Сильная криптография

Сильная криптография или криптографически стойкая — это общие термины, используемые для обозначения криптографических алгоритмов , которые при правильном использовании обеспечивают очень высокий (обычно непреодолимый) уровень защиты от любого перехватчика , включая правительственные учреждения. Точного определения границы между сильной криптографией и ( взламываемой ) слабой криптографией не существует , поскольку эта граница постоянно смещается из-за усовершенствований аппаратного обеспечения и методов криптоанализа . Эти улучшения в конечном итоге делают возможности, ранее доступные только АНБ, доступными для квалифицированного специалиста. поэтому на практике существует только два уровня криптографической безопасности: «криптография, которая не позволит вашей младшей сестре прочитать ваши файлы, и криптография, которая не позволит крупным правительствам читать ваши файлы» ( Брюс Шнайер ).

Алгоритмы стойкой криптографии имеют высокую степень защиты , которую для практических целей обычно определяют как количество битов в ключе . Например, правительство США, занимаясь экспортным контролем шифрования , считало по состоянию на 1999 г. любая реализация алгоритма симметричного шифрования с длиной ключа более 56 бит или его с открытым ключом эквивалент быть сильным и, таким образом, потенциально подлежать экспортному лицензированию . Чтобы быть надежным, алгоритм должен иметь достаточно длинный ключ и быть свободным от известных математических недостатков, поскольку их использование эффективно уменьшает размер ключа. В начале 21-го века типичный уровень безопасности сильных алгоритмов симметричного шифрования составляет 128 бит (немного меньшие значения все еще могут быть надежными, но обычно использование ключей меньшего размера дает мало технической выгоды).

Демонстрация устойчивости любой криптографической схемы к атаке — сложный вопрос, требующий тщательного тестирования и проверки, желательно на публичном форуме. Требуются хорошие алгоритмы и протоколы (аналогично, чтобы построить прочное здание нужны хорошие материалы), но также необходим хороший дизайн и реализация системы: «можно построить криптографически слабую систему, используя сильные алгоритмы и протоколы» (точно так же, как использование хороших материалов в строительстве не гарантирует прочную конструкцию). Многие реальные системы оказываются слабыми, когда сильная криптография не используется должным образом, например, случайные одноразовые номера . повторно используются Успешная атака может вообще не включать в себя алгоритм: например, если ключ сгенерирован на основе пароля, угадать слабый пароль легко и не зависит от стойкости криптографических примитивов. Пользователь может стать самым слабым звеном в общей картине, например, поделившись с коллегами паролями и аппаратными токенами.

Предыстория

Уровень затрат, необходимых для надежной криптографии, изначально ограничивал ее использование правительством и военными ведомствами. до середины 20-го века процесс шифрования требовал большого человеческого труда, и ошибки (препятствовавшие расшифровке) были очень распространены, поэтому зашифровать можно было лишь небольшую часть письменной информации. Правительство США, в частности, смогло сохранить монополию на разработку и использование криптографии в США до 1960-х годов. В 1970 году возросшая доступность мощных компьютеров и несекретные научные открытия ( стандарт шифрования данных , алгоритмы Диффи-Хеллмана и RSA ) сделали надежную криптографию доступной для гражданского использования. В середине 1990-х годов во всем мире произошло распространение знаний и инструментов для надежной криптографии. К 21 веку технические ограничения исчезли, хотя большая часть сообщений все еще оставалась незашифрованной. При этом стоимость создания и эксплуатации систем с сильной криптографией стала примерно такой же, как и со слабой криптографией.

Использование компьютеров изменило процесс криптоанализа, как известно, благодаря » Блетчли Парка «Колоссу . Но так же, как развитие цифровых компьютеров и электроники помогло в криптоанализе, оно также сделало возможным гораздо более сложные шифры. Обычно использование качественного шифра очень эффективно, в то время как его взлом требует усилий на много порядков больше, что делает криптоанализ настолько неэффективным и непрактичным, что он практически невозможен.

алгоритмы

Этот термин «криптографически стойкий» часто используется для описания шифрования алгоритма и подразумевает, по сравнению с некоторыми другими алгоритмами (которые, таким образом, криптографически слабы), большую устойчивость к атакам. Но его также можно использовать для описания алгоритмов хеширования и создания уникальных идентификаторов и имен файлов. См., например, описание функции библиотеки времени выполнения Microsoft .NET Path.GetRandomFileName. В данном случае этот термин означает «трудно угадать».

Алгоритм шифрования задуман как невзламываемый (в этом случае он настолько надежен, насколько это возможно), но может быть и взломанным (в этом случае он настолько слаб, насколько это вообще возможно), поэтому в принципе не существует континуум силы, как, казалось бы, подразумевает эта идиома : алгоритм A сильнее, чем алгоритм B, который сильнее, чем алгоритм C, и так далее. Ситуация становится более сложной и менее поддающейся единой метрике силы из-за того, что существует много типов криптоаналитических атак и что любой конкретный алгоритм, вероятно, заставит злоумышленника выполнить больше работы, чтобы взломать его при использовании одной атаки, чем другой.

Существует только одна известная невзламываемая криптографическая система — одноразовый блокнот , которую обычно невозможно использовать из-за трудностей, связанных с заменой одноразовых блокнотов без их компрометации. Таким образом, любой алгоритм шифрования можно сравнить с идеальным алгоритмом — одноразовым блокнотом.

Обычно этот термин используется (в широком смысле) в отношении конкретной атаки, перебора ключей — особенно в объяснениях для новичков в этой области. Действительно, при этой атаке (всегда при условии, что ключи выбраны случайным образом) существует континуум сопротивления, зависящий от длины используемого ключа. Но даже в этом случае есть две основные проблемы: многие алгоритмы допускают использование ключей разной длины в разное время, и любой алгоритм может отказаться от использования ключа полной длины. Таким образом, Blowfish и RC5 представляют собой алгоритмы блочного шифрования , конструкция которых специально допускает несколько длин ключей , и поэтому нельзя сказать, что они обладают какой-либо особой стойкостью в отношении поиска ключей методом перебора. Более того, экспортные правила США ограничивают длину ключей для экспортируемых криптографических продуктов, и в нескольких случаях в 1980-х и 1990-х годах (например, знаменитый случай с разрешением на экспорт Lotus Notes ) использовались только частичные ключи, что снижало «стойкость» к атакам грубой силы для эти (экспортные) версии. Примерно то же самое произошло и за пределами США , как, например, в случае более чем одного криптографического алгоритма в GSM стандарте сотовых телефонов .

Этот термин обычно используется для обозначения того, что некоторый алгоритм подходит для какой-либо задачи в криптографии или информационной безопасности , но также противостоит криптоанализу и не имеет или имеет меньше недостатков безопасности. Задачи разнообразны и могут включать в себя:

• генерация случайности
• шифрование данных
• предоставление метода обеспечения целостности данных

Криптостойкость , по-видимому, означает, что описанный метод имеет некоторую зрелость и, возможно, даже одобрен для использования против различных видов систематических атак в теории и/или на практике. Действительно, метод может противостоять этим атакам достаточно долго, чтобы защитить передаваемую информацию (и то, что стоит за этой информацией) в течение полезного периода времени. Но из-за сложности и тонкости этой области ни то, ни другое почти никогда не бывает таковым. Поскольку такие гарантии на самом деле недоступны в реальной практике, ловкость рук в формулировках, подразумевающая, что они есть, обычно вводит в заблуждение.

Всегда будет существовать неопределенность, поскольку достижения (например, в области криптоаналитической теории или просто доступные компьютерные мощности) могут уменьшить усилия, необходимые для успешного использования какого-либо метода атаки на алгоритм.

Кроме того, фактическое использование криптографических алгоритмов требует их инкапсуляции в криптосистему , а это часто приводит к появлению уязвимостей, которые не связаны с ошибками в алгоритме. Например, практически все алгоритмы требуют случайного выбора ключей, и любая криптосистема, которая не предоставляет такие ключи, будет подвержена атаке независимо от каких-либо характеристик устойчивости к атакам используемого алгоритма(ов) шифрования.

Юридические вопросы

См. Также: Криптография § Принудительное раскрытие ключей шифрования.

Широкое использование шифрования увеличивает затраты на слежку , поэтому политика правительства направлена ​​на регулирование использования стойкой криптографии. В 2000-х годах влияние шифрования на возможности наблюдения было ограничено постоянно растущей долей сообщений, проходящих через глобальные платформы социальных сетей, которые не использовали стойкое шифрование и предоставляли правительствам запрошенные данные. Мерфи говорит о законодательном балансе, который необходимо найти между полномочиями правительства, которые достаточно широки, чтобы иметь возможность следовать быстро развивающимся технологиям, и в то же время достаточно узки, чтобы общественность и надзорные органы могли понимать будущее использование законодательства.

США

Первоначальная реакция правительства США на расширение доступности криптографии заключалась в том, чтобы относиться к криптографическим исследованиям так же, как к исследованиям в области атомной энергии , то есть « рождаться засекреченными », при этом правительство осуществляло юридический контроль над распространением результатов исследований. Это быстро оказалось невозможным, и усилия были переключены на контроль за внедрением (экспорт, поскольку запрет на использование криптографии в США серьезно не рассматривался).

Основная статья: Экспорт криптографии из США

Экспортный контроль в США исторически использует два направления:

• предметы военного назначения (обозначаемые как «боеприпасы», хотя на практике предметы в Списке боеприпасов США не соответствуют общепринятому значению этого слова). Экспорт боеприпасов контролируется Государственным департаментом . Ограничения на боеприпасы очень жесткие: в отдельных экспортных лицензиях указываются продукт и фактический заказчик;
• Товары двойного назначения («товары») должны быть коммерчески доступными без лишней документации, поэтому, в зависимости от пункта назначения, могут быть предоставлены широкие разрешения на продажу гражданским потребителям. Лицензирование товаров двойного назначения осуществляется Министерством торговли . Процесс перевода товара из списка боеприпасов в статус товара осуществляется Государственным департаментом.

Поскольку первоначальные применения криптографии были почти исключительно военными, она была включена в список боеприпасов. С ростом гражданского использования криптография двойного назначения определялась криптографической стойкостью , при этом стойкое шифрование оставалось боеприпасом, как и огнестрельное оружие ( стрелковое оружие имеет двойное назначение, а артиллерия имеет чисто военную ценность). Эта классификация имела свои очевидные недостатки: крупный банк, возможно, так же системно важен, как и военный объект. и ограничение на публикацию стойкого криптографического кода, противоречащего Первой поправке , поэтому после экспериментов в 1993 году с чипом Clipper (где правительство США хранило специальные ключи дешифрования на условном депонировании ), в 1996 году почти все криптографические элементы были переданы Министерству торговли.

Я

Позиция ЕС, по сравнению с США, всегда больше склонялась к конфиденциальности. В частности, ЕС отверг идею депонирования ключей еще в 1997 году. Агентство Европейского Союза по кибербезопасности (ENISA) придерживается мнения, что бэкдоры неэффективны для законного наблюдения, но представляют большую опасность для общей цифровой безопасности.

Пять глаз

« Пять глаз» (после Брексита ) представляют собой группу государств со схожими взглядами на вопросы безопасности и конфиденциальности. У группы может быть достаточно веса, чтобы продвигать глобальную повестку дня по законному перехвату . Усилия этой группы не совсем скоординированы: например, требование 2019 года к Facebook не внедрять сквозное шифрование не было поддержано ни Канадой, ни Новой Зеландией и не привело к регулированию.

Россия

Президент и правительство России в 90-е годы издали несколько указов, формально запрещающих использование несертифицированных криптосистем государственными органами. Указом президента от 1995 года также была предпринята попытка запретить частным лицам производить и продавать криптографические системы без соответствующей лицензии, но он не был реализован каким-либо образом, поскольку подозревался в том, что он противоречит Конституции России 1993 года и не является законом как таковым. Постановление №313, изданное в 2012 году, внесло дополнительные изменения в предыдущие, разрешив производить и распространять продукцию со встроенными криптосистемами и не требуя лицензии как таковой, хотя и декларируя некоторые ограничения. Во Франции были довольно строгие правила в этой области, но в последние годы они были смягчены.

Примеры

Сильный

• PGP обычно считается примером стойкой криптографии, его версии работают под большинством популярных операционных систем и на различных аппаратных платформах. Стандартом с открытым исходным кодом для операций PGP является OpenPGP , а GnuPG является реализацией этого стандарта из FSF . Однако ключ подписи IDEA в классическом PGP имеет длину всего 64 бита, поэтому больше не защищен от атак коллизий. Поэтому OpenPGP использует хеш-функцию SHA-2 и криптографию AES.
• Алгоритм AES считается надежным после того, как он был выбран в ходе длительного открытого процесса отбора , включавшего многочисленные тесты.
• Криптография на основе эллиптических кривых — еще одна система, основанная на графической геометрической функции.
• Последняя версия протокола TLS ( версия 1.3 ), используемая для защиты интернет- транзакций, обычно считается надежной. В предыдущих версиях существовало несколько уязвимостей, включая продемонстрированные атаки, такие как POODLE . Хуже того, некоторые наборы шифров намеренно ослаблены, чтобы использовать 40-битный эффективный ключ, чтобы обеспечить экспорт в соответствии с правилами США, существовавшими до 1996 года .

Слабый

Примеры, которые не считаются криптостойкими:

• DES , чьи 56-битные ключи допускают атаки посредством полного перебора.
• Тройной DES (3DES / EDE3-DES) может стать объектом «атаки SWEET32 Birthday».
• Конфиденциальность, эквивалентная проводной сети , которая подвергается множеству атак из-за недостатков в ее конструкции.
• SSL v2 и v3. TLS 1.0 и TLS 1.1 также устарели [см. RFC7525] из-за необратимых недостатков, которые все еще присутствуют в конструкции, а также из-за того, что они не обеспечивают эллиптическое подтверждение связи (EC) для шифров, современную криптографию, режимы шифрования CCM/GCM. TLS1.x также объявлен PCIDSS 3.2 для коммерческих/банковских реализаций на веб-интерфейсах. Разрешены и рекомендуются только TLS1.2 и TLS 1.3, должны использоваться исключительно современные шифры, подтверждения связи и режимы шифрования.
• и Хэш -функции MD5 SHA -1 больше не защищены от коллизионных атак.
• Потоковый шифр RC4 .
• 40-битная система шифрования контента, используемая для шифрования большинства DVD-Video . дисков
• Почти все классические шифры .
• Большинство ротационных шифров, таких как машина «Энигма» .
• DHE/EDHE можно угадать/слабый при использовании/повторном использовании известных простых значений по умолчанию на сервере.

Источники

• Вагл, Джеффри Л. (2015). «Скрытое шифрование: власть, доверие и конституционная цена коллективного наблюдения» . Юридический журнал Индианы . 90 (1).
• Рейнхольд, Арнольд Г. (17 сентября 1999 г.). Сильная криптография. Глобальная волна перемен . Информационные материалы Института Катона № 51. Институт Катона .
• Диффи, Уитфилд; Ландау, Сьюзен (2007). «Экспорт криптографии в 20 и 21 веках». История информационной безопасности . Эльзевир. стр. 725–736. дои : 10.1016/b978-044451608-4/50027-4 . ISBN  978-0-444-51608-4 .
• Мерфи, Сиан С. (2020). «Миф о криптовойнах: реальность государственного доступа к зашифрованным коммуникациям» . Мировой обзор общего права . 49 (3–4). Публикации SAGE: 245–261. дои : 10.1177/1473779520980556 . hdl : 1983/3c40a9b4-4a96-4073-b204-2030170b2e63 . ISSN   1473-7795 .
• Рибе, Тея; Кюн, Филипп; Императори, Филипп; Рейтер, Кристиан (26 февраля 2022 г.). «Политика безопасности США: регулирование криптографии двойного назначения и ее влияние на наблюдение» (PDF) . Европейский журнал исследований безопасности . 7 (1). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 39–65. дои : 10.1007/s41125-022-00080-0 . ISSN   2365-0931 .
• Фейгенбаум, Джоан (24 апреля 2019 г.). «Шифрование и наблюдение» . Коммуникации АКМ . 62 (5). Ассоциация вычислительной техники (ACM): 27–29. дои : 10.1145/3319079 . ISSN   0001-0782 .
• Шнайер, Брюс (1998). «Подводные камни безопасности в криптографии» (PDF) . Проверено 27 марта 2024 г.

См. также

• 40-битное шифрование
• Обзор безопасности шифрования
• Экспорт криптографии
• Сравнение криптографических библиотек
• Спор ФБР и Apple о шифровании
• Сводка безопасности хеш-функции
• Уровень безопасности