Криптографический протокол (англ. Cryptographic protocol) — это абстрактный или конкретный протокол, включающий набор криптографических алгоритмов. В основе протокола лежит набор правил, регламентирующих использование криптографических преобразований и алгоритмов в информационных процессах.
Понятие криптографического протокола
Коммуникационный протокол устанавливает последовательность действий участников при передаче информации или информационном обмене. Обычный коммуникационный протокол обеспечивает установку сеанса, выбор маршрута, обнаружение искажений и восстановление передаваемой информации и т. п. Безопасность протокола выражается в обеспечении гарантий выполнения таких свойств, характеризующих безопасность, как доступность, конфиденциальность, целостность и др. На системном языке говорят о функциях, выполняемых системой безопасности, либо о предоставляемых ею сервисах. Чтобы не путать с обычным математическим понятием функции, будем в подобных случаях говорить о функциях-сервисах. Протокол, обеспечивающий поддержку хотя бы одной из функций-сервисов безопасности, называется защищённым или, точнее, протоколом обеспечения безопасности (security protocol). Защитные механизмы либо дополняют, либо встраиваются в коммуникационный протокол.
Функции криптографических протоколов
- Аутентификация источника данных
- Аутентификация сторон
- Конфиденциальность данных
- Невозможность отказа
- Невозможность отказа с доказательством получения
- Невозможность отказа с доказательством источника
- Целостность данных
- Обеспечение целостности соединения без восстановления
- Обеспечение целостности соединения с восстановлением
- Разграничение доступа
Классификация
1.Классификация по числу участников:
- двусторонний;
- трёхсторонний;
- многосторонний.
2.Классификация по числу передаваемых сообщений:
- интерактивный (есть взаимный обмен сообщениями);
- неинтерактивный (только однократная передача).
3.Классификация по целевому назначению протокола:
- протокол обеспечения целостности сообщений;
- с аутентификацией источника;
- без аутентификации источника;
- протокол (схема) цифровой подписи;
- протокол индивидуальной / групповой цифровой подписи;
- с восстановлением / без восстановления сообщения;
- протокол цифровой подписи вслепую;
- протокол цифровой подписи с доказуемостью подделки;
- протокол идентификации (аутентификации участников);
- односторонней аутентификации;
- двусторонней (взаимной) аутентификации;
- конфиденциальная передача;
- обычный обмен сообщениями;
- широковещательная / циркулярная передача;
- честный обмен секретами;
- забывающая передача;
- протокол привязки к биту (строке);
- протокол распределения ключей;
- протокол (схема) предварительного распределения ключей;
- протокол передачи ключа (обмена ключами);
- протокол совместной выработки ключа (открытого распределения ключей);
- протокол парный / групповой;
- протокол (схема) разделения секрета;
- протокол (распределения ключей для) телеконференции.
Классификацию криптографических протоколов можно проводить также и по другим признакам:
- по типу используемых криптографических систем:
- на основе симметричных криптосистем;
- на основе асимметричных криптосистем;
- смешанные;
- по способу функционирования:
- интерактивный / неинтерактивный;
- однопроходный / двух- / трёх- и т. д. проходный;
- протокол с арбитром (протокол с посредником);
- двусторонний / с доверенной третьей стороной (с центром доверия).
Групповые протоколы предполагают одновременное участие групп участников, например:
- протокол разделения секрета (secret sharing protocol) — если все группы, имеющие на это право, формируют одинаковые ключи;
- протокол телеконференции — если у различных групп должны быть разные ключи;
- протокол групповой подписи (group signature protocol) — предполагается одновременное участие заранее определенной группы участников, причем в случае отсутствия хотя бы одного участника из группы формирование подписи невозможно.
Примитивный криптографический протокол (primitive cryptographic protocol) — это криптографический протокол, который не имеет самостоятельного прикладного значения, но используется как базовый компонент при построении прикладных криптографических протоколов. Как правило, он решает какую-либо одну абстрактную задачу. Например, протокол обмена секретами, протокол привязки к биту, протокол подбрасывания монеты (по телефону).
Прикладной криптографический протокол (application cryptographic protocol) предназначен для решения практических задач обеспечения функций — сервисов безопасности с помощью криптографических систем. Следует заметить, что прикладные протоколы, как правило, обеспечивают не одну, а сразу несколько функций безопасности. Более того, такие протоколы, как IPsec, на самом деле являются большими семействами различных протоколов, включающими много разных вариантов для различных ситуаций и условий применения.
Примерами прикладных протоколов являются:
- система электронного обмена данными;
- система электронных платежей;
- система электронной коммерции;
- поддержка правовых отношений;
- игровые протоколы.
Протоколы доказательства
Доказательство интерактивное (interactive proof) - осуществляется путём выполнения протокола с двумя участниками: доказывающий — убеждает проверяющего в истинности некоторого утверждения; проверяющий — либо принимает, либо отвергает доказательство. Характеризуется двумя условными вероятностями:
— если доказываемое утверждение верно, то доказательство должно быть верным с вероятностью, стремящейся к единице при увеличении числа повторений протокола;
— если же доказываемое утверждение ложно, то при увеличении числа повторений протокола вероятность правильности доказательства должна стремиться к нулю
Доказательство знания (proof of knowledge) — доказательство интерактивное, при котором доказывающий убеждает проверяющего в том, что он владеет секретной информацией, не раскрывая её. Протокол интерактивного доказательства должен учитывать возможность обмана со стороны обоих участников. Если участник A (доказывающий) на самом деле не знает доказываемого утверждения (либо от имени участника A выступает кто-либо другой), то B должен обнаружить факт обмана. Поэтому доказательство знания характеризуется двумя свойствами: полнотой и корректностью.
Задачи
- Обеспечение различных режимов аутентификации
- Генерация, распределение и согласование криптографических ключей
- Защита взаимодействий участников
- Разделение ответственности между участниками
Средства автоматизированного анализа
По принципам работы их можно сгруппировать в два основных класса:
- Средства дедуктивного логического вывода. Использует дедуктивный подход, основанный на логической проверке корректности рассматриваемого протокола. Свойства формулируются как утверждения в рамках некоторой логики, и для их проверки ищется логический вывод этого утверждения. Применяется для доказательства корректности системы, того, что протокол действительно удовлетворяет определённым требованиям. Средства первого типа можно подразделить на три основные группы, в основе которых лежат соответственно: логика доверия и генерация теории; автоматическое доказательство теорем; логическое программирование.
- Средства верификации. Основаны на использовании методов верификации, и прежде всего метода проверки на модели (model checking). По протоколу строится формальная модель — система переходов, состояниями которой являются множества высказываний о свойствах протокола. Затем она проверяется на удовлетворение некоторому свойству безопасности в каждом своем состоянии, которого можно достичь, выходя из определенного множества начальных состояний. Основные трудности такого подхода связаны с бесконечностью числа состояний моделирующей системы, что требует необходимости сведения к конечной поведенческой модели. С другой стороны, в результате строится контрпример, состоящий из траектории, ведущей к опасному состоянию системы, называемому состоянием атаки, тем самым явно указывается атака на протокол.
Разновидности атак на протоколы
- Атаки, направленные против криптографических алгоритмов
- Атаки против криптографических методов, применяемых для реализации протоколов
- Атаки против самих протоколов (активные или пассивные)
Известные атаки на криптографические протоколы
- Подмена (impersonation) — попытка подменить одного пользователя другим. Нарушитель, выступая от имени одной из сторон и полностью имитируя ее действия, получает в ответ сообщения определенного формата, необходимые для подделки отдельных шагов протокола. Методы противодействия состоят в: — сохранении в тайне от противника информации, определяющей алгоритм идентификации; — использование различных форматов сообщений, передаваемых на разных шагах протокола; — вставка в них специальных идентификационных меток и номеров сообщений. В протоколах с использованием третьей стороны возможны атаки, основанные на подмене доверенного сервера. Например, одна из сторон, имеющая доверительные отношения с сервером, выступает от его имени, подменяет его трафик обмена с другими сторонами и в результате получает возможность раскрывать значения генерируемых центром ключей. Эта атака может быть успешной для протоколов, в которых аутентификация при доступе к серверу основана только на идентификаторах сторон и случайных числах, генерируемых при каждом взаимодействии. Для защиты от таких атак применяют средства привязки ключей не к одной, а к обеим взаимодействующим сторонам путем передачи обоих идентификаторов в зашифрованном виде.
- Повторное навязывание сообщения (replay attack) — повторное использование ранее переданного в текущем или предыдущем сеансе сообщения или какой-либо его части в текущем сеансе протокола. Например, повторная передача информации ранее проведенного протокола идентификации может привести к повторной успешной идентификации того же самого или другого пользователя. В протоколах передачи ключей данная атака часто применяется для повторного навязывания уже использованного ранее сеансового ключа — атака на основе новизны (freshness attack). Методы противодействия состоят в обеспечении целостности сеанса и невозможности вставки в него лишних сообщений. Для этого используется: — техника типа «запрос — ответ»; — вставка в передаваемые сообщения временных меток, случайных чисел или возрастающих последовательностей чисел.
- Еще один тип подобных атак связан с обратной передачей адресату ранее переданных им сообщений и получил название атака отражением (reflection attack). Часто атаки данного типа относят к классу атак с повторным навязыванием сообщения. Для защиты от таких атак протоколы специально делают несимметричными, включая в зашифрованные сообщения идентификаторы сторон либо изменяя процедуры так, чтобы стороны должны были выполнять разные действия, вводят в протокол идентификационную информацию, используют различные ключи для приема и передачи сообщений.
- Задержка передачи сообщения (forced delay) — перехват противником сообщения и навязывание его в более поздний момент времени. Это также разновидность атаки с повторным навязыванием сообщения. Методы противодействия включают использование случайных чисел совместно с ограничением временного промежутка для ответа, использование временных меток.
- Комбинированная атака (interleaving attack) — подмена или другой метод обмана, использующий комбинацию данных из ранее выполненных протоколов, в том числе протоколов, ранее навязанных противником. Метод противодействия состоит в обеспечении целостности сеансов протоколов и отдельных сообщений.
- Специальный частный случай предыдущей атаки, в котором противник специально открывает одновременно несколько параллельных сеансов с целью использования сообщений из одного сеанса
Требования к безопасности протокола
- Аутентификация (нешироковещательная):
- аутентификация субъекта
- аутентификация сообщения
- защита от повтора
- Аутентификация при рассылке по многим адресам или при подключении к службе подписки/уведомления:
- неявная (скрытая) аутентификация получателя
- аутентификация источника
- Авторизация (доверенной третьей стороной)
- Свойства совместной генерации ключа:
- аутентификация ключа
- подтверждение правильности ключа
- защищенность от чтения назад
- формирование новых ключей
- защищенная возможность договориться о параметрах безопасности
- Конфиденциальность
- Анонимность:
- защита идентификаторов от прослушивания (несвязываемость)
- защита идентификаторов от других участников
- Ограниченная защищенность от атак типа «отказ в обслуживании»
- Инвариантность отправителя
- Невозможность отказа от ранее совершенных действий:
- подотчётность
- доказательство источника
- доказательство получателя
- Безопасное временное свойство
См. также
 |
Криптографический протокол в Викиучебнике |
|---|
- Internet Key Exchange
- IPsec
- Kerberos
- Point-to-Point Protocol
- Transport Layer Security
- Протоколы тайного голосования
 | В этой статье не хватает ссылок на источники информации. |
Ссылки
 | |
|---|---|
| |
|---|---|
| Общего назначения | |
| Криптографические | |
| Функции формирования ключа | |
| Контрольное число (сравнение) | |
| Применение хешей | |
- ↑ А. В. Черемушкин. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОТОКОЛЫ: ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И УЯЗВИМОСТИ.
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .