Главная | Обратная связь

Безопасные хеш-функции

Для использования цифровых подписей необходимы безопасные хеш-функции. Хеш-функция может называться безопасной, если:

• функция является односторонней. Иными словами, функция создает контрольную сумму из информации с невозможностью восстановления информации по контрольной сумме;
• крайне сложно сконструировать два фрагмента информации с получением одинаковой контрольной суммы при выполнении функции.

Второму условию не так-то просто удовлетворить. Рассматриваемые контрольные суммы должны быть меньше по размеру, нежели информация, для обеспечения простоты подписывания, хранения и передачи информации. Если это условие удовлетворяется, то одной и той же контрольной сумме должно соответствовать большое число различных фрагментов информации. Безопасность функций обеспечивается способом связи всех битов в исходных данных со всеми битами контрольной суммы. Таким образом, если один бит информации изменяется, то также изменяется большое количество битов в контрольной сумме.

Безопасные хеш-функции должны обеспечивать создание контрольной суммы длиной, по крайней мере, в 128 бит. Двумя наиболее распространенными безопасными хеш-функциями являются MD5, генерирующая 128-битную контрольную сумму, и SHA, которая производит контрольную сумму длиной 160 бит. Существует множество других хеш-функций, однако большая их часть признана небезопасными. В MD5 были обнаружены уязвимости, которые могут использоваться при проведении вычислительной атаки. Эта атака позволит создать дополнительный фрагмент информации, что приведет к образованию той же контрольной суммы. Функция SHA была разработана правительством США и в настоящее время считается безопасной. В большей части программного обеспечения по информационной безопасности рассмотренные функции MD5 и SHA доступны для использования.

Управление ключами

Управление ключами является самой неприятной задачей при использовании любой системы шифрования. Ключи представляют собой самые важные объекты во всей системе, так как если злоумышленник получает ключ, у него появляется возможность расшифровывать все данные, зашифрованные с помощью этого ключа. В некоторых случаях также удается получить последующие ключи. Управление ключами заключается не только в защите их при использовании. Данная задача предусматривает создание надежных ключей, безопасное распространение ключей среди удаленных пользователей, обеспечение корректности ключей, отмену в случае их раскрытия или истечения срока действия.

Ключи и инфраструктура, необходимая для управления ими соответствующим образом, могут значительно повлиять на возможность использования организацией системы шифрования. При рассмотрении в деталях каждого из моментов, связанных с шифрованием, необходимо иметь в виду, что определенные здесь моменты должны тысячекратно преумножаться, чтобы соответствовать требованиям настоящей инфраструктуры шифрования.

Создание ключей

Очевидно, что ключи должны создаваться с особой тщательностью. Некоторые ключи обеспечивают недостаточную производительность при работе с определенными алгоритмами. Например, ключ, состоящий из одних "нулей", при использовании в DES не обеспечивает высокий уровень защищенности информации. Аналогично, при создании ключей для использования в RSA, необходимо соблюдать внимательность при выборе p и q из набора простых чисел.

Большая часть систем шифрования обеспечивают некоторый метод генерирования ключей. Иногда пользователям позволяется выбирать ключ посредством выбора пароля. В данном случае полезно проинструктировать пользователей по поводу использования надежных паролей, содержащих числа и специальные символы. В противном случае общее пространство ключей значительно уменьшается (это позволяет быстрее проводить поиск при атаке "грубой силой").

Некоторые ключи выбираются из случайных чисел. К сожалению, существует очень немного генераторов истинно случайных чисел. Большинство из них генерируют псевдослучайные последовательности (т. е. в наборах чисел прослеживаются схемы, которые через то или иное время повторяются). Если генератор случайных чисел не является истинным, то существует возможность предсказания следующего числа. Если ключи базируются на выходных данных генератора случайных чисел, и злоумышленник может предсказать выходные данные, то существует вероятность того, что он сможет выявить ключ.

Также может быть необходимым выбрать правильную длину ключа. В некоторых алгоритмах используются ключи фиксированной длины (например, в алгоритме DES используется ключ длиной 56 бит). Другие алгоритмы могут использовать ключи переменной длины. Чем длиннее ключ, тем выше уровень обеспечиваемой безопасности. Например, 1024-битный ключ RSA более надежен, чем 512.битный ключ RSA. Тем не менее, таким образом нельзя сопоставлять надежность ключа RSA с надежностью ключа DES. В таблице 12.2 представлены относительные степени надежности ключей для различных алгоритмов шифрования.

Чтобы получить представление о том, насколько надежны ключи на практике, вспомните машину EFF. В 1997 г. она стоила 250 000 долларов и обеспечивала раскрытие ключа DES за 4,5 дня. В других случаях 40-битный ключ RC5 был раскрыт с помощью атаки "грубой силы" за 3,5 часа с использованием 250 компьютеров в UC Berkley. В Швейцарском Федеральном институте технологий посредством "грубой силы" раскрыт 48-битный ключ RC5 за 312 часов с использованием 3500 компьютеров. На данный момент рекомендуется использовать, как минимум, 80-битные ключи при шифровании секретной информации, а также минимум 1024-битные ключи в RSA и алгоритме Диффи-Хеллмана. 160-битные ключи ECC также считаются безопасными.

Внимание!

Информация о длине безопасных ключей, представленная в этой лекции, является актуальной на момент написания этой книги. С течением времени будут производиться все более мощные компьютеры и открываться новые математические возможности, вследствие чего длины ключей также будут меняться.