Введение
Аспект Агентства национальной безопасности США
Агентство национальной безопасности взяло на себя ответственность за все системы шифрования правительства США при своём создании в 1952 году. Технические детали большинства систем, одобренных НСА, до сих пор засекречены, но многое стало известно о его ранних системах, а самые современные системы имеют хотя бы некоторые общие черты с коммерческими продуктами. Роторные машины 1940-х и 1950-х годов были настоящими механическими шедеврами. Электронные системы первого поколения представляли собой своеобразные устройства с капризными считывателями перфокарт для загрузки ключей и ненадежными, сложными в обслуживании схемами на вакуумных лампах. Системы конца XX века – это зачастую просто «черные ящики» в буквальном смысле. Фактически, в терминологии НСА они называются «чернее», поскольку преобразуют классифицированные сигналы открытого текста (красного цвета) в зашифрованные, неклассифицированные сигналы шифротекста (черного цвета). Обычно они оснащены электрическими разъемами для красных и черных сигналов, электропитания и порта для загрузки ключей. Управление может ограничиваться выбором между загрузкой ключа, нормальной работой и диагностическими режимами, а также важнейшей кнопкой обнуления, которая стирает секретную информацию, включая ключи и, возможно, алгоритмы шифрования. Системы XXI века часто содержат все критически важные криптографические функции в одной защищенной от несанкционированного доступа интегральной схеме, поддерживающей несколько алгоритмов и обеспечивающей возможность перешифровки по радиоканалу или сети, благодаря чему одноручное полевое радио, такое как AN/PRC 148 или AN/PRC 152, может взаимодействовать с большинством современных криптосистем НСА.
Первое поколение: электромеханическое
Системы NSA первого поколения были внедрены в 1950-х годах и основывались на опыте предшественников NSA времен Второй мировой войны. Для шифрования наиболее важных данных использовались роторные машины, разработанные на базе конструкции SIGABA, например, KL 7. Распределение ключей осуществлялось посредством передачи бумажных списков, содержащих описание расположения роторов, которые следовало менять ежедневно (криптопериод) в полночь по гринвичскому времени. Для передачи данных наивысшего уровня применялись системы одноразовых лент, включая британскую 5 UCO, требовавшие огромного количества перфолент для ввода ключей. Криптопериод обычно составлял один день. Эти системы были внедрены в конце 1960-х годов и оставались в эксплуатации до середины 1980-х годов. Они требовали тщательного ухода и обслуживания, но были устойчивы к воздействию электромагнитного импульса. Раскрытие шпионской сети Уокера послужило толчком к их выводу из эксплуатации, а также к выводу из эксплуатации оставшихся систем первого поколения.
Третье поколение: интегральные схемы
Системы третьего поколения (1980-е годы) были реализованы на транзисторах и интегральных схемах и, вероятно, использовали более сложные алгоритмы. Они были меньше и надежнее. Полевое обслуживание часто ограничивалось запуском диагностического режима и заменой неисправного блока целиком на запасной, при этом дефектный блок отправлялся в ремонтное депо. Ключи загружались через разъем на передней панели. АНБ приняло тот же тип разъема, который использовался в военных полевых радиостанциях, в качестве разъема для загрузки ключей. Изначально ключи распространялись в виде полос перфорированной бумажной ленты, которую можно было протягивать через ручной считыватель (KOI 18), подключенный к порту загрузки. Также были доступны другие портативные электронные устройства для загрузки ключей (KYK 13 и т.д.).
Четвертое поколение: электронная рассылка ключей
Системы четвертого поколения (1990-е годы) использовали более коммерческую упаковку и электронное распределение ключей. Технология интегральных схем обеспечила обратную совместимость с системами третьего поколения. Были внедрены токены безопасности, такие как криптоключ зажигания KSD 64 (CIK). Технология разделения секрета позволяла рассматривать шифровальщики и CIK как несекретные при их разделении. Позже карта Fortezza, первоначально представленная в рамках спорного предложения чипа Clipper, стала использоваться в качестве токенов. Криптопериоды стали значительно длиннее, по крайней мере, для пользователей. Пользователям защищенных телефонов, таких как STU III, требовалось звонить по специальному номеру лишь раз в год для обновления шифрования. Для управления электронными ключами (EKMS) были внедрены методы с открытым ключом (FIREFLY), которые использовали коммерческий или милитаризованный персональный компьютер с MS DOS для генерации криптографических ключей и сигнальных операционных инструкций (SOI/CEOI). АНБ поставляла аппаратный генератор случайных чисел AN/CSZ 9, который генерировал необходимые случайные биты. CSZ 9 подключается к ПК через порт RS 232 и питается от пяти батарей типа D (BA 30). На более поздних этапах EKMS функциональность генерации случайных данных была включена в процессор ключей (KP) АНБ. Теперь ключи можно было генерировать по индивидуальным командам, а не получать из АНБ курьером. Для замены множества устройств, использовавшихся для загрузки ключей в многочисленные системы третьего поколения, которые все еще широко применялись, было введено общее портативное устройство заполнения (AN/CYZ 10). Поддержка шифрования была обеспечена для коммерческих стандартов, таких как Ethernet, IP (первоначально разработанный ARPA Министерства обороны) и мультиплексирование по оптическому волокну. Секретные сети, такие как SIPRNet (Secret Internet Protocol Router Network) и JWICS (Joint Worldwide Intelligence Communications System), строились на базе коммерческих интернет-технологий с защищенными каналами связи между "анклавами", где обрабатывались секретные данные. Необходимо было следить за отсутствием небезопасных соединений между секретными сетями и общедоступным Интернетом.
Пятое поколение: сетевые системы
В двадцать первом веке коммуникация все больше основывается на компьютерных сетях. Шифрование – это лишь один из аспектов защиты конфиденциальной информации в таких системах, и далеко не самый сложный. Роль АНБ будет все больше заключаться в предоставлении рекомендаций коммерческим фирмам, разрабатывающим системы для использования правительством. Решения HAIPE являются примерами такого типа продуктов (например, KG 245A и KG 250). Другие ведомства, в частности NIST, взяли на себя роль поддержки безопасности для коммерческих и конфиденциальных, но неклассифицированных приложений. Сертификация АНБ неклассифицированного алгоритма AES, выбранного NIST для использования в классифицированных системах "в системах, одобренных АНБ", предполагает, что в будущем АНБ может использовать больше неклассифицированных алгоритмов. В KG 245A и KG 250 используются как классифицированные, так и неклассифицированные алгоритмы. Директорат информационной безопасности АНБ возглавляет программу модернизации криптографии Министерства обороны, направленную на трансформацию и модернизацию возможностей обеспечения информационной безопасности в 21 веке. Она состоит из трех фаз:
Замена – Все устройства, находящиеся под угрозой, подлежат замене. Модернизация – Интеграция модульных программируемых/встроенных криптографических решений. Трансформация – Обеспечение соответствия требованиям Глобальной информационной сети/NetCentric. АНБ помогло разработать несколько ключевых стандартов для защищенной связи: будущий узкополосный цифровой терминал (FNBDT) для голосовой связи, спецификация взаимодействия высокозащищенного протокола Интернет (HAIPE) для компьютерных сетей и алгоритмы шифрования Suite B.
Шифрование трафика записей
Во время Второй мировой войны письменные сообщения (известные как трафик записи) шифровались автономно на специальных и строго секретных роторных машинах, а затем передавались группами по пять символов, используя код Морзе или телетайпные каналы, для последующего автономного расшифрования аналогичными машинами на другом конце. Роторная машина SIGABA, разработанная в этот период, оставалась в эксплуатации до середины 1950-х годов, когда её заменила KL 7, имевшая большее количество роторов. KW 26 ROMULUS была системой шифрования второго поколения, широко использовавшейся и способной подключаться непосредственно к телетайпным каналам, обеспечивая автоматическое шифрование и расшифрование трафика. Она использовала электронные сдвиговые регистры вместо роторов и стала весьма популярной (для устройства COMSEC своего времени), было произведено свыше 14 000 экземпляров. В 1980-х годах она была заменена более компактной KG 84, которая, в свою очередь, была вытеснена совместимой с ней KIV 7.
Трансляция флота
Корабли ВМС США традиционно избегают использования радиосвязи, чтобы не допустить определения их местоположения противником по направлению сигнала. Флоту также необходимо обеспечивать безопасность передачи данных, поэтому на его радиостанциях постоянно ведется вещание потока зашифрованных сообщений. Во время и после Второй мировой войны корабли ВМС принимали эти широковещательные передачи и использовали специальные устройства шифрования позывных, чтобы определить, какие сообщения предназначены для них. Затем эти сообщения расшифровывались отдельно с использованием оборудования SIGABA или KL 7. KW 37 второго поколения автоматизировал мониторинг широковещательных передач флота, подключаясь между радиоприемником и телетайпом. В свою очередь, он был заменен более компактным и надежным KW 46 третьего поколения.
Стратегические силы
АНБ несет ответственность за защиту систем командования и управления ядерными силами. Серия KG 3X используется в минимальной необходимой сети связи в чрезвычайных ситуациях правительства США и в стационарной системе передачи сигналов подводным лодкам, применяемой для передачи сообщений о немедленных действиях для ядерного и национального командования и управления стратегическими силами США. ВМС заменяют KG 38, используемые на атомных подводных лодках, на модули схемы KOV 17, интегрированные в новые приемники длинных волн, использующие коммерческую платформу VME. В 2004 году ВВС США заключили контракты на начальный этап разработки и демонстрации (SDD) программы по модернизации этих устаревших систем, применяемых на самолетах.
Шифрование багажника
Современные системы связи мультиплексируют множество сигналов в широкополосные потоки данных, которые передаются по оптическому волокну, коаксиальному кабелю, микроволновым линиям связи и спутникам связи. Эти широкополосные каналы требуют высокоскоростных систем шифрования. Семейство оборудования WALBURN (KG 81, KG 94/194, KG 94A/194A, KG 95) состоит из высокоскоростных устройств пакетного шифрования, используемых преимущественно для микроволновых магистралей, высокоскоростных линий связи, видеоконференцсвязи и спутниковых каналов T 1. Другой пример – KG 189, поддерживающий оптические стандарты SONET со скоростью до 2,5 Гбит/с. К цифровым шифраторам данных относятся семейство KG 84, включающее TSEC/KG 84, TSEC/KG 84A и TSEC/KG 82, TSEC/KG 84A и TSEC/KG 84C, а также KIV 7.
Интернет
АНБ одобрило ряд устройств для защиты интернет-протокольных коммуникаций. Они использовались, в частности, для защиты секретной сети интернет-протокольных маршрутизаторов (SIPRNet). Первым коммерческим устройством шифрования сетевого уровня стала система шифрования сети Motorola Network Encryption System (NES). Система использовала протоколы SP3 и KMP, разработанные в рамках системы защиты сети данных АНБ (SDNS), и являлась прямым предшественником IPsec. NES имела трехкомпонентную архитектуру, в которой небольшое криптографическое ядро безопасности использовалось для разделения доверенных и недоверенных стеков сетевых протоколов. Программа SDNS определила протокол безопасности сообщений (MSP), основанный на использовании сертификатов, определенных стандартом X.509. Первым аппаратным обеспечением АНБ, разработанным для этой цели, был BBN Safekeeper. Протокол безопасности сообщений являлся преемником протокола IETF Privacy Enhanced Mail (PEM). BBN Safekeeper обеспечивал высокую степень защиты от несанкционированного доступа и был одним из первых устройств, используемых коммерческими компаниями, работающими с инфраструктурой открытых ключей (PKI).
Аутентификация поля
NSA по-прежнему поддерживает простые системы шифрования и аутентификации на бумажных носителях для использования в полевых условиях, такие как DRYAD.