Тайнопись криптография. Системы криптозащиты

Средства криптографической защиты информации, или сокращенно СКЗИ, используются для обеспечения всесторонней защиты данных, которые передаются по линиям связи. Для этого необходимо соблюсти авторизацию и защиту электронной подписи, аутентификацию сообщающихся сторон с использованием протоколов TLS и IPSec, а также защиту самого канала связи при необходимости.

В России использование криптографических средств защиты информации по большей части засекречено, поэтому общедоступной информации касательно этой темы мало.

Методы, применяемые в СКЗИ

• Авторизация данных и обеспечение сохранности их юридической значимости при передаче или хранении. Для этого применяют алгоритмы создания электронной подписи и ее проверки в соответствии с установленным регламентом RFC 4357 и используют сертификаты по стандарту X.509.
• Защита конфиденциальности данных и контроль их целостности. Используется асимметричное шифрование и имитозащита, то есть противодействие подмене данных. Соблюдается ГОСТ Р 34.12-2015.
• Защита системного и прикладного ПО. Отслеживание несанкционированных изменений или неверного функционирования.
• Управление наиболее важными элементами системы в строгом соответствии с принятым регламентом.
• Аутентификация сторон, обменивающихся данными.
• Защита соединения с использованием протокола TLS.
• Защита IP-соединений при помощи протоколов IKE, ESP, AH.

Подробным образом методы описаны в следующих документах: RFC 4357, RFC 4490, RFC 4491.

Механизмы СКЗИ для информационной защиты

1. Защита конфиденциальности хранимой или передаваемой информации происходит применением алгоритмов шифрования.
2. При установлении связи идентификация обеспечивается средствами электронной подписи при их использовании во время аутентификации (по рекомендации X.509).
3. Цифровой документооборот также защищается средствами электронной подписи совместно с защитой от навязывания или повтора, при этом осуществляется контроль достоверности ключей, используемых для проверки электронных подписей.
4. Целостность информации обеспечивается средствами цифровой подписи.
5. Использование функций асимметричного шифрования позволяет защитить данные. Помимо этого для проверки целостности данных могут быть использованы функции хеширования или алгоритмы имитозащиты. Однако эти способы не поддерживают определения авторства документа.
6. Защита от повторов происходит криптографическими функциями электронной подписи для шифрования или имитозащиты. При этом к каждой сетевой сессии добавляется уникальный идентификатор, достаточно длинный, чтобы исключить его случайное совпадение, и реализуется проверка принимающей стороной.
7. Защита от навязывания, то есть от проникновения в связь со стороны, обеспечивается средствами электронной подписи.
8. Прочая защита - против закладок, вирусов, модификаций операционной системы и т. д. - обеспечивается с помощью различных криптографических средств, протоколов безопасности, антивирусных ПО и организационных мероприятий.

Как можно заметить, алгоритмы электронной подписи являются основополагающей частью средства криптографической защиты информации. Они будут рассмотрены ниже.

Требования при использовании СКЗИ

СКЗИ нацелено на защиту (проверкой электронной подписи) открытых данных в различных информационных системах общего использования и обеспечения их конфиденциальности (проверкой электронной подписи, имитозащитой, шифрованием, проверкой хеша) в корпоративных сетях.

Персональное средство криптографической защиты информации используется для охраны персональных данных пользователя. Однако следует особо выделить информацию, касающуюся государственной тайны. По закону СКЗИ не может быть использовано для работы с ней.

Важно: перед установкой СКЗИ первым делом следует проверить сам пакет обеспечения СКЗИ. Это первый шаг. Как правило, целостность пакета установки проверяется путем сравнения контрольных сумм, полученных от производителя.

После установки следует определиться с уровнем угрозы, исходя из чего можно определить необходимые для применения виды СКЗИ: программные, аппаратные и аппаратно-программные. Также следует учитывать, что при организации некоторых СКЗИ необходимо учитывать размещение системы.

Классы защиты

Согласно приказу ФСБ России от 10.07.14 под номером 378, регламентирующему применение криптографических средств защиты информации и персональных данных, определены шесть классов: КС1, КС2, КС3, КВ1, КВ2, КА1. Класс защиты для той или иной системы определяется из анализа данных о модели нарушителя, то есть из оценки возможных способов взлома системы. Защита при этом строится из программных и аппаратных средств криптографической защиты информации.

АУ (актуальные угрозы), как видно из таблицы, бывают 3 типов:

1. Угрозы первого типа связаны с недокументированными возможностями в системном ПО, используемом в информационной системе.
2. Угрозы второго типа связаны с недокументированными возможностями в прикладном ПО, используемом в информационной системе.
3. Угрозой третьего типа называются все остальные.

Недокументированные возможности - это функции и свойства программного обеспечения, которые не описаны в официальной документации или не соответствуют ей. То есть их использование может повышать риск нарушения конфиденциальности или целостности информации.

Для ясности рассмотрим модели нарушителей, для перехвата которых нужен тот или иной класс средств криптографической защиты информации:

• КС1 - нарушитель действует извне, без помощников внутри системы.
• КС2 - внутренний нарушитель, но не имеющий доступа к СКЗИ.
• КС3 - внутренний нарушитель, который является пользователем СКЗИ.
• КВ1 - нарушитель, который привлекает сторонние ресурсы, например специалистов по СКЗИ.
• КВ2 - нарушитель, за действиями которого стоит институт или лаборатория, работающая в области изучения и разработки СКЗИ.
• КА1 - специальные службы государств.

Таким образом, КС1 можно назвать базовым классом защиты. Соответственно, чем выше класс защиты, тем меньше специалистов, способных его обеспечивать. Например, в России, по данным за 2013 год, существовало всего 6 организаций, имеющих сертификат от ФСБ и способных обеспечивать защиту класса КА1.

Используемые алгоритмы

Рассмотрим основные алгоритмы, используемые в средствах криптографической защиты информации:

• ГОСТ Р 34.10-2001 и обновленный ГОСТ Р 34.10-2012 - алгоритмы создания и проверки электронной подписи.
• ГОСТ Р 34.11-94 и последний ГОСТ Р 34.11-2012 - алгоритмы создания хеш-функций.
• ГОСТ 28147-89 и более новый ГОСТ Р 34.12-2015 - реализация алгоритмов шифрования и имитозащиты данных.
• Дополнительные криптографические алгоритмы находятся в документе RFC 4357.

Электронная подпись

Применение средства криптографической защиты информации невозможно представить без использования алгоритмов электронной подписи, которые набирают все большую популярность.

Электронная подпись - это специальная часть документа, созданная криптографическими преобразованиями. Ее основной задачей являются выявление несанкционированного изменения и определение авторства.

Сертификат электронной подписи - это отдельный документ, который доказывает подлинность и принадлежность электронной подписи своему владельцу по открытому ключу. Выдача сертификата происходит удостоверяющими центрами.

Владелец сертификата электронной подписи - это лицо, на имя которого регистрируется сертификат. Он связан с двумя ключами: открытым и закрытым. Закрытый ключ позволяет создать электронную подпись. Открытый ключ предназначен для проверки подлинности подписи благодаря криптографической связи с закрытым ключом.

Виды электронной подписи

По Федеральному закону № 63 электронная подпись делится на 3 вида:

• обычная электронная подпись;
• неквалифицированная электронная подпись;
• квалифицированная электронная подпись.

Простая ЭП создается за счет паролей, наложенных на открытие и просмотр данных, или подобных средств, косвенно подтверждающих владельца.

Неквалифицированная ЭП создается с помощью криптографических преобразований данных при помощи закрытого ключа. Благодаря этому можно подтвердить лицо, подписавшее документ, и установить факт внесения в данные несанкционированных изменений.

Квалифицированная и неквалифицированная подписи отличаются только тем, что в первом случае сертификат на ЭП должен быть выдан сертифицированным ФСБ удостоверяющим центром.

Область использования электронной подписи

В таблице ниже рассмотрены сферы применения ЭП.

Активнее всего технологии ЭП применяются в обмене документами. Во внутреннем документообороте ЭП выступает в роли утверждения документов, то есть как личная подпись или печать. В случае внешнего документооборота наличие ЭП критично, так как является юридическим подтверждением. Стоит также отметить, что документы, подписанные ЭП, способны храниться бесконечно долго и не утрачивать своей юридической значимости из-за таких факторов, как стирающиеся подписи, испорченная бумага и т. д.

Отчетность перед контролирующими органами - это еще одна сфера, в которой наращивается электронный документооборот. Многие компании и организации уже оценили удобство работы в таком формате.

По закону Российской Федерации каждый гражданин вправе пользоваться ЭП при использовании госуслуг (например, подписание электронного заявления для органов власти).

Онлайн-торги - еще одна интересная сфера, в которой активно применяется электронная подпись. Она является подтверждением того факта, что в торгах участвует реальный человек и его предложения могут рассматриваться как достоверные. Также важным является то, что любой заключенный контракт при помощи ЭП приобретает юридическую силу.

Алгоритмы электронной подписи

• Full Domain Hash (FDH) и Public Key Cryptography Standards (PKCS). Последнее представляет собой целую группу стандартных алгоритмов для различных ситуаций.
• DSA и ECDSA - стандарты создания электронной подписи в США.
• ГОСТ Р 34.10-2012 - стандарт создания ЭП в РФ. Данный стандарт заменил собой ГОСТ Р 34.10-2001, действие которого официально прекратилось после 31 декабря 2017 года.
• Евразийский союз пользуется стандартами, полностью аналогичными российским.
• СТБ 34.101.45-2013 - белорусский стандарт для цифровой электронной подписи.
• ДСТУ 4145-2002 - стандарт создания электронной подписи в Украине и множество других.

Стоит также отметить, что алгоритмы создания ЭП имеют различные назначения и цели:

• Групповая электронная подпись.
• Одноразовая цифровая подпись.
• Доверенная ЭП.
• Квалифицированная и неквалифицированная подпись и пр.

Термин "криптография" происходит от древнегреческих слов «скрытый» и «пишу». Словосочетание выражает основное назначение криптографии - это защита и сохранение тайны переданной информации. Защита информации может происходить различными способами. Например, путем ограничения физического доступа к данным, скрытия канала передачи, создания физических трудностей подключения к линиям связи и т. д.

Цель криптографии

В отличие от традиционных способов тайнописи, криптография предполагает полную доступность канала передачи для злоумышленников и обеспечивает конфиденциальность и подлинность информации с помощью алгоритмов шифрования, делающих информацию недоступной для постороннего прочтения. Современная система криптографической защиты информации (СКЗИ) - это программно-аппаратный компьютерный комплекс, обеспечивающий защиту информации по следующим основным параметрам.

• Конфиденциальность - невозможность прочтения информации лицами, не имеющими соответствующих прав доступа. Главным компонентом обеспечения конфиденциальности в СКЗИ является ключ (key), представляющий собой уникальную буквенно-числовую комбинацию для доступа пользователя в определенный блок СКЗИ.
• Целостность - невозможность несанкционированных изменений, таких как редактирование и удаление информации. Для этого к исходной информации добавляется избыточность в виде проверочной комбинации, вычисляемой по криптографическому алгоритму и зависящая от ключа. Таким образом, без знания ключа добавление или изменение информации становится невозможным.
• Аутентификация - подтверждение подлинности информации и сторон, ее отправляющих и получающих. Передаваемая по каналам связи информация должна быть однозначно аутентифицирована по содержанию, времени создания и передачи, источнику и получателю. Следует помнить, что источником угроз может быть не только злоумышленник, но и стороны, участвующие в обмене информацией при недостаточном взаимном доверии. Для предотвращения подобных ситуации СКЗИ использует систему меток времени для невозможности повторной или обратной отсылки информации и изменения порядка ее следования.

• Авторство - подтверждение и невозможность отказа от действий, совершенных пользователем информации. Самым распространенным способом подтверждения подлинности является Система ЭЦП состоит из двух алгоритмов: для создания подписи и для ее проверки. При интенсивной работе с ЭКЦ рекомендуется использование программных удостоверяющих центров для создания и управления подписями. Такие центры могут быть реализованы как полностью независимое от внутренней структуры средство СКЗИ. Что это означает для организации? Это означает, что все операции с обрабатываются независимыми сертифицированными организациями и подделка авторства практически невозможна.

Алгоритмы шифрования

На текущий момент среди СКЗИ преобладают открытые алгоритмы шифрования с использованием симметричных и асимметричных ключей с длиной, достаточной для обеспечения нужной криптографической сложности. Наиболее распространенные алгоритмы:

• симметричные ключи - российский Р-28147.89, AES, DES, RC4;
• асимметричные ключи - RSA;
• с использованием хеш-функций - Р-34.11.94, MD4/5/6, SHA-1/2.

Многие страны имеют свои национальные стандарты В США используется модифицированный алгоритм AES с ключом длиной 128-256 бит, а в РФ алгоритм электронных подписей Р-34.10.2001 и блочный криптографический алгоритм Р-28147.89 с 256-битным ключом. Некоторые элементы национальных криптографических систем запрещены для экспорта за пределы страны, деятельность по разработке СКЗИ требует лицензирования.

Системы аппаратной криптозащиты

Аппаратные СКЗИ - это физические устройства, содержащие в себе программное обеспечение для шифрования, записи и передачи информации. Аппараты шифрации могут быть выполнены в виде персональных устройств, таких как USB-шифраторы ruToken и флеш-диски IronKey, плат расширения для персональных компьютеров, специализированных сетевых коммутаторов и маршрутизаторов, на основе которых возможно построение полностью защищенных компьютерных сетей.

Аппаратные СКЗИ быстро устанавливаются и работают с высокой скоростью. Недостатки - высокая, по сравнению с программными и программно-аппаратными СКЗИ, стоимость и ограниченные возможности модернизации.

Также к аппаратным можно отнести блоки СКЗИ, встроенные в различные устройства регистрации и передачи данных, где требуется шифрование и ограничение доступа к информации. К таким устройствам относятся автомобильные тахометры, фиксирующие параметры автотранспорта, некоторые типы медицинского оборудования и т.д. Для полноценной работы таким систем требуется отдельная активация СКЗИ модуля специалистами поставщика.

Системы программной криптозащиты

Программные СКЗИ - это специальный программный комплекс для шифрования данных на носителях информации (жесткие и флеш-диски, карты памяти, CD/DVD) и при передаче через Интернет (электронные письма, файлы во вложениях, защищенные чаты и т.д.). Программ существует достаточно много, в т. ч. бесплатных, например, DiskCryptor. К программным СКЗИ можно также отнести защищенные виртуальные сети обмена информацией, работающие «поверх Интернет»(VPN), расширение Интернет протокола HTTP с поддержкой шифрования HTTPS и SSL - криптографический протокол передачи информации, широко использующийся в системах IP-телефонии и интернет-приложениях.

Программные СКЗИ в основном используются в сети Интернет, на домашних компьютерах и в других сферах, где требования к функциональности и стойкости системы не очень высоки. Или как в случае с Интернетом, когда приходится одновременно создавать множество разнообразных защищенных соединений.

Программно-аппаратная криптозащита

Сочетает в себе лучшие качества аппаратных и программных систем СКЗИ. Это самый надежный и функциональный способ создания защищенных систем и сетей передачи данных. Поддерживаются все варианты идентификации пользователей, как аппаратные (USB-накопитель или смарт-карта), так и «традиционные» - логин и пароль. Программно-аппаратные СКЗИ поддерживают все современные алгоритмы шифрования, обладают большим набором функций по созданию защищенного документооборота на основе ЭЦП, всеми требуемыми государственными сертификатами. Установка СКЗИ производится квалифицированным персоналом разработчика.

Компания «КРИПТО-ПРО»

Один из лидеров российского криптографического рынка. Компания разрабатывает весь спектр программ по защите информации с использованием ЭЦП на основе международных и российских криптографических алгоритмов.

Программы компании используются в электронном документообороте коммерческих и государственных организаций, для сдачи бухгалтерской и налоговой отчетности, в различных городских и бюджетных программах и т. д. Компанией выдано более 3 млн. лицензий для программы КриптоПРО CSP и 700 лицензий для удостоверяющих центров. «Крипто-ПРО» предоставляет разработчикам интерфейсы для встраивания элементов криптографической защиты в свои и оказывает весь спектр консалтинговых услуг по созданию СКЗИ.

Криптопровайдер КриптоПро

При разработке СКЗИ КриптоПро CSP использовалась встроенная в операционную систему Windows криптографическая архитектура Cryptographic Service Providers. Архитектура позволяет подключать дополнительные независимые модули, реализующие требуемые алгоритмы шифрования. С помощью модулей, работающих через функции CryptoAPI, криптографическую защиту могут осуществлять как программные, так и аппаратные СКЗИ.

Носители ключей

В качестве личных ключей могут использоваться различные такие как:

• смарт-карты и считыватели;
• электронные замки и считыватели, работающие с устройствами Touch Memory;
• различные USB-ключи и сменные USB-накопители;
• файлы системного реестра Windows, Solaris, Linux.

Функции криптопровайдера

СКЗИ КриптоПро CSP полностью сертифицирована ФАПСИ и может использоваться для:

2. Полной конфиденциальности, аутентичности и целостности данных с помощью шифрования и имитационной защиты согласно российским стандартам шифрования и протокола TLS.

3. Проверки и контроля целостности программного кода для предотвращения несанкционированного изменения и доступа.

4. Создания регламента защиты системы.

Изучая криптовалюты, однажды вы неизбежно наткнётесь на термин «криптография». В интересующей нас сфере криптография имеет множество функций. В их числе - защита данных, использование в составлении паролей, оптимизация банковской системы и т.д. В этой статье мы познакомим вас с основами криптографии и обсудим её значение для криптовалют.

История криптографии

Криптография - это метод безопасного сокрытия информации. Чтобы раскрыть информацию, читателю необходимо знать, каким образом информация была изменена или зашифрована. Если сообщение было качественно зашифровано, прочитать его смогут только отправитель и получатель.

Криптография отнюдь не нова, она существует уже тысячи лет. Исторически криптография использовалась для отправки важных сообщений, чтобы скрыть их от лишних глаз. Первые криптографические сообщения были найдены у древних египтян, однако подтверждённое использование шифров в стратегических целях относится к эпохе Древнего Рима.

По словам историков, Юлий Цезарь использовал криптографию и даже создал так называемый шифр Цезаря, чтобы отправлять секретные сообщения высокопоставленным генералам. Этот метод защиты конфиденциальной информации от нежелательных глаз использовался вплоть до новейшей истории.

Во время Второй мировой войны немцы использовали машину шифрования «Энигма», чтобы передавать важную информацию. Алан Тьюринг, математический человек и гений, в чью честь впоследствии был назван тест Тьюринга, нашёл способ её взломать. Сейчас взлом «Энигмы» считают одним из основных переломных моментов во Второй мировой.

Основы криптографии

Вышеупомянутый шифр Цезаря - один из простейших способов шифрования сообщений, полезный для понимания криптографии. Его также называют шифром сдвига, поскольку он заменяет исходные буквы сообщения другими буквами, находящимися в определённой позиции по отношению к первичной букве в алфавите.

Например, если мы зашифруем сообщение через шифр +3 на английском языке, то A станет D, а K станет N. Если же использовать правило -2, то D станет B, а Z станет X.

read everything on invest in blockchain

Это самый простой пример использования криптографии, однако на похожей логике строится и любой другой метод. Существует сообщение, которое секретно для всех, кроме заинтересованных сторон, и процесс, направленный на то, чтобы сделать это сообщение нечитаемым для всех, кроме отправителя и получателя. Этот процесс называется шифрованием и состоит из двух элементов:

Шифр - это набор правил, которые вы используете для кодирования информации. Например, сдвиг на X букв в алфавите в примере с шифром Цезаря. Шифр не обязательно должен быть засекречен, потому что сообщение можно будет прочитать только при наличии ключа.

Ключ - значение, описывающее, каким именно образом использовать набор правил шифрования. Для шифра Цезаря это будет число букв для сдвига в алфавитном порядке, например +3 или -2. Ключ - это инструмент для дешифровки сообщения.

Таким образом, многие люди могут иметь доступ к одному и тому же шифру, но без ключа они всё равно не смогут его взломать.

Процесс передачи секретного сообщения идёт следующим образом:

• сторона A хочет отправить сообщение стороне B, но при этом ей важно, чтобы никто другой его не прочитал;
• сторона A использует ключ для преобразования текста в зашифрованное сообщение;
• сторона B получает зашифрованный текст;
• сторона B использует тот же ключ для расшифровки зашифрованного текста и теперь может читать сообщение.

Эволюция криптографии

Сообщения шифруются для защиты их содержимого. Это подразумевает, что всегда будут стороны, заинтересованные в получении данной информации. Поскольку люди так или иначе достигают успехов в расшифровке различных кодов, криптография вынуждена адаптироваться. Современная криптография далеко ушла от обычного смещения букв в алфавите, предлагая сложнейшие головоломки, которые решать с каждым годом всё труднее. Вместо банального смещения буквы теперь могут заменяться на числа, другие буквы и различные символы, проходя через сотни и тысячи промежуточных шагов.

Цифровая эпоха привела к экспоненциальному увеличению сложности шифрования. Это связано с тем, что компьютеры принесли с собой резкое увеличение вычислительной мощности. Человеческий мозг по-прежнему остаётся самой сложной информационной системой, но, когда дело доходит до выполнения вычислений, компьютеры намного быстрее и могут обрабатывать гораздо больше информации.

Криптография цифровой эры связана с электротехникой, информатикой и математикой. В настоящее время сообщения обычно шифруются и дешифруются с использованием сложных алгоритмов, созданных с использованием комбинаций этих технологий. Однако, независимо от того, насколько сильным будет шифрование, всегда будут люди, работающие над его взломом.

Взлом кода

Вы можете заметить, что даже без ключа шифр Цезаря не так сложно взломать. Каждая буква может принимать только 25 разных значений, а для большинства значений сообщение не имеет смысла. С помощью проб и ошибок вы сможете расшифровать сообщение без особых усилий.

Взлом шифрования с использованием всех возможных вариаций называют брутфорсом (bruteforce, англ. - грубая сила). Такой взлом предполагает подбор всех возможных элементов до тех пор, пока решение не будет найдено. С увеличением вычислительных мощностей брутфорс становится всё более реалистичной угрозой, единственный способ защиты от которой - увеличение сложности шифрования. Чем больше возможных ключей, тем сложнее получить доступ к вашим данным «грубой силой».

Современные шифры позволяют использовать триллионы возможных ключей, делая брутфорс менее опасным. Тем не менее утверждается, что суперкомпьютеры и в особенности квантовые компьютеры вскоре смогут взломать большинство шифров посредством брутфорса из-за своих непревзойдённых вычислительных мощностей.

Как уже говорилось, расшифровка сообщений со временем становится всё труднее. Но нет ничего невозможного. Любой шифр неотъемлемо связан с набором правил, а правила в свою очередь могут быть проанализированы. Анализом правил занимается более тонкий метод дешифровки сообщений - частотный анализ.

С колоссальным усложнением шифров в наши дни эффективный частотный анализ можно осуществить только с использованием компьютеров, но это всё ещё возможно. Этот метод анализирует повторяющиеся события и пытается найти ключ, используя эту информацию.

Давайте снова рассмотрим пример шифра Цезаря, чтобы разобраться. Мы знаем, что буква E используется гораздо чаще, чем другие буквы в латинском алфавите. Когда мы применяем это знание к зашифрованному сообщению, мы начинаем искать букву, которая повторяется чаще всего. Мы находим, что буква H используется чаще других, и проверяем наше предположение, применяя к сообщению сдвиг -3. Чем длиннее сообщение, тем легче применить к нему частотный анализ.

uh

Криптография и криптовалюты

Большинство криптовалют служат совершенно другим целям, нежели отправка секретных сообщений, но, несмотря на это, криптография играет здесь ключевую роль. Оказалось, что традиционные принципы криптографии и используемые для неё инструменты имеют больше функций, чем мы привыкли считать.

Наиболее важные новые функции криптографии - это хеширование и цифровые подписи.

Хеширование

Хеширование - это криптографический метод преобразования больших объёмов данных в короткие значения, которые трудно подделать. Это ключевой компонент технологии блокчейн, касающийся защиты и целостности данных, протекающих через систему.

Этот метод в основном используется для четырёх процессов:

• верификация и подтверждение остатков в кошельках пользователей;
• кодирование адресов кошельков;
• кодирование транзакций между кошельками;
• майнинг блоков (для криптовалют, предполагающих такую возможность) путём создания математических головоломок, которые необходимо решить, чтобы добыть блок.

Цифровые подписи

Цифровая подпись в некотором смысле представляет собой аналог вашей реальной подписи и служит для подтверждения вашей личности в сети. Когда речь заходит о криптовалютах, цифровые подписи представляют математические функции, которые сопоставляются с определённым кошельком.

Таким образом, цифровые подписи - это своего рода способ цифровой идентификации кошелька. Прилагая цифровую подпись к транзакции, владелец кошелька доказывает всем участникам сети, что сделка исходила именно от него, а не от кого-либо другого.

Цифровые подписи используют криптографию для идентификации кошелька и тайно связаны с общедоступным и приватным ключами кошелька. Ваш общедоступный ключ - это аналог вашего банковского счёта, в то время как приватный ключ - ваш пин-код. Не имеет значения, кто знает номер вашего банковского счета, потому что единственное, что с ним смогут сделать, - это внести деньги на ваш счёт. Однако, если они знают ваш пин-код, у вас могут возникнуть реальные проблемы.

В блокчейне приватные ключи используются для шифрования транзакции, а открытый ключ - для дешифровки. Это становится возможным, потому что отправляющая сторона отвечает за транзакцию. Передающая сторона шифрует транзакцию своим приватным ключом, но её можно дешифровать с помощью открытого ключа получателя, потому что единственное назначение этого процесса заключается в верификации отправителя. Если открытый ключ не срабатывает при дешифровке транзакции, она не выполняется.

В такой системе открытый ключ распространяется свободно и тайно соотносится с приватным ключом. Проблемы нет, если открытый ключ известен, но приватный ключ всегда должен находиться в тайне. Несмотря на соотношение двух ключей, вычисление приватного ключа требует невероятных вычислительных мощностей, что делает взлом финансово и технически невозможным.

Необходимость защиты ключа - основной недостаток этой системы. Если кому-то станет известен ваш приватный ключ, он сможет получить доступ к вашему кошельку и совершать с ним любые транзакции, что уже происходило с Bloomberg, когда один из ключей сотрудников был показан по телевизору.

Заключение

Криптография в блокчейне имеет множество разных уровней. В этой статье рассматриваются только основы и общие принципы использования криптографии, однако этот вопрос куда глубже, чем может показаться на первый взгляд.

Важно понимать взаимосвязь между криптографией и технологией блокчейн. Криптография позволяет создать систему, в которой сторонам не нужно доверять друг другу, так как они могут положиться на используемые криптографические методы.

С момента своего появления в 2009 году криптографическая защита блокчейна биткоина выдержала все попытки подделки данных, а их было бесчисленное множество. Новые криптовалюты реализуют ещё более безопасные методы криптографии, некоторые из которых даже защищены от брутфорса квантовых процессоров, то есть предупреждают угрозы будущего.

Без криптографии не могло быть биткоина и криптовалют в целом. Удивительно, но этот научный метод, изобретённый тысячи лет назад, сегодня держит наши цифровые активы в целости и сохранности.

Многим криптография известна как сердце и основа всех криптовалют, но не все задумываются о том, что мы ее используем ежедневно. Метод криптографии применяется в большинстве современных приложений и скрывает личные данные от посторонних глаз.

Что такое криптография?

Криптография - это наука, изучающая способы сокрытия данных и обеспечения их конфиденциальности. Это одна из старейших наук и ее история насчитывает четыре тысячелетия. Сам термин “криптография” образовался от двух древнегреческих слов “крипто” - скрытый, “графо” - пишу. Для начинающих принцип криптографии можно объяснить на примере шифра Цезаря, где каждый символ алфавита был заменен на тот, который находится на 3 позиции до нужного.

Первые примеры записей криптографии были моноалфавитными и начали появляться еще с третьего тысячелетия до нашей эры. Они представляли собой записи, текст которых был изменен путем подстановки других знаков. Начиная с IX века начали применяться полиалфавитные шифры, а с середины XX - стали применяться электромеханические шифровальщики, но все еще использовались полиграфические шифры.

До 1975 года криптография представляла собой шифровальный метод с секретным ключом, который предоставлял доступ к расшифровке данных. Позже начался период ее современного развития и были разработаны методы криптографии с открытым ключом, которые может передаваться по открытым каналам связи и использоваться для проверки данных.

Современная прикладная криптография представляет собой науку образованную на стыке математики и информатики. Смежной наукой криптографии считается криптоанализ. Криптография и криптоанализ тесно взаимосвязаны между собой, только в последнем случае изучаются способы расшифровки сокрытой информации.

С модификацией до открытого ключа криптография получила более широкое распространение и стала применяться частными лицами и коммерческими организациями, а в 2009 году на ее основе была выпущена первая криптовалюта . До этого времени она считалась прерогативой государственных органов правления.

Виды криптографии

В основе криптографических систем лежат различные виды криптографии. Всего различаю четыре основных криптографических примитива:

• Симметричное шифрование. Данный метод предотвращает перехват данных третьими лицами и базируется на том, что отправитель и получатель данных имеет одинаковые ключи для разгадки шифра.
• Асимметричное шифрование. В этом методе задействованы открытый и секретный ключ. Ключи взаимосвязаны - информация, зашифрованная открытым ключом, может быть раскрыта только связанным с ним секретным ключом. Применять для разгадки ключи из разных пар невозможно, поскольку они связаны между собой математической зависимостью.
• Хэширование. Метод основывается на преобразовании исходной информации в байты заданного образца. Преобразование информации называется хэш-функцией, а полученный результат хэш-кодом. Все хэш-коды имеют уникальную последовательность символов.
• Электронная подпись. Это преобразование информации с использованием закрытого ключа, позволяющее подтвердить подлинность документа и отсутствие искажений данных.

Возможности и сферы применения

Изначально криптография использовалась правительством для безопасного хранения или передачи документов. Современные же асимметричные алгоритмы шифрования получили более широкое применение в сфере IT-безопасности, а симметричные методы сейчас применяются преимущественно для предотвращения несанкционированного доступа к информации во время хранения.

В частности криптографические методы применяются для:

• безопасного хранения информации коммерческими и частными лицами;
• реализации систем цифровой электронной подписи;
• подтверждения подлинности сертификатов;
• защищенной передачи данных онлайн по открытым каналам связи.

Криптография и блокчейн

В блокчейне криптография используется для защиты и обеспечения конфиденциальности личностей и персональных данных, поддержания высокой безопасности транзакций, надежной защиты всей системы и хранилища.

Хеш функции

Хэш-функции в блокчейне взаимосвязаны между собой, с их помощью достигается защита информации и необратимость транзакций. Каждый новый блок транзакций связан с хэшем предыдущего блока, который в свою очередь образован на основе хэша последнего блока, образованного до него. Таким образом каждый новый блок транзакции содержит в себе всю информацию о предыдущих блоках и не может быть подделан или изменен.

Для того, чтобы новый блок был добавлен в блокчейн цепь, сеть должна прийти к общему консенсусу и подобрать хэш нового блока. Для этого при помощи вычислительной техники майнеры предлагают множество “nonce” - вариантов значения функции. Первый майнер, который сумел путем случайного подбора сгенерировать хэш, подходящий для комбинации с предыдущими данными, подписывает им блок, который включается в цепь, и новый блок уже должен будет содержать информацию с ним.

Благодаря применению технологии хэширования в блокчейне все транзакции, которые были выполнены в системе, можно выразить одним хэшем нового блока. Метод хэширования делает практически невозможным взлом системы, а с добавлением каждого нового блока устойчивость блокчейна к атакам только увеличивается.

Цифровые подписи

В блокчейне задействован асимметричный метод криптографии на основе публичных и . Публичный ключ служит адресом хранения монет, секретный - паролем доступа к нему. Закрытый ключ основан на открытом ключе, но его невозможно вычислить математическим путем.

Среди множества схем криптографии на основе открытого ключа наиболее распространенной является схема на основе эллиптических кривых и схема, основанная на разложении множителей. В биткоине задействована первая схема - эллиптических кривых. Закрытый ключ в нем имеет размер в 32 байта, открытый - 33 байта, а подпись занимает около 70 байт.

Криптография с открытым ключом

Современная криптография с открытым ключом используется в системе блокчейна для перевода монет.

Для чайников принцип криптографии на основе открытых ключей можно объяснить на примере транзакции. Допустим отправитель желает отправить 1 биткоин. Для этого ему необходимо отправить транзакцию, где будет указано, откуда нужно взять монету, и куда она будет направляться (публичный ключ получателя). Когда транзакция сформирована отправитель должен подписать ее своим секретным ключем. Далее узлы связи проверяют соответствие секретного ключа отправителя с его открытым ключом, с которым на текущий момент ассоциируется монета. Если условия соблюдены, то есть открытый и закрытый ключ отправителя взаимосвязаны, то отправленная монета начнет ассоциироваться с уже с открытым ключом получателя.

Заключение

Криптография является важной составляющей современного мира и необходима в первую очередь для сохранения персональных данных и важной информации. С момента появления она прошла множество модификаций и сейчас представляет собой систему безопасности, которая практически не может быть взломана. Переоценить ее возможности для человечества сложно. Современные методы криптографии применяются практически во всех отраслях, в которых присутствует необходимость безопасной передачи или хранения данных.

Послушайте... нельзя ли вам, для общей нашей пользы, всякое письмо, которое прибывает к вам в почтовую контору, входящее и исходящее, знаете, этак немножко распечатать и прочитать: не содержится ли в нем какого-нибудь донесения или просто переписки...

Н.В.Гоголь «Ревизор»

В идеале конфиденциальное письмо должны иметь возможность прочитать только двое: отправитель и тот, кому оно адресовано.Формулировка такой, казалось бы, очень простой вещи, явилась отправной точкой систем криптозащиты. Развитие математики дало толчок к развитию подобных систем.

Уже в XVII-XVIII веках шифры в России были достаточно изощренными и устойчивыми к взлому. Многие русские математики трудились над созданием или усовершенствованием систем шифрования и параллельно пытались подобрать ключи к шифрам других систем. В настоящее время можно отметить несколько российских систем шифрования, таких как «Лексикон Верба» , Secret Net, DALLAS LOCK, Secret Disk, семейство продуктов «Аккорд» и др. О них и будет рассказано.Вы также ознакомитесь с основными программными и программно-аппаратными комплексами криптозащиты, узнаете об их возможностях, о сильных и слабых сторонах. Надеемся, что эта статья поможет вам сделать выбор системы криптозащиты.

Введение

Обеспокоены ли вы тем, что важная информация из вашего компьютера может попасть в чужие руки? Этой информацией могут воспользоваться и конкуренты, и контролирующие органы, и просто недоброжелатели. Очевидно, что такие действия могут принести вам значительный ущерб. Что же делать? Для того чтобы уберечь свою информацию от посторонних, необходимо установить одну из программ шифрования данных. Наш обзор посвящен анализу систем шифрования для настольных систем. Следует отметить, что использование зарубежных систем шифрования на территории России в силу ряда причин сильно ограничено, поэтому государственные организации и крупные отечественные компании вынуждены использовать российские разработки. Однако средние и мелкие компании, а также частные лица иногда предпочитают зарубежные системы.

Для непосвященных шифрование информации выглядит чем-то вроде черной магии. Действительно, шифрование сообщений для сокрытия их содержания от посторонних является сложной математической задачей. К тому же шифр должен быть подобран таким образом, чтобы без ключа открыть его было практически невозможно, а с ключом - быстро и легко. Многим компаниям и организациям бывает очень трудно сделать оптимальный выбор при установке шифровальных программ. Дело осложняется еще и тем, что абсолютно защищенных компьютеров и абсолютно надежных систем шифрования не бывает. Однако все же есть достаточно способов, с помощью которых можно отразить практически все попытки раскрыть зашифрованную информацию.

Что у программ шифрования внутри

Программы шифрования отличаются друг от друга алгоритмом шифрования. Зашифровав файл, вы можете записать его на дискету, послать его по электронной почте или положить на сервер в вашей локальной сети. Получатель вашей шифровки должен иметь такую же шифровальную программу, чтобы прочитать содержимое файла.

Если вы хотите отправить зашифрованное сообщение нескольким пользователям одновременно, то ваша информация для каждого получателя может быть зашифрована по его собственному ключу либо по общему ключу для всех пользователей (включая автора сообщения).

Система криптозащиты использует секретный код для того, чтобы превратить вашу информацию в бессмысленный, псевдослучайный набор символов. При хорошем алгоритме шифрования практически невозможно дешифровать сообщение без знания секретного кода, использованного для шифрования. Такие алгоритмы называют алгоритмами с симметричным ключом, так как для шифрования и дешифровки информации используется один и тот же ключ.

Для защиты данных программа шифрования создает секретный ключ по вашему паролю. Надо только задать длинный пароль, который никто не сможет угадать. Однако если требуется, чтобы файл смог прочесть кто-то другой, вам понадобится сообщить этому человеку секретный ключ (или пароль, на основе которого он создан). Можно быть уверенным, что даже простой алгоритм шифрования защитит ваши данные от обычного пользователя, скажем, от коллеги по работе. Однако у профессионалов есть целый ряд способов дешифрации сообщения без знания секретного кода.

Без специальных знаний самостоятельно проверить, насколько надежен ваш алгоритм шифрования, вам не удастся. Но вы можете положиться на мнение профессионалов. Некоторые алгоритмы шифрования, такие, например, как Triple DES (Data Encryption Standard - стандарт шифрования данных), были подвергнуты многолетней проверке. По результатам проверки этот алгоритм хорошо себя зарекомендовал, и криптографы считают, что ему можно доверять. Большинство новых алгоритмов также тщательно изучаются, а результаты публикуются в специальной литературе.

Если алгоритм программы не подвергся открытому рассмотрению и обсуждению профессионалов, если у него нет сертификатов и других официальных бумаг, - это повод усомниться в его надежности и отказаться от использования такой программы.

Другая разновидность систем шифрования - это системы с открытым ключом. Для работы такой системы нет необходимости сообщать адресату секретный ключ (или пароль, на основе которого он создан). Указанные системы шифрования генерируют два цифровых ключа для каждого пользователя: один служит для шифрования данных, другой - для их расшифровки. Первый ключ (называемый открытым) можно опубликовать, а второй держать в секрете. После этого зашифровать информацию сумеет любой, воспользовавшись открытым ключом, а расшифровать - только тот, кто имеет соответствующий секретный ключ.

Некоторые программы шифрования содержат еще одно важное средство защиты - цифровую подпись. Цифровая подпись удостоверяет, что файл не был изменен с тех пор, как был подписан, и дает получателю информацию о том, кто именно подписал файл. Алгоритм создания цифровой подписи основан на вычислении контрольной суммы - так называемой хэш-суммы, или дайджеста сообщения. Применяемые алгоритмы гарантируют, что невозможно подобрать два разных файла, хэш-суммы которых совпали бы.

Когда адресат получает файл с цифровой подписью, его программа шифрования заново вычисляет хэш-сумму для этого файла. Затем получатель с помощью открытого ключа, опубликованного отправителем, восстанавливает цифровую подпись. Если результат соответствует значению, вычисленному для файла, то получатель может быть уверен, что текст сообщения не был изменен (если бы это произошло, хэш-сумма оказалась бы иной), а подпись принадлежит человеку, имеющему доступ к секретному ключу отправителя.

Для защиты важной или конфиденциальной информации нужна не только хорошая программа шифрования. Вам необходимо принять ряд мер для обеспечения информационной безопасности. Если ваш пароль ненадежен (специалисты рекомендуют задавать его из восьми или более символов) или если незашифрованная копия конфиденциальной информации хранится у вас на компьютере, то в этом случае даже лучшая система шифрования окажется бессильна.

Система «Лексикон-Верба»

Система «Лексикон-Верба» является средством организации защищенного электронного документооборота как внутри корпоративной сети, так и между различными организациями. В «Лексиконе-Верба» используются две модификации системы криптографии: система «Верба-W» предназначена для государственных органов (защита конфиденциальной информации, в частности ДСП; ключи подписи - открытые, ключи шифрования - закрытые), система «Верба-OW» - для коммерческих организаций (защита коммерческой тайны; ключи подписи и шифрования - открытые).

Существует довольно много мировых стандартов шифрования, но лишь малая их часть имеет сертификаты Федерального агентства правительственной связи и информации (ФАПСИ), что делает невозможным применение несертифицированных решений на территории России. Система «Верба-W» имеет сертификат ФАПСИ № СФ/114-0176. Система «Верба-ОW» - сертификат ФАПСИ № СФ/114-0174.

«Лексикон-Верба» обеспечивает шифрование и электронную цифровую подпись в соответствии с требованиями ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая» и ГОСТ Р34.10-94 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма».

Программа сертифицирована Гостехкомиссией при Президенте Российской Федерации. В июле ожидается получение сертификата Минобороны России.

В основе работы криптозащиты системы лежит методика шифрования с открытым ключом. Каждый ключ, идентифицирующий пользователя, состоит из двух частей: открытого и секретного ключа. Открытый ключ может распространяться свободно и используется для шифрования информации данного пользователя. Для расшифровки документа нужно, чтобы пользователь, зашифровавший его, имел ваш открытый ключ и при шифровании указал вас как имеющего доступ к документу.

Чтобы расшифровать документ, нужно воспользоваться закрытым ключом. Закрытый ключ состоит из двух частей, одна из которых хранится на смарт-карте или touch-memory, а другая - на жестком диске вашего компьютера. Таким образом, ни утеря смарт-карты, ни несанкционированный доступ к компьютеру не дают, каждый по отдельности, возможности расшифровать документы.

Первоначальный ключевой комплект, включающий в себя полную информацию об открытых и закрытых ключах пользователя, создается на специально оборудованном защищенном рабочем месте. Дискета с ключевой информацией используется только на этапе подготовки рабочего места пользователя.

Система «Лексикон-Верба» может быть использована в рамках двух основных систем организации защищенного документооборота:

• как самостоятельное решение. При наличии в организации локальной сети систему можно установить не на все компьютеры, а только на те, где требуется работа с конфиденциальными документами. Это значит, что внутри корпоративной сети возникает подсеть обмена закрытой информацией. При этом участники закрытой части системы могут обмениваться с остальными сотрудниками и открытыми документами;
• как составная часть документооборота. «Лексикон-Верба» имеет стандартные интерфейсы подключения внешних функций для выполнения операций открытия, сохранения, закрытия и отправки документов, что позволяет легко интегрировать эту систему как в существующие, так и во вновь разрабатываемые системы документооборота.

Следует отметить, что свойства системы «Лексикон-Верба» делают ее не только средством обеспечения информационной защиты от внешних проникновений, но и средством повышения внутрикорпоративной конфиденциальности и разделения доступа.

Одним из важных дополнительных ресурсов повышения уровня контроля информационной безопасности является возможность ведения «журнала событий» для любого документа. Функция фиксации истории документа может быть включена или отключена только при установке системы; при ее включении данный журнал будет вестись независимо от желания пользователя.

Главным достоинством и отличительной особенностью системы является простая и интуитивно понятная реализация функций защиты информации при сохранении традиционной для текстовых процессоров рабочей среды пользователя.

Блок криптографии осуществляет шифрование, а также установку и снятие электронной цифровой подписи (ЭЦП) документов.

Вспомогательные функции блока - загрузка секретного ключа, экспорт и импорт открытых ключей, настройка и ведение справочника ключей абонентов системы.

Таким образом, каждый из имеющих доступ к документу может поставить только свою подпись, но снять - любую из ранее поставленных.

Это отражает принятый порядок делопроизводства, когда по мере прохождения визирования документ может подвергаться правкам на разных этапах, но после этого документ должен быть завизирован заново.

При попытке внести изменения в документ иными, нежели «Лексикон-Верба», средствами, ЭЦП повреждается, в результате в поле «Статус подписи» появится надпись «Повреждена».

Офис

При увеличении числа пользователей системы внесение каждого открытого ключа на каждый компьютер становится затруднительным. Поэтому для организации работы офиса организуется централизованное администрирование справочника открытых ключей. Это делается следующим образом:

1) на компьютере администратора устанавливается «Лексикон-Верба» в локальном режиме. При этом создается справочник открытых ключей, в который администратор добавляет каждый используемый в офисе ключ;

2) на всех остальных компьютерах система устанавливается в сетевом режиме. В этом режиме используется справочник открытых ключей, находящийся на компьютере администратора;

3) каждый новый пользователь, внесенный администратором в справочник, становится «виден» всем пользователям, подключенным к справочнику. С этого момента они получают возможность передавать ему зашифрованные документы.

Администрирование справочника становится централизованным, но на уровень безопасности системы это не влияет, так как предоставление доступа к открытым ключам - это своеобразное «знакомство» пользователей, но доступа к каким-либо документам оно не дает. Для получения пользователем возможности расшифровки документа необходимо, чтобы его открытый ключ не только находился в справочнике, но и был явно указан как имеющий доступ к документу.