Нелинейные ключевые пространства

Нелинейные ключевые пространства

Одна из проблем, которую приходится решать военным криптографам, состоит, в том, чтобы в случае захвата противником разработанного ими стойкого криптографического оборудования максимально затруднить его использование для защиты вражеских коммуникаций. Первым шагом на пути к решению этой проблемы является аппаратная реализация алгоритма шифрования в виде модуля, который противник не сможет вскрыть с целью ознакомления с особенностями алгоритма.

Затем нужно позаботиться о том, чтобы используемые ключи имели специальный вид. Если введенный ключ имеет отклонения от этого вида, то для шифрования сообщений будет применяться значительно менее стойкий криптографический алгоритм. Желательно, чтобы шансы случайно придать ключу специальный вид, необходимый для шифрования по стойкому алгоритму, были пренебрежимо малы.

Ключевое пространство такого алгоритма шифрования называется нелинейным, поскольку ключи не являются в равной степени стойкими. Если же все ключи шифра обладают одинаковой стойкостью, то его ключевое пространство называют линейным или однородным. Один из способов добиться нелинейности ключевого пространства состоит в разделении используемого ключа на две части: собственно ключа шифрования и некоторой фиксированной строки открытого текста, зашифрованной с помощью этого ключа. После расшифрования строки криптомодуль сравнивает полученный открытый текст с эталонным и при совпадении работает по стойкому алгоритму шифрования, а при несовпадении использует значительно менее нестойкий.

Например, блочный алгоритм шифрования с длиной блока 64 бита и длиной ключа 128 бит может использовать “составной” ключ из 192 бит. Тогда вероятность случайно использовать стойкий ключ будет достаточно мала — всего 2-64.

Однако применить данный подход можно только при условии, что противник не в состоянии восстановить реализованный алгоритм шифрования методом обратного проектирования. Необходимо также добиться, чтобы разница в стойкости ключей не слишком бы бросалась противнику в глаза, и он ни о чем бы не догадался.

Передача ключей

Предположим, что Иванов и Петров обмениваются сообщениями, которые они защищают с использованием симметричного криптографического алгоритма. Для того чтобы зашифровать и потом расшифровать эти сообщения, они должны пользоваться одними и теми же ключами. Петров генерирует ключи при помощи хорошего генератора псевдослучайных битовых последовательностей. Вопрос в том, как Петров передает сгенерированные ключи Иванову. Например, они могут встретиться в каком-нибудь безлюдном месте (в кабинке вокзального туалета или на одном из спутников Сатурна), однако нет необходимости доказывать, что это не всегда удобно как для Петрова, так и для Иванова.

Посылать ключи Иванову, пользуясь тем же каналом связи, по которому они обмениваются шифрованными сообщениями, Петров тоже вряд ли захочет. Ведь если канал связи настолько ненадежен, что требует шифрования посылаемых сообщений, то отправка по нему ключа приведет к тому, что кто-нибудь перехватит этот ключ и сможет прочесть с его помощью все шифрованные сообщения Иванова и Петрова.

Упоминавшийся выше американский стандарт ANSI X9.17 определяет две разновидности ключей. Ключи шифрования данных используются для зашифрования сообщений, отправляемых по каналам связи. Ключи шифрования ключей применяются для зашифрования других ключей, которые предназначены для передачи получателям этих шифрованных сообщений. Ключи шифрования ключей передаются по каналам связи, исключающим подслушивание. Например, с помощью курьеров. Однако, поскольку делать это приходится значительно реже, чем посылать ключи шифрования данных, такой способ передачи ключей абонентам сети связи вполне пригоден для использования на практике.

Другой способ распределения ключей состоит в разбиении ключа на части и в передаче этих частей ключа по различным каналам связи. Одну часть можно отправить телеграфом, другую — доверить телефону, третью — послать с почтовым голубем и т. д. Даже если противнику удастся завладеть всеми частями ключа, кроме одной, без подсказки он все равно не сумеет сообразить, что именно попало ему в руки.

Итак, Петров передает сгенерированные ключи Иванову либо при личной встрече с глазу на глаз, либо делит ключи на части, которые передает по различным каналам. Петров также может отсылать ключи Иванову, пользуясь тем же каналом, по которому он отправляет шифрованные сообщения, однако перед отсылкой ключей Петров должен зашифровать их с помощью ключа шифрования ключей. Поскольку количество передаваемых ключей не очень велико, ключ шифрования ключей часто менять не потребуется. Однако компрометация этого ключа даст противнику возможность прочесть всю шифрованную переписку, которая велась с его помощью, а посему оберегать ключ шифрования ключей следует с особенной тщательностью.

С ростом количества абонентов сети связи применять подход, рекомендуемый стандартом ANSI X9.17, становится все трудней и трудней. Если п человек захотят обмениваться шифрованными сообщениями, общее число переданных ими ключей составит n(n-1)/2. При n = 1000 потребуется почти 500 тыс. пересылок ключей между абонентами, что может вылиться в серьезную проблему. В этом случае лучше производить рассылку ключей из единого центра (назовем его центром распределения ключей, сокращенно — ЦРК).