Подходы к контролю неизменности данных. В настоящее время известны два подхода к решению задачи защиты данных от несанкционированного изменения, базирующихся на двух изложенных выше подходах к выработке контрольной комбинации 1. Выработка MAC - Message Authentification Code - кода аутентификации сообщений.
Этот подход заключается в том, что контрольная комбинация вычисляется с использованием секретного ключа с помощью некоторого блочного шифра.
Важно, что на основе любого такого шифра можно создать алгоритм вычисления MAC для массивов данных произвольного размера.
В литературе МАС иногда не вполне корректно называется криптографической контрольной суммой, или, что более точно, криптографической контрольной комбинацией. Данный подход к аутентификации данных общепризнан и закреплен практически во всех криптографических стандартах - имитовставка, формируемая согласно ГОСТ 28147-89 является типичным образцом MAC. 2. Выработка MDC - Маnipulation Detection Code - кода обнаружения манипуляций с данными. Для вычисления MDC для блока данных используется так называемая необратимая функция сжатия информации, в литературе также называемая односторонней функцией, функцией одностороннего сжатия преобразования информации, криптографической хэш-функцией, или просто хэш-функцией.
Понятно, что ее необратимость должна носить вычислительный характер вычисление прямой функции Y f X легко осуществимо вычислительно вычисление обратной функции X f-1 Y неосуществимо вычислительно, то есть не может быть выполнено более эффективным путем, чем перебором по множеству возможных значений X Оба способа вычисления контрольной комбинации - MDC и MAC принимают в качестве аргумента блок данных произвольного размера и выдают в качестве результата блок данных фиксированного размера.
В следующей ниже таблице 1 приведены сравнительные характеристики обоих подходов Таблица 1. Сравнительные характеристики подходов к решению задачи контроля неизменности массивов данных. Параметр сравнения Подход вычисление MAC вычисление MDC 1. Используемое преобразование данных Криптографическое преобразование функция зашифрования Односторонняя функция, функция необратимого сжатия информации 2. Используемая секретная информация Секретный ключ Не используется 3. Возможность для третьей стороны вычислить контрольную комбинацию Злоумышленник не может вычислить контрольную комбинацию, если ему не известен секретный ключ Злоумышленник может вычислить контрольную комбинацию для произвольного блока данных 4. Хранение и передача контрольной комбинации Контрольная комбинация может храниться и передаваться вместе с защищаемым массивом данных Контрольная комбинация должна храниться и передаваться отдельно от защищаемого массива данных 5. Дополнительные условия Требует предварительного распределения ключей между участниками информационного обмена Не требует предварительных действий 6. Области, в которых подход имеет преимущество Защита от несанкционированных изменений данных при их передаче Разовая передача массивов данных, контроль неизменности файлов данных и программ Прокомментируем отличия подход на основе MAC требует для вычисления контрольной комбинации секретного ключа, для второго это не нужно.
Потенциальный злоумышленник не сможет вычислить MAC для произвольного сфабрикованного им сообщения, но сможет вычислить MDC, так как для этого не требуется никаких секретных данных, поэтому MAC может передаваться от источника к приемнику по открытому каналу, тогда как для передачи MDC требуется защищенный канал.
Казалось бы, преимущества первого подхода настолько очевидны, что второй подход не сможет найти себе применения.
Однако это не так - использование MAC требует, чтобы предварительно между участниками информационного обмена были распределены ключи.
Если же этого не произошло, для его реализации необходим специальный канал, обеспечивающий секретность и подлинность передаваемой информации, по которому параллельно с передачей данных по незащищенному каналу будут передаваться ключи.
Для передачи же MDC требуется канал, обеспечивающий только подлинность передаваемых данных, требование секретности отсутствует, и это делает данный метод предпочтительным при одноразовой передаче данных основная информация передается по обычному незащищенному каналу, а MDC сообщается отправителем получателю по каналу, который может прослушиваться но не может быть использован для навязывания ложных данных - например, голосом по телефону - если участники обмена лично знакомы и хорошо знают голоса друг друга.
Кроме того, подход на основе выработки MDC более прост и удобен для систем, где создание и использование информационных массивов разделены во времени, но не в пространстве, то есть для контроля целостности хранимой, а не передаваемой информации - например, для контроля неизменности программ и данных в компьютерных системах. При этом контрольная комбинация MDC должна храниться в системе таким образом, чтобы исключить возможность ее модификации злоумышленником.
Оба подхода допускают возможность реализации на основе любого классического блочного шифра. При этом надежность полученной системы имитозащиты, конечно при условии ее корректной реализации, будет определяться стойкостью использованного блочного шифра - это утверждение исключительно легко доказывается. В двух последующих разделах будут рассмотрены оба подхода к контролю неизменности массивов данных. 2.3. Выработка кода аутентификации сообщений. Выработка кода аутентификации сообщений с использованием процедуры криптографического преобразования данных официально или полуофициально закреплена во многих стандартах на алгоритмы шифрования.
Так, например, в различных комментариях к стандарту шифрования США рекомендуется использовать DES для выработки контрольной комбинации 5 . Российский стандарт шифрования ГОСТ2814789 6 явным образом предусматривает режим выработки имитовставки, которая является не чем иным, как образцом MAC. Схема использования криптографического преобразования EK для выработки кода аутентификации весьма проста все исходное сообщение разбивается на блоки, затем последовательно для каждого блока находится результат преобразования по алгоритму EK побитовой суммы блока по модулю 2 с результатом выполнения предыдущего шага. Таким образом, получаем следующее уравнение для выработки контрольной комбинации C CK T EK T1EK T2EK EK Tm. Схема алгоритма выработки MAC приведена на рисунке 1. Шаг 0. Входные данные - массив данных T, разбитый на m блоков фиксированного размера, равного размеру блока данных использованного шифра для большинства наиболее известных шифров - 64 бита T T1,T2, ,Tm. Последний блок данных Tm каким-либо способом дополняется до полного блока данных, если имеет меньший размер.
Шаг 1. MAC получает нулевое начальное значение.
Следующий шаг алгоритма 2 выполняются последовательного для каждого блока исходных данных в порядке их следования. Шаг 2. Побитовая сумма по модулю 2 очередного блока исходных данных Ti c текущим значением MAC S подвергается преобразованию по алгоритму зашифрования, результат становится новым текущим значением MAC. Рис. 1. Алгоритм выработки кода аутентификации для массива данных. Шаг 3. Результатом работы алгоритма - MAC для входного массива данных - является последнее текущее значение MAC, полученное на шаге 2. Рассмотрим свойства криптографических преобразований EK, используемых для шифрования данных, и определим те из них, которые необходимы при выработке MAC 1. Преобразование данных должно использовать в качестве параметра секретный ключ K. Его секретность определяет секретность зашифрованных данных. 2. Преобразование данных должно быть криптографически стойким, то есть не должно существовать иной возможности определить входной блок алгоритма при известном выходном и неизвестном ключе, или определить ключ при известных входном и выходном блоках иначе как перебором по возможным значениям входного блока и ключа в первом и во втором случаях соответственно. 3. Преобразование данных должно быть обратимым - для того, чтобы была осуществима процедура расшифрования. Если шифрующее преобразование EK предполагается использовать для выработки кода аутентификации, выполнение третьего свойства не требуется, так как при этом преобразование всегда выполняется в одну сторону.
Кроме того криптостойкость алгоритма преобразования может быть несколько ниже, чем при шифровании, и это не приведет к снижению надежности всей схемы.
Действительно, при выработке MAC в распоряжении криптоаналитика есть только один блок данных - MAC, который является функцией сразу всех блоков исходного текста, а при зашифровании в его распоряжении есть набор блоков шифротекста, каждый из которых зависит только от одного блока исходного текста.
Очевидно, в первом случае его задача существенно сложнее.
Именно по этой причине в ГОСТе 28147-89 для выработки имитовставки используется упрощенный 16-раундовый цикл преобразования, тогда как для шифрования - полный 32-раундовый. 2.4.