Петров А.А. Комп без-ть

вслужба депонирования ключей. В ее задачу входит обеспечение до­ ступности секретных ключей пользователей третьей стороне. На прак­ тике данная служба может использоваться правоохранительными органами.

Иерархия и время жизни ключей

В зависимости от практического использования ключи могут быть следу­

ющих типов:

•главные ключи - находятся на самом высоком уровне иерархии; их бе­ зопасность обеспечивается только надежным хранением на клю че­ вых носителях. Обычно эти ключи используются для зашифрования ключей, находящихся на следующем уровне иерархии;

•ключи шифрования ключей - секретные ключи, служащие для зашифро­ вания других ключей, на которых производится непосредственно шиф­ рование данных. Используя эти ключи, можно организовать хранение ключей шифрования данных, например на жестком диске компьюте­ ра, или распределить сеансовый ключ;

•ключи данных - служат непосредственно для защиты данных. Это мо­ гут быть как ключи генерации ЭЦП , так и ключи шифрования данных или выработки хэш-кода.

Используя на практике иерархическую структуру ключевой информа­ ции, можно оптимальным образом организовать хранение и применение ключей. Например, при использовании в качестве носителей ключевой информации 1юисЬ тешогу, учитывая ограниченный объем внутренней памяти данного типа устройств, на нем можно хранить только главный ключ и/или ключи шифрования ключей, а ключи работы с данными мо­ гут быть расположены в зашифрованном виде на жестком диске.

Кроме того, ключи могут быть классифицированы по их криптопериоду.

Криптопериод ключа - это время, в течение которого данный ключ ис­ пользуется легальным образом.

Понятие криптопериода было введено на практике для того, чтобы:

•ограничить объем информации, доступной криптоаналитику против­ ника;

•ограничить объем незащищенных данных в случае компрометации ключа, на котором обеспечивается защита этих данных;

•ограничить использование существующих технологий по истечении времени использования;

144______ Аспекты создания и применения криптографических протоколов

•ограничить время, доступное противнику для проведения атак иа ос­ нове долговременных вычислений (в приложениях, где не требуется долговременная защита).

В зависимости от криптопериода ключи подразделяются на:

•долговременные;

•краткосрочные (сеансовые, применительно к межсетевому обмену дан­ ными).

Краткосрочные ключи в основном используются для защиты информа­ ции при межсетевом обмене, в котором они могут применяться как для защиты целой сессии, так и для защиты отдельных пакетов с данными. Долгосрочные ключи необходимы для защиты данных при хранении либо для закрытия сеансовых ключей.

С точки зрения безопасности долговременные ключи должны исполь­ зоваться для защиты небольшого количества данных (например, других ключей), в то время как краткосрочные ключи в рамках одной сессии мо­ гут использоваться для защиты большого количества данных.

Управление открытыми ключами

Протоколы, использующие криптографию с открытым ключом, обычно требуют, чтобы участники владели открытыми ключами друг друга, при­ чем обмен должен происходить с обеспечением аутентификации данных ключей. Хотя, с одной стороны, открытые ключи и не являются конфиден­ циальными, злоумышленник может произвести подмену открытого ключа пользователя на свой открытый ключ, который будет опубликован от име­ ни легального пользователя, и получится, что нарушитель сможет, напри­ мер, иметь доступ к конфиденциальной информации, зашифрованной на открытом ключе данного пользователя. Поэтому при построении схем рас­ пределения и управления открытыми ключами следует запретить неав­ торизованное проведение процедур, связанных с генерацией, хранением и опубликованием открытых ключей. Семейство схем распределения клю­ чей с обеспечением аутентификации, кроме использования экспоненциаль­ ного распределения сеансовых ключей Диффи-Хэлмана, включает также следующие виды распределения открытых ключей:

•доставка типа «точка-точка» по доверенному каналу. Аутентичные открытые ключи пользователей приходят напрямую от пользовате­ лей с помощью прямых закрытых каналов (например, фельдъегерская

почта и т.д.). Подобный подход применим только для небольших за­ крытых организаций и при достаточно редком использования этого способа. Родственным является способ распределения ключей, исполь­ зующий общедоступные каналы передачи данных с применением до­ полнительных средств защиты информации, причем для распределе­ ния открытых ключей критичным является требование целостности

и достоверности передаваемого открытого ключа;

•прямой доступ к файлу открытых ключей. Открытые ключи каждого пользователя хранятся в общедоступном виде в базе данных, при этом обеспечивается гарантия аутентичности открытых ключей. Ф айл от­ крытых ключей может храниться непосредственно у пользователя, который с определенной периодичностью будет инициировать его об­ новление;

•использование доверенного сервера в режиме опНпе. Данный сервер обеспечивает передачу необходимых пользователям открытых клю ­ чей, подписанных с применением секретного ключа сервера, причем соответствующий открытый ключ сервера должен быть у пользова­ теля для проверки полученного открытого ключа другого пользова­ теля;

• применение доверенного сервера в режиме о Ш т е и сертификатов. В этом режиме каждый пользователь предварительно должен пройти процедуру сертификации открытых ключей на доверенном сервере. Пользователь, желающий получить открытый ключ другого пользова­ теля, получает его вместе с сертификатом на открытый ключ;

•использование систем с неявной гарантией аутентичности общедос­ тупных параметров. Такие системы обычно строятся с применением неявным образом сертифицированных открытых ключей, о которых будет сказано позже.

Одним из основополагающих понятий в управлении открытыми ключа­ ми является дерево аутентификации. Оно обеспечивает доступность от­ крытых данных с одновременной проверкой аутентичности таковых. Эта проверка осуществляется при помощи связанной хэш-функции и аутенти­ фикации значения, находящегося в узле. Практическая реализация дерева аутентификации включает в себя:

•аутентификацию открытых ключей (в качестве альтернативы серти­ фикатам открытых ключей). Дерево аутентификации создается дове­ ренной стороной и содержит открытые ключи пользователей, позво­ ляя аутентифицировать больш ое количество подобных ключей;

146 Аспекты создания и применения криптографических протоколов

•доверенную службу меток времени. Создается в рамках служб, реали­ зуемых деревом аутентификации;

•службу проверки параметров, ассоциированных с пользователем. Обыч­ но сертификат открытого ключа включает в себя достаточно большое количество дополнительных параметров, которые при использовании сертификата должны проходить проверку.

В качестве примера приведем бинарное дерево, состоящее из узлов и ре­ бер (рис. 2.7). Узлы бывают трех типов:

• корневой - имеет два ребра: правое

и левое;

• внутренний ~ имеет три ребра: одно со­ единяет с вышележащим узлом, а два других - правое и левое;

•листья - соединяются только с вышеле­ жащим узлом.

Корневой узел порождает либо внутренние узлы, либо листья, называемые детьми. Они, в свою очередь, порождают другие узлы, и тог­ да сами называются родителями.

Приведем пример построения дерева ау­ тентификации на основе бинарного дерева. Пусть в системе имеется свободная от колли­

зий хэш-функция Ь и I общедоступных значений (например, открытые клю­ чи) У * ... У*. Тогда построение дерева аутентификации будет происходить следующим образом:

1.Обозначим каждое из 1; общедоступных значений как листья.

2.Ребро, выходящее из листа, обозначим как Ь (У 1).

3. Если левое и правое ребро внутреннего узла обозначены как 1ц

и Ь2, то ребро, соединяющее с вышележащим узлом, обозначим как

Ь (11! IIЬ2).

4.Если ребра, подходящие к корневому узлу, обозначены как щ и и2, то корневой узел обозначим как Ь (щЦ и2).

Общедоступное значение У, (рис. 2.8) может быть аутентифицировано, если известны значения Ь (У 3), Ь (У 3), Ь (У 4) и производится последователь­ ность вычислений, состоящая из:

в значения Ь ^ ) ;

•значения 1ц = Ь(Ь (У ,) |Ь (У 2));

•значения Ь2= Ь (Ь 11|Ь (У 3)).

Завершающей фазой является сравнение Ь(Ь2|Ь (У 4) ) - Я (К - общеизве­ стное значение, являющееся аутентичным). Если равенство выполняется, то считается, что аутентификация значения У! произведена успешно. На прак­ тике процедура аутентификации открытых ключей производится следую­ щим образом:

Заметим, что если в бинарном дереве аутентификации содержится 1; листьев, то при достаточно большом значении 1: для проведения аутенти­ фикации необходимо пройти достаточно больш ое количество ребер в де­ реве. Параметр, обозначающий количество ребер на пути от листа до кор­ невого узла, назовем длиной пути. Д лина пути аутентификации может быть минимизирована при помощи соответствующего построения дере­ ва аутентификации. Так, если дерево является сбалансированным (лю бы е пути по которому от листа до корневого узла отличаются не больше, чем на единицу), то длина пути аутентификации будет приблизительно равна 1й(1).

Недостатком данного метода является то, что в случае изменения или добавления значений листьев в дереве придется заново вычислять зна­ чение корневого узла, и при больш ом их количестве это может привес­ ти к большим вычислительным затратам. Решение этой проблемы при­ водит к различным способам построения деревьев аутентификации; в некоторых случаях производится добавление новых узлов в уже су­ ществующее дерево либо построение новых деревьев. Подробное опи­ сание моделей построения деревьев аутентификации выходит за рамки данной книги.

148______ Аспекты создания и применения криптографических протоколов

Сертификаты открытых ключей

Сертификаты открытых ключей играют основополагающую роль в совре­ менной криптографии с открытыми ключами. Они могут найти практи­ ческое применение в многочисленных системах электронной коммерции и разграничения доступа в ЬШегпе!:, без их использования не обходится ни одно средство защиты информации, рассчитанное иа массовое употребле­ ние в глобальных сетях передачи данных. Основное назначение сертифи­ ката заключается в том, чтобы сделать доступным открытый ключ пользо­ вателя. Наиболее применяемым стандартом на сертификаты открытых ключей является СС1ТТ Х.509.

Сертификатом открытого ключа называется структура данных, состоя­ щая из раздела данных и раздела подписи. Часть, в которой находятся дан­ ные, содержит открытую информацию, включающую, как минимум, откры­ тый ключ и данные, идентифицирующие владельца ключа. Раздел подписи содержит ЭЦП, сгенерированную Центром сертификации на раздел данных

сключом, обеспечивая тем самым аутентификацию владельца ключа. Центр сертификации (С А ) является доверенной третьей стороной, обес­

печивающей аутентификацию открытых ключей, содержащихся в серти­ фикатах. С А имеет собственную пару ключей (открытый/секретный), где секретный используется для подписания сертификатов, а открытый пуб­ ликуется и используется пользователями для проверки подлинности от­ крытого ключа, содержащегося в сертификате. При этом обеспечение бе­ зопасности передачи открытого ключа СА может осуществляться не только криптографическими средствами защиты информации, например при по­ мощи процедуры персонального обращения в СА, но и посредством серти­ фикации открытого ключа другим СА.

Обычно сертификат содержит:

•период действия открытого ключа;

•номер и серию ключа;

•информацию о владельце ключа (например, Ф.И .О ., адрес и т.д.);

•информацию о содержащемся в сертификате ключе (например, тип алгоритма, для которого предназначен данный ключ);

•информацию, использующуюся при проведении процедуры проверки ЭЦП (например, идентификатор алгоритма генерации ЭЦП);

•статус открытого ключа.

Создание сертификата открытого ключа начинается с создания пары

ключей, при этом учитывается практическое применение данной пары

и некоторые другие факторы. Процедура генерации ключей может произ­

водиться двумя способами:

•СА создает пару ключей. Открытый ключ помещается в сертификат, а соответствующий ему секретный ключ отправляется пользователю с обеспечением аутентификации и конфиденциальности;

•пользователь сам создает пару ключей. При этом открытый ключ пе­ редается по защищенному каналу в СА.

При использовании второго случая С А может потребовать от пользо­ вателя демонстрации знания соответствующего секретного ключа. Н а­ пример, в случае использования открытого ключа для Э Ц П пользователь должен будет подписать случайный запрос от СА, а центр, в свою оче­ редь, используя открытый ключ пользователя, может проверить данную подпись.

Аннулирование сертификатов

В ходе функционирования схем с открытыми ключами может произойти компрометация секретного ключа, что приведет к необходимости аннули­ ровать сертификаты с соответствующим открытым ключом. Если откры­ тый ключ может быть получен в режиме реального времени при помощи доверенного сервера, находящегося в режиме опНпе, то открытый ключ должен быть немедленно уничтожен. Ситуация осложняется в случае ис­ пользования сертификатов открытых ключей, поскольку трудно удалить или аннулировать копии сертификатов, хранящиеся у большого числа пользователей. На практике существует много причин, по которым следу­ ет осуществлять процедуры аннулирования сертификатов открытых клю ­ чей, например статуса работника в организации, что приводит к необходи­ мости изменения процедуры аутентификации для данного пользователя. Чтобы решить проблему аннулирования сертификатов открытых ключей, необходимо:

•ограничение срока действия сертификатов;

•ручное оповещение об аннулировании сертификата. Все пользователи системы информируются об аннулирование сертификата; данный спо­ соб действенен в небольших сетях;

•иметь общедоступный файл аннулированных ключей. Посредством помещения аннулированных сертификатов в общедоступный файл, при помощи обращения к которому пользователь может проверить действительность сертификата;

150______ Аспекты создания и применения криптографических протоколов

•иметь список аннулированных сертификатов (С К В ). Использование СКВ является одним из методов управления общедоступными файла­ ми с аннулированными открытыми ключами;

•иметь сертификаты с реализованными функциями, позволяющими производить их аннулирование, например: используя в сертификате флаги аннулирования или указывая время аннулирования.

Механизмы контроля использования ключей

В данном разделе рассматриваются вопросы контроля применения клю ­ чей легальными пользователями. Их можно разделить на два разряда: раз­ деление и ограничение в использовании ключей и контроль использова­ ния симметричных ключей.

Информация, которая может быть ассоциирована с криптографическим ключом, разделяется на ограничивающую использование ключа и иа исполь­ зуемую для оперативных целей и обычно содержит следующие разделы:

•идентификатор владельца ключа;

•срок действия ключа;

•идентификатор ключа (номер ключа, серия ключа);

•информацию, связанную с характером использования ключа;

•спецификации алгоритма;

•система или окружение, в котором данный ключ может использоваться;

•имена участников процесса генерации, регистрации и сертификации данного ключа;

•контрольную сумму.

В простых системах управления ключами информация, ассоциирован­ ная с ключом, содержит только сведения, использующиеся для авториза­ ции и зависящие от контекста применения. При этом следует учитывать, что эта информация, в свою очередь, может служить объектом для пося­ гательств со стороны злоумышленника и в данном случае необходимо обеспечение гарантий неизменности информации для конкретного ключа. Достигается это за счет выработки контрольных сумм или генерации ЭЦП не только на ключ, но и на ассоциированную с ним информацию.

Смысл принципа разделения в использовании ключей в том, что ключ должен употребляться только для тех целей, которые были заложены в про­ цессе авторизованного создания данного ключа. Ограничение использова­ ния ключей состоит в недоступности ключа для чтения неавторизованным пользователям либо в недоступности для неавторизованного использова­ ния. Реализация данных принципов решается как организационно, так