Криптографиялық кілттерді басқару

Кіріспе

Криптографиялық кілттерді басқару – криптожүйедегі криптографиялық кілттерді басқаруды білдіреді. Оған кілттерді жасау, алмасу, сақтау, қолдану, криптографиялық жою (жоғары деңгейде құпиялылықты қамтамасыз ету үшін деректерді қайта өңдеу) және ауыстыру кіреді. Бұл криптографиялық протоколдарды жобалау, кілт серверлерін, пайдаланушы процедураларын және басқа да қатысты протоколдарды қамтиды. Кілттерді басқару пайдаланушылар деңгейіндегі кілттерге қатысты, яғни пайдаланушылар немесе жүйелер арасындағы өзара іс-қимылға. Бұл кілттік кестеге қатысты емес, ол шифрдің жұмыс істеуі кезінде кілттерді ішкі түрде өңдеуге қатысты. Криптожүйенің қауіпсіздігі үшін кілттерді басқарудың табысты болуы маңызды. Бұл криптографияның қиын жағы, себебі ол жүйелік саясат, пайдаланушыларды оқыту, ұйымдық және ведомстволық байланыстар, сондай-ақ осы элементтердің барлығын үйлестіру сияқты әлеуметтік инженерия аспектілерін қамтиды, бұл автоматтандырылатын таза математикалық тәжірибелерден өзгеше.

Кілттердің түрлері

Криптографиялық жүйелер әртүрлі типтегі кілттерді қолдануы мүмкін, ал кейбір жүйелер бірнеше кілтті қолданады. Олар симметриялық немесе асимметриялық кілттерді қамтуы мүмкін. Симметриялық кілт алгоритмінде шифрлау және шифрды ашу үшін қолданылатын кілттер бірдей болады. Кілттерді сақтап, тарату кезінде мұқият таңдап, қауіпсіздігін қамтамасыз ету қажет. Асимметриялық кілттер, сондай-ақ ашық кілттер деп те аталады, математикалық тұрғыдан байланысқан екі түрлі кілттен тұрады. Олар әдетте байланыс үшін бірге қолданылады. Қоғамдық кілт инфрақұрылымы (PKI) – ашық кілт криптографиясын іске асыру үшін ұйымға цифрлық сертификаттармен бірге ашық және жеке кілт жұптарын құру және басқаруға арналған инфрақұрылымды құруды талап етеді.

Сақтандыру

Кез келген сертификат пен жеке кілтті басқару стратегиясының бастапқы нүктесі – барлық сертификаттардың, олардың орналасқан жерлері мен жауапты тұлғалардың толық тізімін жасау болып табылады. Бұл оңай мәселе емес, себебі әртүрлі көздерден алынған сертификаттарды әртүрлі адамдар мен командалар әртүрлі орындарда орналастырады, сондықтан жалғыз сертификатты растаушы органның тізіміне сену мүмкін емес. Мерзімі біткенше жаңартылмай және ауыстырылмаған сертификаттар ауыр үзілістерге және істен шығуларға себеп болуы мүмкін. Басқа да қарастырылатын мәселелер: PCI DSS сияқты ережелер мен талаптар криптографиялық кілттердің қатаң қауіпсіздігі мен басқаруын талап етеді, ал аудиторлар қолданылып жатқан басқару бақылаулары мен процестерін көбінесе тексеріп отырады. Сертификаттармен қолданылатын жеке кілттерді қауіпсіз сақтау қажет, әйтпесе рұқсатсыз тұлғалар құпия байланыстарды ұғып алуы немесе маңызды жүйелерге рұқсатсыз кіруі мүмкін. Міндеттерді дұрыс бөлуді қамтамасыз етпеу, шифрлау кілттерін жасайтын әкімшілердің оларды құпия, реттелген деректерге қол жеткізу үшін пайдалана алатындығын білдіреді. Егер сертификатты растаушы орган бұзылса немесе шифрлау алгоритмі бұзылса, ұйымдар барлық сертификаттары мен кілттерін бірнеше сағат ішінде ауыстыруға дайын болуы керек.

Басқару кезеңдері

Кілттерді тізімдеуден кейін кілттерді басқару әдетте үш қадамнан тұрады: алмасу, сақтау және қолдану.

Кілттерді алмасу

Қауіпсіз байланыс жасамас бұрын пайдаланушылар криптографиялық деректерді орнатуы керек. Кейбір жағдайларда бұл бірдей кілттерді алмастыруды қажет етуі мүмкін (симметриялық кілт жүйесінде). Басқа жағдайларда екінші тараптың ашық кілтіне ие болу қажет болуы мүмкін. Ашық кілттерді ашық түрде алмастыруға болады (олардың сәйкес жеке кілті құпия сақталады), ал симметриялық кілттерді қауіпсіз байланыс арнасы арқылы алмастыру қажет. Бұрын мұндай кілтті алмастыру өте қиын болған, бірақ дипломатиялық сөмке сияқты қауіпсіз арналарға қол жеткізу бұл процесті жеңілдетті. Симметриялық кілттерді ашық мәтінмен алмасу кез келген тыңшыға кілтті және шифрланған барлық деректерді дереу білуге мүмкіндік береді. 1970 жылдарда ашық кілт криптографиясының дамуы кілттерді алмастыруды жеңілдетті. 1975 жылы Diffie-Hellman кілт алмасу протоколы жарияланғаннан кейін, кілтті қауіпсіз емес байланыс арнасы арқылы алмастыру мүмкін болды, бұл тарату кезінде кілттің ашылу тәуекелін едәуір төмендетті. Кітап кодына ұқсас әдіс қолданып, кілт индикаторларын шифрланған хабарламаға қосылған ашық мәтін ретінде қосуға болады. Ричард Сорджтың кодты пайдаланушысы қолданған шифрлау әдісі осы типті болды, ол статистикалық нұсқаулықтағы бетке сілтеме жасады, бірақ шындығында ол код болды. Неміс армиясының Enigma симметриялық шифрлау кілті бастапқыда аралас типте болды; кілт құпия түрде таратылған кілт кестелерінің және әрбір хабарлама үшін пайдаланушы таңдаған сессиялық кілт компонентінің комбинациясынан тұрды. OpenPGP-мен үйлесімді жүйелер сияқты қазіргі заманғы жүйелерде симметриялық кілт алгоритмі үшін сессиялық кілт асимметриялық кілт алгоритмімен шифрланған түрде таратылады. Бұл тәсіл тіпті Diffie-Hellman кілт алмасуы сияқты кілт алмасу протоколын пайдалану қажеттілігін жояды. Кілттерді алмастырудың тағы бір әдісі - бір кілтті екіншісінің ішіне енгізу. Әдетте, бас кілт жасалады және кейбір қауіпсіз әдіспен алмастырылады. Бұл әдіс көбінесе қиын немесе қымбат (мысалы, бас кілтті бірнеше бөлікке бөліп, әрқайсысын сенімді курьермен жіберу) және кең ауқымда қолдануға қолайлы емес. Бас кілт қауіпсіз алмастырылғаннан кейін, оны келесі кілттерді қауіпсіз алмастыру үшін оңай пайдалануға болады. Бұл әдіс әдетте кілт орауы деп аталады. Көбінесе қолданылатын әдіс блок шифрларын және криптографиялық хэш-функцияларды қолданады. Осыған байланысты әдіс - бас кілтті (кейде түбір кілт деп аталады) алмастыру және осы кілттен және басқа деректерден (көбінесе әртараптандыру деректері деп аталады) қажет болған жағдайда қосалқы кілттерді тудыру. Бұл әдіс көбінесе смарт-картаға негізделген криптожүйелерде, мысалы банк карталарында қолданылады. Банк немесе кредит желісі құпия кілтті картаны қауіпсіз өндіріс орнында өндіру кезінде картаның қауіпсіз кілт сақтағышына енгізеді. Содан кейін сату орнында карта мен карта оқырғыш ортақ құпия кілт пен картаға тән деректерге (мысалы, картаның сериялық нөміріне) негізделген сессиялық кілттердің ортақ жиынтығын тудыра алады. Бұл әдіс кілттер бір-бірімен байланысты болуы керек болған жағдайда да қолданылуы мүмкін (яғни, бөлімдік кілттер дивизиялық кілттерге, ал жеке кілттер бөлімдік кілттерге байланысты). Алайда, кілттерді осылай байланыстыру қауіпсіздік бұзу салдарынан туындайтын зиянды арттырады, өйткені шабуылшылар бірден бірнеше кілт туралы ақпарат алады. Бұл әрбір кілт үшін шабуылшы үшін энтропияны азайтады. Жақындағы әдіс кілттерді басқару жүйесі кілттерді көре алмай, кілттерді беру үшін ұмытылған псевдокезеңдік функцияны қолданады.

Prior to any secured communication, users must set up the details of the cryptography. In some instances this may require exchanging identical keys (in the case of a symmetric key system). In others it may require possessing the other party's public key. While public keys can be openly exchanged (their corresponding private key is kept secret), symmetric keys must be exchanged over a secure communication channel. Formerly, exchange of such a key was extremely troublesome, and was greatly eased by access to secure channels such as a diplomatic bag. Clear text exchange of symmetric keys would enable any interceptor to immediately learn the key, and any encrypted data. The advance of public key cryptography in the 1970s has made the exchange of keys less troublesome. Since the Diffie Hellman key exchange protocol was published in 1975, it has become possible to exchange a key over an insecure communications channel, which has substantially reduced the risk of key disclosure during distribution. It is possible, using something akin to a book code, to include key indicators as clear text attached to an encrypted message. The encryption technique used by Richard Sorge's code clerk was of this type, referring to a page in a statistical manual, though it was in fact a code. The German Army Enigma symmetric encryption key was a mixed type early in its use; the key was a combination of secretly distributed key schedules and a user chosen session key component for each message. In more modern systems, such as OpenPGP compatible systems, a session key for a symmetric key algorithm is distributed encrypted by an asymmetric key algorithm. This approach avoids even the necessity for using a key exchange protocol like Diffie Hellman key exchange. Another method of key exchange involves encapsulating one key within another. Typically a master key is generated and exchanged using some secure method. This method is usually cumbersome or expensive (breaking a master key into multiple parts and sending each with a trusted courier for example) and not suitable for use on a larger scale. Once the master key has been securely exchanged, it can then be used to securely exchange subsequent keys with ease. This technique is usually termed key wrap. A common technique uses block ciphers and cryptographic hash functions. A related method is to exchange a master key (sometimes termed a root key) and derive subsidiary keys as needed from that key and some other data (often referred to as diversification data). The most common use for this method is probably in smartcard based cryptosystems, such as those found in banking cards. The bank or credit network embeds their secret key into the card's secure key storage during card production at a secured production facility. Then at the point of sale the card and card reader are both able to derive a common set of session keys based on the shared secret key and card specific data (such as the card serial number). This method can also be used when keys must be related to each other (i. e., departmental keys are tied to divisional keys, and individual keys tied to departmental keys). However, tying keys to each other in this way increases the damage which may result from a security breach as attackers will learn something about more than one key. This reduces entropy, with regard to an attacker, for each key involved. A recent method uses an oblivious pseudorandom function to issue keys without the key management system ever being in a position to see the keys.

Кілттерді сақтау

Кілттер қалай таратылса да, байланыс қауіпсіздігін сақтау үшін оларды қауіпсіз сақтау қажет. Қауіпсіздік маңызды мәселе болғандықтан, оны қамтамасыз ету үшін әртүрлі техникалар қолданылады. Ең көп таралғаны – шифрлау қосымшасы пайдаланушы үшін кілттерді басқарады және кілтті пайдалануды бақылау үшін кіру пароліне тәуелді болады. Сол сияқты, смартфонның кілтсіз кіру платформаларында барлық есік туралы анықтамалық ақпарат ұялы телефондар мен серверлерде сақталмайды және барлық деректер шифрланады. Дәл кілттер сияқты, пайдаланушылар кодтарды тек сенетін адамдарға ғана береді. Виртуалды HSM, яғни «қаржылық жағдайы нашар адамның аппараттық қауіпсіздік модулі» (pmHSM) немесе тұрақталған емес өрістегі бағдарламаланатын қақпалық тізбектер (FPGA), тиісті жүйе-чиптік конфигурациялармен. Сақталған кілттің дұрыстығын оның нақты мәнін ашпай тексеру үшін KCV алгоритмін қолдануға болады.

Кілтті шифрлауды пайдалану

Негізгі мәселе – кілтті пайдалану мерзімі және, демек, оны алмастыру жиілігі. Кілттерді жиі алмастыру керек, себебі бұл кез келген шабуылшының жұмысын қиындатады. Бұл ақпараттың жоғалуын да азайтады, өйткені кілт табылған кезде оқылмалы болатын шифрланған хабарламалардың саны кілтті алмастыру жиілігі артаған сайын кемиді. Тарихи тұрғыдан алғанда, кілтті алмастыру өте қиын немесе тек үзіліс-үзіліспен ғана мүмкін болған жағдайларда симметриялық кілттер ұзақ мерзімге қолданылып келген. Ең жақсысы, симметриялық кілт әрбір хабарламамен немесе әрекеттесумен бірге өзгеруі керек, сонда кілт білген жағдайда (мысалы, ұрланған, криптоталдауға түскен немесе әлеуметтік инженерия арқылы алынған) тек сол хабарлама ғана оқылмалы болады.

Қалыптылық

Кілттерді басқарудың сәйкестігі – кілттердің қауіпсіз басқарылуын бақылау, кепілдік беру және оны дәлелдей алу мүмкіндігін қамтиды. Бұл келесі жеке сәйкестік салаларын қамтиды:

Физикалық қауіпсіздік – сәйкестіктің ең айқын түрі, оған жүйелік жабдықтарды және бақылау камераларын қорғау үшін есіктерді құлыптау кіреді. Бұл шаралар кілттік материалдардың басып шығарылған көшірмелеріне және кілттерді басқару бағдарламалық жасақтамасын іске қосатын компьютерлік жүйелерге рұқсатсыз қол жеткізуді болдырмауға мүмкіндік береді. Логикалық қауіпсіздік – ұйымды ақпаратты ұрлаудан немесе оған рұқсатсыз қол жеткізуден қорғайды. Мұнда криптографиялық кілттерді қолдану деректерді шифрлау арқылы жүзеге асырылады, нәтижесінде кілтсіз адамдар үшін оларсыз мәліметтер пайдасыз болады. Қызметкерлердің қауіпсіздігі – бұл қызметкерлерге ақпаратты қажеттілік деңгейіне сәйкес нақты рөлдер мен құқықтарды беруді білдіреді. Жаңа қызметкерлердің тексеруінен және рөлдерінің мерзімдік өзгеруінен қауіпсіздік қамтамасыз етілуі керек. Сәйкестікке қол жеткізу ұлттық және халықаралық стандарттар мен ережелерге сәйкес жүзеге асырылуы мүмкін, мысалы, Төлем карталары индустриясының деректерді қорғау стандарты, Медициналық сақтандырудың портативтілігі және жауапкершілік туралы заң, Сарбенс-Оксли заңы немесе Жеке деректерді қорғау туралы жалпы ереже.

Кілттерді басқару жүйесі

Кілттерді басқару жүйесі (KMS), сондай-ақ криптографиялық кілттерді басқару жүйесі (CKMS) немесе кәсіпорын кілттерді басқару жүйесі (EKMS) деп аталады, құрылғылар мен қолданбалар үшін криптографиялық кілттерді жасау, тарату және басқаруға арналған біріктірілген тәсіл. Олар кілттерді қауіпсіз түрде жасаудан бастап, оларды қауіпсіз алмасудан және клиентте қауіпсіз басқару мен сақтауға дейін қауіпсіздіктің барлық аспектілерін қамти алады. Осылайша, KMS кілттерді жасау, тарату және жаңару үшін серверлік функционалдықты, сондай-ақ кілттерді енгізу, құрылғыларда сақтау және басқару үшін клиенттік функционалдықты қамтиды.

Стандарттарға негізделген кілттерді басқару

Көптеген нақты қолданбалар өздерінің кілттік басқару жүйелерін, жасалған протоколдармен әзірледі. Дегенмен, жүйелердің өзара байланысы артаған сайын, кілттерді осы әртүрлі жүйелер арасында бөлісу қажеттігі туындайды. Бұл процесті жеңілдету үшін кілттік басқару стандарттары криптографиялық кілттерді және оған қатысты ақпаратты басқару және алмасуға арналған протоколдарды анықтау мақсатында дамыды.

Кілттерді басқарудың өзара іс-қимыл протоколы (KMIP)

KMIP – OASIS стандарттау органында жұмыс істейтін көптеген ұйымдар әзірлеген, кеңейтілетін кілттік басқару протоколы. Алғашқы нұсқасы 2010 жылы жарияланды және белсенді техникалық комитет тарапынан одан әрі дамытылды. Протокол кілттерді жасауға және оларды пайдалану қажеттігі туындаған түрлі бағдарламалық жүйелер арасында таратуға мүмкіндік береді. Ол симметриялық және асимметриялық кілттердің толық өмірлік циклін, әртүрлі форматтардағы кілттерді шифрлауды, қамтамасыз ету схемаларын, криптографиялық операцияларды, сондай-ақ кілттерге қатысты метадеректерді қамтиды. Протокол кең ауқымды сынақ деректерімен қамтамасыз етілген, және жыл сайын осы стандартқа сәйкес келетін жүйелердің өзара үйлесімділігі тексеріледі. KMIP стандартына сәйкес келетін 80-ге жуық өнімнің тізімін OASIS веб-сайтында табуға болады.

KMS қауіпсіздік саясаты

Кілттерді басқару жүйесінің қауіпсіздік саясаты кілттерді басқару жүйесі қолдайтын кілттер мен метадеректерді қорғауға арналған ережелерді қамтамасыз етеді. Ұлттық Стандарттар және Технология Институты (NIST) анықтағандай, саясат осы ақпаратты қорғайтын ережелерді белгілеп, нақтылайды:

Бұл қорғау кілт пайдалануға кіріскен сәттен бастап жойылғанға дейінгі толық өмірлік циклын қамтиды.