БКИС: 7 Лекция. Основы криптографии. Контроль целостности данных. Хеш-функции. Имитовставка. ЭЦП

Контроль целостности данных.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Целостность_информации

Целостности данных - при котором отсутствует любое ее изменение либо изменение осуществляется только преднамеренно субъектами, имеющими на него право.

Методы контроля целостности данных:

Полная копия данных
Контрольная сумма
Хеш
Имитовставка
ЭЦП

Полная копия данных.

Создаются полные копии данных и потом сверяются.

Преимущества:

простота реализации
полный контроль данных (до бита)

Недостатки:

большой объем
копии можно подменить
копиями можно воспользоваться (например: если данные - пароль)

Рис. Контроль целостности с помощью полной копии данных

Применение:

контроль целостности файлов

Контрольная сумма.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Контрольная_сумма

Контрольная сумма - значение, рассчитанное по входным данным с помощью определённого алгоритма.

Преимущества:

высокая скорость вычисления
малый размер
стандартный размер

Недостатки:

можно подменить
для одного значения существует множество исходных данных
можно подобрать исходные данные к значению за приемлемое время (например: получить пароль)

Рис. Контроль целостности с помощью контрольной суммы

Примеры контрольных сумм: CRC8, CRC16, CRC32

Пример вычисления:

исходный текст: Контроль целостности данных

crc32 (длина 32 бита)	b4feb5a5

Применение:

контроль целостности файлов
контроль передаваемых данных по каналам связи
контроль целостности при считывании данных (например: c HDD)

Хеш.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Хеширование

Хеш (хэш, криптографический хеш) - значение, рассчитанное по входным данным с помощью криптографического алгоритма.

Преимущества:

малый размер
стандартный размер
нельзя подобрать исходные данные к значению за приемлемое время (например: получить пароль)

Недостатки:

низкая скорость вычисления (сопоставима с шифрованием)
можно подменить
для одного значения существует множество исходных данных

Рис. Основная задача хеш функций

Вычисляют хеш шифрованием данных блочным алгоритмом в режимах CBC, но со стандартным (известным) ключом. Хешем является последний шифрованный блок.

ГОСТ Р 34.11-94

http://ru.wikipedia.org/wiki/ГОСТ_Р_34.11-94

Входное сообщение $M$ разделяется на блоки $m n, m n ? 1, m n ? 2,..., m 1$ по 256 бит. В случае если размер последнего блока $m n$ меньше 256 бит, то к нему приписываются слева нули для достижения заданной длины блока.

$Каждый блок сообщения подаётся на шаговую функцию для вычисления промежуточного значения хеш-функции H o u t$ =f( $H i n$ , $m i$ ) где $H o u t$ , $H i n$ , $m i$ — блоки длины 256 бит.

Рис. Вычисление хеш по ГОСТ Р 34.11-94 (сравните с CBC)

h — значение хеш-функции сообщения M

Len(M) - длина сообщения

Ключи для f-функции генерятся стандартным образом, что бы все пользователи могли вычислить одинаковые хеш для одних и тех же файлов.

Пример вычисления:

исходный текст: Контроль целостности данных

md2 (длина 128 бит)	7e347a5f3a3d8c6837d7accbed3e0b1e
md4 (длина 128 бит)	e37e491b9b4ea133df9964b25d7c7cd9
md5 (длина 128 бит)	8ab8a5cf989e220ff8d39be415b903d5
sha1 (длина 160 бит)	63cdc45bd8a857007d0be8c435e1e547653482d3
sha224 (длина 224 бит)	670c98e5b7ce7bd2c7efb98b6ed448e0a6f3247e3fdeb678dde61bce
sha256 (длина 256 бит)	1a97bcc0fbcf6722a8aac7b73d12700c0022778904790ce9eee7656f12d95dc2
sha384 (длина 384 бит)	b87b59cad0db141378d8ff04e46d00dd137113391d2a7009d640dd018680c459 310bfbdfef6b3258aeaa4b8146105698
sha512 (длина 512 бит)	3f7b9d8b24fb1d764026fe2b0f72ad62d65fd1c5d77a18784108a69e8ad172c2 e6583989439aea658a2111525897d43af0f6c50cf299b360c21b3e02e8706f4e
ГОСТ Р 34.11-94 (длина 256 бит)	d38e4f1bc5d03601486f4aca83fed00c82e1a36fdac27806cce4b9464af1e9f9

Применение:

контроль целостности файлов
контроль передаваемых данных по каналам связи
контроль целостности при считывании данных (например: c HDD)
хеши паролей
аутентификация (CRAM-MD5, DIGEST-MD5 и т.д.)

Имитовставка (MAC, message authentication code — код аутентичности сообщения)

http://ru.wikipedia.org/wiki/Имитовставка

Имитовставка - значение, рассчитанное по входным данным с помощью криптографического алгоритма с использованием секретного элемента (ключа), известного только отправителю и получателю.

Преимущества:

малый размер
стандартный размер
нельзя подобрать исходные данные к значению за приемлемое время (например: получить пароль)
нельзя подменить без секретного элемента (ключа)

Недостатки:

низкая скорость вычисления (сопоставима с шифрованием)
для одного значения существует множество исходных данных
секретный ключ известен как минимум двоим

Вычисляют имитовставку шифрованием данных блочным алгоритмом в режимах CBC. Имитовставкой является последний шифрованный блок.

Рис. Вычисление имитовставки

Имитовставка по ГОСТ 28147-89

Длина имитовставки от 1 до 32 бит.

Открытый текст $T O$ разбивается на блоки длиной 64 бита. Последний блок в случае необходимости дополняется нулями.

$T_O=T_O^{(1)}\,T_O^{(2)}\,\ldots\,T_O^{(N)}$

Первый блок $T_O^{(1)}$ шифруется, что и сообщение, но с применением 16 циклов вместо 32. Результат по битам по модулю 2 складывается с вторым блоком $T_O^{(2)}$ и так же шифруется. Результат складывается с третьим блоком... и так далее.

$I=E'_k(T_O^{(N)} \oplus E'_k(T_O^{(N-1)} \oplus E'_k(\,\ldots\,E'_k(T_O^{(2)} \oplus E'_k(T_O^{(1)}))\,\ldots\,))$

Первые 32 бита получившегося блока составляют имитовставку. Спецификация шифра предусматривает использование в качестве имитовставки и меньшее количество бит по желанию, но не большее.

Рис. Проблема имитовставки

Получатель должен знать ключ, и этот ключ позволяет ему генерировать сообщения с тем же значением имитовставки, что и у присланного сообщения, таким образом, имитовставка на основе симметричного шифра не дает знания — отправитель или получатель сформировал эту имитовставку.

Отсюда следует, что имитовставка на основе симметричного шифра не может заменять собой электронную подпись!

Применение:

контроль целостности файлов
контроль передаваемых данных по каналам связи
аутентификации источника данных (не во всех случаях)

Обычные хэш-алгоритмы использовать для вычисления имитовставки нельзя (MD5 и т.д.) т.к. отсутствует секретный ключ. Поэтому создан HMAC.

HMAC (Hash-based Message Authentication Code) - механизм включения секретного ключа в существующие хэш-алгоритмы.

http://ru.wikipedia.org/wiki/HMAC

ЭЦП.

http://ru.wikipedia.org/wiki/ЭЦП

Электронная цифровая подпись - зашифрованное значение вычисленного хеша по входным данным.

Преимущества:

малый размер
стандартный размер
нельзя подобрать исходные данные к значению за приемлемое время (например: получить пароль)
нельзя подменить без секретного элемента (ключа)
секретный ключ известен одному

Недостатки:

низкая скорость вычисления (сопоставима с шифрованием)
для одного значения существует множество исходных данных

Рис. Создание и проверка ЭЦП

Алгоритм:

вычисляется хеш
шифруется хеш

Применение:

контроль целостности файлов
контроль передаваемых данных по каналам связи
аутентификации источника данных (кто создал подпись)

Последнее изменение: воскресенье, 18 марта 2012, 15:17