Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет прикладной математики, информатики и механики

Кафедра технической кибернетики и автоматического регулирования

Курсовая работа

по специальности 010200 Прикладная математика и информатика

Студент: Фельдшерова Ю.Б.

Руководитель: Воронков Б.Н.

Воронеж 2010

Содержание

Список используемых сокращений

Введение

1. Особенности информационной безопасности банковских и платежных систем

2. Безопасность электронных платежей

2.1 Электронные платежи в банке

2.2 Вопросы безопасности электронных платежей

3. Методы защиты в платежных и банковских системах. Криптографические методы защиты

3.1 Оценка надежности криптоалгоритмов

3.2 Классификация методов шифрования информации

3.3 Абсолютно стойкий шифр. Гаммирование

3.4 Поточные шифры

4. Идентификация и проверка подлинности

4.1 Основные понятия и концепции

4.2 Особенности применения пароля для аутентификации пользователя

4.3 Взаимная проверка подлинности пользователей

4.4 Протоколы идентификации с нулевой передачей знаний

4.5 Упрощенная схема идентификации с нулевой передачей знаний

4.6 Схема идентификации Гиллоу-Куискуотера

5. Электронная цифровая подпись

5.1 Проблема аутентификации данных и электронная цифровая подпись

5.2 Алгоритмы электронной цифровой подписи

5.3 Алгоритм цифровой подписи RSA

5.4 Отечественный стандарт цифровой подписи

Заключение

Библиографический список

Список используемых сокращений

АСОИБ - автоматизированные системы обработки информации банков;

ОЭД - обмен электронными данными;

ПСП - псевдослучайная последовательность;

ЭЦП - электронная цифровая подпись;

КС - компьютерная система

Введение

Электронные расчеты как вид безналичных расчетов появились во второй половине XX века. Они приобрели принципиально новое качество, когда на обоих концах линии связи появились компьютеры. Качественный скачок выражался в том, что скорость осуществления платежей значительно возросла и появилась возможность их автоматической обработки. В дальнейшем появились электронные эквиваленты различных классических платежных средств.

Коммерческая деятельность в электронных сетях снимает многие физические ограничения. Компании, подключая свои компьютерные системы к Интернету, способны предоставлять своим клиентам услуги 24 часа в сутки без праздников и выходных. Заказы на продукцию могут приниматься в любое время из любого места. В электронной коммерции все документы создаются в цифровом виде и с помощью различных приложений обрабатываются и передаются в Сеть.

К сожалению, компьютерная сеть в качестве посредника между продавцами, покупателями и их банками доступна как для правомерных акций, так и для злоумышленных несанкционированных действий. Сделать «посредника» как можно более надежным - это одна из важнейших и в то же время самая трудная задача разработки. От качества решения задачи обеспечения безопасности совершаемых по Сети финансовых транзакций во многом зависят темпы и перспективы развития электронной коммерции.

Вступление России в Интернет-бизнес несколько запоздало по сравнению с развитыми зарубежными странами, однако, во-первых, это отставание не столь велико, а во-вторых, у него есть положительные моменты. Это отставание по востребованности Интернет-технологий, используемых в электронной коммерции, позволяет не допускать повторения ошибок зарубежных компаний, занимающихся разработкой ПО для электронной коммерции. Имеются в виду в первую очередь ошибки, связанные с информационной безопасностью, следствием которых становятся возможным различного рода мошенничества.

Таким образом, при создании и модернизации автоматизированных систем обработки информации в банковских и платежных системах необходимо уделять пристальное внимание обеспечению ее безопасности. Именно этой проблеме посвящена данная курсовая работа, т. к. эта проблема является сейчас наиболее актуальной и наименее исследованной. Если в обеспечении физической и классической информационной безопасности давно уже выработаны устоявшиеся подходы, то в связи с частыми радикальными изменениями в компьютерных технологиях методы безопасности автоматизированных банковских и платежных систем требуют постоянного обновления.

В работе рассматриваются особенности информационной безопасности коммерческих систем, показывается, что именно для банков (в отличие от других предприятий) информационная безопасность имеет решающее значение. Рассмотрены методы защиты платежных систем. Особое внимание уделено рассмотрению алгоритмов и методов криптографических систем.

1. Особенности информационной безопасности банковских и платежных систем

Стратегия информационной безопасности банковских и платежных систем весьма сильно отличается от аналогичных стратегий других компаний и организаций. Это обусловлено прежде всего специфическим характером угроз, а также публичной деятельностью банков, которые вынуждены делать доступ к счетам достаточно легким с целью удобства для клиентов.

Обычная компания строит свою информационную безопасность, исходя лишь из узкого круга потенциальных угроз -- главным образом защита информации от конкурентов. Такая информация интересна лишь узкому кругу заинтересованных лиц и организаций и редко бывает ликвидна, т.е. обращаема в денежную форму.

Информационная безопасность платежных систем должна учитывать следующие специфические факторы:

1. Хранимая и обрабатываемая в банковских системах информация представляет собой реальные деньги. На основании информации компьютера могут производится выплаты, открываться кредиты, переводиться значительные суммы. Вполне понятно, что незаконное манипулирование с такой информацией может привести к серьезным убыткам. Эта особенность резко расширяет круг преступников, покушающихся именно на банки (в отличие от, например, промышленных компаний, внутренняя информация которых мало кому интересна).

2. Информация в банковских и платежных системах затрагивает интересы большого количества людей и организаций -- клиентов банка. Как правило, она конфиденциальна, и банк несет ответственность за обеспечение требуемой степени секретности перед своими клиентами. Естественно, клиенты вправе ожидать, что банк должен заботиться об их интересах, в противном случае он рискует своей репутацией со всеми вытекающими отсюда последствиями.

3. Конкурентоспособность банка зависит от того, насколько клиенту удобно работать с банком, а также насколько широк спектр предоставляемых услуг, включая услуги, связанные с удаленным доступом. Поэтому клиент должен иметь возможность быстро и без утомительных процедур распоряжаться своими деньгами. Но такая легкость доступа к деньгам повышает вероятность преступного проникновения в банковские системы.

4. Информационная безопасность банка (в отличие от большинства компаний) должна обеспечивать высокую надежность работы компьютерных систем даже в случае нештатных ситуаций, поскольку банк несет ответственность не только за свои средства, но и за деньги клиентов.

5. Банк хранит важную информацию о своих клиентах, что расширяет круг потенциальных злоумышленников, заинтересованных в краже или порче такой информации.

Преступления в банковской сфере также имеют свои особенности [2]:

Многие преступления, совершенные в финансовой сфере остаются неизвестными для широкой публики в связи с тем, что руководители банков не хотят тревожить своих акционеров, боятся подвергнуть свою организацию новым атакам, опасаются подпортить свою репутацию надежного хранилища средств и, как следствие, потерять клиентов.

Как правило, злоумышленники обычно используют свои собственные счета, на который переводятся похищенные суммы. Большинство преступников не знают, как «отмыть» украденные деньги. Умение совершить преступление и умение получить деньги -- это не одно и то же.

Большинство компьютерных преступлений -- мелкие. Ущерб от них лежит в интервале от $10.000 до $50.000.

Успешные компьютерные преступления, как правило, требуют большого количества банковских операций (до нескольких сотен). Однако крупные суммы могут пересылаться и всего за несколько транзакций.

Большинство злоумышленников -- клерки. Хотя высший персонал банка также может совершать преступления и нанести банку гораздо больший ущерб -- такого рода случаи единичны.

Многие злоумышленники объясняют свои действия тем, что они всего лишь берут в долг у банка с последующим возвратом. Впрочем «возврата», как правило, не происходит.

Специфика защиты автоматизированных систем обработки информации банков (АСОИБ) обусловлена особенностями решаемых ими задач:

Как правило АСОИБ обрабатывают большой поток постоянно поступающих запросов в реальном масштабе времени, каждый из которых не требует для обработки многочисленных ресурсов, но все вместе они могут быть обработаны только высокопроизводительной системой;

В АСОИБ хранится и обрабатывается конфиденциальная информация, не предназначенная для широкой публики. Ее подделка или утечка могут привести к серьезным (для банка или его клиентов) последствиям. Поэтому АСОИБ обречены оставаться относительно закрытыми, работать под управлением специфического программного обеспечения и уделять большое внимание обеспечению своей безопасности;

Другой особенностью АСОИБ является повышенные требования к надежности аппаратного и программного обеспечения. В силу этого многие современные АСОИБ тяготеют к так называемой отказоустойчивой архитектуре компьютеров, позволяющей осуществлять непрерывную обработку информации даже в условиях различных сбоев и отказов.

Можно выделить два типа задач, решаемых АСОИБ:

1. Аналитические. К этому типу относятся задачи планирования, анализа счетов и т.д. Они не являются оперативными и могут требовать для решения длительного времени, а их результаты могут оказать влияние на политику банка в отношении конкретного клиента или проекта. Поэтому подсистема, с помощью которой решаются аналитические задачи, должна быть надежно изолирована от основной системы обработки информации. Для решения такого рода задач обычно не требуется мощных вычислительных ресурсов, обычно достаточно 10-20% мощности всей системы. Однако ввиду возможной ценности результатов их защита должна быть постоянной.

2. Повседневные. К этому типу относятся задачи, решаемые в повседневной деятельности, в первую очередь выполнение платежей и корректировка счетов. Именно они и определяют размер и мощность основной системы банка; для их решения обычно требуется гораздо больше ресурсов, чем для аналитических задач. В то же время ценность информации, обрабатываемой при решении таких задач, имеет временный характер. Постепенно ценность информации, например, о выполнении какого-либо платежа, становиться не актуальной. Естественно, это зависит от многих факторов, как-то: суммы и времени платежа, номера счета, дополнительных характеристик и т.д. Поэтому, обычно бывает достаточным обеспечить защиту платежа именно в момент его осуществления. При этом защита самого процесса обработки и конечных результатов должна быть постоянной.

Можно сделать следующие выводы об особенностях защиты информации в финансовых системах [2]:

Главное в защите финансовых организаций -- оперативное и по возможности полное восстановление информации после аварий и сбоев. В основном, защита информации от разрушения достигается созданием резервных копий и их внешним хранением, использованием средств бесперебойного электропитания и организацией «горячего» резерва аппаратных средств.

Следующая по важности для финансовых организаций проблема -- это управление доступом пользователей к хранимой и обрабатываемой информации. Здесь широко используются различные программные системы управления доступом, которые иногда могут заменять и антивирусные программные средства. В основном используются приобретенные программные средства управления доступом. Причем в финансовых организациях особое внимание уделяют такому управлению пользователей именно в сети.

К отличиям организации защиты сетей ЭВМ в финансовых организациях можно отнести широкое использование стандартного (т.е. адаптированного, но не специально разработанного для конкретной организации) коммерческого программного обеспечения для управления доступом к сети, защита точек подключения к системе через коммутируемые линии связи. Скорее всего это связано с большей распространенностью средств телекоммуникаций в финансовых сферах и желание защититься от вмешательства извне. Так же используются другие способы защиты, такие как применение антивирусных средств, оконечное и канальное шифрование передаваемых данных, аутентификация сообщений.

Большое внимание в финансовых организациях уделяется физической защите помещений, в которых расположены компьютеры. Это означает, что защита ЭВМ от доступа посторонних лиц решается не только с помощью программных средств, но и организационно-технических (охрана, кодовые замки и т.д.).

Можно сделать важный вывод: защита финансовых организаций строится несколько иначе, чем обычных коммерческих и государственных организаций. Следовательно для защиты АСОИБ нельзя применять те же самые технические и организационные решения, которые были разработаны для стандартных ситуаций. Нельзя бездумно копировать чужие системы -- они разрабатывались для иных условий.

2. Безопасность электронных платежей

2.1 Электронные платежи в банке

Специфической чертой электронных банковских систем является специальная форма обмена электронными данными - электронных платежей, без которых ни один современный банк не может существовать.

Обмен электронными данными (ОЭД) -- это межкомпьютерный обмен деловыми, коммерческими, финансовыми электронными документами. Например, заказами, платежными инструкциями, контрактными предложениями, накладными, квитанциями и т.п.

ОЭД обеспечивает оперативное взаимодействие торговых партнеров (клиентов, поставщиков, торговых посредников и др.) на всех этапах подготовки торговой сделки, заключения контракта и реализации поставки. На этапе оплаты контракта и перевода денежных средств ОЭД может приводить к электронному обмену финансовыми документами. При этом создается эффективная среда для торгово-платежных операций: [4]

· Возможно ознакомление торговых партнеров с предложениями товаров и услуг, выбор необходимого товара/услуги, уточнение коммерческих условий (стоимости и сроков поставки, торговых скидок, гарантийных и сервисных обязательств) в реальном масштабе времени;

· Заказ товара/услуг или запрос контрактного предложения в реальном масштабе времени;

· Оперативный контроль поставки товара, получение по электронной почте сопроводительных документов (накладных, фактур, комплектующих ведомостей и т.д.);

· Подтверждение завершения поставки товара/услуги, выставление и оплата счетов;

· Выполнение банковских кредитных и платежных операций.

К достоинствам ОЭД следует отнести:

· Уменьшение стоимости операций за счет перехода на безбумажную технологию. Эксперты оценивают стоимость обработки и ведения бумажной документации в 3-8% от общей стоимости коммерческих операций и доставки товаров;

· Повышение скорости расчета и оборота денег;

· Повышение удобства расчетов.

Банки в США и Западной Европе уже осознали свою ключевую роль в распространении ОЭД и поняли те значительные преимущества, которые дает более тесное взаимодействие с деловыми и личными партнерами. ОЭД помогает банкам в предоставлении услуг клиентам, особенно мелким, тем, которые ранее не могли позволить себе ими воспользоваться из-за их высокой стоимости.

Частным случаем ОЭД являются электронные платежи - обмен финансовыми документами между клиентами и банками, между банками и другими финансовыми и коммерческими организациями.

Суть концепции электронных платежей заключается в том, что пересылаемые по линиям связи сообщения, должным образом оформленные и переданные, являются основанием для выполнения одной или нескольких банковских операций. Никаких бумажных документов для выполнения этих операций в принципе не требуется (хотя они могут быть выданы). Другими словами, пересылаемое по линиям связи сообщение несет информацию о том, что отправитель выполнил некоторые операции над своим счетом, в частности над корреспондентским счетом банка-получателя (в роли которого может выступать клиринговый центр), и что получатель должен выполнить определенные в сообщении операции. На основании такого сообщения можно переслать или получить деньги, открыть кредит, оплатить покупку или услугу и выполнить любую другую банковскую операцию. Такие сообщения называются электронными деньгами, а выполнение банковских операций на основании посылки или получения таких сообщений - электронными платежами. Естественно, весь процесс осуществления электронных платежей нуждается в надежной защите. Иначе банк и его клиентов ожидают серьезные неприятности.

Электронные платежи применяются при межбанковских, торговых и персональных расчетах.

Межбанковские и торговые расчеты производятся между организациями (юридическими лицами), поэтому их иногда называют корпоративными. Расчеты с участием физических лиц-клиентов получили название персональных.

Большинство крупных хищений в банковских системах прямо или косвенно связано именно с системами электронных платежей.

Любая организация, которая хочет стать клиентом какой-либо системы электронных платежей, либо организовать собственную систему, должна отдавать себе в этом отчет. Для надежной работы система электронных платежей должна быть хорошо защищена.

Торговые расчеты производятся между различными торговыми организациями. Банки в этих расчетах участвуют как посредники при перечислении денег со счета организации-плательщика на счет организации-получателя. Торговые расчеты чрезвычайно важны для общего успеха программы электронных платежей. Объем финансовых операций различных компаний обычно составляет значительную часть общего объема операций банка. банковский криптографический куискуотер електронный

Виды торговых расчетов сильно различаются для разных организаций, но всегда при их осуществлении обрабатывается два типа информации: платежных сообщений и вспомогательная (статистика, сводки, уведомления). Для финансовых организаций наибольший интерес представляет, конечно, информация платежных сообщений - номера счетов, суммы, баланс и т.д. Для торговых организаций оба вида сведений одинаково важны - первый дает ключ к финансовому состоянию, второй - помогает при принятии решений и выработке политики.

2.2 Вопросы безопасности электронных платежей

Для определения общих проблем защиты систем ОЭД рассмотрим в прохождение документа при ОЭД. Можно выделить три основных этапа:

· подготовка документа к отправке;

· передача документа по каналу связи;

· прием документа и его обратное преобразование.

С точки зрения защиты в системах ОЭД существуют следующие уязвимые места:

1. Пересылка платежных и других сообщений между банками или между банком и клиентом;

2. Обработка информации внутри организаций отправителя и получателя;

3. Доступ клиента к средствам, аккумулированным на счете.

Одно из наиболее уязвимых мест в системе ОЭД - пересылка платежных и других сообщений между банками, или между банком и банкоматом, или между банком и клиентом. При пересылке платежных и других сообщений возникают следующие проблемы:

· внутренние системы организаций Получателя и Отправителя должны быть приспособлены к получению/отправке электронных документов и обеспечивать необходимую защиту при их обработке внутри организации (защита оконечных систем);

· взаимодействие Получателя и Отправителя документа осуществляется опосредованно - через канал связи. Это порождает три типа проблем:

1. взаимного опознавания абонентов (проблема установления аутентификации при установлении соединения);

2. защиты документов, передаваемых по каналам связи (обеспечение целостности и конфиденциальности документов);

3. защиты самого процесса обмена документами (проблема доказательства отправления/доставки документа);

· в общем случае Отправитель и Получатель документа принадлежат к различным организациям и друг от друга независимы. Этот факт порождает проблему недоверия - будут ли предприняты необходимые меры по данному документу (обеспечение исполнения документа).

В системах ОЭД должны быть реализованы следующие механизмы, обеспечивающие реализацию функций защиты на отдельных узлах системы ОЭД и на уровне протоколов высокого уровня:

- равноправная аутентификацию абонентов;

- невозможность отказа от авторства сообщения/приема сообщения;

- контроль целостности сообщения;

- обеспечение конфиденциальности сообщения;

- управление доступом на оконечных системах;

- гарантии доставки сообщения;

- регистрация последовательности сообщений;

- контроль целостности последовательности сообщений;

- обеспечение конфиденциальности потока сообщений.

Полнота решения рассмотренных выше проблем сильно зависит от правильного выбора системы шифрования. Система шифрования (или криптосистема) представляет собой совокупность алгоритмов шифрования и методов распространения ключей. Правильный выбор системы шифрования помогает:

§ скрыть содержание документа от посторонних лиц (обеспечение конфиденциальности документа) путем шифрования его содержимого;

§ обеспечить совместное использование документа группой пользователей системы ОЭД путем криптографического разделения информации и соответствующего протокола распределения ключей. При этом для лиц, не входящих в группу, документ недоступен;

§ своевременно обнаружить искажение, подделку документа (обеспечение целостности документа) путем введения криптографического контрольного признака;

§ удостовериться в том, что абонент, с которым происходит взаимодействие в сети является именно тем, за кого он себя выдает (аутентификация абонента/источника данных).

Следует отметить, что при защите систем ОЭД большую роль играет не столько шифрование документа, сколько обеспечение его целостности и аутентификация абонентов (источника данных) при проведении сеанса связи. Поэтому механизмы шифрования в таких системах играют обычно вспомогательную роль.

3. Методы защиты информации в платежных и банковских системах. Криптографические методы защиты

Современная криптография включает в себя следующие основные разделы:

· криптосистемы с секретным ключом (классическая криптография);

· криптосистемы с открытым ключом;

· криптографические протоколы.

3.1 Оценка надежности криптоалгоритмов

Все современные шифры базируются на принципе Кирхгофа [1], согласно которому секретность шифра обеспечивается секретностью ключа, а не секретностью алгоритма шифрования. В некоторых ситуациях нет никаких причин делать общедоступным описание сути криптосистемы. Сохраняя такую информацию в тайне, можно дополнительно повысить надежность шифра. Однако полагаться на секретность этой информации не следует, так как рано или поздно она будет скомпрометирована. При создании или при анализе стойкости криптосистем не следует недооценивать возможностей противника.

Методы оценки качества криптоалгоритмов, используемые на практике:

· Всевозможные попытки их вскрытия. В этом случае многое зависит от квалификации, опыта, интуиции криптоаналитиков и от правильной оценки возможностей противника.

· Анализ сложности алгоритмов дешифрования. Оценку стойкости шифра заменяют оценкой минимальной сложности алгоритма его вскрытия.

· Оценка статической безопасности шифра. Должна отсутствовать статическая зависимость между входной и выходной последовательностью.

3.2 Классификация методов шифрования информации

Основные объекты изучения классической криптографии показаны на рис. 1, где А - законный пользователь, W - противник или криптоаналитик.

Рис.1. Криптографическая защита информации

Процедуры зашифрования Е (encryption) и расшифрования D (decryption) можно представить в следующем виде:

C = E(M) = K_e{M},

M = D(C) = K_d{C},

где M (message) и C (ciphertext) - открытый и зашифрованный тексты, K_e и K_d - ключи зашифрования и расшифрования.

Различают два типа алгоритмов шифрования - симметричные (с секретным ключом) и асимметричные (с открытым ключом). В первом случае обычно ключ расшифрования совпадает с ключом зашифрования, т.е

K_e = K_d =K,

либо знание ключа зашифрования позволяет легко вычислить ключ расшифрования. В асимметричных алгоритмах такая возможность отсутствует: для зашифрования и расшифрования используются разные ключи, причем знание одного из них не дает практической возможности определить другой. Поэтому, если получатель А информации сохраняет в секрете ключ расшифрования K_dA = SK_A, ключ зашифрования K_eA = PK_A может быть сделан общедоступным (SK - secret key, PK - public key).

В процессе шифрования информация делится на порции величиной от одного до сотен бит. Как правило, поточные шифры оперируют с битами открытого и закрытого текстов, а блочные - с блоками фиксированной длины. Главное отличие между этими двумя методами заключается в том, что в блочных шифрах для шифрования всех порций используется один и тот же ключ, а в поточных - для каждой порции используется свой ключ той же размерности.

3.3 Абсолютно стойкий шифр. Гаммирование

Простейшей и в то же время наиболее надежной из всех систем шифрования является так называемая схема однократного использования. Формируется m-разрядная случайная двоичная последовательность - ключ шифра, известный отправителю и получателю сообщения. Отправитель производит побитовое сложение по модулю 2 ключа и m-разрядной двоичной последовательности, соответствующей пересылаемому сообщению:

C_i = K_i (+) M_i,

где M_i, K_i и C_i - очередной i-й бит соответственно исходного сообщения, ключа и зашифрованного сообщения, m - число битов открытого текста. Процесс расшифрования сводится к повторной генерации ключевой последовательности и наложению ее на зашифрованные данные. Уравнение расшифрования имеет вид:

M_i = K_i (+) C_i, i = 1..m.

К. Шенноном доказано, что, если ключ является фрагментом истинно случайной двоичной последовательности с равномерным законом распределения, причем его длина равна длине исходного сообщения и используется этот ключ только один раз, после чего уничтожается, такой шифр является абсолютно стойким, его невозможно раскрыть, даже если криптоаналитик располагает неограниченным запасом времени и неограниченным набором вычислительных ресурсов. Действительно, противнику известно только зашифрованное сообщение С, при этом все различные ключевые последовательности К возможны и равновероятны, а значит, возможны и любые перемещения М, т.е. криптоалгоритм не дает никакой информации об открытом тексте.

Необходимые и достаточные условия абсолютной стойкости шифра:

· полная случайность ключа;

· равенство длин ключа и открытого текста;

· однократное использование ключа.

Абсолютная стойкость рассмотренной схемы оплачивается слишком большой ценой, она чрезвычайно дорогая и непрактичная. Основной ее недостаток - это равенство объема ключевой информации и суммарного объема передаваемых сообщений. Применение схемы оправдано лишь в нечасто используемых каналах связи для шифрования исключительно важных сообщений.

Таким образом, построить эффективный криптоалгоритм можно, лишь отказавшись от абсолютной стойкости. Возникает задача разработки такого теоретически нестойкого шифра, для вскрытия которого противнику потребовалось бы выполнить такое число операций, которое неосуществимо на современных и ожидаемых в ближайшей перспективе вычислительных средствах за разумное время. В первую очередь следует иметь схему, которая использует ключ небольшой разрядности, который в дальнейшем выполняет функцию «зародыша», порождающего значительно более длинную ключевую последовательность.

Данный результат может быть достигнут при использовании гаммирования. Гаммированием называют процедуру наложения на входную информационную последовательность гаммы шифра, т. е. последовательности с выходов генератора псевдослучайных последовательностей (ПСП) [1]. Последовательность называется псевдослучайной, если по своим статистическим свойствам она неотличима от истинно случайной последовательности, но в отличие от последней является детерминированной, т. е. знание алгоритма ее формирования дает возможность ее повторения необходимое число раз. Если символы входной информационной последовательности и гаммы представлены в двоичном виде, наложение чаще всего реализуется с помощью операции поразрядного сложения по модулю два. Надежность шифрования методом гаммирования определяется качеством генератора гаммы.

3.4 Поточные шифры

Так как поточные шифры, в отличие от блочных, осуществляют поэлементное шифрование потока данных без задержки в криптосистеме, их важнейшим достоинством является высокая скорость преобразования, соизмеримая со скоростью поступления входной информации. Таким образом, обеспечивается шифрование практически в реальном масштабе времени вне зависимости от объема и разрядности потока преобразуемых данных.

В синхронных поточных шифрах гамма формируется независимо от входной последовательности, каждый элемент (бит, символ, байт и т. п.) которой таким образом шифруется независимо от других элементов. В синхронных поточных шифрах отсутствует эффект размножения ошибок, т.е. число искаженных элементов в расшифрованной последовательности равно числу искаженных элементов зашифрованной последовательности, пришедшей из канала связи. Вставка или выпадение элемента зашифрованной последовательности недопустимы, так как из-за нарушения синхронизации это приведет к неправильному расшифрованию всех последующих элементов.

В самосинхронизирующихся поточных шифрах осуществляется гаммирование с обратной связью - гамма зависит от открытого текста, иначе говоря, результат шифрования каждого элемента зависит не только от позиции этого элемента (как это происходит в случае синхронного поточного шифрования), но и от значения всех предыдущих элементов открытого текста. Свойство самосинхронизации объясняется отсутствием обратной связи на принимающей стороне, в то время как в случае синхронного поточного шифрования схемы за- и расшифрования идентичны.

4. Идентификация и проверка подлинности

4.1 Основные понятия и концепции

Идентификация объекта - одна из функций подсистемы защиты. Эта функция выполняется в первую очередь, когда объект делает попытку войти в сеть. Если процедура идентификации завершается успешно, данный объект считается законным для данной сети.

Следующий шаг - аутентификаций объекта (проверка подлинности объекта). Эта процедура устанавливает, является ли данный объект именно таким, каким он себя объявляет.

При защите каналов передачи данных подтверждение подлинности (аутентификация) объектов означает взаимное установление подлинности объектов, связывающихся между собой по линиям связи. Процедура подтверждения подлинности выполняется обычно в начале сеанса в процессе установления соединения абонентов. Цель данной процедуры - обеспечить уверенность, что соединение установлено с законным объектом и вся информация дойдет до места назначения.

После того как соединение установлено, необходимо обеспечить выполнение требований защиты при обмене сообщениями [3]:

1. получатель должен быть уверен в подлинности источника
данных;

2. получатель должен быть уверен в подлинности передаваемых
данных,

3. отправитель должен быть уверен в доставке данных получателю;

4. отправитель должен быть уверен в подлинности доставленных
данных.

Для выполнения требований 1 и 2 средством защиты является цифровая подпись. Для выполнения требований 3 и 4 отправитель должен получить уведомление о вручении с помощью удостоверяющей почты. Средством защиты в такой процедуре является цифровая подпись подтверждающего ответного сообщения, которое в свою очередь является доказательством пересылки исходного сообщения.

4.2 Особенности применения пароля для аутентификации пользователя

Традиционно каждый законный пользователь компьютерной системы получает идентификатор и/или пароль. В начале сеанса работы пользователь предъявляет свой идентификатор системе, которая затем запрашивает у пользователя пароль.

Простейший метод подтверждения подлинности с использованием пароля основан на сравнении представляемого пользователем пароля Р_A с исходным значением Р_A?, хранящимся в компьютерном центре (рис. 2), где К - аутентифицирующий информация пользователя, которая может изменяться и служит для аутентификации. Поскольку пароль должен храниться в тайне, он должен шифроваться перед пересылкой по незащищенному каналу. Если значения Р_А и Р_A? совпадают, то пароль Р_А считается подлинным, а пользователь - законным.

Рис.2. Схема простой аутентификации с помощью пароля

Если кто-нибудь, не имеющий полномочий для входа в систему, узнает каким-либо образом пароль и идентификационный номер законного пользователя, он получает доступ в систему.

Иногда получатель не должен раскрывать исходную открытую форму пароля. В этом случае отправитель должен пересылать вместо открытой формы пароля отображение пароля, получаемое с использованием односторонней функции б(•) пароля. Это преобразование должно гарантировать невозможность раскрытия противником пароля по его отображению, так как противник наталкивается на неразрешимую числовую задачу.

Например, функция б(•) может быть определена следующим образом

б(Р) = Е_Р(ID),

где Р - пароль отправителя; ID - идентификатор отправителя; Е_P - процедура шифрования, выполняемая с использованием пароля Р в качестве ключа.

Такие функции особенно удобны, если длина пароля и ключа одинаковы. В этом случае подтверждение подлинности с помощью пароля состоит из пересылки получателю отображения б(Р) и сравнения его с предварительно вычисленным и хранимым эквивалентом б'(Р).

На практике пароли состоят только из нескольких букв, чтобы дать возможность пользователям запомнить их. Короткие пароли уязвимы к атаке полного перебора всех вариантов. Для того чтобы предотвратить такую атаку, функцию б (Р) определяют иначе, а именно:

б(Р) = Е_Р(+)К(ID),

где К и ID-соответственно ключ и идентификатор отправителя.

Очевидно, значение б(Р) вычисляется заранее и хранится в виде б'(Р) в идентификационной таблице у получателя (рис. 3). Подтверждение подлинности состоит из сравнения двух отображений пароля б(Р_А) и б '(Р_А) и признания пароля Р_А, если эти отображения равны. Конечно, любой, кто получит доступ к идентификационной таблице может незаконно изменить ее содержимое, не опасаясь, что эти действия будут обнаружены.

Рис. 3. Схема аутентификации с помощью пароля с использованием идентификационной таблицы

4.3 Взаимная проверка подлинности пользователей

Обычно стороны, вступающие в информационный обмен, нуждаются во взаимной проверке подлинности (аутентификации) друг друга.

Для проверки подлинности применяют следующие способы:

механизм запроса-ответа;

механизм отметки времени ("временной штемпель").

Механизм запроса-ответа состоит в следующем. Если пользователь А хочет быть уверенным, что сообщения, получаемые им от пользователя В, не являются ложными, он включает в посылаемое для В сообщение непредсказуемый элемент-запрос X (например, некоторое случайное число). При ответе пользователь В должен выполнить над этим элементом некоторую операцию (например, вычислить некоторую функцию f(X)). Это невозможно осуществить заранее, так как пользователю В неизвестно какое случайное число X придет в запросе. Получив ответ с результатом действий В, пользователь может быть уверен, что В - подлинный. Недостаток этого метода - возможность установления закономерности между запросом и ответом.

Механизм отметки времени подразумевает регистрацию времени для каждого сообщения. В этом случае каждый пользователь сети может определить, насколько "устарело" пришедшее сообщение, и решить не принимать его, поскольку оно может быть ложным.

В обоих случаях для защиты механизма контроля следует применять шифрование, чтобы быть уверенным, что ответ послан не злоумышленником.

4.4 Протоколы идентификации с нулевой передачей знаний

Широкое распространение интеллектуальных карт (смарт-карт) для разнообразных коммерческих, гражданских и военных применений (кредитные карты, карты социального страхования карты доступа в охраняемое помещение, компьютерные пароли и ключи и т.п.) потребовало обеспечения безопасной идентификации таких карт и их владельцев. Во многих приложениях главная проблема заключается в том, чтобы при предъявлении интеллектуальной карты оперативно обнаружить обман и отказать обманщику в допуске, ответе или обслуживании.

Для безопасного использование интеллектуальных карт разработаны протоколы идентификации с нулевой передачей знаний. Секретный ключ владельца карты становится неотъемлемым признаком его личности. Доказательство знания этого секретного ключа с нулевой передачей этого знания служит доказательством подлинности личности владельца карты.

4.5 Упрощенная схема идентификации с нулевой передачей знаний

Рассмотрим сначала упрощенный вариант схемы идентификации с нулевой передачей знаний для более четкого выявления ее основной концепции. Прежде всего выбирают случайное значение модуля n, который является произведением двух больших простых чисел. Модуль n должен иметь длину 512..1024 бит. Это значение n может быть представлено группе пользователей, которым придется доказывать свою подлинность. В процессе идентификации участвуют две стороны:

· сторона А, доказывающая свою подлинность,

· сторона В, проверяющая представляемое стороной А доказательство.

Для того чтобы сгенерировать открытый и секретный ключи для стороны А, доверенный арбитр (Центр) выбирает некоторое число V, которое является квадратичным вычетом по модулю n. Иначе говоря, выбирается такое число V, что сравнение

х² ? V(mod n)

имеет решение и существует целое число

V^-1 mod n.

Выбранное значение V является открытый ключом для А. Затем вычисляют наименьшее значение S, для которого

S ? sqrt (V^-1)(mod n)

Это значение S является секретным ключом для А.

Теперь можно приступить к выполнению протокола идентификации.

1. Сторона А выбирает некоторое случайное число r, r < n. Затем она вычисляет

x=r²mod n

и отправляет х стороне В.

2. Сторона В посылает А случайный бит b.

3. Если b = 0, тогда А отправляет r стороне В. Если b = 1, то А
отправляет стороне В

у = r * S mod n.

4.Если b = 0, сторона В проверяет, что

х = r² mod n,

чтобы убедиться, что А знает sqrt(x). Если b = 1, сторона В проверяет, что

х = у² * V mod n,

чтобы быть уверенной, что А знает sqrt(V^-1).

Эти шаги образуют один цикл протокола, называемый аккредитацией. Стороны А и В повторяют этот цикл t раз при разных случайных значениях r и b до тех пор, пока В не убедится, что А знает значение S.

Если сторона А не знает значения S, она может выбрать такое значение r, которое позвонит ей обмануть сторону В, если В отправит ей b = 0, либо А может выбрать такое r, которое позволит обмануть В, если В отправит ей b = 1. Но этого невозможно сделать в обоих случаях. Вероятность того, что А обманет В в одном цикле, составляет 1/2. Вероятность обмануть В в t циклах равна (1/2)^t.

Для того чтобы этот протокой работал, сторона А никогда не должна повторно использовать значение r. Если А поступила бы таким образом, а сторона В отправила бы стороне А на шаге 2 другой случайный бит b, то В имела бы оба ответа А. После этого В может вычислить значение S, и для А все закончено.

4.6 Схема идентификации Гиллоу-Куискуотера

В алгоритме, разработанном Л. Гиллоу и Ж Куискуотером, обмены между сторонами А и В и аккредитации в каждом обмене доведены до абсолютного минимума - для каждого доказательства требуется только один обмен с одной аккредитацией [3].

Пусть сторона А - интеллектуальная карточка, которая должна доказать свою подлинность проверяющей стороне В. Идентификационная информация стороны А представляет собой битовую строку I, которая включает имя владельца карточки, срок действия, номер банковского счета и др. Фактически идентификационные данные могут занимать достаточно длинную строку, и тогда их хэшируют к значению I.

Строка I является аналогом открытого ключа. Другой открытой информацией, которую используют все карты, участвующие в данном приложении, являются модуль n и показатель степени V. Модуль n является произведением двух секретных простых чисел.

Секретным ключом стороны А является величина G, выбираемая таким образом, чтобы выполнялось соотношение

I * G^v ? 1(mod n).

Сторона А отправляет стороне В свои идентификационные данные I. Далее ей нужно доказать стороне В, что эти идентификационные данные принадлежат именно ей. Чтобы добиться этого, сторона А должна убедить сторону В, что ей известно значение G.

Вот протокол доказательства подлинности А без передачи стороне В значения G:

1. Сторона А выбирает случайное целое r, такое, что 1 < r ? n-1. Она вычисляет

Т = r^v mod n

и отправляет это значение стороне В.

2. Сторона В выбирает случайное целое d, такое, что 1 < d ? n-1, и отправляет это значение d стороне А.

3. Сторона А вычисляет

D = r * G^d mod n

и отправляет это значение стороне В.

4. Сторона В вычисляет значение

T? = D^VI^d mod n.

Если

T ? T? (mod n),

То проверка подлинности успешно завершена.

Математические выкладки, использованные в этом протоколе, не очень сложны:

T? = D^VI^d = (rG^d)^V I^d = r^VG^dVI^d = r^V(IG^V)^d = r^V ? T (mod n);

поскольку G вычислялось таким образом, чтобы выполнялось соотношение

IG^V ? 1(mod n).

5. Электронная цифровая подпись

5.1 Проблема аутентификации данных и электронная цифровая подпись

При обмене электронными документами по сети связи существенно снижаются затраты на обработку и хранение документов, убыстряется их поиск. Но при этом возникаем проблема аутентификации автора документа и самого документа, т. е. установления подлинности автора и отсутствия изменений в полученном документе. В обычной (бумажной) информатике эти проблемы решаются за счет того, что информация в документе и рукописная подпись автора жестко связаны с физическим носителем (бумагой). В электронных документах на машинных носителях такой связи нет.

Целью аутентификации электронных документов является их защита от возможных видов злоумышленных действий, к которым относятся:

· активный перехват - нарушитель, подключившийся к сети, перехватывает документы (файлы) и изменяет их;

· маскарад-абонент С посылает документ абоненту В от имени абонента А;

· ренегатство - абонент А заявляет, что не посылал сообщения абоненту В, хотя на самом деле послал;

· подмена - абонент В изменяет или формирует новый документ и заявляет, что получил его от абонента А;

· повтор - абонент С повторяет ранее переданный документ, который абонент А посылал абоненту В.

Эти виды злоумышленных действий могут нанести существенный ущерб банковским и платежным структурам, применяющим в своей деятельности компьютерные информационные технологии.

При обработке документов в электронной форме совершенно непригодны традиционные способы установления подлинности по рукописной подписи и оттиску печати на бумажном документе. Принципиально новым решением является электронная цифровая подпись (ЭЦП).

Электронная цифровая подпись используется для аутентификации текстов, передаваемых по телекоммуникационным каналам. Функционально она аналогична обычной рукописной подписи и обладает ее основными достоинствами:

· удостоверяет, что подписанный текст исходит от лица, поставившего подпись;

· не дает самому этому лицу возможности отказаться от обязательств, связанных с подписанным текстом;

· гарантирует целостность подписанного текста.

Цифровая подпись представляет собой относительно небольшое количество дополнительной цифровой информации, передаваемой вместе с подписываемым текстом.

Система ЭЦП включает две процедуры: 1) процедуру постановки подписи; 2) процедуру проверки подписи. В процедуре постановки подписи используется секретный ключ отправителя сообщения, в процедуре проверки подписи - открытый ключ отправителя.

При формировании ЭЦП отправитель прежде всего вычисляет хэш-функцию h(М) подписываемого текста М. Вычисленное значение хэш-функции h(M) представляет собой один короткий блок информации m, характеризующий весь текст М в целом. Затем число m шифруется секретным ключом отправителя. Получаемая при этом пара чисел представляет собой ЭЦП для данного текста М.

При проверке ЭЦП получатель сообщения снова вычисляет хэш-функцию m = h(M) принятого по каналу текста М, после чего при помощи открытого ключа отправителя проверяет, соответствует ли полученная подпись вычисленному значению m хэш-функции.

Принципиальным моментом в системе ЭЦП является невозможность подделки ЭЦП пользователя без знания его секретного ключа подписывания.

В качестве подписываемого документа может быть использован любой файл. Подписанный файл создается из неподписанного путем добавления в него одной или более электронных подписей.

Каждая подпись содержит следующую информацию:

· дату подписи;

· срок окончания действия ключа данной подписи;

· информацию о лице, подписавшем файл (ФИО, должность, краткое наименование фирмы);

· идентификатор подписавшего (имя открытого ключа);

· собственно цифровую подпись.

5.2 Алгоритмы электронной цифровой подписи

Технология применения системы ЭЦП предполагает наличие сети абонентов, посылающих друг другу подписанные электронные документы. Для каждого абонента генерируется пара ключей: секретный и открытый. Секретный ключ хранится абонентом в тайне и используется им для формирования ЭЦП. Открытый ключ известен всем другим пользователям и предназначен для проверки ЭЦП получателем подписанного электронного документа. Иначе говоря, открытый ключ является необходимым инструментом, позволяющим проверить подлинность электронного документа и автора подписи. Открытый ключ не позволяет вычислить секретный ключ.

5.3 Алгоритм цифровой подписи RSA

Первой и наиболее известной во всем мире конкретной системой ЭЦП стала система RSA, математическая схема которой была разработана в 1977 г. в Массачуссетском технологическом институте США [3].

Сначала необходимо вычислить пару ключей (секретный ключ и открытый ключ). Для этого отправитель (автор) электронных документов вычисляет два больших простых числа Р и Q, затем находит их произведение

N = P * Q

и значение функции

ц(N) = (P-1)(Q-1).

Далее отправитель вычисляет число Е из условий:

E ? ц(N), НОД (Е, ц(N)) = 1

и число D из условий:

D < N, E * D ? 1(mod ц(N)).

Пара чисел (E,N) является открытым ключом. Эту пару чисел автор передает партнерам по переписке для проверки его цифровых подписей. Число D сохраняется автором как секретный ключ для подписывания.

Обобщенная схема формирования и проверки цифровой подписи RSA показана на рис. 4.

Рис. 4. Обобщенная схема цифровой подписи RSA

Допустим, что отправитель хочет подписать сообщение М перед его отправкой. Сначала сообщение М (блок информации, файл, таблица) сжимают с помощью хэш-функции h(*) в целое число m:

m = h(M).

Затем вычисляют цифровую подпись S под электронным документом М, используя хэш-значение m и секретный ключ D:

S = m^D (mod N).

Пара (М, S) передается партнеру-получателю как электронный документ М, подписанный цифровой подписью S, причем подпись S сформирована обладателем секретного ключа D.

После приема пары (М, S) получатель вычисляет хэш-значение сообщения М двумя разными способами. Прежде всего он восстанавливает хэш-значение m', применяя криптографическое преобразование подписи S с использованием открытого ключа Е:

m' = S^E (mod N).

Кроме того, он находит результат хэширования принятого сообщения М с помощью такой же хэш-функции h(*):

m = h(M).

Если соблюдается равенство вычисленных значений, т. е.

S^E (mod N) = h(M),

то получатель признает пару (М, S) подлинной. Доказано, что только обладатель секретного ключа D может сформировать цифровую подпись S по документу М, а определить секретное число D по открытому числу Е не легче, чем разложить модуль N на множители.

Кроме того можно строго математически доказать, что результат проверки цифровой подписи S будет положительным только в том случае, если при вычислении S был использован секретный ключ D, соответствующий открытому ключу Е. Поэтому открытый ключ Е иногда называют "идентификатором" подписавшего.

5.4 Отечественный стандарт цифровой подписи

Отечественный стандарт цифровой подписи обозначается как ГОСТ Р 34.10-94. В этом алгоритме цифровой подписи используются следующие параметры:

р - большое простое число длиной от 509 до 512 бит либо ст 1020 до 1024 бит;

q - простой сомножитель числа (р-1), имеющий длину 254..256 бит;

а - любое число, меньшее (р-1), причем такое, что a^q mod р = 1;

х - некоторое число, меньшее q;

у = a^x mod р.

Кроме того, этот алгоритм использует однонаправленную хэш-функцию Н(х). Стандарт ГОСТ Р 34.11-94 определяет хэш-функцию, основанную на использовании стандартного симметричного алгоритма ГОСТ 28147-89.

Первые три параметра p, q и а являются открытыми и могут быть общими для всех пользователей сети. Число х является секретным ключом. Число у является открытым ключом.

Чтобы подписать некоторое сообщение m, а затем проверить подпись, выполняются следующие шаги:

1. Пользователь А генерирует случайное число k, причем k<q.

2. Пользователь А вычисляет значения

r = (а^k mod р) mod q,

s = (x * r + k (H(m))) mod q.

Если H(m) mod q = 0, то значение H(m) mod q принимают равным единице. Если r = 0, то выбирают другое значение к и начинают снова.

Цифровая подпись представляет собой два числа:

r mod 2²⁵⁶ и s mod 2²⁵⁶.

Пользователь А отправляет эти числа пользователю В.

3. Пользователь В проверяет полученную подпись, вычисляя

v = Н(m)^q-2 mod q,

z₁ = (s * v) mod q,

z₂ = ((q - r) * v) mod q,

u = ((a^z1 * y^z2) mod p) mod q.

Если u = r, то подпись считается верной.

Следует также отметить, что в отечественном стандарте ЭЦП параметр q имеет длину 256 бит. Западных криптографов вполне устраивает q длиной примерно 160 бит. Различие в значениях параметра q является отражением стремления разработчиков отечественного стандарта к получению более безопасной подписи.

...