Предисловие
Криптография
— частая тема детских комиксов и шпионских историй. Дети когда-то собирали этикетки Ovaltine®, чтобы получить Секретное кольцо-декодер капитана Миднайта. Едва ли не каждый смотрел телевизионный фильм о неприметном одетом в костюм джентельмене с пристёгнутым к запястью дипломатом. Слово «шпионаж» навевает образы Джеймса Бонда, автомобильных погонь и свистящих пуль.
И вот вы, сидя в офисе, сталкиваетесь с заурядным делом: отправить отчёт о продажах своему сотруднику, но так, чтобы никто посторонний не смог его прочитать. Вы просто хотите быть уверенны, что ваш коллега будет единственным получателем письма, а он, в свою очередь, желает быть уверен, что именно вы являетесь фактическим отправителем. На кону, конечно, не национальная безопасность, но если конкурент получит к отчёту доступ, это может влететь вам в копейку. Как же вы разрешите эту задачу?
Вы можете воспользоваться криптографией. Конечно, вы обнаружите, что в реальности ей не достаёт драматизма передаваемых шёпотом в тёмных переулках кодовых фраз, но результат окажется ровно тем же: информация будет раскрыта только тому, кому она предназначалась.
Это руководство предназначено всем, кого интересуют азы криптографии; оно в популярной форме объясняет терминологию и технологию, с которыми вы столкнётесь, используя продукты PGP. Будет полезно прочитать его прежде, чем начинать работать с криптосистемой.
Библиография
В этом разделе представлены Веб-сайты, книги и периодика об истории, технических аспектах и политике криптографии, а также, доверенные сайты, с которых можно скачать PGP.
История криптографии
The Code Book: The Evolution of Secrecy from Mary, Queen of Scots, to Quantum Cryptography
, Simon Singh, Doubleday & Company, Inc., 1999, ISBN 0-385-49531-5.
The Codebreakers: The Story of Secret Writing
, David Kahn, Simon & Schuster Trade, 1996, ISBN 0-684-83130-9 (обновление издания 1967 года). Эта книга описывает историю шифров и людей, взламывающих эти шифры, со времён древних египтян и до окончания Второй Мировой войны. Кан впервые написал её в шестидесятых — это пересмотренное издание. Эта книга не научит Вас тому, как действует криптография, но она может вдохновить Вас, как вдохновила целое поколение современных криптографов.
Технические аспекты криптографии
http://www.iacr.org
— Международная Ассоциация Криптологических Исследований (IACR). IACR проводит конференции по проблемам криптографии и издаёт журналы.
http://www.pgpi.org
— международный неофициальный веб-сайт PGP, не поддерживаемый PGP Corporation. Тем не менее, является исчерпывающим ресурсом по продуктам PGP.
http://www.nist.gov/aes
— проект Национального Института Стандартов и Технологий (NIST) США по разработке правопреемника DES — Улучшенного Стандарта Шифрования (Advanced Encryption Standart, AES) — вероятно, наиболее интересный проект, проводимый сегодня в криптографии.
http://www.ietf.org/rfc/rfc2440.txt
— IETF-спецификации стандарта OpenPGP
[1]
.
Политика криптографии
http://www.epic.org
— Electronic Privacy Information Center.
http://www.crypto.org
— Internet Privacy Coalition.
http://www.eff.org
— Electronic Frontier Foundation.
http://www.privacy.org
— The Privacy Page. Великолепный информационный ресурс по вопросам прав человека.
http://www.cdt.org
— Center for Democracy and Technology.
Глава 1. Основы криптографии
Зашифрование и расшифрование
Информация, которая может быть прочитана, осмыслена и понята без каких-либо специальных мер, называется
открытым текстом
(plaintext, clear text). Метод искажения открытого текста таким образом, чтобы скрыть его суть, называется
зашифрованием [2]
(encryption или enciphering). Зашифрование открытого текста приводит к его превращению в непонятную абракадабру, именуемую
шифртекстом
(ciphertext). Шифрование позволяет скрыть информацию от тех, для кого она не предназначается, несмотря на то, что они могут видеть сам шифртекст. Противоположный процесс по обращению шифртекста в его исходный вид называется
расшифрованием
(decryption или deciphering)
[3]
.
Рисунок 1 иллюстрирует это.
Что такое криптография
Криптография
— это наука об использовании математики для зашифрования и расшифрования данных. Криптография позволяет хранить важную информацию или передавать её по ненадёжным каналам связи (таким как Интернет) так, что она не может быть прочитана никем, кроме легитимного получателя.
В то время как криптография — это наука о защите данных
, криптоанализ
— это наука об анализировании и взломе зашифрованной связи. Классический криптоанализ предствляет собой смесь аналитики, математических и статистических расчётов, а также спокойствия, решительности и удачи. Криптоаналитиков также называют взломщиками.
Криптология
объединяет криптографию и криптоанализ.
Стеганография
является смежной дисциплиной. Вместо того, чтобы делать сообщения нечитаемыми, она использует техники сокрытия самих сообщений. Стеганография — это не криптография, это лишь частный случай
кодирования
, чья надёжность опирается на секретность механизма сокрытия сообщений. Скажем, если вы решите спрятать сообщение А, используя для этого первые буквы первых слов в каждом предложении сообщения Б, это будет секретом, пока кто-то не обнаружит, где искать А, и тогда механизм более не будет предоставлять никакой защиты.
Стойкая криптография
PGP основан на том же типе криптографии.
Криптография может быть
стойкой
, а может быть
слабой
, как описано в приведённом примере. Криптографическая стойкость измеряется тем, сколько понадобится времени и ресурсов, чтобы из шифртекста восстановить исходный открытый текст. Результатом стойкой криптографии является шифртекст, который исключительно сложно взломать без обладания определёнными инструментами по дешифрованию. Но насколько сложно? Используя весь вычислительный потенциал современной цивилизации — даже миллиард компьютеров, выполняющих миллиард операций в секунду — невозможно дешифровать результат стойкой криптографии до конца существования Вселенной.
Кто-то может решить, что стойкая криптография сможет устоять даже против самого серьёзного криптоаналитика. Но кто об этом говорит? Никем не доказано, что лучшее шифрование, доступное сегодня, сможет выстоять против вычислительных возможностей компьютеров, доступных завтра. Тем не менее, стойкая криптография, задействованная в PGP, — лучшая на сегодняшний день. Бдительность и консерватизм сберегут вас лучше заявлений о совершенной защите.
Как действует криптография
Криптографический алгоритм
, или
шифр
, — это математическая формула, описывающая процессы зашифрования и расшифрования. Чтобы зашифровать открытый текст, криптоалгоритм работает в сочетании с
ключом
— словом, числом или фразой. Одно и то же сообщение одним алгоритмом, но разными ключами будет преобразовываться в разный шифртекст. Защищённость шифртекста целиком зависит от двух вещей: стойкости криптоалгоритма и секретности ключа.
Криптоалгоритм плюс всевозможные ключи и протоколы, приводящие их в действие, составляют
криптосистему
. PGP — это криптосистема.
Обычная криптография
В традиционной криптографии, также называемой шифрованием
тайным
, или
симметричным
, ключом, один и тот же ключ используется как для зашифрования, так и для расшифрования данных. Data Encryption Standart (DES) — пример симметричного алгоритма, широко применявшегося на Западе с 70-х годов в банковской и коммерческой сферах. В настоящее время его сменяет Advanced Encryption Standard (AES). Рисунок 2 иллюстрирует процесс симметричного шифрования.
Шифр Цезаря
Крайне простой пример симметричного шифрования — это
подстановочный шифр
. Подстановочный шифр заменяет каждую часть информации другой информацией. Чаще всего это достигается смещением букв алфавита. Пара примеров — это Секретное кольцо-декодер капитана Миднайта, которое могло быть у вас в детстве, и шифр Юлия Цезаря. В обоих случаях алгоритм состоит в том, чтобы сдвинуть алфавит, а ключ — это число букв, на которое произведено смещение.
Допустим, если мы решим зашифровать слово «SECRET», используя ключ Цезаря, равный 3, то сдвинем латинский алфавит так, чтобы он начинался с третьей буквы (D).
Итак, беря исходный вариант
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
,
и смещая всё на 3, получаем
Симметричное шифрование и управление ключами
Симметричное шифрование имеет ряд преимуществ. Первое — скорость криптографических операций. Оно особенно полезно для шифрования данных, которые остаются у вас. Однако, симметричное шифрование, применяемое само по себе как средство защиты пересылаемых ценных данных, может оказаться весьма затратным просто из-за сложности передачи тайного ключа.
Вспомните персонажа из вашего любимого шпионского фильма: человек с запечатанным кейсом, пристёгнутым наручником к руке. Как вы считаете, что в этом кейсе? Едва ли в нём коды запуска ракет / формула химического оружия / планы вторжения, как таковые. Вероятнее, там — ключ, который расшифрует секретную информацию.
Для установления шифрованной связи с помощью симметричного алгоритма, отправителю и получателю нужно предварительно согласовать ключ и держать его в тайне. Если они находятся в географически удалённых местах, то должны прибегнуть к помощи доверенного посредника, например, надёжного курьера, чтобы избежать компрометации ключа в ходе транспортировки. Злоумышленник, перехвативший ключ в пути, сможет позднее читать, изменять и подделывать любую информацию, зашифрованную или заверенную этим ключом. Глобальная проблема симметричных шифров (от Кольца-декодера капитана Миднайта до DES и AES) состоит в сложности управления ключами: как вы доставите ключ получателю без риска, что его перехватят?
Криптография с открытым ключом
Проблема управления ключами была решена
криптографией с открытым
, или
асимметричным, ключом
, концепция которой была предложена Уитфилдом Диффи и Мартином Хеллманом в 1975 году
[4]
.
Криптография с открытым ключом — это асимметричная схема, в которой применяются
пары ключей: открытый
(public key), который зашифровывает данные, и соответствующий ему
закрытый
(private key), который их расшифровывает. Вы распространяете свой открытый ключ по всему свету, в то время как закрытый держите в тайне. Любой человек с копией вашего открытого ключа может зашифровать информацию, которую только вы сможете прочитать. Кто угодно. Даже люди, с которыми вы прежде никогда не встречались.
Хотя ключевая пара математически связана, вычисление закрытого ключа из открытого в практическом плане невыполнимо. Каждый, у кого есть ваш открытый ключ, сможет зашифровать данные, но не сможет их расшифровать. Только человек, обладающий соответствующим закрытым ключом может расшифровать информацию.
Как действует PGP
PGP объединяет в себе лучшие стороны симметричной криптографии и криптографии с открытым ключом. PGP — это
гибридная криптосистема
.
Когда пользователь зашифровывает данные с помощью PGP, программа для начала их сжимает. Сжатие сокращает время модемной передачи и экономит дисковое пространство, а также, что более важно, повышает криптографическую стойкость. Большинство криптоаналитических техник основано на статистическом анализе шифртекста в поисках признаков открытого текста. Сжатие уменьшает число таких признаков (снижает избыточность данных), чем существенно усиливает сопротивляемость криптоанализу. (Слишком короткие файлы и файлы, которые не сжимаются достаточно хорошо, не сжимаются вовсе.)
Затем, PGP создаёт
сеансовый ключ
, т. е. одноразовый симметричный ключ, применяемый только для одной операции. Этот сеансовый ключ представляет собой псевдослучайное число, сгенерированное от случайных движений мышки и нажатий клавиш. Сеансовый ключ работает на основе очень надёжного, быстрого симметричного алгоритма, которым PGP зашифровывает сжатое сообщение; в результате получается шифртекст. Как только данные зашифрованы, сеансовый ключ также шифруется, но уже открытым ключом получателя. Этот зашифрованный открытым ключом сеансовый ключ прикрепляется к шифртексту и передаётся вместе с ним получателю.
