Система PGP

Система PGP. Сервис PGP, если не рассматривать управление ключами, складывается из пяти функций: аутентификация, конфиденциальности, сжатия, совместимости на уровне электронной почты и сегментации.

Рассмотрим краткую характеристику функций PGP. Функция Используемые алгоритмы Описание Цифровая подпись DSS/SHA или RSA/SHA С помощью SHA–1 создаётся хэш-код сообщения.

Полученный таким образом профиль сообщения шифруется с помощью DSS или RSA с использованием личного ключа отправителя и включается в сообщение. Шифрование сообщения CAST либо IDEA, либо «тройной» DES c тремя ключами и алгоритмом Диффи-Хеллмана или RSA. Сообщение шифруется с помощью CAST-128 или IDEA, или 3DES с одноразовым сеансовым ключом, генерируемым отправителем. Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма Диффи-Хеллмана или RSA c использованием открытого ключа получателя и включается в сообщение.

Сжатие ZIP Сообщение можно сжать для хранения или передачи, использую zip. Совместимость на уровне электронной почты Преобразование в формат radix-64 Чтобы обеспечить прозрачность для всех приложений электронной почты, шифрованное сообщение можно превратить в строку ASCII, используя преобразование в формат radix-64. Сегментация Чтобы удовлетворить ограничениям максимального размера сообщений, PGP выполняет сегментацию и обратную сборку сообщения.

Схема аутентификации. Обозначения: Ка – сеансовый ключ, используемый в схеме традиционного шифрования, KRа – личный ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом, KUа – открытый ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом, EP – шифрование в схеме с открытым ключом, DP – дешифрование в схеме с открытым ключом, EC – шифрование в схеме традиционного шифрования, DC – дешифрование в схеме традиционного шифрования, H – функция хэширования, || – конкатенация, Z – сжатие с помощью алгоритма zip, R64 – преобразование в формат radix-64 ASCII. Шаги: 1. Отправитель создает сообщение. 2. Используется алгоритм SHA-1, в результате чего получается 160-битовый хэш-вектор сообщения 3. Полученный хэш-вектор шифруется с помощью алгоритма RSA c использованием личного ключа отправителя, и результат добавляется в начало сообщения. 4. Получатель использует RSA с открытым ключом отправителя, чтобы дешифровать и восстановить хэш-код. 5. Получатель генерирует новый хэш-код полученного сообщения и сравнивает его с дешифрованным хэш-кодом.

Если хэш-коды совпадают, сообщение считается подлинным.

Схема шифрования сообщения. Шаги: 1. Отправитель генерирует сообщение и случайное 128-битовое число, которое выступает в качестве сеансового ключа только для этого сообщения. 2. Сообщение шифруется с помощью алгоритма CAST-128 (или IDEA, или 3DES) и данного сеансового ключа. 3. Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма RSA и открытого ключа получателя и присоединятся к началу сообщения. 4. Получатель использует RSA c личным ключом, чтобы дешифровать и тем самым восстановить сеансовый ключ. 5. Сеансовый ключ применяется для дешифрования сообщения.

Схема использования обоих служб (подписи сообщения с помощью личного ключа и его шифровки с помощью сеансового ключа). Отправитель сообщения: 1. Для сообщения генерируется подпись (хэш-вектор, зашифрованный личным ключом отправителя объединяется с открытым текстом сообщения). 2. Подпись и открытый текст сообщения сжимаются zip-ом 3. Сжатый открытый текст сообщения и подпись шифруются с помощью алгоритма CAST -128 (или IDEA, или 3DES), а сеансовый ключ шифруется с помощью RSA (или алгоритма Эль-Гамаля) при этом используется открытый ключ получателя.

Получатель сообщения 1. Cеансовый ключ дешифруется с помощью личного ключа получателя. 2. С помощью полученного сеансового ключа дешифрует сообщение 3. Распаковка сообщения 4. Открытым ключом отправителя дешифрует хэш-вектор и генерирует новый хэш-вектор. 5. Сравнивает их. Если совпадают  сообщение не было изменено.

Идентификаторы ключей. Так как получатель сообщения имеет возможность получать зашифрованные и подписанные сообщения от многих участников переписки, следовательно он должен иметь несколько пар личный/открытый ключей. Для того, чтобы получателю определить какой личный ключ (алгоритма RSA) надо использовать для расшифровки сеансового ключа (алгоритма CAST-128) он получает идентификатор открытого ключа (вместо самого ключа пересылается его идентификатор, так как сам открытый ключ для RSA может иметь длину в сотни десятичных разрядов). Идентификатор, связываемый с каждым открытым ключом, размещается в младших 64 разрядах ключа.

Идентификатор ключа требуется и для цифровой подписи PGP. Из-за того что отправитель может воспользоваться одним из нескольких личных ключей для шифрования профиля сообщения, получатель должен знать, какой открытый ключ ему следует использовать.

Поэтому раздел цифровой подписи сообщения включает 64-битовый идентификатор соответствующего открытого ключа. При получении сообщения получатель проверяет, что идентификатор соответствует известному ему открытому ключу отправителя, а затем продолжает проверку подписи. Формат передаваемого сообщения. Сообщение Подпись Компонент сеансового ключа Содержимое Данные Метка даты-времени Имя файла Профиль сообщения Ведущие два октета профиля сообщения Идентификатор открытого ключа отправителя (KUa) Метка даты-времени Сеансовый ключ (Ks) Идентификатор открытого ключа получателя (Rub) EkRa EkUa Операция ZIP Eкs R64 ERUb – шифрование с использованием личного ключа пользователя B EKRa – шифрование с использованием открытого ключа пользователя А EКs – шифрование с использованием сеансового ключа ZIP – функция сжатия ZIP R64 – функция преобразования в формат radix-64. Компонент подписи включает следующие элементы: 1. Метка даты-времени. Время создания подписи 2. Профиль сообщения. 160-битоавый профиль сообщения, созданный с помощью SHA-1 и шифрованный с использованием личного ключа подписи отправителя (KRа). Профиль вычисляется для метки даты-времени подписи, связанной конкатенацией с порцией данных компонента сообщения.

Включение метки даты-времени подписи в профиль обеспечивает защиту от атак воспроизведения сообщения.

Исключение имени файла и метки даты-времени компонента сообщения гарантирует, что отделённая подпись будет в точности совпадать с подписью, добавляемой в префикс сообщения.

Отделенные подписи вычисляются для файла, в котором нет никаких полей заголовка сообщения. 3. Ведущие два октета профиля сообщения. Чтобы обеспечить получателю возможность определить, соответствующий ли открытый ключ использовался для шифрования профиля сообщения с целью аутентификации, проводится сравнение этих двух октетов открытого текста исходного профиля с первыми двумя октетами дешифрованного профиля. Эти октеты также служат 16-битовой последовательностью, используемой для проверки сообщения. 4. Идентификатор открытого ключа отправителя.

Идентифицирует открытый ключ, который должен служить для дешифрования профиля сообщения и, следовательно, идентифицирует личный ключ, использовавшийся для шифрования профиля сообщения. Компонент сообщения и необязательный компонент подписи могут быть сжаты с помощью ZIP и могут быть зашифрованы с использованием сеансового ключа. Компонент сеансового ключа включает сеансовый ключ и идентификатор открытого ключа получателя, который использовался отправителем для шифрования данного сеансового ключа.

Весь блок обычно переводиться в формат radix-64. Перевод в формат radix-64 используется для совместимости на уровне электронной почты. Сервис аутентификации предполагает, что мы шифруем только профиль сообщения (цифровая подпись), сервис конфиденциальности предполагает, что мы шифруем само сообщение (сеансовым ключом) и подпись (при наличии последней), таким образом часть или весь выходной блок сообщения представляет собой поток произвольных 8-битовых байтов.

Однако многие системы электронной почты позволяют использовать только блоки, состоящие из символов текста ASCII. Чтобы удовлетворить такому ограничению, PGP обеспечивает сервис конвертирования сырого 8-битового двоичного потока в поток печатаемых символов ASCII. Для этого используется схема конвертирования radix-64. 2. 2. Система S/MIME. Система S/MIME (Secure/Multipurpose Internet Mail Extension – защищённые многоцелевые расширения электронной почты) является усовершенствованием с точки зрения защиты стандарта формата MIME электронной почты в Internet, базирующимся на использовании технологии RSA Data Security. Существуют основания полагать, что S/MIME станет стандартом коммерческого и промышленного использования, в то время как PGP останется альтернативой для защиты личной электронной почты большинства индивидуальных пользователей.

Стандарт MIME является расширением базового стандарта RFC 822, призванным решить некоторые проблемы и преодолеть ограничения протокола SMTP или некоторого другого протокола передачи почты, и RFC 822. Ограничениями протокола SMTP, которые решает MIME являются: 1. SMTP не позволяет передавать исполняемые файлы и другие объекты в двоичном формате.

Существует ряд схем преобразования двоичных файлов в текстовые (к ним относятся Uuencode/Uudecode для UNIX), которые затем могут быть использованы различными почтовыми системами SMTP/ Однако ни одна из таких схем не является стандартом. 2. SMTP не позволяет предавать текстовые данные, включающие символы национальных языков. 3. Шлюзы SMTP, выполняющие трансляцию кодов ASCII в коды EBCDIC и обратно, могут иметь разные таблицы перевода, что выливается в проблемы трансляции.

Исходя из этих недостатков технические спецификации MIME включают следующие элементы: 1. Определяется пять новых полей заголовка сообщения, которые могут включаться в заготовок RFC 822. Эти поля несут в себе информацию о теле сообщения. 2. Определяется несколько форматов содержимого, задающих стандарты представления документов мультимедиа в сообщениях электронной почты. 3. Определяются стандарты кодировок передаваемых данных, позволяющие защитить содержимое сообщения от изменения при осуществлении почтовыми системами преобразования передаваемых данных из одного формата в другой.

Стандарт MIME определяет пять полей заголовка сообщения, любые или все из которых могут включаться в заголовок RFC 822: MIME-Version (версия MIME). Соответствующий параметр должен иметь значение 1.0. Это поле указывает, что сообщение соответствует стандартам RFC 2045 и 2046. Content-Type (тип содержимого). Описывает данные, помещённые в тело сообщения, достаточно подробно для того, чтобы агент получателя смог выбрать соответствующий агент или механизм, позволяющий представить полученные данные пользователю или обработать их каким-то иным соответствующим образом.

Content-Transfer-Encoding (кодировка передаваемого содержания). Указывается тип преобразования, использовавшегося для того, чтобы представить тело сообщения в виде, приемлемом для пересылки почтой.

Сontent-ID (идентификатор содержимого). Служит для того, чтобы уникальным образом идентифицировать объекты MIME среди множества контекстов. Content-description (описание содержимого). Текстовые описания объекта в теле сообщения; полезно тогда, когда объект имеет форму, недоступную для прочтения (например, звуковые данные). Любая реализация, как минимум, должна поддерживать обработку полей MIME-Version, Content-Type и Сontent-Transfer-Encoding.

В S/MIME защита объекта MIME обеспечивается подписью, шифрованием или и тем, и другим одновременно. Объектом MIME может быть как всё сообщение (за исключением его заголовков RFC 822) или, в случае многокомпонентного содержимого MIME, одно или несколько частей сообщения. Объект MIME готовится в соответствии с обычными правилами подготовки сообщений MIME. Затем объект MIME вместе с некоторыми связанными с ним данными защиты (например, идентификаторами алгоритма и сертификатов) обрабатывается S/MIME, чтобы в результате получить то, что обычно называют объектом PKCS (Public-Key Cryptography Specification – спецификация криптографии с открытым ключом). С объектом PKCS затем обращаются как с содержимым сообщения, которое упаковывают в MIME (добавляя соответствующие заголовки MIME). Помимо типов содержимого стандарта MIME, в стандарте S/MIME используются ряд новых типов содержимого, перечисленные в таблице. Все эти типы содержимого используют обозначения PKCS, опубликованные RSA Laboratories и доступные для S/MIME. Тип Подтип Параметр S/MIME Описание Multipart (многокомпонентный) Signed (подписанный) Открытое подписанное сообщение из двух частей: сообщения и его подписи Application (приложение) pkcs7-mime signedData Подписанные объект S/MIME pkcs7-mime envelopedData Шифрованный объект S/MIME pkcs7-mime Degenerate signedData Объект, содержащий только сертификаты открытых ключей pkcs7-signature - Тип подписи, являющейся частью сообщения типа multipart/signed pkcs10-mime - Сообщение запроса регистрации сертификата.

Формирование объекта envelopedData (упакованные данные). При подготовке объекта envelopedData MIME должны быть выполнены следующие действия: 1. Генерируется псевдослучайный сеансовый ключ для конкретного алгоритма симметричной схемы шифрования (RC2/40 или 3DES). 2. Для каждого получателя сеансовый ключ шифруется с помощью открытого ключа получателя и RSA. 3. Для каждого получателя готовится блок данных, называемый RecipientInfo (информация для получателя), содержащий сертификат открытого ключа отправителя, идентификатор алгоритма, использовавшегося для шифрования сеансового ключа, и шифрованный сеансовый ключ. 4. Содержимое сообщения шифруется с помощью сеансового ключа.

Блоки RecipientInfo, за которыми следует шифрованное содержимое сообщения, вместе составляют блок envelopedData. Эта информация затем кодируется в формате base64 (radix-64). Пример такого файла: Content-Type: application/pkcs7-mime; smime-type=enveloped-data; name=smime.p7m Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Disposition: attachment; filename=smime.p7m Rfvbn765BghyHhUjfewqwnvdCDC7 Формирование объекта signedData (подписанные данные). 1. Выбирается алгоритм создания профиля сообщения (SHA или MD5). 2. Вычисляется профиль сообщения (значение хэш-функции) для содержимого, которое должно быть подписано. 3. Профиль сообщения шифруется с помощью личного ключа стороны, подписавшей документ. 4. Подготавливается блок, называемый SignedInfo (информация подписавшей стороны), содержащий сертификат открытого ключа подписавшей документ стороны, идентификатор алгоритма, использовавшегося для шифрования профиля сообщения и шифрованного профиля сообщения.

Объект signedData формируется из ряда блоков, включающих идентификатор алгоритма создания профиля сообщения, само подписываемое сообщение и блок SignerInfo. Вся эта информация кодируется в base64. Пример такого сообщения (с исключёнными заголовками RFC 822): Content-Type: application/pkcs7-mime; smime-type=signed-data; name=smime.p7m Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Disposition: attachment; filename=smime.p7m Rfvbn765BghyHhUjfewqwnvdCDC7 Открытое подписанное сообщение.

Открытое подписанное сообщение получается тогда, когда для содержимого используется тип multipart и подтип signed.

Сообщение типа multipart/signed включает две части. Первая часть может быть любого типа MIME, но должна быть подготовлена так, чтобы она не была изменена в пути следования от источника к адресату.

Это значит, что если первая часть не представлена в 7-битовой кодировке, то данные надо кодировать в формат base64. В первой части располагается открытый текст сообщения.

Вторая часть представляет собой отделённую подпись. Она формируется по алгоритму объекта signedData. В результате создаётся объект в формате signedData, поле содержимого которого оказывается пустым.

Затем этот объект кодируется в формат base64, чтобы стать второй частью многокомпонентного сообщения.

Для типа MIME этой второй части выбирается значение application, а для подтипа - pkcs7-signature. Пример такого сообщения: Content-Type: multipart/signed; Protocol=”application/pkcs7- signature”; Micalg=shal; boundary=boundary42 boundary42 Content-Type: text/plain Это открытый текст подписанного сообщения. boundary42 Content-Type: application/pkcs7- signature; name=smime.p7m Content-Transfer-Encoding: base64 Content-Disposition: attachment; filename=smime.p7m Rfvbn765BghyHhUjfewqwnvdCDC7 boundary42 Значение параметра protocol указывает но то, что этот объект является двухкомпонентным открытым подписанным сообщением.

Значение параметра micalg указывает тип используемого профиля сообщения. Получатель может проверить подпись, вычислив профиль сообщения из первой части и сравнив его с профилем сообщения, который восстанавливается из подписи во второй части.

Криптографические алгоритмы. В таблице представлены криптографические алгоритмы, используемы в системе S/MIME. В S/MIME принята терминология, предложенная в документе RFC 2119 и позволяющая указать уровень требований. ОБЯЗАТЕЛЬНО (MUST). Определение является абсолютным требованием спецификации. Любая реализация должна включать это свойство или функцию, чтобы соответствовать данной спецификации. РЕКОМЕНДУЕТСЯ (SHOULD). В конкретном окружении могут существовать причины игнорировать это свойство или функцию, но рекомендуется, чтобы реализация всё же имела соответствующее свойство или функцию.

Функция Требование Создание профиля сообщения, используемого при формировании цифровой подписи. ОБЯЗАТЕЛЬНА поддержка SHA-1 и MD5 РЕКОМЕНДУЕТСЯ использование SHA-1 Шифрование профиля сообщения для формирования цифровой подписи Для агентов отсылки и приёма ОБЯЗАТЕЛЬНА поддержка DSS Для агента отсылки РЕКОМЕНДУЕТСЯ поддержка шифрования RSA Для агента приёма РЕКОМЕНДУЕТСЯ поддержка верификации подписей RSA с длиной ключа от 512 до 1024 битов.

Шифрование сеансового ключа для передачи с сообщением Для агентов отсылки и приёма ОБЯЗАТЕЛЬНО поддержка алгоритма Диффи-Хеллмана. Для агента отсылки РЕКОМЕНДУЕТСЯ поддержка шифрования RSA с длиной ключа от 512 до 1024 битов. Для агента приёма РЕКОМЕНДУЕТСЯ поддержка дешифрования RSA Шифрование сообщения для передачи с использованием сеансового ключа Для агента отсылки РЕКОМЕНДУЕТСЯ поддержка шифрования tripleDES и RC2/40. Для агента приёма ОБЯЗАТЕЛЬНА поддержка дешифрования tripleDES и РЕКОМЕНДУЕТСЯ поддержка дешифрования RC2/40. S/MIME объединяет три алгоритма, использующих открытые ключ. Стандарт цифровой подписи (алгоритм DSS) является предпочтительным алгоритмом создания цифровой подписи.

Предпочтительным алгоритмом шифрования сеансовых ключей в S/MIME называется алгоритм Диффи-Хеллмана, но фактически в S/MIME используется вариант алгоритма Диффи-Хеллмана, обеспечивающий шифрование/дешифрование и известный как алгоритм Эль-Гамаля.

В качестве альтернативы как для подписей, так и для шифрования сеансовых ключей может использоваться алгоритм RSA. Для шифрования сообщений рекомендуется «тройной» DES c тремя ключами (tripleDES), но любая гибкая реализация должна поддерживать 40-битовую версию алгоритма RC2. Последний является весьма слабым алгоритмом шифрования, но зато соответствует экспортным требованиям США. 3.