Безопасные каналы связи и криптографические протоколы.

Введение

API Microsoft Windows
Средство передачи данных, устойчивое к перехвату.

В криптографии защищенный канал – это средство передачи данных, устойчивое к перехвату и изменению. Конфиденциальный канал – это средство передачи данных, устойчивое к перехвату или прослушиванию (например, чтению содержимого), но необязательно устойчивое к изменению (то есть манипулированию содержимым). Аутентифицированный канал – это средство передачи данных, устойчивое к изменению, но необязательно к перехвату. В отличие от защищенного канала, незащищенный канал не зашифрован и может подвергаться перехвату и изменению. Безопасная связь возможна по незащищенному каналу, если передаваемое содержимое зашифровано перед отправкой.

Безопасные каналы в реальном мире

В реальном мире не существует абсолютно защищенных каналов связи. В лучшем случае, существуют лишь способы сделать небезопасные каналы (например, курьеры, почтовые голуби, дипломатические сумки и т. п.) менее уязвимыми: замки (на запястьях курьера и портфеле), проверки на лояльность, расследования безопасности и оружие для курьерского персонала, дипломатический иммунитет для дипломатических сумок и тому подобное. В 1976 году два исследователя предложили метод обмена ключами (впоследствии названный в их честь) – обмен ключами Диффи–Хеллмана (DH). Этот протокол позволяет двум сторонам генерировать ключ, известный только им, при условии, что определенная математическая задача (например, проблема Диффи–Хеллмана в их предложении) вычислительно неразрешима (то есть крайне сложна) и что обе стороны имеют доступ к аутентифицированному каналу. Иными словами, злоумышленник, условно именуемый «Евой», который может прослушивать все сообщения, которыми обмениваются стороны, но не может их изменять, не сможет узнать обмененный ключ. Такой обмен ключами был невозможен с использованием каких-либо ранее известных криптографических схем, основанных на симметричном шифровании, поскольку в этих схемах необходимо, чтобы стороны обменялись секретным ключом заранее, а значит, требовался конфиденциальный канал, который мы и пытаемся создать. Важно отметить, что большинство криптографических методов тривиально взламываются, если ключи не обмениваются безопасно или, даже если обмен произошел, если эти ключи станут известны иным путем – например, в результате кражи или вымогательства. Фактически безопасный канал не потребуется, если небезопасный канал можно использовать для безопасного обмена ключами, и если не будет применяться кража, подкуп или угрозы. Вечная проблема, которая была и остается актуальной – даже с использованием современных протоколов обмена ключами – заключается в том, как определить, работал ли небезопасный канал безопасно (или, возможно, что более важно, когда это не так), и действительно ли кто-то был подкуплен, подвергся угрозам или просто потерял блокнот (или ноутбук) с ключевой информацией. Это сложные проблемы, и в реальном мире не существует известных решений – только временные меры, кустарные решения и обходные пути.

There are no perfectly secure channels in the real world. There are, at best, only ways to make insecure channels (e. g., couriers, homing pigeons, diplomatic bags, etc.) less insecure: padlocks (between courier wrists and a briefcase), loyalty tests, security investigations, and guns for courier personnel, diplomatic immunity for diplomatic bags, and so forth. In 1976, two researchers proposed a key exchange technique (now named after them)—Diffie–Hellman key exchange (D H). This protocol allows two parties to generate a key only known to them, under the assumption that a certain mathematical problem (e. g., the Diffie–Hellman problem in their proposal) is computationally infeasible (i. e., very very hard) to solve, and that the two parties have access to an authentic channel. In short, that an eavesdropper—conventionally termed 'Eve', who can listen to all messages exchanged by the two parties, but who can not modify the messages—will not learn the exchanged key. Such a key exchange was impossible with any previously known cryptographic schemes based on symmetric ciphers, because with these schemes it is necessary that the two parties exchange a secret key at some prior time, hence they require a confidential channel at that time which is just what we are attempting to build. It is important to note that most cryptographic techniques are trivially breakable if keys are not exchanged securely or, if they actually were so exchanged, if those keys become known in some other way— burglary or extortion, for instance. An actually secure channel will not be required if an insecure channel can be used to securely exchange keys, and if burglary, bribery, or threat aren't used. The eternal problem has been and of course remains—even with modern key exchange protocols—how to know when an insecure channel worked securely (or alternatively, and perhaps more importantly, when it did not), and whether anyone has actually been bribed or threatened or simply lost a notebook (or a notebook computer) with key information in it. These are hard problems in the real world and no solutions are known—only expedients, jury rigs, and workarounds.

Будущие возможности

Исследователи предложили и продемонстрировали квантовую криптографию для создания защищенного канала связи. Неясно, насколько практичны особые условия, необходимые для её работы, в реальном мире, где повсеместно присутствуют шум, загрязнения и несовершенства, и где большинство устройств должно функционировать. На сегодняшний день практическая реализация этой технологии чрезвычайно сложна и дорога, что ограничивает её применение очень специфическими задачами. Кроме того, она может быть уязвима к атакам, направленным на конкретные реализации и недостатки оптических компонентов, из которых состоит квантовое криптографическое оборудование. В то время как реализации классических криптографических алгоритмов подвергались всестороннему анализу на протяжении многих лет, публичных исследований, оценивающих безопасность современных реализаций квантовых криптосистем, было проведено немного, в основном из-за их ограниченного распространения по состоянию на 2014 год.

Моделирование безопасного канала

Определения безопасности для защищенного канала стремятся моделировать его свойства независимо от конкретной реализации. Глубокое понимание этих свойств необходимо перед проектированием защищенного канала и перед оценкой его целесообразности использования в криптографическом протоколе. Это область доказуемой безопасности. Определение защищенного канала, сохраняющего свою безопасность даже при использовании в произвольных криптографических протоколах, является важным компонентом для универсально компонуемой криптографии. Универсально компонуемый аутентифицированный канал может быть построен с использованием цифровых подписей и инфраструктуры открытых ключей. Существование универсально компонуемых конфиденциальных каналов известно при условии вычислительной сложности, основанной на гибридном шифровании и инфраструктуре открытых ключей.