Основной целью применения SSL сертификатов является шифрование данных, передаваемых на сервер от клиента и клиенту от сервера. Для обеспечения безопасности такого соединения современные браузеры используют алгоритм TLS, основанный на сертификатах формата X.509. Данный алгоритм применяет ассиметричное шифрование, чтобы создать ключ сессии для симмертичного шифрования. Последнее используется непосредственно для передачи данных после установления защищенного соединения.
Что такое ключ в криптографии?
Ключ в криптографии представляет собой секретную информацию, которая применяется в криптографии для шифрования и декодирования сообщений, для простановки цифровой подписи и ее проверки, для вычисления кодов аутентичности сообщений и прочее. Насколько ключ надежен определяется так называемой длиной ключа, которая измеряется в битах. Стандартной длиной ключа для SSL сертификатов считается 128 или 256 бит. Длина ключа сертификата корневого центра сертификации (root certificate) не должна быть ниже 4096 бит. Все центры сертификации, с которыми мы сотрудничаем, предоставляют SSL сертификаты с ключом, полностью соответствующим современным стандартам:Открытый и закрытый ключ в ассиметричном шифровании
В ассиметричном шифровании применяется пара ключей : открытый (Public key) и закрытый , также называемый секретным (Private key ). Открытый и закрытый ключи в данном случае позволяют криптографическому алгоритму шифровать и дешифровать сообщение. При этом сообщения, зашифрованные открытым ключом, расшифровать можно только с помощью закрытого ключа. Открытый ключ публикуется в сертификате владельца и доступен подключившемуся клиенту, а закрытый – хранится у владельца сертификата. Открытый и закрытый ключ между собой связаны математическими зависимостями, поэтому подобрать открытый или закрытый ключ невозможно за короткое время (срок действия сертификата). Именно поэтому максимальный срок действия SSL сертификатов более высого уровня защиты всегда ниже. Так, можно заказать максимум на 2 года. При этом заказывая новый SSL сертификат или продлевая старый, важно генерировать новый CSR запрос, так как к нему привязывается Ваш закрытый ключ и при выпуске нового SSL сертификата лучше его обновлять. Взаимодействие клиента с сервером происходит следующим образом:- браузер на основе открытого ключа шифрует запрос и отправляет его на сервер;
- сервер, применяя закрытый ключ, расшифровывает полученное сообщение;
- сервер шифрует закрытым ключом свой цифровой идентификатор и передает его клиенту;
- клиент сверяет идентификатор сервера и передает свой;
- после взаимной аутентификации клиент шифрует открытым ключом ключ будущей сессии и передает его на сервер;
- все последующие сообщения, которые передаются между клиентом и сервером, подписываются ключом сессии и шифруются с использованием открытого и закрытого ключа.
- исключается возможность утечки информации – при перехвате её нельзя будет расшифровать;
- сервер подтверждает свой адрес и идентификатор, отсекается возможность перенаправления на другой сайт (фишинг);
- клиенту присваивается индивидуальная сессия, что позволяет отличать его от других клиентов более надежно;
- после установки защищенной сессии все сообщения шифруются с использованием идентификатора клиента, и не могут быть незаметно перехвачены или изменены.
В общем случае шифрование открытым и закрытым ключом можно рассматривать как кейс, для которого используются два ключа: одним можно только закрыть, другим – открыть. Если кейс закрыли первым ключом, открыть его может только второй, если закрыли вторым, чтобы открыть – потребуется первый. Наглядно это можно увидеть на схеме выше.
открытым ключом
, заметил, что это
требование отрицает всю суть криптографии, а именно возможность
поддерживать всеобщую секретность при коммуникациях.Второй задачей является необходимость создания таких механизмов, при использовании которых невозможно было бы подменить кого-либо из участников, т.е. нужна цифровая подпись . При использовании коммуникаций для решения широкого круга задач, например в коммерческих и частных целях, электронные сообщения и документы должны иметь эквивалент подписи, содержащейся в бумажных документах. Необходимо создать метод, при использовании которого все участники будут убеждены, что электронное сообщение было послано конкретным участником. Это более сильное требование, чем аутентификация .
Диффи и Хеллман достигли значительных результатов, предложив способ решения обеих задач, который радикально отличается от всех предыдущих подходов к шифрованию.
Сначала рассмотрим общие черты алгоритмов шифрования с открытым ключом и требования к этим алгоритмам. Определим требования, которым должен соответствовать алгоритм , использующий один ключ для шифрования, другой ключ - для дешифрования , и при этом вычислительно невозможно определить дешифрующий ключ , зная только алгоритм шифрования и шифрующий ключ .
Кроме того, некоторые алгоритмы, например RSA , имеют следующую характеристику: каждый из двух ключей может использоваться как для шифрования, так и для дешифрования .
Сначала рассмотрим алгоритмы, обладающие обеими характеристиками, а затем перейдем к алгоритмам открытого ключа , которые не обладают вторым свойством.
При описании симметричного шифрования и шифрования с открытым ключом будем использовать следующую терминологию. Ключ , используемый в симметричном шифровании , будем называть секретным ключом . Два ключа, используемые при шифровании с открытым ключом , будем называть открытым ключом и закрытым ключом . Закрытый ключ держится в секрете, но называть его будем закрытым ключом , а не секретным, чтобы избежать путаницы с ключом, используемым в симметричном шифровании . Закрытый ключ будем обозначать KR , открытый ключ - KU .
Будем предполагать, что все участники имеют доступ к открытым ключам друг друга, а закрытые ключи создаются локально каждым участником и, следовательно, распределяться не должны.
В любое время участник может изменить свой закрытый ключ и опубликовать составляющий пару открытый ключ , заменив им старый открытый ключ .
Диффи и Хеллман описывают требования, которым должен удовлетворять алгоритм шифрования с открытым ключом .
- Вычислительно легко создавать пару (открытый ключ KU, закрытый ключ KR ).
- Вычислительно легко, имея открытый ключ и незашифрованное сообщение М , создать соответствующее зашифрованное сообщение:
- Вычислительно легко дешифровать сообщение, используя закрытый
ключ
:
М = D KR [C] = D KR ]
- Вычислительно невозможно, зная открытый ключ KU , определить закрытый ключ KR .
- Вычислительно невозможно, зная открытый ключ
KU
и зашифрованное
сообщение С
, восстановить исходное сообщение М
.
Можно добавить шестое требование, хотя оно не выполняется для всех алгоритмов с открытым ключом :
- Шифрующие и дешифрующие функции могут применяться в любом порядке:
М = Е KU ]
Это достаточно сильные требования, которые вводят понятие . Односторонней функцией называется такая функция, у которой каждый аргумент имеет единственное обратное значение, при этом вычислить саму функцию легко, а вычислить обратную функцию трудно.
Обычно "легко" означает, что проблема может быть решена за полиномиальное время от длины входа. Таким образом, если длина входа имеет n битов, то время вычисления функции пропорционально n a , где а - фиксированная константа. Таким образом, говорят, что алгоритм принадлежит классу полиномиальных алгоритмов Р. Термин "трудно" означает более сложное понятие. В общем случае будем считать, что проблему решить невозможно, если усилия для ее решения больше полиномиального времени от величины входа. Например, если длина входа n битов, и время вычисления функции пропорционально 2 n , то это считается вычислительно невозможной задачей. К сожалению, тяжело определить, проявляет ли конкретный алгоритм такую сложность. Более того, традиционные представления о вычислительной сложности фокусируются на худшем случае или на среднем случае сложности алгоритма. Это неприемлемо для криптографии, где требуется невозможность инвертировать функцию для всех или почти всех значений входов.
Вернемся к определению односторонней функции с люком , которую, подобно односторонней функции , легко вычислить в одном направлении и трудно вычислить в обратном направлении до тех пор, пока недоступна некоторая дополнительная информация. При наличии этой дополнительной информации инверсию можно вычислить за полиномиальное время. Таким образом, односторонняя функция с люком принадлежит семейству односторонних функций f k таких, что
Мы видим, что разработка конкретного алгоритма с открытым ключом зависит от открытия соответствующей односторонней функции с люком .
Криптоанализ алгоритмов с открытым ключом
Как и в случае симметричного шифрования , алгоритм шифрования с открытым ключом уязвим для лобовой атаки. Контрмера стандартная: использовать большие ключи.
Криптосистема с открытым ключом применяет определенные неинвертируемые математические функции . Сложность вычислений таких функций не является линейной от количества битов ключа, а возрастает быстрее, чем ключ. Таким образом, размер ключа должен быть достаточно большим, чтобы сделать лобовую атаку непрактичной, и достаточно маленьким для возможности практического шифрования. На практике размер ключа делают таким, чтобы лобовая атака была непрактичной, но в результате скорость шифрования оказывается достаточно медленной для использования алгоритма в общих целях. Поэтому шифрование с открытым ключом в настоящее время в основном ограничивается приложениями управления ключом и подписи, в которых требуется шифрование небольшого блока данных.
Другая форма атаки состоит в том, чтобы найти способ вычисления закрытого ключа , зная открытый ключ . Невозможно математически доказать, что данная форма атаки исключена для конкретного алгоритма открытого ключа . Таким образом, любой алгоритм, включая широко используемый алгоритм RSA , является подозрительным.
Наконец, существует форма атаки, специфичная для способов использования систем с открытым ключом . Это атака вероятного сообщения. Предположим, например, что посылаемое сообщение состоит исключительно из 56-битного ключа сессии для алгоритма симметричного шифрования. Противник может зашифровать все возможные ключи , используя открытый ключ , и может дешифровать любое сообщение, соответствующее передаваемому зашифрованному тексту. Таким образом, независимо от размера ключа схемы открытого ключа , атака сводится к лобовой атаке на 56-битный симметричный ключ . Защита от подобной атаки состоит в добавлении определенного количества случайных битов в простые сообщения.
Основные способы использования алгоритмов с открытым ключом
Основными способами использования алгоритмов с открытым ключом являются шифрование/ дешифрование , создание и проверка подписи и обмен ключа.
Шифрование с открытым ключом состоит из следующих шагов:
Рис.
7.1.
- Пользователь В создает пару ключей KU b и KR b , используемых для шифрования и дешифрования передаваемых сообщений.
- Пользователь В делает доступным некоторым надежным способом свой ключ шифрования, т.е. открытый ключ KU b . Составляющий пару закрытый ключ KR b держится в секрете.
- Если А хочет послать сообщение В , он шифрует сообщение, используя открытый ключ В KU b .
- Когда В получает сообщение, он дешифрует его, используя свой закрытый ключ KR b . Никто другой не сможет дешифровать сообщение, так как этот закрытый ключ знает только В .
Если пользователь (конечная система) надежно хранит свой закрытый ключ , никто не сможет подсмотреть передаваемые сообщения.
Создание и проверка подписи состоит из следующих шагов:
Рис. 7.2.
- Пользователь А создает пару ключей KR A и KU A , используемых для создания и проверки подписи передаваемых сообщений.
- Пользователь А делает доступным некоторым надежным способом свой ключ проверки, т.е.
Криптографические ключи могут отличатся друг от друга по своей длине, что следовательно и по силе данного ключа. Чем больше длина ключа, тем больше возможных комбинаций подбора. К примеру, если использовать ключ длины 128 битов, то ключ будет один из 2128 возможных вариантов. Похититель скорее всего выиграет в лотерею, чем подберет возможный ключ. На стандартном домашнем ПК для ключа длиной 40 бит нужно потратить 6 часов времени для перебора всех возможных. При этом даже ключи с длиной 128 бит могут быть уязвимыми, и профессионалы могут их взломать.
Надежность симметрической на прямую зависит от стойкости длины ключа и алгоритма при шифровании. Если к примеру что алгоритм идеален, то дешифровать его можно только методом перебора всех ключей. Для реализации такого метода нужно немного шифротекста, и открытый текст. К примеру если длина ключа 128 бит, то суперкомпьютеру понадобится 1025 лет для перебора всех ключей. Сразу возникает вопрос, почему не использовать длину ключа over9999, или же в 4000 байт.
При этом криптография очень тонкая наука, там где мы захотим повысить надежность, мы можем минимальными изменениями в алгоритме наоборот понизить. При проверки стойкости алгоритма шифрования, проверяют условия при котором злоумышленник может получить достаточное количество открытого текста или шифротекста. К счастью, в реалиях существует очень мало людей, которые действительно обладают высокой квалификацией что бы реализовать удачные атаки для дешифрования данных.
Многие алгоритмы шифрования с открытым ключом реализуют функции разложения на множители числа, которое является произведением двух больших простых чисел. в 70-х годах для разложения числа из 125 цифр нужно было десятки квадрильонов лет. На сегодня это не состоит большого времени. Выше был задан вопрос, почему же не использовать overr9999 длинные ключи, ведь тогда не будет повставать вопрос со стойкостью и надежностью. Нужно учитывать не только надежность и секретность, но и время ценности информации и время затраченное на реализацию такого шифрования. К примеру информация потеряет ценность через 10 лет, а мы потратили финансовые ресурсы которые окупятся только через 20 лет, где логика?
Для оценки открытого ключа, нужно измерять криптоаналитическую вычислительную силу в мопс-годах. Это количество операций в секунду, которые выполняются за год. К примеру корпорации имеют — 107 мопс-лет, а правительство 109-мопс лет. На рис.1. видно сколько нужно времени для разложении разных по длине чисел. Зачастую все таки ценную информацию шифруют на долгое время. Идея потратить пару месяцев на разложение большого числа на множителя ради того, что бы получить возможность делать покупки чужой кредитной карточкой есть привлекательной. Рекомендуемая длина открытых ключей показана на рис.2.
Рисунок — 1
Рисунок — 2
Криптоаналитическая атака против алгоритмов шифрования традиционно направлена на самое тонкое или уязвимое место алгоритма. Обычно на предприятиях используют гибридные системы, это системы с использованием открытого и закрытого ключа. Стойкость каждого алгоритма должна соответствовать достаточной надежности. На рис.3. показаны пары длин ключей для несиметричного и симметричного алгоритмов.
Ключ шифрования – это тайная информация (набор цифр и букв), которая используется алгоритмом для шифрования и расшифровки информации.
Надёжность ключа зависит от его длины в битах. В технологии SSL используют шифры 4096 бит для корневого сертификата и 128–256 бит для клиентских. Такая длина достаточна для безопасной передачи данных.
Протокол SSL использует асимметричное шифрование или шифрование с открытым ключом для установки соединения. Несмотря на название, здесь используются 2 ключа: открытый и закрытый. Оба формируются при запросе SSL-сертификата.
Открытый (публичный ключ) доступен всем. Используется для шифрования данных при обращении браузера к серверу.
Закрытый (секретный ключ) известен только владельцу сайта. Используется для расшифровки данных, отправленных браузером.
Шифрование с двумя ключами разного типа гарантирует сохранность информации. Даже если мошенник перехватит трафик, не сможет расшифровать его без закрытого ключа.
Однако асимметричный алгоритм ресурсоемок, а скорость шифрования на 2-3 порядка ниже симметричного алгоритма. Поэтому в SSL-технологии шифрование с открытым ключом используется только для согласования секретного симметричного ключа . С его помощью устанавливается защищённое HTTPS-соединение – данные передаются быстро и безопасно.
Сразу использовать симметричное шифрование ненадежно. В этом алгоритме один и тот же ключ шифрует и расшифровывает информацию. Посетитель сайта и владелец сервера должны договориться о нем без свидетелей.
Передать по почте, телефону или смской не получится – перехватят или подслушают.
Значит, нужно отправить симметричный ключ в зашифрованном сообщении . Но сначала убедиться, что его получит правильный адресат.
- Чтобы аутентифицировать сервер, браузер посетителя проверяет, подписан ли SSL-сертификат сертификатом доверенного центра.
- Чтобы договориться о симметричном ключе шифрования сервер и браузер используют асимметричное шифрование с открытым ключом.
Рассмотрим этот процесс на примере реальных ключей:
Боб отправляет Алисе замок, ключ от которого есть только у него.
Замок здесь – публичный ключ.
Алиса закрывает замком Боба ящик с секретом и посылает обратно.
Так же браузер шифрует сообщение с помощью публичного ключа и передаёт на сервер.
Открыть ящик не сможет никто: ни сама Алиса, ни сотрудники почты.
Мошенник точно так же не может расшифровать сообщение браузера без закрытого ключа.
Боб получает ящик, открывает своим единственным ключом и узнаёт секрет.
Сервер расшифровывает сообщение закрытым ключом, который есть только у него.
Как Алиса и Боб ведут тайную переписку, так браузер и сервер устанавливают защищённое HTTPS-соединение и обмениваются данными.
(MAC). При использовании одного и того же алгоритма результат шифрования зависит от ключа. Для современных алгоритмов сильной криптографии утрата ключа приводит к практической невозможности расшифровать информацию.
Для современных симметричных алгоритмов (AES , CAST5 , IDEA , Blowfish , Twofish) основной характеристикой криптостойкости является длина ключа. Шифрование с ключами длиной 128 бит и выше считается сильным , так как для расшифровки информации без ключа требуются годы работы мощных суперкомпьютеров. Для асимметричных алгоритмов, основанных на проблемах теории чисел (проблема факторизации - RSA , проблема дискретного логарифма - Elgamal) в силу их особенностей минимальная надёжная длина ключа в настоящее время - 1024 бит. Для асимметричных алгоритмов, основанных на использовании теории эллиптических кривых (ECDSA , ГОСТ Р 34.10-2001 , ДСТУ 4145-2002), минимальной надёжной длиной ключа считается 163 бит, но рекомендуются длины от 191 бит и выше.
Классификация ключей
Криптографические ключи различаются согласно алгоритмам, в которых они используются.
- Секретные (Симметричные) ключи - ключи, используемые в симметричных алгоритмах (шифрование, выработка кодов аутентичности). Главное свойство симметричных ключей: для выполнения как прямого, так и обратного криптографического преобразования (шифрование/расшифровывание, вычисление MAC/проверка MAC) необходимо использовать один и тот же ключ (либо же ключ для обратного преобразования легко вычисляется из ключа для прямого преобразования, и наоборот). С одной стороны, это обеспечивает более высокую конфиденциальность сообщений, с другой стороны, создаёт проблемы распространения ключей в системах с большим количеством пользователей.
- Асимметричные ключи
- ключи, используемые в асимметричных алгоритмах (шифрование, ЭЦП); вообще говоря, являются ключевой парой
, поскольку состоят из двух ключей:
- Закрытый ключ (en:Private key) - ключ, известный только своему владельцу. Только сохранение пользователем в тайне своего закрытого ключа гарантирует невозможность подделки злоумышленником документа и цифровой подписи от имени заверяющего.
- Открытый ключ (en:Public key) - ключ, который может быть опубликован и используется для проверки подлинности подписанного документа, а также для предупреждения мошенничества со стороны заверяющего лица в виде отказа его от подписи документа. Открытый ключ подписи вычисляется, как значение некоторой функции от закрытого ключа, но знание открытого ключа не дает возможности определить закрытый ключ.
Главное свойство ключевой пары: по секретному ключу легко вычисляется открытый ключ, но по известному открытому ключу практически невозможно вычислить секретный. В алгоритмах ЭЦП подпись обычно ставится на секретном ключе пользователя, а проверяется на открытом. Таким образом, любой может проверить, действительно ли данный пользователь поставил данную подпись. Тем самым асимметричные алгоритмы обеспечивают не только целостность информации, но и её аутентичность. При шифровании же наоборот, сообщения шифруются на открытом ключе, а расшифровываются на секретном. Таким образом, расшифровать сообщение может только адресат и больше никто (включая отправителя). Использование асимметричных алгоритмов снимает проблему распространения ключей пользователей в системе, но ставит новые проблемы: достоверность полученных ключей. Эти проблемы более-менее успешно решаются в рамках инфраструктуры открытых ключей (PKI).
- Сеансовые (сессионные) ключи - ключи, вырабатываемые между двумя пользователями, обычно для защиты канала связи. Обычно сеансовым ключом является общий секрет - информация, которая вырабатывается на основе секретного ключа одной стороны и открытого ключа другой стороны. Существует несколько протоколов выработки сеансовых ключей и общих секретов, среди них, в частности, алгоритм Диффи - Хеллмана .
- Подключи - ключевая информация, вырабатываемая в процессе работы криптографического алгоритма на основе ключа. Зачастую подключи вырабатываются на основе специальной процедуры развёртывания ключа.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Ключ (криптография)" в других словарях:
Ключ: В Викисловаре есть статья «ключ» Ключ, родник место, где подземные воды вытекают на поверхность земли … Википедия
Ключ инструмент для открывания замка. Гаечный ключ, разводной ключ инструмент для откручивания болтовых соединений. Ключ (криптография) информация, используемая алгоритмом для преобразования сообщения при шифровании или расшифровании. Ключ… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Ключ (значения). Ключ в замочной скважине В … Википедия
- (греч., от kryptos тайный, и grapho пишу). Писание условными знаками (шифрованное), известное только тем лицам, которые получают особый для чтения ключ. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КРИПТОГРАФИЯ… … Словарь иностранных слов русского языка
Немецкая криптомашина Lorenz использовалась во время Второй мировой войны для шифрования самых секретных сообщений Криптография (от др. греч … Википедия
Основная статья: История криптографии Фотокопия телеграммы Циммермана Во время первой мировой войны криптография, и, в особенности, криптоанализ становится одним из инструментов ведения войны. Известны факты … Википедия
Содержание 1 Российская империя 1.1 Армия 1.2 Флот 2 Британская империя 3 Ф … Википедия
КРИПТОГРАФИЯ - (от греч. «криптос» тайный, скрытый) искусство письма секретными кодами и их дешифровка. Отсюда произошло понятие «криптограмма», т. е. что либо написанное шифром или в другой форме, которая понятна только тому, кто имеет к написанному ключ. В… … Символы, знаки, эмблемы. Энциклопедия
Криптография с открытым ключом/PUBLIC KEY CRYPTOGRAPHY - разработана Уайтфильдом Диффи (Whitfielf Diffi). Использует пару ключей, причем каждая пара обладает следующими свойствами: что либо зашифрованное одним из них может быть расшифровано с помощью другого; имея один ключ из пары, называемый открытым … Толковый словарь по информационному обществу и новой экономике
У этого термина существуют и другие значения, см. Ключ. Ключ в замочной скважине … Википедия