Какие характеристики безопасности обеспечивает подлинность сообщения

Аутентичности, целостности и достоверности сообщения электронной почты.

Сообщение электронной почты — это фактически файл в специальном формате сообщений электронной почты, расширение «.eml».

Сообщение электронной почты, как любой иной электронный файл, подвержено изменению. Причем для этого не требуются какие-либо специальные познания либо инструменты, достаточно наличие банальной почтовой программы Microsoft Outlook из пакета Microsoft Office. Достаточно открыть сообщение, во вкладке «Действия» выбрать «Изменить сообщение». При этом меняется не только локальный файл сообщения электронной почты, но файл на сервере почтового сервиса.

Более того, файл сообщения электронной почты может быть модифицирован и добавлен на сервер электронной почты, будучи никогда не направленным адресату. То есть в исходящих вполне может появиться сообщение электронной почты, которое никогда и никому не направлялось.

В России аутентичности, целостности и достоверности сообщения электронной почты, и его пригодность для использования может быть обеспечена исключительно технологией электронной цифровой подписи на основе инфраструктуры открытых ключей, которая позволяет обеспечить надежную идентификацию отправителей электронных документов как подтверждение их волеизъявления и правомочности, а также неотказуемость авторства и контроль целостности передаваемых электронных документов.

Иные технологии подтверждения подлинности сообщений электронной почты, как-то «Litigation hold» (Хранение для судебного разбирательства) корпорации Майкрософт, основанной на процедуре Electronically stored information (ESI) в соответствии с правилами Federal Rules of Civil Procedure, не предусмотрены законодательством Российской Федерации и не поддерживаются публичным сервисами электронной почты.

Тем самым публичными почтовыми сервисами не обеспечиваются основные признаки характерные для электронного документа согласно п. 3.1 «ГОСТ Р 7.0.8-2013. Национальный стандарт Российской Федерации. Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Делопроизводство и архивное дело. Термины и определения» (утв. Приказом Росстандарта от 17.10.2013 № 1185-ст), а именно[2]:

аутентичность — свойство электронного документа, гарантирующее, что электронный документ идентичен заявленному;
достоверность — свойство электронного документа, при котором содержание электронного документа является полным и точным представлением подтверждаемых операций, деятельности или фактов и которому можно доверять в последующих операциях или в последующей деятельности;
целостность — состояние электронного документа, в который после его создания не вносились никакие изменения;
пригодность для использования — свойство электронного документа, позволяющее его локализовать и воспроизвести в любой момент времени.

Согласно пункту 45 методических рекомендации по совершению отдельных видов нотариальных действий нотариусами Российской Федерации (утв. приказом Минюста РФ от 15 марта 2000 г. №91) нотариус производит осмотр сообщений электронной почты и фиксирует обстоятельства, обнаруженные при осмотре, то есть удостоверяет соответствие скриншотов, тому, что он увидел при осмотре.

Таким образом, протокол осмотра доказательств (электронной почты) констатирует лишь факт наличия сообщений электронной почты, при этом не может подтверждать как подлинность сообщения электронной почты, так и факт направления или получения сообщения.

The Ultimate Guide to Email Security: Типы, протоколы и лучшие практики

DMARCThe-Ultimate-Guide-to-Email-Security.-Types,-Protocols,-and-Best-Practices

Электронная почта — это способ общения между предприятиями, клиентами и заинтересованными сторонами, обеспечивающий бесперебойный обмен информацией между всеми участниками процесса. Однако, если не уделять приоритетного внимания безопасности электронной почты, ею можно легко манипулировать в злонамеренных целях.

Под безопасностью электронной почты понимаются меры и методы, применяемые для защиты почтовых сообщений от несанкционированного доступа, утечки данных и вредоносных действий. Она включает в себя различные методы и технологии, направленные на обеспечение конфиденциальности, целостности и подлинности почтовых сообщений.

Безопасность электронной почты включает в себя несколько уровней защиты, позволяющих снизить риски и обеспечить сохранность конфиденциальной информации, передаваемой по электронной почте.

Содержание

Что такое безопасность электронной почты?

Безопасность электронной почты — это процесс защиты электронной связи при передаче и хранении частной, личной и коммерческой информации, отправляемой по электронной почте. Она включает в себя фильтрацию содержимого, антивирусное программное обеспечение, алгоритмы шифрования и аутентификацию электронной почты, что позволяет обеспечить конфиденциальность данных и в то же время предотвратить их потерю или несанкционированный доступ.

Передовые методы обеспечения безопасности электронной почты — это набор рекомендуемых стратегий, которые могут помочь защитить электронные сообщения таким образом, чтобы их предполагаемое содержание не было скомпрометировано или изменено.

Каковы три типа защиты электронной почты?

Существует три основные категории, в рамках которых следует размышлять после того, как вы узнаете, что такое безопасность электронной почты: цифровая (масштабируемая), физическая (изменяемая) и процедурная.

Цифровой — Это означает, что ваши электронные письма шифруются при передаче и не могут быть прочитаны посторонними лицами.
Физическая — Этот тип защиты используется, когда необходимо заблокировать определенный фрагмент данных, например, сообщение электронной почты или вложение. Задача состоит в том, чтобы никто не смог изменить или удалить содержимое хранимого файла. Для этого может использоваться пароль или код, доступ к которому имеют только лица с правами доступа.
Процедурный — Речь идет о том, чтобы люди, имеющие соответствующее разрешение, могли просматривать или изменять информацию в системе электронной почты, не имея при этом злого умысла по отношению к самой компании или ее клиентам.

Как работает система защиты электронной почты?

Безопасность электронной почты обеспечивается за счет реализации трехэтапного процесса:

Аутентификация — Это процесс, в ходе которого проверяется, действительно ли человек, отправивший вам электронное сообщение, отправил его. Для этого необходимо сверить его имя и цифровую подпись со своими записями.
Шифрование — При этом данные шифруются таким образом, чтобы их могли прочитать только те, кто имеет доступ к закрытому ключу. Это означает, что никто другой не сможет прочитать данные, если только у него нет информации о вашем закрытом ключе.
Защита — Под защитой понимается процесс предохранения от фишинговых атак при нажатии на ссылки в электронных письмах, которые могут скомпрометировать вашу учетную запись или передать конфиденциальную информацию (например, пароли или номера кредитных карт).

Почему важна безопасность электронной почты?

Безопасность электронной почты важна по следующим причинам:

Обеспечение конфиденциальности

Электронная почта часто содержит конфиденциальную информацию, например, личные или финансовые данные, или коммерческие секреты, и очень важно защитить ее от несанкционированного доступа. Без принятия адекватных мер по защите электронной почты такая информация может быть легко перехвачена и скомпрометирована.

Сохранение целостности сообщений электронной почты

В процессе передачи сообщения электронной почты могут подвергаться несанкционированному вмешательству, что позволяет изменять содержимое сообщения без ведома отправителя или получателя. Обеспечение целостности электронной почты гарантирует, что сообщения останутся неизменными в процессе передачи.

Обеспечение доступности

Безопасность электронной почты также важна для обеспечения работоспособности систем электронной почты. Системы электронной почты могут стать мишенью для злоумышленников, и без надлежащих мер безопасности их работа может быть нарушена, что приведет к простою, снижению производительности и возможной потере данных.

Поддержание стандартов соответствия

Многие отрасли и организации подчиняются различным нормативным требованиям и стандартам, которые требуют от них защиты конфиденциальной информации. Внедрение мер по обеспечению безопасности электронной почты поможет выполнить эти требования и избежать дорогостоящих штрафов и взысканий.

Протоколы безопасности электронной почты

Существует несколько стандартных протоколов защиты электронной почты, предназначенных для повышения безопасности почтовых сообщений. Вот некоторые из часто используемых протоколов:

1. Расширения безопасной/многоцелевой интернет-почты (S/MIME)

S/MIME обеспечивает сквозное шифрование и цифровые подписи для сообщений электронной почты. Он обеспечивает конфиденциальность и целостность содержимого электронной почты путем шифрования сообщения и проверки личности отправителя.

2. Безопасность транспортного уровня (TLS)

TLS — это широко распространенный протокол, который шифрует обмен данными между почтовыми серверами, обеспечивая безопасную передачу почтовых данных. Он защищает от подслушивания и несанкционированного доступа во время пересылки.

3. Система политики отправителя (Sender Policy Framework, SPF)

SPF помогает предотвратить подделку электронной почты, позволяя владельцам доменов указывать, какие почтовые серверы имеют право отправлять сообщения от имени их домена. Серверы-получатели могут проверить запись SPF, чтобы убедиться в подлинности входящих сообщений.

4. DomainKeys Identified Mail (DKIM)

DKIM добавляет цифровую подпись к исходящим сообщениям, предоставляя серверам-получателям возможность убедиться в том, что сообщение не было подделано и действительно исходит от заявленного домена.

5. Аутентификация, отчетность и соответствие сообщений на основе домена (DMARC)

DMARC объединяет SPF и DKIM для аутентификации электронной почты и определения того, как серверы-получатели должны обрабатывать сообщения, не прошедшие аутентификацию. Это позволяет предотвратить подмену домена и дает владельцам доменов возможность отслеживать использование электронной почты и возможные злоупотребления.

6. Internet Message Access Protocol Secure (IMAPS) и Post Office Protocol Secure (POP3S)

IMAPS и POP3S — это защищенные версии протоколов IMAP и POP3 соответственно. Они добавляют шифрование к получению электронной почты с почтовых серверов, обеспечивая конфиденциальность содержимого электронной почты при взаимодействии клиента с сервером.

Совместная работа этих протоколов обеспечивает различные уровни безопасности электронной почты, включая шифрование, аутентификацию и проверку, что позволяет организациям защититься от несанкционированного доступа, утечки данных и атак на электронную почту.

Лучшие методы обеспечения безопасности электронной почты

Безопасность электронной почты — важнейшая составляющая вашего онлайн-бизнеса. Если у вас нет мер безопасности электронной почты, вы можете подвергнуть себя риску кибератак и кражи данных.

К счастью, существует несколько методов защиты электронной почты. Каждый из этих методов по-своему защищает вашу почтовую информацию и уберегает ее от посторонних глаз.

Эти методы включают шифрование, которое защищает ваши сообщения от прочтения кем-либо, кто может перехватить их в процессе передачи по сети; и аутентификацию, которая позволяет убедиться, что человек на другом конце сообщения является тем, за кого себя выдает.

Реализация фильтров спама

Спам — это тип незапрошенной электронной почты, которая часто содержит вредные или обманчивые материалы. Спам может рассылаться по электронной почте:

Спамеры, которые пытаются продать вам товары или услуги
Мошенники, которые пытаются украсть вашу информацию и использовать ее для получения финансовой выгоды;
Хакеры «черной шляпы», которые ищут уязвимости в вашей системе, которые они могут использовать, чтобы получить доступ к вашим данным и вызвать другие проблемы.

Спам-фильтры предназначены для выявления и блокирования нежелательной электронной почты. Это достигается путем изучения содержимого письма и поиска определенных закономерностей. Когда спам-фильтр определяет сообщение как спам, он предотвращает его отправку в почтовый ящик получателя.

Существует множество различных типов спам-фильтров, в том числе:

Фильтры на основе черного списка, которые проверяют сообщения по списку известных адресов спамеров
Фильтры на основе ключевых слов, которые проверяют сообщения на основе ключевых слов или фраз
Фильтры на основе аномалий, которые ищут потенциально вредоносное содержимое в сообщениях
Эвристические фильтры, выполняющие комбинацию других видов анализа для определения того, является ли сообщение спамом.

Настройка антивирусной защиты

Вирусы — одна из самых больших угроз безопасности электронной почты на сегодняшний день. Они могут заразить всю сеть, испортив файлы, украв пароли и личные данные или распространившись по нескольким системам через зараженные вложения, отправленные по электронной почте. Эти вирусы могут посеять хаос на почтовых серверах и приложениях вашей компании, если их не обнаружить достаточно быстро.

Лучшим способом защиты электронной почты является применение антивирус системы защиты на почтовом сервере. Антивирусная система проверяет все входящие сообщения на наличие вирусов, червей и троянских коней.

Использование контроля вложений электронной почты

Фишинговые письма предназначены для того, чтобы обманом заставить людей сообщить свои личные данные, нажав на ссылку в электронном письме. Во вложении к этим письмам часто содержится вредоносное программное обеспечение, которое может позволить мошенникам получить доступ к вашему компьютеру и собрать вашу банковскую информацию.

Лучший способ защиты от фишинговых атак — использование системы контроля вложений электронной почты. Эти системы позволяют вам видеть, какие типы файлов отправляются в ваш почтовый ящик, прежде чем они будут открыты вами или кем-то из вашей команды. Они также помогают проверить, был ли файл отправлен с адреса отправителя, прежде чем пропустить его через фильтры безопасности, такие как антивирусные программы или спам-фильтры.

Обеспечение шифрования электронной почты

Незашифрованные электронные письма также уязвимы для хакеров, поскольку их можно легко расшифровать. Это означает, что если кто-то перехватит незашифрованное письмо, он сможет прочитать его без использования пароля или ключа. Шифрование электронных писем гарантирует, что их сможет прочитать только предполагаемый получатель, что делает их более защищенными от хакеров.

Шифрование данных электронной почты работает путем скремблирования данных, так что они становятся неразборчивыми без специального ключа. Это означает, что даже если кто-то украдет электронное письмо с вашего сервера и прочитает его, он не сможет понять, что в нем содержится, не имея доступа к ключу, необходимому для его расшифровки, а такой ключ есть только у адресата.

Каковы примеры защиты электронной почты?

Приведем несколько примеров защиты электронной почты:

Компания использует защищенную почтовую программу (например, Gmail) и требует от пользователя ввода пароля перед отправкой письма
Компания использует шифровальное программное обеспечение, которое зашифровывает содержимое электронных писем, передаваемых через Интернет
Компания использует двухфакторную аутентификацию, которая предполагает, что для входа в систему пользователь должен ввести как пароль, так и код, который он получает в виде текстового сообщения или телефонного звонка.
Компания использует передовые методы аутентификации электронной почты, такие как DMARC, чтобы убедиться, что неавторизованные письма будут отклонены или помечены как спам

Повышение безопасности электронной почты с помощью DMARC, SPF и DKIM

Даже если вы знаете, что такое безопасность электронной почты и насколько она важна для вашего бизнеса, вы все равно можете не обеспечить оптимальную безопасность. Именно тогда DMARC протокол безопасности электронной почты нового поколения для предприятий, школ и корпоративных организаций. Это усовершенствованный механизм безопасности, разработанный для защиты предприятий от подделки электронной почты. Если вы хотите защитить свои почтовые сообщения, DMARC является наиболее эффективным инструментом для этой цели.

Внедряя DMARC, вы можете убедиться, что все электронные письма отправляются с того домена (или легитимного получателя), с которого вы хотите их доставить.

DMARC использует две другие технологии, SPF и DKIM, чтобы работать вместе как единое целое.

SPF определяет, откуда пришло письмо, проверяя IP-адрес сервера-отправителя по списку авторизованных серверов для вашего домена.

DKIM создает цифровую подпись в заголовке сообщения. Подпись проверяется с помощью открытого ключа, который хранится на серверах отправителя и получателя. Таким образом, она обеспечивает еще один уровень безопасности, проверяя, владеет ли кто-то доменом, с которого отправляет письмо, или просто пытается выдать себя за законного отправителя.

Как DMARC повышает уровень безопасности электронной почты?

DMARC — это лучшее решение для обеспечения безопасности электронной почты, поскольку оно построено на основе надежной аутентификации, доверенных третьих сторон и политики, основанной на правилах.

В результате DMARC предоставляет вам надежную основу для управления почтовыми сообщениями, а также дает возможность устанавливать сложные политики, позволяющие управлять сообщениями, даже если они поступают из ненадежных источников.

Вот как DMARC повышает безопасность электронной почты:

Одна из наиболее заметных особенностей, отличающих DMARC от других решений по защите электронной почты, заключается в том, что он рассматривает метаданные письма (например, от кого оно было отправлено). Таким образом, он не только предотвращает спам или фишинговые атаки. Но и проверяет подлинность сообщений перед их отправкой и гарантирует, что их смогут получить только легитимные адресаты.
Его эффективность обусловлена тем, что он работает как на стороне источника (содержимое писем, включая вложения), так и на стороне цели (почтовый ящик получателей).
Для выявления подозрительных сообщений он использует различные методы, включая IP-адреса и данные поиска DNS, что позволяет не зависеть от одной точки отказа, как это делают другие решения.
DMARC работает по принципу выявления подозрительных писем и последующей блокировки их доставки адресатам. Для идентификации подозрительных сообщений используются различные методы, включая IP-адреса и данные поиска DNS, что позволяет не полагаться на одну точку отказа, как это делают другие решения.
DMARC работает со всеми типами почтовых провайдеров и может быть реализован как для малых, так и для крупных предприятий. Кроме того, он очень легко настраивается, то есть вы можете изменять его политики (например, p=reject или p=one). p=reject или p=none ), которые соответствуют определенным типам писем и предусматривают различные действия в зависимости от их содержания.

Преимущества использования услуг по обеспечению безопасности электронной почты

DMARC — это современное решение для обеспечения безопасности электронной почты, которое использует стандарты аутентификации, отчетности и соответствия сообщений на основе домена (DMARC) для снижения риска фишинга и вредоносных программ в ваших электронных письмах.

Она работает путем отправки специального заголовка при отправке сообщения электронной почты, который идентифицирует отправителя, добавляет дополнительные функции для повышения безопасности электронной почты и позволяет вам настроить эффективный ответ, если кто-то пытается отправить фишинговые или зараженные вредоносным ПО сообщения через ваш аккаунт. Для этого используется серия проверок и балансов, основанных на информации об отправителе, получателе, теме письма, основном тексте и других специфических характеристиках каждого сообщения.

Протокол DMARC требует, чтобы каждое сообщение содержало тег аутентификации, который является идентификатором домена отправителя. Если получатель электронного письма не имеет доступа к этому тегу, то компьютер получателя не сможет проверить, пришло ли сообщение от легитимного источника.

Безопасность электронной почты с помощью PowerDMARC

Сколько бы вы ни обучали своих сотрудников безопасному использованию электронной почты, нарушения безопасности неизбежны. Если ваша компания стала одной из многих, подвергшихся взлому, бывает трудно понять, с чего начать, когда дело доходит до устранения бреши в системе безопасности.

Поэтому следует рассмотреть возможность использования PowerDMARC управляемые услуги Dmarc . Наша команда экспертов уже несколько десятилетий работает в области безопасности данных, и мы знаем, что нужно для защиты от самых современных атак.

Использование нашего DMARC-анализатор вы можете настроить свой почтовый сервер таким образом, чтобы он отклонял сообщения от непроверенных отправителей.
Это поможет защитить ваши серверы от хакеров, которые попытаются проникнуть на них, рассылая вредоносные электронные письма.
Это также поможет защитить данные ваших клиентов от кражи хакерами, поскольку не позволит им выдавать себя за ваш бренд.

При правильной настройке DMARC все эти проблемы с безопасностью электронной почты исчезнут, и вы сможете сосредоточиться на главном — построении лучших отношений с клиентами. Зарегистрируйтесь на сайте бесплатно уже сегодня!

Защита данных с использованием кодов аутентификации сообщений Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Билык Татьяна Александровна, Внуков Андрей Анатольевич

В статье предлагаются три алгоритма кода аутентификации сообщений , обеспечивающие подлинность и целостность передаваемых данных в системах доверяющих друг другу абонентов. Приводится описание программной реализации алгоритмов и сравнительный анализ их эффективности.

Information security with message authentication code

This article describes three Message authentication code algorithms. These algorithms ensure the authenticity of the message between two or more parties to the transaction and can be applied in such information bank systems as CFT and so on. Also the results of testing the software implementation of these algorithms are described here.

Текст научной работы на тему «Защита данных с использованием кодов аутентификации сообщений»

КИБЕРНЕТИКА И МЕХАТРОНИКА

ЗАЩИТА ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОДОВ АУТЕНТИФИКАЦИИ СООБЩЕНИЙ

Т.А. Билык1, А.А. Внуков2

!Кафедра информационной безопасности Московский государственный институт электроники и математики Б. Трехсвятительский пер., 3/12, стр. 8, Москва, Россия 109028

2Кафедра кибернетики и мехатроники Инженерный факультет Российский университет дружбы народов ул. Орджоникидзе, 3, Москва, Россия, 115419

В статье предлагаются три алгоритма кода аутентификации сообщений, обеспечивающие подлинность и целостность передаваемых данных в системах доверяющих друг другу абонентов. Приводится описание программной реализации алгоритмов и сравнительный анализ их эффективности.

Ключевые слова: код аутентификации сообщений, подлинность, целостность.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Коды аутентификации сообщений используются как средство, гарантирующее подлинность источника данных и целостность самих данных при их передаче и хранении в системах доверяющих друг другу пользователей. Коды аутентификации сообщений могут применяться в информационных банковских системах, например ЦФТ-Банк, системах автоматизированного управления подвижными объектами и т.п. не только для обнаружения случайных ошибок в наборах данных, возникающих при их хранении и передаче, как при использовании хеш-функции, но и сигнализации об активных атаках злоумышленника, пытающегося осуществить навязывание ложной информации.

В подобных системах для каждого набора данных вычисляется значение кода аутентификации: на вход поступают два аргумента (сообщение и известный отправителю и получателю секретный ключ), на выходе выдается результат фиксированной длины, называемый имитовставкой, который передается или хранится

вместе с данными. При получении данных пользователь вычисляет значение ими-товставки и сравнивает ее с имеющимся контрольным значением. Несовпадение говорит о том, что данные были изменены либо подделаны.

За рубежом эта тема изучалась с 1970-х гг. и сейчас быстро развивается. Предложен ряд подходов построения кодов аутентификации, несколько из них стандартизированы NIST (National Institute of Standards). Иная ситуация сложилась в нашей стране. Алгоритм ГОСТ 28147-89 в режиме выработки имитовставки [8], являющийся алгоритмом кода аутентификации, сегодня не удовлетворяет требованиям безопасности, так как длина формируемых имитовставок равна 32 битам и злоумышленник за короткий период времени может реализовать атаку полного перебора. Помимо данного устаревшего алгоритма в России нет стандартов кодов аутентификации, а также нет серьезных исследований по этой теме, за исключением работы [9]. В связи с этим стоит проблема разработки российского алгоритма кода аутентификации построения имитовставки достаточной длины для обеспечения заданного уровня безопасности. Если с точки зрения стойкости алгоритма чем длиннее используются ключ и имитовставка, тем лучше, то с точки зрения стоимости эксплуатации системы все наоборот: ограничение на верхнее значение длины ключа и имитовставки накладывают такие показатели, как пропускная способность канала, объем доступной памяти и т.п. Необходимо учитывать срок актуальности защищаемой информации. Оптимальные значения этих параметров могут быть различны для различных систем.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Необходимо разработать гибкий алгоритм кода аутентификации сообщений, позволяющий строить имитовставки различной длины, что позволило бы применять его в различных системах. Работа всех алгоритмов должна быть протестирована экспериментально.

3. ТРЕБОВАНИЯ К КОДАМ АУТЕНТИФИКАЦИИ СООБЩЕНИЙ

Детальное описание атак на коды аутентификации сообщений приведено в [7]. Для кода аутентификации сообщений с длиной ключа t битов и имитовставкой длины n битов сложность реализации атаки полного перебора на ключ оценивается как O(2t ), а сложность реализации атаки полного перебора на имитовставку с учетом парадокса задачи о днях рождения как O(2n/2). Таким образом, сложность реализации атаки на код аутентификации сообщений можно оценить как O(2mm(nl2,t )). Исходя из этого, для обеспечения m-битного уровня безопасности половина длины имитовставки должна быть не менее 2m, а длина ключа не менее m. До недавнего времени 128-битный уровень безопасности (длина ключа 128 битов, длина имитовставки 256 битов) считался достаточным, однако в связи с ростом вычислительных способностей предвидится увеличение этих параметров. Поэтому разрабатываемый алгоритм должен позволять вычислять имитовставки длины больше или равной 256 битам на ключе не менее 128 битов. Более подробно требования к кодам аутентификации описаны в [5].

4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА КОДА АУТЕНТИФИКАЦИИ СООБЩЕНИЙ

Одним из самых распространенных зарубежных подходов построения кодов аутентификации является построение кода аутентификации на основе алгоритма блочного шифрования. Зарубежный стандарт, реализующий данный подход, называется CMAC (Cipher Message Autentication Code) и описан в документе SP 800-38B [11].

Другой распространенный подход построения кодов аутентификации основан на однонаправленной хеш-функции, возможность его применения рассмотрена в [6].

В алгоритме используется блочный шифр в режиме сцепления блоков шифро-текста. При этом используется секретный ключ, известный отправителю и получателю, и два рабочих ключа, вычисляемых от него. Перед шифрованием последнего блока он складывается операцией XOR с одним из рабочих ключей в зависимости от того, является ли последний блок текста полным либо дополняется нулевыми байтами. Последний шифрованный блок берется в качестве имитовставки.

В стандарте SP 800-38B в качестве алгоритма шифрования предлагается использовать алгоритм Advanced Encryption Standard (AES), хотя также может использоваться любой другой алгоритм блочного шифрования, например алгоритм блочного шифрования ГОСТ 28147-89. Однако при такой реализации длина ими-товставки будет равна длине выходного блока шифра, т.е. 64 битам, что не удовлетворяет требованиям, приведенным в п. 3. Поэтому было принято решение создать алгоритм блочного шифрования, основанный на ГОСТ 28147—89 и имеющий длину блока достаточную для обеспечения заданного уровня безопасности (обязательна возможность обеспечения 128-битного уровня безопасности и выше). Для этого алгоритм блочного шифрования, который предлагается использовать, оперирует с блоками любой длины кратной 64 битам.

4.1. Основной алгоритм вычисления кода аутентификации сообщений

Детальное описание алгоритма приводится в [4]. Данный алгоритм на вход получает секретный ключ K длины 256 битов, сообщение любой длины и параметр b, определяющий длину имитовставки кратный 64 битам, и выдает имито-вставку заданной длины (рис. 1). В качестве основного алгоритма используется алгоритм CMAC, модифицированный следующим образом:

1) к входному сообщению добавляется 32 бита, содержащие длину этого сообщения;

2) если последний блок сообщения неполный, то последовательность 10.. 0 дописывается не в конец блока, как в CMAC, а в начало;

3) в качестве блочного шифра, работающего в режиме сцепления блоков шифротекста, используется не AES, а блочное преобразование E собственной разработки, описание которого приводится в п. 4.2;

4) блочное преобразование E получает на вход помимо результата сложения операцией XOR блока текста и результата шифрования предыдущего блока также порядковый номер входного блока (нумерация ведется сквозная по всему защищаемому сообщению).

Рис. 1. Основной алгоритм кода аутентификации сообщения, когда последний блок полный

4.1.1. Генерация рабочих ключей K1, K2 из секретного ключа К

Для работы алгоритма из секретного ключа K вырабатываются два рабочих ключа по следующему алгоритму.

Вход: K — секретный ключ длины 256 битов. Выход: K1, K2 — ключи длины b битов каждый.

2) K1 = L ■ u , где выражение L ■ u представляет собой произведение L и u в поле GF(2b);

На практике операция умножения в поле эффективно реализуется с помощью одной операции сдвига и одной операции XOR.

4.1.2. Основной алгоритм вычисления имитовставки

Вход: K — секретный ключ длины 256 битов;

b: b = 64 ■ s — длина имитовставки, которую необходимо вычислить, где s > 1; M — входное сообщение. Выход: Tag — имитовставка.

1) Пусть LenM — длина сообщения M в байтах. Дополняем M 32-битным блоком LenM.

2) Разбиваем M' на блоки длины b битов (последний блок может быть неполным): M' = M[1] || M[2] ||. || M[n -1] || M*[п].

3) Если M [п] — полный блок, то M[n] = K1ФM [п], иначе M[n] = K2 Ф Ф(10j || M* [n]), j = nb — Mlen -1;

5) num[0] = 0x9A3E15D38F5455C3;

6) Цикл по i от 1 до n;

C[i] = EK(C[i -1] Ф M[i], num[i -1];

4.2. Алгоритм блочного преобразования EK

На вход алгоритм получает блок длины равной длине имитовставки. Далее вычисляется вектор IV длины 64 бита, зависящий от всего блока. К каждому 64-битному блоку прибавляется операцией XOR полученный вектор IV и очередной элемент псевдослучайной последовательности (ведется «сквозное» вычисление псевдослучайной последовательности по всему сообщению). Результат шифруется по ГОСТ 28147—89 в режиме простой замены на секретном ключе K (рис. 2).

Рис. 2. Преобразование Ek

4.3. Алгоритм вычисления вектора IV

Цель вычисления IV — получить 64-битный вектор, каждый бит которого зависит от всего входного блока длины b битов. Для вычисления вектора IV предлагается три различных алгоритма:

1) на основе алгоритма PMAC (Parallelizable Message Authentication);

2) на основе линейного регистра сдвига над полем GF(2);

3) на основе линейного регистра сдвига над полем GF(264).

4.3.1. Алгоритм вычисления IV на основе алгоритма PMAC

Для вычисления IV используется алгоритм PMAC [10], в котором в качестве алгоритма блочного шифрования используется ГОСТ 28147—89 в режиме простой замены на секретном ключе K. Данный алгоритм позволяет распараллелить процесс обработки блоков входного текста, благодаря чему скорость работы алгоритма увеличивается.

4.3.2. Алгоритм вычисления IV на основе линейного регистра сдвига над полем GF(2)

Исходя из длины имитовставки, которую надо вычислить, определяется сте-

пень неприводимого многочлена над полем GF(2) F(u) = ub — ^ fj ■ uJ, fj е GF

(2). Данный многочлен является характеристическим многочленом линейного регистра сдвига (ЛРС).

На вход алгоритма подается вектор длины b битов, равной длине вырабатываемой имитовставки. Этот вектор является начальным заполнением ЛРС. Далее выполняется b + 63 тактов работы ЛРС. На i-м шаге вычисляется значение b-1

v(i + b) = ^ fj ■ v(i + j), значения накопителей сдвигаются на 1 вправо, а v(i + j)

записывается в (b — 1) накопитель. Далее левые 64 бита заполнения ЛРС шифруются алгоритмом ГОСТ 28147—89 в режиме простой замены.

4.3.3. Алгоритм вычисления IV над полем GF(264)

Предыдущий алгоритм показал весьма низкую скорость работы за счет вычисления большого числа тактов ЛРС в процедуре выработки IV. В данном алгоритме число раундов ЛРС сокращено с (b + 63) до одного благодаря оперированию не с битами, а с 64-битными блоками.

Исходя из длины имитовставки, которую надо вычислить, определяется сте-

пень неприводимого многочлена над полем GF(264) F(u) = ub/64 — ^ fj ■ uj,

fj е GF(2). Данный многочлен является характеристическим многочленом линейного регистра сдвига (ЛРС).

На вход алгоритма подается вектор длины b битов, равной длине вырабатываемой имитовставки. Данный вектор является начальным заполнением ЛРС. Далее

выполняется 1 такт работы ЛРС. Вычисляется значение v(b /64) = ^ fj • v(j), ко-

торое далее шифруются алгоритмом ГОСТ 28147—89 в режиме простой замены.

5. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ

Предложенные три алгоритма были программно реализованы и протестированы [1—3]. Были проведены две серии экспериментов: первая — измерение времени вычисления имитовставок различной длины для файла фиксированной длины по всем алгоритмам, вторая — измерение времени вычисления имитов-ставок фиксированной длины (512 битов) для файлов различной длины. Вычисления проводились на персональном компьютере со следующими характеристиками: AMD Athlon(tm) XP 2600+ 1.91 ГГц, 512 Мб ОЗУ.

Зависимость времени вычисления от размера имитовставки

Для проведения экспериментальных исследований был выбран файл размером 2 Мб, для которого вычислялись имитовставки всевозможных длин (64, 128, 192, 256, 320, 384, 448, 512, 576, 640, 704, 768, 832, 896, 960, 1024 бит) по всем трем алгоритмам. Приведенный на рис. 3 график построен на основе полученных данных.

Длина имитовставки (бит)

—♦— СМАС +ГОСТ 28147-89+ РМАС -я— СМАС + ГОСТ 28147-89 +ЛРС в СГ(2)

СМАС + ГОСТ 28147-89 +ЛРС в СГ(2Л64)

Рис. 3. Зависимость времени вычисления от длины имитовставки

Время вычислений по алгоритму, основанному на ГОСТ 28147—89, СMAC и ЛРС над GF(2), практически пропорционально увеличивается с ростом длины имитовставки. Данный эффект возникает в связи с тем, что при вычислении вектора IV для каждого блока данных длины Ь битов производится (Ъ + 63) тактов ЛРС, где Ъ — длина имитовставки в битах более 64 (для 64 битов IV не вычисляется). В связи с этим алгоритм неэффективно использовать для выработки имитовставки длины большей 64 битов. Однако имитовставку в 64 бита с такой же скоростью можно выработать и по остальным алгоритмам, показавшим эффективную работу и на более длинных имитовставках. Следовательно, использование алгоритма, основанного на ГОСТ 28147—89, СМАС и ЛРС над GF(2), не оправдано.

Алгоритм, основанный на ГОСТ 28147—89, СМАС и РМАС, и алгоритм, основанный на ГОСТ 28147—89, СМАС и ЛРС над GF(264), при увеличении длины имитовставки ведут себя схожим образом, однако первый несколько проигрывает второму в производительности начиная с 128 битов в связи с более сложным алгоритмом вычисления IV. Скорость вычислений для 128 битов почти в полтора раза меньше, чем для 64 битов, так как для вычисления 64-битной имитовставки фактически используется алгоритм блочного шифрования в режиме СВС без дополнитель-

ных преобразований. Для 128-битной имитовставки для каждого 128-битного блока данных вычисляется вектор IV, в связи с чем алгоритм теряет скорость.

Начиная с 128 битов наблюдается некоторое повышение скорости работы сдальнейшим увеличением длины имитовставки, так как сложность вычисления IV растет медленнее, чем рост длины имитовставки. Чем длиннее имитовставка, тем меньшее количество раз мы вычисляем IV, поэтому и возникает подобное явление.

С точки зрения скорости работы наиболее привлекательным выглядит алгоритм, основанный на ГОСТ 28147—89, СMAC и ЛРС над GF(264), однако и алгоритм, основанный на ГОСТ 28147—89, СMAC и PMAC, показывает приемлемый результат.

Зависимость времени вычисления от размера файла

Для проведения экспериментальных исследований были выбраны несколько файлов различной длины (2, 4, 6, 8, 10 Мб). Для каждого файла проводился сбор статистики времени вычислений имитовставок длины 512 битов для всех трех алгоритмов. На рис. 4 приведен график, построенный на основе полученных результатов.

Рис. 4. Зависимость времени вычисления от размера входного файла

Время вычислений всех алгоритмов растет линейно с увеличением размера файла. Наилучший результат показал алгоритм, основанный на ГОСТ 28147—89, СMAC и ЛРС над GF(264), так как имеет более оптимальный алгоритм вычисления IV. Алгоритм, основанный на ГОСТ 28147—89, СMAC и ЛРС над GF(2), опять показал неудовлетворительный результат.

Предложены три алгоритма кода аутентификации сообщений на основе ГОСТ 28147—89, позволяющие вычислять имитовставки любой длины, кратной 64 битам.

Работа всех трех алгоритмов была протестирована экспериментально с помощью программ, реализованных на языке C#. Наилучший результат показал алгоритм, использующий ЛРС над GF(264). Необходимо отдельно отметить свойство данного алгоритма увеличения скорости работы при увеличении длины вырабатываемой имитовставки. Данная особенность позволяет повышать уровень защищенности, увеличивая длину имитовставки, не теряя в производительности, а наоборот, увеличивая ее. Описанный алгоритм удовлетворяет современным требованиям, обладает большим запасом прочности и в перспективе может лечь в основу российского стандарта кода аутентификации сообщений.

[1] Билык Т.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616988 от 08.09.2011 «Код аутентификации сообщений на основе блочного преобразования, использующего PMAC» // Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем». — 2011. — Вып. 4. — С. 443.

[2] Билык Т.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616990 от 08.09.2011 «Код аутентификации сообщений на основе блочного преобразования, использующего ЛРС над GF(2)» // Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем». — 2011. — Вып. 4. — С. 444.

[3] Билык Т.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011616989 от 08.09.2011 «Код аутентификации сообщений на основе блочного преобразования, использующего ЛРС над GF(2A64-83)» // Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем». — 2011. — Вып. 4. — С. 443.

[4] Билык Т.А. Построение ключевой функции хэширования на основе отечественных криптографических алгоритмов // Материалы Ежегодной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. — М.: МИЭМ, 2009.

[5] Билык Т.А. Выработка требований к ключевой функции хэширования и разработки удовлетворяющего им алгоритма // Материалы Ежегодной научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. — М.: МИЭМ, 2010.

[6] Билык Т.А., Дацун Н.Н., Потехонченко А.Ю. Обеспечение безопасности передаваемых данных с помощью кодов аутентификации сообщений // Автоматизация в промышленности. — 2010. — № 12.

[7] Билык Т.А. Атаки на коды аутентификации сообщений // Труды IX Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы». — Пенза.: ПГУ, 2010. — Ч. 2. — С. 100—103.

[8] ГОСТ 28147—89. Системы обработки информации. Защита криптографическая.

[9] Зубов А.Ю. Математика кодов аутентификации. — М.: Гелиос АРВ, 2007.

[10] Black J., Rogaway P. A Block-Cipger Mode of Operation for Parallelizable Message Authentication. — URL: http://www.cs.ucdavis.edu/

[11] Iwata T, Kurosawa K. OMAC: One-Key CBC MAC. — URL: http://csrc.nist.gov/groups/ST/ toolkit/BCM/documents/proposedmodes/omac/omac-spec.pdf

INFORMATION SECURITY WITH MESSAGE AUTHENTICATION CODE

T.A. Bilyk1, A.A. Vnukov2

department of Information Security Moscow State Institute of Electronics and Mathematics

B. Trehsvyatitelskiy per, 3/12, Moscow, Russia, 109028

Department of Cybernetics and Mechatronics Engineering Faculty Peoples' Friendship University of Russia Ordzhonikidze str., 3, Moscow, Russia, 115419

Асимметричные криптосистемы шифрования

У. Диффи и М. Хеллман сформулировали требования, выполнение которых обеспечивает безопасность асимметричной криптосистемы.
1. Вычисление пары ключей (К_в, к_в) получателем В должно быть простым.
2. Отправитель А, зная открытый ключ К_в и сообщение М, может легко вычислить криптограмму С=Е_Кв(М).
3. Получатель В, используя секретный ключ к_в и криптограмму С, может легко восстановить исходное сообщение М=О_кя(С).
4. Противник, зная открытый ключ К_в, при попытке вычислить секретный ключ к_в наталкивается на непреодолимую вычислительную проблему.
5. Противник, зная пару (К_в, С), при попытке вычислить исходное сообщение М наталкивается на непреодолимую вычислительную проблему.

Концепция асимметричных криптографических систем с открытым ключом основана на применении однонаправленных функций. Однонаправленной функцией называется функция F(X), обладающая двумя свойствами:
• существует алгоритм вычисления значений функции Y= F(X);
• не существует эффективного алгоритма обращения (инвертирования) функции F (т. е. не существует решения уравнения F(X) = Y относительно X).

В качестве примера однонаправленной функции можно указать целочисленное умножение. Прямая задача — вычисление произведения двух очень больших целых чисел Р и Q, т. е. нахождение значения N = P × Q — относительно несложная задача для компьютера.

Обратная задача — факторизация, или разложение на множители большого целого числа, т. е. нахождение делителей Р и Q большого целого числа N = Р × Q, — является практически неразрешимой при достаточно больших значениях N.

Другой характерный пример однонаправленной функции — это модульная экспонента с фиксированными основанием и модулем.

Как и в случае симметричных криптографических систем, с помощью асимметричных криптосистем обеспечивается не только конфиденциальность, но также подлинность и целостность передаваемой информации. Подлинность и целостность любого сообщения обеспечивается формированием цифровой подписи этого сообщения и отправкой в зашифрованном виде сообщения вместе с цифровой подписью. Проверка соответствия подписи полученному сообщению после его предварительного расшифровывания представляет собой проверку целостности и подлинности принятого сообщения. Процедуры формирования и проверки электронной цифровой подписи рассмотрены в разделе «Электронная цифровая подпись и функция хэширования».

Преимущества асимметричных криптографических систем перед симметричными криптосистемами:
• в асимметричных криптосистемах решена сложная проблема распределения ключей между пользователями, так как каждый пользователь может сгенерировать свою пару ключей сам, а открытые ключи пользователей могут свободно публиковаться и распространяться по сетевым коммуникациям;
• исчезает квадратичная зависимость числа ключей от числа пользователей; в асимметричной криптосистеме число используемых ключей связано с числом абонентов линейной зависимостью (в системе из N пользователей используются 2N ключей), а не квадратичной, как в симметричных системах;
• асимметричные криптосистемы позволяют реализовать протоколы взаимодействия сторон, которые не доверяют друг другу, поскольку при использовании асимметричных криптосистем закрытый ключ должен быть известен только его владельцу.

Недостатки асимметричных криптосистем:

• на настоящий момент нет математического доказательства необратимости используемых в асимметричных алгоритмах функций;
• асимметричное шифрование существенно медленнее симметричного, поскольку при шифровании и расшифровке используются весьма ресурсоемкие операции. По этой же причине реализовать аппаратный шифратор с асимметричным алгоритмом существенно сложнее, чем реализовать аппаратно симметричный алгоритм;
• необходимость защиты открытых ключей от подмены.

Эта статья была опубликована Вторник, 11 августа, 2009 at 16:23 в рубрике Принципы криптографической защиты информации. Вы можете следить за ответами через RSS 2.0 feed.