Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Февраля 2011 в 19:21, курсовая работа
Задача криптографии, т.е. тайная передача, возникает только для информации, которая нуждается в защите. В таких случаях говорят, что информация содержит тайну или является защищаемой, приватной, конфиденциальной, секретной. Для наиболее типичных, часто встречающихся ситуаций такого типа введены даже специальные понятия:
•государственная тайна;
•военная тайна;
•коммерческая тайна;
•юридическая тайна;
•врачебная тайна и т. д.
ВВЕДЕНИЕ. 3
1 КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ. 8
1.1 Принципы работы Криптосистемы. 8
1.2 Управление криптографическими ключами. 11
1.2 Алгоритмы шифрования 13
2.2.1 Симметричные алгоритмы 13
2.2.2 Асимметричные алгоритмы 16
1.3 Хэш-функции 17
1.4 Механизмы аутентификации 17
1.5 Электронные подписи и временные метки 18
1.6. Стойкость шифра. 19
2 КВАНТОВАЯ КРИПТОГРАФИЯ. 22
2.1. Природа секретности квантового канала связи. 23
2.2.Принципы работы ККС и первая экспериментальная реализация. 23
2.3.Современное состояние работ по созданию ККС 28
2.4.Протоколы для квантово-криптографических систем распределения ключевой информации. 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 34
ЛИТЕРАТУРА. 37
Любая современная криптографическая система основана (построена) на использовании криптографических ключей. Она работает по определенной методологии (процедуре), состоящей из: одного или более алгоритмов шифрования (математических формул); ключей, используемых этими алгоритмами шифрования; системы управления ключами; незашифрованного текста; и зашифрованного текста (шифртекста).
Алгоритмы шифрования с использованием ключей предполагают, что данные не сможет прочитать никто, кто не обладает ключом для их расшифровки. Они могут быть разделены на два класса, в зависимости от того, какая методология криптосистем напрямую поддерживается ими.
Для шифрования и расшифровки используются одни и те же алгоритмы. Один и тот же секретный ключ используется для шифрования и расшифровки. Этот тип алгоритмов используется как симметричными, так и асимметричными криптосистемами.
Таблица № 2.
| Тип | Описание |
| DES (Data
Encryption Standard) |
Популярный
алгоритм шифрования, используемый как
стандарт шифрования данных правительством
США.
Шифруется блок из 64 бит, используется 64-битовый ключ (требуется только 56 бит), 16 проходов Может работать в 4 режимах:
|
| 3-DES или тройной DES |
64-битный блочный
шифратор, использует DES 3 раза с тремя
различными 56-битными ключами.
Достаточно стоек ко всем атакам |
Каскадный 3-DES |
Стандартный тройной
DES, к которому добавлен механизм обратной
связи, такой как CBC, OFB или CFB
Очень стоек ко всем атакам. |
| FEAL (быстрый алгоритм шифрования) |
Блочный шифратор,
используемый как альтернатива DES
Вскрыт, хотя после этого были предложены новые версии. |
| IDEA
(международный алгоритм шифрования) |
64-битный блочный
шифратор, 128-битовый ключ, 8 проходов
Предложен недавно; хотя до сих пор не прошел полной проверки, чтобы считаться надежным, считается более лучшим, чем DES |
Skipjack |
Разработано АНБ
в ходе проектов правительства США
"Clipper" и "Capstone".
До недавнего времени был секретным, но его стойкость не зависела только от того, что он был секретным. 64-битный блочный шифратор, 80-битовые ключи используются в режимах ECB, CFB, OFB или CBC, 32 прохода |
RC2 |
64-битный блочный
шифратор, ключ переменного размера
Приблизительно в 2 раза быстрее, чем DES Может использоваться в тех же режимах, что и DES, включая тройное шифрование. Конфиденциальный алгоритм, владельцем которого является RSA Data Security |
RC4 |
Потоковый шифр,
байт-ориентированный, с ключом переменного
размера.
Приблизительно в 10 раз быстрее DES. Конфиденциальный алгоритм, которым владеет RSA Data Security |
RC5 |
Имеет размер блока
32, 64 или 128 бит, ключ с длиной от 0 до
2048 бит, от 0 до 255 проходов
Быстрый блочный шифр Алгоритм, которым владеет RSA Data Security |
CAST |
64-битный блочный
шифратор, ключи длиной от 40 до 64
бит, 8 проходов
Неизвестно способов вскрыть его иначе как путем прямого перебора. |
| Blowfish. | 64-битный блочный
шифратор, ключ переменного размера
до 448 бит, 16 проходов, на каждом проходе
выполняются перестановки, зависящие
от ключа, и подстановки, Быстрее, чем DES Разработан для 32-битных машин |
| Устройство
с одноразовыми ключами |
Шифратор, который
нельзя вскрыть.
Ключом (который имеет ту же длину, что и шифруемые данные) являются следующие 'n' бит из массива случайно созданных бит, хранящихся в этом устройстве. У отправителя и получателя имеются одинаковые устройства. После использования биты разрушаются, и в следующий раз используются другие биты. |
| Поточные шифры | Быстрые алгоритмы
симметричного шифрования, обычно оперирующие
битами (а не блоками бит).
Разработаны как аналог устройства с одноразовыми ключами, и хотя не являются такими же безопасными, как оно, по крайней мере практичны. |
Асимметричные алгоритмы используются в асимметричных криптосистемах для шифрования симметричных сеансовых ключей (которые используются для шифрования самих данных).
Используется два разных ключа - один известен всем, а другой держится в тайне. Обычно для шифрования и расшифровки используется оба этих ключа. Но данные, зашифрованные одним ключом, можно расшифровать только с помощью другого ключа.
Таблица № 3.
| Тип | Описание |
| RSA | Популярный алгоритм асимметричного шифрования, стойкость которого зависит от сложности факторизации больших целых чисел. |
| ECC (криптосистема на основе эллиптических кривых) |
Использует
алгебраическую систему, которая описывается
в терминах точек эллиптических кривых,
для реализации асимметричного алгоритма
шифрования.
Является конкурентом по отношению к другим асимметричным алгоритмам шифрования, так как при эквивалентной стойкости использует ключи меньшей длины и имеет большую производительность. Современные
его реализации показывают, что эта
система гораздо более |
| Эль-Гамаль. | Вариант Диффи-Хеллмана, который может быть использован как для шифрования, так и для электронной подписи. |
Хэш-функции являются одним из важных элементов криптосистем на основе ключей. Их относительно легко вычислить, но почти невозможно расшифровать. Хэш-функция имеет исходные данные переменной длины и возвращает строку фиксированного размера (иногда называемую дайджестом сообщения - MD), обычно 128 бит. Хэш-функции используются для обнаружения модификации сообщения (то есть для электронной подписи).
Таблица № 4.
| Тип | Описание |
| MD2 | Самая медленная, оптимизирована для 8-битовых машин |
| MD4 | Самая быстрая,
оптимизирована для 32-битных машин
Не так давно взломана |
| MD5 | Наиболее распространенная
из семейства MD-функций.
Похожа на MD4, но средства повышения безопасности делают ее на 33% медленнее, чем MD4 Обеспечивает целостность данных Считается безопасной |
| SHA (Secure Hash Algorithm) |
Создает 160-битное
значение хэш-функции из исходных данных
переменного размера.
Предложена NIST и принята правительством США как стандарт Предназначена для использования в стандарте DSS |
Эти механизмы позволяют проверить подлинность личности участника взаимодействия безопасным и надежным способом.
Таблица № 5.
| Тип | Описание |
| Пароли
или PIN-коды (персональные идентификационные номера) |
Что-то, что знает
пользователь и что также знает
другой участник взаимодействия.
Обычно аутентификация производится в 2 этапа. Может организовываться обмен паролями для взаимной аутентификации. |
| Одноразовый пароль | Пароль, который
никогда больше не используется.
Часто используется постоянно меняющееся значение, которое базируется на постоянном пароле. |
| CHAP (протокол аутентификации запрос-ответ) |
Одна из сторон инициирует аутентификацию с помощью посылки уникального и непредсказуемого значения "запрос" другой стороне, а другая сторона посылает вычисленный с помощью "запроса" и секрета ответ. Так как обе стороны владеют секретом, то первая сторона может проверить правильность ответа второй стороны. |
| Встречная
проверка (Callback) |
Телефонный звонок серверу и указание имени пользователя приводит к тому, что сервер затем сам звонит по номеру, который указан для этого имени пользователя в его конфигурационных данных. |
Электронная
подпись позволяет проверять
целостность данных, но не обеспечивает
их конфиденциальность. Электронная
подпись добавляется к
Таблица № 6.
| Тип | Комментарии |
| DSA (Digital Signature Authorization) |
Алгоритм с
использованием открытого ключа для
создания электронной подписи, но не для
шифрования.
Секретное создание хэш-значения и публичная проверка ее - только один человек может создать хэш-значение сообщения, но любой может проверить ее корректность. Основан на вычислительной сложности взятия логарифмов в конечных полях. |
| RSA | Запатентованная
RSA электронная подпись, которая
позволяет проверить Отправитель создает хэш-функцию сообщения, а затем шифрует ее с использованием своего секретного ключа. Получатель использует открытый ключ отправителя для расшифровки хэша, сам рассчитывает хэш для сообщения, и сравнивает эти два хэша. |
| MAC (код аутентификации сообщения) |
Электронная подпись, использующая схемы хэширования, аналогичные MD или SHA, но хэш-значение вычисляется с использованием как данных сообщения, так и секретного ключа. |
| DTS
(служба электронных временных меток) |
Выдает пользователям временные метки, связанные с данными документа |
Способность шифра противостоять всевозможным атакам на него называют стойкостью шифра. Под атакой на шифр понимают попытку вскрытия этого шифра. Понятие стойкости шифра является центральным для криптографии. Хотя качественно понять его довольно легко, но получение строгих доказуемых оценок стойкости для каждого конкретного шифра - проблема нерешенная. Это объясняется тем, что до сих пор нет необходимых для решения такой проблемы математических результатов. Поэтому стойкость конкретного шифра оценивается только путем всевозможных попыток его вскрытия и зависит от квалификации криптоаналитиков, атакующих шифр. Такую процедуру иногда называют проверкой стойкости. Важным подготовительным этапом для проверки стойкости шифра является продумывание различных предполагаемых возможностей, с помощью которых противник может атаковать шифр. Появление таких возможностей у противника обычно не зависит от криптографии, это является некоторой внешней подсказкой и существенно влияет на стойкость шифра. Поэтому оценки стойкости шифра всегда содержат те предположения о целях и возможностях противника, в условиях которых эти оценки получены. Прежде всего, как это уже отмечалось выше, обычно считается, что противник знает сам шифр и имеет возможности для его предварительного изучения. Противник также знает некоторые характеристики открытых текстов, например, общую тематику сообщений, их стиль, некоторые стандарты, форматы и т.д.
Из более специфических приведем еще три примера возможностей противника:
Существуют
различные криптографические
Были расмотренны основные методологии: семметричная и асиметричная. Обе методологии используют ключ (сменный элемент шифра).
Симметричные и асиметричные алгоритмы, описанные выше, сведены в таблицу, из которой можно понять какие алгоритмы наиболее подходят к той или иной задаче.
Остальная информация пердставленная во второй главе очень разнообразна. На её основе сложно сделать вывод, какие алгоритмы хеш-функций, механизмов аутетификации и электронных подписей наиболее продвинутые, все они в разной ситуации могут показать себя с лучшей стороны.
На
протяжении многих веков среди специалистов
не утихали споры о стойкости шифров и
о возможности построения абсолютно стойкого
шифра.
Один из надёжных способов сохранить в тайне телефонные переговоры или передаваемую по компьютерным сетям связи информацию – это использование квантовой криптографии.
Идея использовать для целей защиты информации природу объектов микромира - квантов света (фотонов), поведение которых подчиняется законам квантовой физики, стала наиболее актуальной.
Наибольшее практическое применение квантовой криптографии находит сегодня в сфере защиты информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи. Это объясняется тем, что оптические волокна ВОЛС позволяют обеспечить передачу фотонов на большие расстояния с минимальными искажениями. В качестве источников фотонов применяются лазерные диоды передающих модулей ВОЛС; далее происходит существенное ослабление мощности светового сигнала – до уровня, когда среднее число фотонов на один импульс становится много меньше единицы. Системы передачи информации по ВОЛС, в приемном модуле которых применяются лавинные фотодиоды в режиме счета фотонов, называются квантовыми оптическими каналами связи (КОКС).
Вследствие малой энергетики сигналов скорости передачи информации в КОКС по сравнению с возможностями современных ВОЛС не слишком высоки (от килобит до мегабит в секунду, в зависимости от применения). Поэтому в большинстве случаев квантовые криптографические системы (ККС) применяются для распределения ключей, которые затем используются средствами шифрования высокоскоростного потока данных. Важно отметить, что квантово-криптографическое оборудование пока серийно не выпускается. Однако по мере совершенствования и удешевления применяемой элементной базы можно ожидать появления ККС на рынке телекоммуникаций в качестве, например, дополнительной услуги при построении корпоративных волоконно-оптических сетей.