиц и предпринимателей, желающих разрабатывать либо реализовывать криптосистемы, существуют п. 5―11 ст. 17 Федерального Закона от 08.08.2001 № 128-ФЗ «О лицензировании отдельных видов деятельности»:

5) деятельность по распространению шифровальных (криптографических) средств;
6) деятельность по техническому обслуживанию шифровальных (криптографических) средств;
7) предоставление услуг в области шифрования информации;
8) разработка, производство шифровальных (криптографических) средств, защищённых с использованием шифровальных (криптографических) средств информационных систем, телекоммуникационных систем;
10) деятельность по разработке и (или) производству средств защиты конфиденциальной информации;
11) деятельность по технической защите конфиденциальной информации.

Постановление Правительства РФ от 16 апреля 2012 г. № 313 «Об утверждении Положения о лицензировании деятельности по разработке, производству, распространению шифровальных (криптографических) средств, информационных систем и телекоммуникационных систем, защищённых с использованием шифровальных (криптографических) средств, выполнению работ, оказанию услуг в области шифрования информации, техническому обслуживанию шифровальных (криптографических) средств, информационных систем и телекоммуникационных систем, защищённых с использованием шифровальных (криптографических) средств (за исключением случая, если техническое обслуживание шифровальных (криптографических) средств, информационных систем и телекоммуникационных систем, защищённых с использованием шифровальных (криптографических) средств, осуществляется для обеспечения собственных нужд юридического лица или индивидуального предпринимателя)» отменило действие постановления Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2007 г. № 957 «Об утверждении положений о лицензировании отдельных видов деятельности, связанных с шифровальными (криптографическими) средствами» и вводит новые^{[какие?]} ограничения^[4].

Национальный технологический центр по цифровой криптографии (НТЦЦК) будет обеспечивать частно-государственное взаимодействие и развитие технологий криптографии. Проект реализуется Минцифры совместно с ФСБ; создание НТЦЦК предусмотрено федеральным проектом «Информационная безопасность» национальной программы «Цифровая экономика». Изначально планировалось создать данный центр в 2024 г., но из-за геополитической ситуации сроки запуска НТЦЦК были перенесены на конец 2022 — начало 2023 гг. Расходы федерального бюджета на создание центра в 2021-2024 гг. составят 11,5 млрд руб.^[5]

Экспортный контрольПравить

В некоторых странах, есть ограничения на экспорт криптографического программного обеспечения.

США разрешает экспорт программного обеспечения без ограничений, если все следующие пункты выполнены:

код регулируется экспортными ограничениями ECCN 5D002^{[уточнить]};
код публично доступен;
послано уведомление в Бюро промышленности и безопасности США.

Среди свободного программного обеспечения, после выполнения всех оговорённых пунктов, экспорт разрешается для национальных интернет-браузеров и специальных программ, например, TrueCrypt^{[источник не указан 454 дня]}.

В Российской Федерации процедура выдачи лицензии на экспорт шифровальных средств регламентирована «Положением о порядке лицензирования экспорта и импорта товаров (работ, услуг) в Российской Федерации», утверждённым постановлением Правительства РФ от 31 октября 1996 г. № 1299^[6], а также рядом других подзаконных актов МВЭС и упразднённого Министерства торговли. Лицензия является официальным документом, разрешающим осуществление экспортных или импортных операций в течение установленного срока. Следует подчеркнуть, что лицензии оформляются на каждый вид товара в соответствии с товарной номенклатурой внешнеэкономической деятельности независимо от количества наименований товаров, включённых в контракт (договор). Лицензии могут быть разовыми или генеральными. Разовая лицензия выдается для осуществления экспортной или импортной операции по одному контракту (договору) сроком до 12 текущих месяцев, начиная с даты выдачи лицензии^{[источник не указан 454 дня]}.