Компьютерные сети. 6-е изд.
Шрифт:
Изначально PGP кодировала данные с помощью блочного шифра IDEA (International Data Encryption Algorithm — международный алгоритм шифрования данных), использующего ключи длиной 128 бит. Он был изобретен в Швейцарии в те времена, когда DES уже считался устаревшим, а AES еще не был придуман. Концептуально IDEA похож на DES и AES: в нем производится перемешивание битов в последовательности циклов, однако детали реализации функций отличаются от этих алгоритмов. Позже в качестве алгоритма шифрования был предложен AES, и теперь эта схема является общепринятой.
С первого же дня своего существования система PGP столкнулась с серьезными проблемами (Леви; Levy, 1993). Поскольку Циммерман никак не препятствовал распространению PGP в интернете, правительство США
Вообще, существующие правила экспорта, мягко говоря, странные. Правительство решило, что размещение программы на веб-странице можно приравнять к нелегальному экспорту, и преследовало Циммермана по этому поводу целых пять лет. Однако если кто-то опубликует книгу с полным исходным кодом PGP на языке С (крупным шрифтом, да еще и с контрольной суммой на каждой странице для облегчения сканирования) и займется ее экспортом, государство и глазом не моргнет: книги по закону не являются военным имуществом. Вопреки известной пословице45, в США порой сильнее меч, а не перо.
Еще одна проблема, с которой внезапно столкнулась система PGP, была связана с нарушением патентных прав. Корпорация RSA Security (владелец патента на RSA) заявила, что использование алгоритма RSA в PGP является посягательством на патент. Эта проблема разрешилась в последующих версиях, начиная с 2.6. Кроме того, в PGP использовался другой запатентованный алгоритм, IDEA, что поначалу тоже вызывало некоторые вопросы.
Так как PGP — это бесплатная система с открытым исходным кодом, различные группы и отдельные разработчики выпустили множество ее модификаций. Одни пытались обойти законы об экспорте оружия, другие — избежать применения запатентованных алгоритмов, а третьи работали над превращением PGP в коммерческий продукт с закрытым исходным кодом. Позже законы об экспорте оружия несколько смягчились (тем не менее продукцию, использующую AES, до сих пор нельзя поставлять за пределы США), а срок действия патента RSA закончился в сентябре 2000 года. Однако следствием всех этих проблем стало возникновение и распространение нескольких несовместимых версий PGP под разными названиями. Ниже мы рассмотрим классический вариант PGP (самый старый и самый простой), но используем в нашем объяснении AES и SHA-2 вместо IDEA и MD5. Еще одна популярная версия, Open PGP, описана в RFC 2440. Также можно отметить GNU Privacy Guard.
В системе PGP намеренно используются уже существующие криптографические алгоритмы, а не изобретаются новые. Все они прошли тщательную проверку ведущими криптоаналитиками мира и избежали влияния каких-либо государственных организаций, пытающихся снизить их эффективность. Последнее свойство имеет большое значение для всех, кто не склонен доверять правительству.
Система PGP обеспечивает сжатие текста, конфиденциальность и создание цифровых подписей, а также предоставляет широкие возможности управления ключами. При этом, как ни странно, в ней отсутствует функционал электронной почты. PGP напоминает препроцессор, который преобразует открытый текст в подписанный зашифрованный текст в формате base64. Разумеется, результат можно выслать по электронной почте. Некоторые реализации PGP на последнем шаге обращаются к пользовательскому агенту для отправки сообщения.
Чтобы понять, как работает система PGP,
Илл. 8.45. Использование системы PGP для передачи сообщения
Прежде всего Алиса запускает на компьютере программу PGP. PGP хеширует сообщение Алисы P с помощью алгоритма SHA-2, а затем шифрует полученный хеш ее закрытым RSA-ключом DA. Получив это сообщение, Боб может расшифровать хеш открытым ключом Алисы и убедиться в его правильности. Даже если в этот момент кто-то другой (например, Труди) узнает хеш и расшифрует его общеизвестным открытым ключом Алисы, мощность алгоритма SHA-2 гарантирует невозможность создания другого сообщения с тем же хешем путем вычислений.
Зашифрованный хеш-код и оригинальное сообщение объединяются в единое сообщение P1, которое затем сжимается с помощью программы ZIP, использующей алгоритм Лемпеля — Зива (Ziv and Lempel, 1977). Назовем результат этого этапа P1.Z.
Далее PGP предлагает Алисе ввести случайную текстовую строку. При формировании 256-разрядного AES-ключа сообщения KM учитывается как содержание, так и скорость ввода. (В литературе по PGP этот ключ называют сеансовым, что является неправильным употреблением термина, так как никакого сеанса здесь нет.) Затем P1.Z шифруется алгоритмом AES с помощью ключа KM, который, в свою очередь, шифруется открытым ключом Боба EB. Два этих компонента объединяются и преобразуются в кодировку base64, о которой мы говорили в главе 7 при обсуждении стандартов MIME. Полученное в результате сообщение содержит только буквы, цифры и символы +, / и =. Таким образом, его можно поместить в тело письма стандарта RFC 822 с расчетом на то, что оно прибудет к адресату без изменений.
Приняв сообщение, Боб выполняет обратное преобразование base64 и расшифровывает AES-ключ своим закрытым RSA-ключом. Затем с помощью AES-ключа он декодирует сообщение и получает P1.Z. Распаковав zip-файл, Боб отделяет зашифрованный хеш-код от открытого текста и расшифровывает его открытым ключом Алисы. Если в результате обработки открытого текста алгоритмом SHA-2 получается тот же самый хеш-код, это означает, что сообщение P действительно пришло от Алисы.
Надо отметить, что RSA используется здесь только в двух моментах: для зашифровки 256-разрядного SHA-2-хеша и 256-разрядного AES-ключа. Алгоритм RSA медленный, но в данном случае он должен зашифровать совсем немного данных. Более того, все эти 512 бит в высшей степени случайны, поэтому Труди придется очень сильно попотеть, чтобы угадать ключ. Основное шифрование выполняется алгоритмом AES — он на порядок быстрее RSA. Итак, PGP обеспечивает конфиденциальность, сжатие и цифровую подпись и делает это куда эффективнее, чем схема на илл. 8.22.
Система PGP поддерживает RSA-ключи разной длины. Подходящую длину можно выбрать самостоятельно. Скажем, если вы обычный пользователь, вам должно хватить ключа длиной 1024 бита. Чтобы защититься от современных спецслужб, лучше выбрать ключ минимум на 2048 бит. Ну а если вы боитесь, что ваши электронные письма прочитают инопланетяне, на 100 000 лет опережающие нас в технологиях, то вы всегда можете использовать ключи длиной 4096 бит. С другой стороны, учитывая, что RSA применяется только для шифрования небольшого количества битов, вероятно, стоит всегда выбирать «межпланетный» вариант.