Елена Булыгина предлагает Вам запомнить сайт «Ленусик»
Вы наверняка слышали об опасностях обмена файлами через интернет. В них тайком «подселяют» вредоносный код, который с определёнными правами может натворить на устройстве чёрт-те что. А если речь идёт об обмене важными рабочими файлами, опасность выходит на новый уровень: корпоративные данные сольют, текст договоров подменят — в общем, караул.
Для защиты на этом уровне используются криптографические алгоритмы. Базовая информация о них неплохо изложена в википедии. Если отбросить всю теорию, то обычно рассматривают симметричные, асимметричные и бесключевые криптографические алгоритмы. В первых для шифрования и дешифрования используется один и тот же ключ, во вторых — разные ключи, а в третьих ключи не используются вовсе. Каждый из типов алгоритмов применяется по-своему.
Хеш-функции
Беcключевые алгоритмы обычно используются для вычисления хеш-функций, или функций свёртки. Хеш-функция преобразовывает массив входных данных произвольной длины в выходную битовую строку установленной длины. Прелесть такого преобразования в том, что если объект изменился, то скорректируется и его хеш-функция.
Рассмотрим это на примере утилиты openssl, установленной в Linux. К примеру, у нас есть текстовый файл, содержащий «this is simple text»:
Вычислим от этого файла хеш-функцию при помощи алгоритма md5:
А теперь изменим содержимое файла:
Обратите внимание: мы добавили в файл новую строку («but changed»), вычислили заново хеш от файла, и он стал другим. То есть при любом изменении содержимого файла хеш-функция не останется прежней. Это можно использовать для контроля целостности критических файлов: если их хеш изменится — системному администратору придёт оповещение. Или для проверки, загрузился ли файл полностью: если это так, на сайте опубликуется его хеш.
В Windows для вычисления хеша я рекомендую утилиту Sigcheck из пакета Sysinternals. Для примера вычислим значение хеша md5 от файла PsExec.exe:
Другой вариант — использовать утилиту certutil, предустановленную в Windows. Вычислим с её помощью значение хеша md5 от файла PsExec.exe:
Также можно загрузить пакет openssl для ОС Windows. Качаем архив под нужную архитектуру процессора отсюда, распаковываем его и переходим в консоли в каталог bin. Нам нужен файл openssl.exe:
Теперь нам доступны почти все возможности пакета openssl в Windows. Например, вычислить хеш, как делали в предыдущих примерах для Linux (не забываем про абсолютные и относительные пути к файлам):
Пакет лучше переместить в каталог C:/OpenSSL, а конфигурационный файл openssl.cnf — из каталога bin в каталог OpenSSL. Избежим ошибки, как на скрине выше:
Теперь рассмотрим реализацию криптографических алгоритмов.
Симметричные криптоалгоритмы
Если говорить упрощённо, то симметричные алгоритмы шифрования применяют один ключ для шифрования и дешифрования. Таких алгоритмов много, и на практике обычно применяют те, которые имеют достаточную длину ключа и ещё не были скомпрометированы. Симметричные алгоритмы делятся на блочные (DES, RC2, Blowfish, AES, «Кузнечик» и т. д.) и потоковые (RC4, SEAL, CryptMT и другие).
Стойкость к взлому у всех блочных криптографических алгоритмов во многом определяется длиной ключа. Если она составляет 128 бит и более, шифрование считается сильным, так как для расшифровки информации без ключа потребуются годы работы на мощных компьютерах. Кому любопытно — об алгоритмах шифрования с точки зрения длины ключа можно прочитать в посте на Хабре.
Попрактикуемся: при помощи пакета openssl зашифруем созданный нами ранее текстовый файл. Для этого используем команду:
openssl enc -e -aes256 -in simpletext.txt -out simple_enc_text.txt
где:
enc — указывает модуль для шифрования;
-e — указывает, что файлы нужно шифровать;
-aes256 — алгоритм шифрования;
-in — указывает на исходный файл;
-out — указывает на зашифрованный файл.
Выглядит это так:
Для расшифровки нужно указать введённый при шифровании ключ и используемый алгоритм. Команда примерно следующая:
openssl enc -d-aes256 -in simple_enc_text.txt -out simpletext.txt
где:
enc — указывает модуль для шифрования;
-d — указывает, что файлы нужно расшифровать;
-aes256 — алгоритм шифрования;
-in — указывает на исходный файл;
-out — указывает на расшифрованный файл.
При шифровании симметричными алгоритмами есть несколько интересных проблем.
- Длина ключа. Как уже упоминали, желательно не менее 128 бит
- Сложность использования при большом количестве шифруемых объектов — приходится запоминать много параметров.
- Сложность обмена параметрами шифрования (паролями, алгоритмами и подобным) — необходимо обеспечить их надёжную передачу адресату.
Такие проблемы обычно решают при помощи асимметричных алгоритмов шифрования.
Асимметричные алгоритмы шифрования
Главное преимущество асимметричного шифрования по сравнению с симметричным — возможность сторон обмениваться данными друг с другом, не используя секретные каналы связи.
Криптографическая система на основе асимметричного шифрования использует открытые (public key) и закрытые (private key) ключи для шифрования и расшифровки данных. Эти ключи образуют ключевую пару, компоненты которой связаны зависимостью, но отличаются друг от друга. Идея в том, что, зная открытый ключ, нельзя из него получить закрытый, хотя алгоритм генерации известен.
Открытый ключ передаётся по незащищённым каналам связи и известен всем. Его можно использовать для шифрования файлов и не только. Для расшифровки применяется закрытый ключ, который хранится в тайне.
У многих асимметричных алгоритмов, особенно тех, что основаны на проблемах теории чисел, минимальная длина ключа для надёжного шифрования — 1024 бит. Это сильно ограничивает их применение — симметричные алгоритмы позволяют с меньшей длиной ключа надёжно зашифровать файлы.
При практической реализации асимметричных алгоритмов обычно используют сертификат. Это файл, хранящий ключ (открытый и закрытый) в определённом формате. Подробнее об этом можно почитать в статье «Формат SSL-сертификата».
Рассмотрим два основных стандарта для реализации сертификатов шифрования.
X.509 — стандарт ITU-T для инфраструктуры открытых ключей. Определяет стандартные форматы данных и процедуры распределения открытых ключей с помощью соответствующих сертификатов с цифровыми подписями. Именно он обычно используется для электронной цифровой подписи (ЭЦП) и шифрования, например, в openssl.
OpenPGP — стандарт, выросший из программы PGP (к середине 90-х годов она распространилась в интернете как надёжное средство шифрования электронной почты). Став стандартом де-факто, PGP начал встраиваться во множество приложений и систем. С особенностями можно ознакомиться на специализированном ресурсе об OpenPGP.
Посмотрим, как это выглядит на практике. Начнём с асимметричных алгоритмов в openssl — для этого в Windows командную строку надо запустить с правами администратора.
Создадим закрытый ключ в виде сертификата. Команда следующая:
openssl genrsa -aes256 -out private.pem 8912
где:
genrsa — указывает, что мы используем модуль для генерации закрытого ключа на основе алгоритма RSA;
-aes256 — указывает на алгоритм AES для шифрования сертификата;
-out private.pem — файл для сохранения сертификата;
8912 — размер ключа.
Теперь надо извлечь из полученного закрытого ключа публичный. Сделать это можно командой:
openssl rsa -in private.pem -pubout -out public.pem
где:
rsa — модуль для работы с RSA;
-in private.pem — задаёт путь к закрытому ключу, из которого извлечём открытый;
-pubout — извлекает публичный ключ;
-out public.pem — имя файла для полученного открытого ключа.
Ключ мы получили в виде сертификата в формате pem (ASCII-файл в кодировке base64). Это не единственный формат хранения сертификатов — с другими можно ознакомиться в материале, который уже рекомендовался выше.
Стоит учесть, что таким сертификатом мы не сможем зашифровать объект, превосходящий по размеру сам сертификат. Поэтому поступим хитрее: зашифруем файл симметричным алгоритмом, а ключ шифрования от этого алгоритма зашифруем при помощи сертификата. По шагам:
- Генерируем сертификаты (пару из открытого и закрытого ключа).
- Шифруем текст симметричным алгоритмом AES (его вроде бы ещё не взломали). Предположим, получим файл enc.1.
- Далее выбранный для шифрования пароль шифруем публичным ключом (предположим, получим файл enc.2).
- Теперь можно передать зашифрованный файл enc.1 и файл enc.2 по незащищённому каналу связи.
- На другом конце у получателя должна быть вторая часть ключа (закрытый ключ). Ей он вначале расшифровывает файл enc.2 и извлекает оттуда пароль для дешифровки файла enc.1.
- …
- Profit!
Вот как это выглядит на практике. Вначале шифруем текстовый файл алгоритмом AES (пароль 123456):
Теперь сохраним наш пароль (123456) в файл pass.txt. И зашифруем файл при помощи сертификата. Команда:
openssl rsautl -encrypt -inkey public.pem -pubin -in pass.txt -out pass.ssl
где:
rsautl — включаем модуль для шифрования, дешифрования и подписывания данных алгоритмом RSA;
-inkey public.pem — указывает путь к открытому ключу;
-pubin — указывает, что файл ключа является публичным ключом;
-in pass.txt — файл для шифрования;
-out pass.ssl — выходной зашифрованный файл.
Теперь можем переслать этот файл по открытому каналу связи. Перехват такой информации мало что даст злоумышленнику, если у него нет закрытого ключа. Попробуем расшифровать файл закрытым ключом и извлечь пароль для расшифровки:
Мы получили пароль — теперь с его помощью можно расшифровать файл, который мы с ним зашифровали при помощи алгоритма AES:
Как видим, всё расшифровывается. На практике в такой схеме есть особенность: именно получатель должен генерировать открытый и закрытый ключи. А затем потенциальный получатель должен выслать будущему отправителю свой открытый ключ, которым тот будет шифровать передаваемые данные. Поэтому публичный ключ делают доступным всем. Например, можно использовать серверы хранения ключей в интернете или отправить ключ по почте. Чтобы усилить безопасность, рекомендуется вычислять хеш у передаваемых файлов: так получатель сможет проверить, тот ли файл ему отправили.
В этой статье я показал, как работать с шифрованием файлов. В следующей мы подробнее остановимся на стандарте OpenPGP и научимся использовать шифрование в электронной почте.
Работа с криптографическими алгоритмами — это лишь малая часть одного из курсов факультета информационной безопасности Geek University. Ближайший поток стартует 28 декабря — неплохой подарок на Новый год ;) Кроме того, до 29 декабря вы сможете выбрать ещё один курс для себя или в подарок и получить его бесплатно.
Комментарии