при каком шифровании используется открытый ключ

Шифрование с открытым ключом

Криптографическая система с открытым ключом (или Асимметричное шифрование, Асимметричный шифр) — система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу, и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭЦП и для расшифрования сообщения используется секретный ключ. [1] Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в протоколах SSL (лежащих в основе SSH. Также используется в S/MIME.

Содержание

Идея криптосистемы с открытым ключом

Понять идеи и методы криптографии с открытым ключом помогает следующий пример — хранение паролей в компьютере. Каждый пользователь в сети имеет свой пароль. При входе, он указывает имя и вводит секретный пароль. Но если хранить пароль на диске компьютера, то кто-нибудь его может считать (особенно легко это сделать администратору этого компьютера) и получить доступ к секретной информации. Для решения задачи используется односторонняя функция. При создании секретного пароля в компьютере сохраняется не сам пароль, а результат вычисления функции от этого пароля и имени пользователя. Например, пользователь Алиса придумала пароль «Гладиолус». При сохранении этих данных вычисляется результат функции f (АЛИСАГЛАДИОЛУС), пусть результатом будет строка РОМАШКА, которая и будет сохранена в системе. В результате файл паролей примет следующий вид:

Вход в систему теперь выглядит так:

Когда Алиса вводит «секретный» пароль, компьютер проверяет, даёт или нет функция, применяемая к АЛИСАГЛАДИОЛУС, правильный результат РОМАШКА, хранящийся на диске компьютера. Стоит изменить хотя бы одну букву в имени или в пароле, и результат функции будет совершенно другим. «Секретный» пароль не хранится в компьютере ни в каком виде. Файл паролей может быть теперь просмотрен другими пользователями без потери секретности, так как функция необратимая.

В предыдущем примере используется односторонняя функция без лазейки, поскольку не требуется по зашифрованному сообщению получить исходное. В следующем примере рассматривается схема с возможностью восстановить исходное сообщение с помощью «лазейки», то есть труднодоступной информации. Для шифрования текста можно взять большой абонентский справочник, состоящий из нескольких толстых томов (по нему очень легко найти номер любого жителя города, но почти невозможно по известному номеру найти абонента). Для каждой буквы из шифруемого сообщения выбирается имя, начинающееся на ту же букву. Таким образом букве ставится в соответствие номер телефона абонента. Отправляемое сообщение, например «КОРОБКА», будет зашифровано следующим образом:

Криптотекстом будет являться цепочка номеров, записанных в порядке их выбора в справочнике. Чтобы затруднить расшифровку, следует выбирать случайные имена, начинающиеся на нужную букву. Таким образом исходное сообщение может быть зашифровано множеством различных списков номеров (криптотекстов).

Примеры таких криптотекстов:

Чтобы расшифровать текст, надо иметь справочник, составленный согласно возрастанию номеров. Этот справочник является лазейкой (секрет, который помогает получить начальный текст), известной только легальным пользователям. Не имея на руках копии справочника, криптоаналитик затратит очень много времени на расшифровку. [2]

Схема шифрования с открытым ключом

Ниже показана схема передачи информации лицом А лицу В. Они могут быть как физическими лицами, так и организациями и так далее. Но для более лёгкого восприятия принято участников передачи отождествлять с людьми, чаще всего именуемых Алиса и Боб. Участника, который стремится перехватить и расшифровать сообщения Алисы и Боба, чаще всего называют Евой.

Научная основа

Начало асимметричным шифрам было положено в работе «Новые направления в современной криптографии» Уитфилда Диффи и Мартина Хеллмана, опубликованной в 1976 году. Находясь под влиянием работы Ральфа Меркле (Ralph Merkle) о распространении открытого ключа, они предложили метод получения секретных ключей, используя открытый канал. Этот метод экспоненциального обмена ключей, который стал известен как обмен ключами Диффи-Хеллмана, был первым опубликованным практичным методом для установления разделения секретного ключа между заверенными пользователями канала. В 2002 году Хеллман предложил называть данный алгоритм «Диффи — Хеллмана — Меркле», признавая вклад Меркле в изобретение криптографии с открытым ключом. Эта же схема была разработана Малькольмом Вильямсоном в 1970-х, но держалась в секрете до 1997 года. Метод Меркле по распространению открытого ключа был изобретён в 1974 году и опубликован в 1978, его также называют загадкой Меркле.

В 1977 году учёными Рональдом Райвестом (Ronald Linn Rivest), Ади Шамиром (Adi Shamir) и Леонардом Адлеманом (Leonard Adleman) из Массачусетского Технологического Института (MIT) был разработан алгоритм шифрования, основанный на проблеме о разложении на множители. Система была названа по первым буквам их фамилий. Эта же система была изобретена Клиффордом Коксом (Clifford Cocks) в 1973 году, работавшим в центре правительственной связи (GCHQ). Но эта работа хранилась лишь во внутренних документах центра, поэтому о её существовании было не известно до 1977 года.

Вообще, в основу известных асимметричных криптосистем кладётся одна из сложных математических проблем, которая позволяет строить односторонние функции и функции-лазейки. Например, криптосистемы Меркля — Хеллмана и Хора — Ривеста опираются на так называемую задачу об укладке рюкзака.

Основные принципы построения криптосистем с открытым ключом

Криптография с несколькими открытыми ключами

Преимущество этой схемы заключается в том, что для её реализации нужно только одно сообщение и n ключей (в схеме с n агентами). Если передаются индивидуальные сообщения, то есть используются отдельные ключи для каждого агента (всего n ключей) и каждого сообщения, то для передачи сообщений всем различным подмножествам требуется 2 n − 2 ключей.

Недостатком такой схемы является то, что необходимо также широковещательно передавать подмножество агентов (список имён может быть внушительным), которым нужно передать сообщение. Иначе каждому из них придется перебирать все комбинации ключей в поисках подходящей. Также агентам придется хранить немалый объём информации о ключах. [4]

Криптоанализ алгоритмов с открытым ключом

Казалось бы, что криптосистема с открытым ключом — идеальная система, не требующая безопасного канала для передачи ключа шифрования. Это подразумевало бы, что два легальных пользователя могли бы общаться по открытому каналу, не встречаясь, чтобы обменяться ключами. К сожалению, это не так. Рисунок иллюстрирует, как Ева, выполняющая роль активного перехватчика, может захватить систему (расшифровать сообщение, предназначенное Бобу) без взламывания системы шифрования.

Также задачу разложения потенциально можно решить с помощью Алгоритма Шора при использовании достаточно мощного квантового компьютера.

Особенности системы

Применение

Алгоритмы криптосистемы с открытым ключом можно использовать [7]

Преимущества

Недостатки

Виды симметричных шифров

Виды асимметричных шифров

Примечания

См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Шифрование с открытым ключом» в других словарях:

шифрование с открытым ключом — Система шифрования, использующая асиметричные ключи (для шифрования/дешифрования), в которой ключи имеют математические соотношения друг с другом, которые нельзя вычислить явным способом. (МСЭ Т Н.235.0, МСЭ Т Н.235). [http://www.iks… … Справочник технического переводчика

шифрование с несекретным (открытым) ключом — — [[http://www.rfcmd.ru/glossword/1.8/index.php?a=index d=23]] Тематики защита информации EN non secret encryption … Справочник технического переводчика

Криптосистема с открытым ключом — Криптографическая система с открытым ключом (или асимметричное шифрование, асимметричный шифр) система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному … Википедия

Быстрые криптосистемы с открытым ключом — Быстрая криптосистема с открытым ключом (англ. Fast public key cryptosystem) или лёгкая криптосистема с открытым ключом (англ. Lightweight public key cryptosystem) асимметричная криптосистема, используемая в устройствах с… … Википедия

Быстрая криптосистема с открытым ключом — (англ. Fast public key cryptosystem) или лёгкая криптосистема с открытым ключом (англ. Lightweight public key cryptosystem) асимметричная криптосистема, используемая в устройствах с ограниченными ресурсами. Обычные криптографические алгоритмы… … Википедия

Криптографическая система с открытым ключом — (или Асимметричное шифрование, Асимметричный шифр) система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу, и используется для… … Википедия

шифрование с общедоступными ключами — шифрование с открытым ключом — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы шифрование с открытым ключом EN public key cryptography … Справочник технического переводчика

Шифрование — Шифрование преобразование информации в целях сокрытия от неавторизованных лиц, с предоставлением, в это же время, авторизованным пользователям доступа к ней. Главным образом, шифрование служит задаче соблюдения конфиденциальности… … Википедия

шифрование методом РША (Ривеста Шамира Адлемана) — Метод шифрования, предложенный Ривестом, Шамиром и Адлеманом, при котором ключ, используемый для шифрования, не совпадает с ключом для дешифрирования (последний должен быть известен получателю); по этой причине данный метод относят к методам… … Справочник технического переводчика

Хеллман, Мартин — Мартин Хеллман Мартин Хеллман (Martin E. Hellman; род. 2 октября 1945) американский криптограф. Получил известность благодаря разработке первой асимметричной криптосистемы в соавторстве с Уитфилдом Диффи и Ральфом Мерклем (1976г). Один из… … Википедия

Источник

Асимметричное шифрование на практике

Приветствую вас, хабравчане!

Проблемы безопасности — это слабое место большинства из нас. Всем нам неприятно сталкиваться и тем более терять что—то ценное из—за случайного клика мышью. И именно поэтому я решила поделиться найденными материалами с вами.

В стремлении развеять наиболее часто задаваемый вопрос — почему будут атаковать меня? Кому я нужен? — мы начнем статью именно с него.

Нужно учитывать, что атаковать вас может не только человек. Это может делать, например, бот.
Каждый из нас подключен к интернет провайдеру. А на него, скорее всего, происходят атаки буквально каждый день. Замечали у себя на почте раздел «спам»? В каждом таком письме потенциально есть фишинговая атака. Это атака не персонально на вас. Это масштабная атака, ориентированная на широкий круг лиц. Мы потенциально жертвы.

Чаще всего их цель — деньги. Как они могут их получить?

Например, использовать ваш компьютер в качестве web сервера, красть ваш контент, производить email атаки, деятельность в ботнете, кража аккаунтов, атаки с целью вымогательства. Да и email аккаунт — потенциально важная вещь, потому что все мы достаточно часто используем один и тот же пароль на нескольких сервисах.

Время дорого, и мы хотим тратить как можно меньше времени на вопросы, связанные с безопасностью.

И поэтому первое, что нужно сделать — это ответить для себя на несколько вопросов:

Окей, мы определились с тем, что нам необходимо защитить. Следующий шаг — выбор метода защиты.

Да, разумеется, в мире существует множество атак и защититься от всех просто невозможно.
Поэтому мы рассмотрим один из наиболее эффективных инструментов — шифрование.

Что такое шифрование?

Чтобы сделать правильный выбор в области безопасности, вам нужно понимать, что такое шифрование. Не обязательно знать хардкорную математику. Достаточно понять на базовом уровне. Это один из лучших и незаменимых инструментов в нашем арсенале.

Шифрование — это метод преобразования данных, пригодных для чтения человеком, в форму, которую человек не сможет прочитать. За счет этого данные остаются конфиденциальными и приватными.

Дешифрование — обратная операция. Преобразование нечитаемых данных в читаемые.

Окей, где это применяется? На самом деле во многих местах. Например, обращали внимание на протокол «https»? Именно за счет него ваши данные не может перехватить 3-й человек во время вашего лазания в интернете. Объясню подробнее. Вы заходите на сайт «www.google.com», делаете любой запрос. При этом все данные, которые необходимы для отображения выдачи результатов, передаются с помощью протокола «https». А значит, если какой-либо человек решит просмотреть данные о вашем трафике (атака Man In the Middle), то он увидит лишь то, что вы зашли на Google. В придачу он получит множество зашифрованных пакетов. То есть можно сказать, что он не получит ничего.

Но вернемся к базовой теории. В процессе шифрования участвуют 2 основных компонента — алгоритм и ключ.

Алгоритм — это в каком-то смысле замок, который позволяет хранить ваши данные в тайне. За счет него происходит преобразование текста.

Ключ — это, уж простите за тавтологию, ключ от замка. Кусочек уникальных данных, с помощью которых происходит преобразование текста

Хм, хорошо. Едем дальше. Слегка повысим напряжение.

Виды шифрования

Как еще мы можем использовать шифрование в своих, корыстных целях? Для простоты понимания мы рассмотрим шифрование архива. При архивации во многих архиваторах присутствует возможность установить пароль. При этом архиватор использует какой-либо алгоритм для шифрования. И чаще всего это симметричный алгоритм.

Симметричное шифрование

Симметричный алгоритм шифрования — алгоритм, при котором для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ. Ярким и, в то же простым примером, будет шифр Цезаря.

Вся работа этого алгоритма заключается в том, чтобы изменить символ на другой с определенным шагом.

Например, при смещении в 5 символов, символ, который стоит на первой позиции заменить на символ 6 позиции и так далее.

Наиболее стойким на данный момент считается алгоритм AES (Advanced Encryption Standard).
Стоит упомянуть еще один момент — мощность пароля. Мощность пароля измеряется в битах. Одним из наиболее распространенных решений является 128 или 256 бит. Это то количество бит, которое будет выделено для пароля. Так же это число означает количество паролей, которое вы можете получить при данном алгоритме шифрования. Но чем больше длина ключа, тем медленнее протекает процесс шифрования или дешифрования.

Но чаще всего используется асимметричное шифрование

И так, мы зашифровали письмо, но как его отправить нашему другу? Отправлять в соц. сетях или текстовым сообщением — не самая лучшая затея. Как и говорить его по телефону.

И это приводит нас к новому типу шифрования.

В ассиметричном шифровании используется 2 ключа — открытый и закрытый(тайный).
Открытый ключ для шифрования, закрытый — для дешифрования.

Какие алгоритмы позволяют пользоваться этой технологией?

Так как во мне есть жилка программиста, а также любовь к математике, то я просто не могу не рассказать о том, как все работает «под капотом»

Рассмотрим на примере алгоритма RSA.

Первое, что нам необходимо сделать — сгенерировать открытый и закрытый ключи. Последовательность действий примерно такая:

1) Мы выбираем два простых числа. Желательно, чтобы они были достаточно близкими

2) Вычисляем их произведение, а также функцию Эйлера

n = p * s
f = (p — 1) * (s — 1)

3) Теперь наиболее затратная по времени часть — выбор экспоненты и произвольного коэффициента.

Дело в том, что при выбранных коэффициентах значение «d» должно быть целым. «d» — необходимая составляющая алгоритма

e = 5
k = 9
d = (k * f + 1)/e

Теперь наш открытый ключ (для шифрования сообщения) состоит из значений переменных «e» и «n», а закрытый ключ (для дешифрования) из значений «d» и «n».
То есть в нашем случае…

Тогда шифрование сообщения происходит по формуле: crypt = m^e%n.
А дешифрование: decrypt = crypt^d%n.

Ну и с точки зрения программиста, мы можем использовать эту информацию следующим образом:

Теперь, зная теорию, плюсы и минусы алгоритма, а также для чего вообще нужно им пользоваться, мы можем говорить о практическом применении.

Среди всех найденных программ, наиболее удобной мне показалась gpg4usb.

Данная программа использует PGP шифрование. Почему я рекомендую использовать именно его?

Все просто. Этот тип шифрования до сих пор еще не удалось взломать. Никому. Так что пользуйтесь.

Пользоваться программой достаточно просто. Нужно лишь знать куда нажимать.
И именно об этом сейчас пойдет речь.

Первое, что необходимо сделать — скачать программу. Вы можете это сделать по ссылке:
ссылка.

Скажу сразу — эта программа кросс—платформенная. То есть вы можете использовать ее как на Windows, так и на Linux.

Второе — это создание пары ключей шифрования.

Это можно сделать, выполнив следующую последовательность действий:

1) Переходим в раздел «Менеджер ключей»

2) Выбираем в верхней панели «Ключ», затем «Генерировать ключ»

Должно выглядеть примерно так:

3) Заполняем необходимые поля. Предупрежу сразу — пароль лучше куда-нибудь записать (или запомнить), потому что он понадобится в последующем для дешифрования сообщения.

Теперь ключ создан, и мы можем приступать непосредственно к шифрованию.

На главном экране присутствует текстовое поле — это наш плацдарм для создания сообщений. В правой боковой панели помечаем галочкой свой ключ.

Введя сообщение в поле, смело нажимаем в верхней панели «Зашифровать».

Поздравляю, вы умеете шифровать сообщения.

Дешифровка происходит аналогично, разве что вместо «Зашифровать» вы пользуетесь кнопкой «Расшифровать».

А теперь момент, который пол часа выносил мне мозг: как передать ключ другу?
Да, мы настроили систему шифрования, и она работает, да, мы можем передать другу открытый ключ и не бояться, что сообщение будет прочитано. Но где его взять?

Как оказалось, все достаточно просто. В окне, в котором мы создавали ключи для шифрования, мы помечаем галочкой нужный ключ и в верхней панели выбираем «Экспорт в файл». Мы получили открытый ключ и можем передавать кому угодно, чтобы получать от него зашифрованные сообщения, которые можем прочитать только мы.

Так, а теперь я хочу получить закрытый ключ (а вдруг буду работать с другого компьютера? Ведь ключи хранятся локально).

Чтобы решить эту задачу, мы вновь возвращаемся на главный экран, в правой боковой панели нажимаем правой кнопкой мыши на нужный ключ и выбираем «Показать свойства ключа». А в открывшемся окне выбираем «Экспортировать Секретный ключ».

Готово, теперь у вас «на руках» открытый и закрытый ключи шифрования, которыми вы можете распоряжаться по своему усмотрению.

Ну и в завершении статьи хочу поделиться полезной методикой: моделирование угроз и оценка рисков.

Первое, что нужно понять — нельзя обеспечить 100% безопасность, как и свести все риски к нулю. Нельзя получить 100% анонимность. Нельзя получить 100% безопасность (разве что не использовать телефон и ПК).

Используя интернет мы так или иначе принимаем риски. Он дает нам шанс расширить свои возможности, но при этом есть риск потери наших данных. Поэтому безопасность — это балансирование между удобством, расширением знаний, комфортом и сохранением уже определенных, важных для нас данных.

Мы должны использовать риск—ориентированный подход.

Риск = уязвимость * угрозы * последствия

Например, кража ноутбука. Что мы можем сделать? Зашифровать весь диск, добавить дополнительные этапы авторизации.

Для обеспечения качественной защиты нужно пройти несколько этапов:

Источник

Шифрование с открытым ключом: Наглядная иллюстрация

Просто и наглядно о сложном: Асимметричная криптография с открытым ключом.

Долгое время традиционная криптография использовала шифрование с тайным или симметричным ключом — один и тот же ключ использовался как для зашифровывания, так и для расшифровки (дешифрования) данных.

Наглядно это можно представить в виде замка, которым запирался сундук с тайным сообщением. Пара одинаковых ключей к этому замку была как у отправителя сообщения ( шифровальщика), так и у получателя ( дешифровальщика).

Разумеется, в действительности никто не отправлял сообщения в запертых сундуках. Тексты, которые надо было зашифровать, особым образом видоизменялись с использованием тайного ключа (шифра) — последовательности символов, которая смешиваясь с передаваемым сообщением особым образом (называемым алгоритмом шифрования), приводила к получению шифровки ( шифротекста) — сообщения, которое невозможно было прочитать, не зная алгоритма и шифра (ключа).

Но для наглядности процесса, мы представим, что наше сообщение помещалось в некий прочный сундук и закрывалось надежным навесным замком, одинаковые ключи от которого были у обеих сторон — отправителя и получателя.

Вот этот ключ, которым запиралось (зашифровывалось) и открывалось (дешифровывалось) сообщение, назывался шифром или тайным симметричным ключом.

Проблема была в том, что при смене ключа (шифра) в целях безопасности, его необходимо было доставить получателю, который зачастую находился далеко и на враждебной территории. Передавать шифр открытыми каналами связи было небезопасно.

Долгое время проблема безопасной передачи нового ключа (шифра) оставалась неразрешенной. Как правило, для этого использовали тайных курьеров, что не гарантировало на 100% того, что шифр (ключ) не попадет к нежелательным лицам, которые смогут им воспользоваться для дешифрования тайных сообщений.

Проблема с ключами была решена только в 1975 году, когда Уитфилд Диффи (Bailey Whitfield ‘Whit’ Diffie) и Мартин Хеллман (Martin E. Hellman) предложили концепцию шифрования с парой ключей: открытым (публичным — public key), который зашифровывает данные, и соответствующим ему закрытым (приватным — private key).

Эта асимметричная система шифрования получила название криптографии с открытым ключом.

Работает эта система так:

Следует отметить, что открытым (публичным) ключом можно только зашифровать сообщение, но расшифровать его уже этим ключом не получится. Для дешифрования нужен только закрытый (приватный) ключ из пары. Так работает алгоритм с асимметричным шифрованием.

Но, вернемся к нашему сундуку с сообщением. Как же теперь наглядно представить асимметричное шифрование? Как так можно — запирать одним ключом, а отпирать другим?

Представим себе навесной замок с двумя замочными скважинами и двумя ключами (см.рис. ниже) — левый ключ (1) через левую замочную скважину (1) может снимать фиксацию с левой половинки дуги замка, освобождая ее и открывая весь замок. Правый ключ (2) через правую замочную скважину (2) может фиксировать правую половинку дуги в замке, тем самым закрывая замок. Но, после закрытия, этот ключ (2) не может уже освободить от фиксации правую часть дуги и тем самым открыть замок.

Первоначально замок с зафиксированной левой половинкой дуги (1) и расфиксированной правой (2), а также с ключом 2 (открытым) доставляется лицу, которое должно отправить тайное послание.

Получив замок и открытый ключ (2), отправитель навешивает его на сундук с тайным посланием и запирает его полученным ключом 2. Теперь сундук закрыт и даже отправитель не может его открыть, поскольку его ключ (2) может только зафиксировать правую часть дуги в замке, но не может освободить от фиксации.

Запертый замком сундук с тайным посланием отправляется получателю, у которого есть ключ (1), снимающий фиксацию правой половинки дуги и тем самым отпирающий замок. Но, другие лица, даже если они будут иметь копию публичного ключа (2), открыть замок не смогут.

Получатель открывает замок ключом (1) и тайное послание прочитано!

Пользуясь терминологией асимметричной криптографии с открытым ключом, ключ 1 — это закрытый (приватный) ключ, а ключ 2 — это открытый (публичный) ключ.

В заключение отметим, что асимметричная криптография с открытым ключом получила широкое распространение, и не только в шифровании шпионских и дипломатических посланий. Асимметричную криптографию используют сайты с поддержкой протокола HTTPS, мессенджеры, wifi-роутеры, банковские системы и многое другое. На основе асимметричной криптографии базируется электронная подпись. Также на асимметричной криптографии построен алгоритм блокчейна, на котором, в свою очередь построены все криптовалюты, включая биткоин.

© Иллюстрации к тексту:

Источник