Защита – это процесс, а не продукт. Он включает в себя большое количество компонентов. Как и в любом процессе, одни из них – более сильные, надежные, гибкие и безопасные, чем остальные. Кроме того, компоненты должны работать совместно. Чем лучше они совместимы, тем лучше идет весь процесс. Часто наименьшей надежностью обладают именно связи между компонентами.
Защита также похожа на цепь. Она состоит из многих звеньев, и для прочности цепи важно каждое из них. И, подобно цепи, надежность всей системы безопасности определяется надежностью самого слабого ее звена. В этой части книги мы коснемся различных технологий защиты, из которых состоит эта цепь, постепенно продвигаясь от сердцевины «луковицы» к внешним слоям.
И мы постараемся не злоупотреблять смешением плохо согласующихся между собой метафор.
Глава 6
Криптография
Криптография весьма загадочна. С одной стороны – это набор сложных математических выражений. Шифровальщики вечно изобретают сложные математические преобразования, а им вечно противостоят криптоаналитики, находя все более оригинальные способы нарушить работу этой математики. У шифрования длинная и славная история: с его помощью наперсники, любовники, тайные общества и правительства на века сохраняли свои секреты.
С другой стороны, криптография – это одна из основных технологий в киберпространстве. Она позволяет нам взять все те деловые и социальные структуры, с которыми мы привыкли иметь дело в физическом мире, и переместить их в киберпространство. Криптография – это технология, позволяющая нам обеспечить безопасность в киберпространстве и бороться с теми атаками и злоумышленниками, о которых шла речь в части I. Без криптографии никогда бы не смогла распространиться электронная торговля. Криптография не являет собой панацею, для полной надежности вам потребуется еще много всего другого, но она, несомненно, важна.
Для того чтобы понять, как обеспечивается безопасность в киберпространстве, вы должны уяснить, как устроена криптография. Вам не обязательно разбираться в математике, но придется освоить некоторые приемы ее применения. Следует иметь представление о том, что может криптография и, что еще важнее, чего она не может. Вы должны уметь рассматривать ее в контексте компьютерной и сетевой безопасности. Две следующие главы не превратят вас в шифровальщиков, а только научат грамотно пользоваться криптографией.
С точки зрения пользователя, криптография представляет собой туманный объект, выполняющий функции защиты, – вроде Бэтмана – нечто грозное, но справедливое и наделенное мистической силой. Если пользователь уделит ей немного внимания, криптография предстанет перед ним целым собранием акронимов, которые способны обеспечить решение самых различных задач безопасности. Например, IPsec защищает трафик в Интернете. С его помощью обеспечивается безопасность виртуальных частных сетей (VPN). Протокол SSL (Secure Sockets Layer) отвечает за безопасность соединений Всемирной Сети. Системы PGP (Pretty Good Privacy) и S/MIME гарантируют надежность электронной почты; они не дают прочитать сообщения никому, кроме адресата, и не допускают фальсификации авторства. Протокол SET защищает операции, проводящиеся в Интернете с использованием кредитных карт. Все вышеперечисленное – это протоколы. Существуют протоколы для защиты цифровой информации (музыки, фильмов и т. п.), для аутентификации сотовых телефонов (чтобы предотвратить мошенничество), для электронной торговли и для многого другого. Чтобы создать эти протоколы, шифровальщики используют различные алгоритмы: алгоритмы шифрования, цифровой подписи и т. д.
Симметричное шифрование
Исторически криптография использовалась с одной единственной целью: сохранить секрет. Даже сама письменность была своего рода шифрованием (в Древнем Китае только высшие слои общества могли обучаться чтению и письму), а первый опыт применения криптографии в Египте относится примерно к 1900 году до н. э.: автор надписи пользовался необычными иероглифами. Есть и другие примеры: дощечки из Месопотамии, на которых зашифрована формула изготовления керамической глазури (1500 год до н. э.), еврейский шифр ATBASH (500—600 годы до н. э.), греческое «небесное письмо» (486 год до н. э.) и шифр простой подстановки Юлия Цезаря (50-60 год до н. э.). Кама Сутра Ватсьяяны даже помещает искусство тайнописи на 44-е, а искусство секретного разговора на 45-е место в списке 64 искусств (йог), которыми должны владеть мужчины и женщины.
Основная идея, лежащая в основе криптографии, такова: группа людей может секретным способом записывать послания так, что они будут непонятны всем остальным. Пусть имеются сообщения (их еще называют открытым текстом), которые кто-то хочет сохранить в секрете. Представим, что кто-то (назовем ее Алиса) хочет послать сообщение кому-то другому (например, Бобу); а может, она хочет сама перечитать его через несколько дней. Но она точно не хочет, чтобы кто-нибудь другой, кроме Боба, смог этот текст прочесть.
Поэтому Алиса зашифровывает сообщение. Она придумывает какие-нибудь преобразования (их называют алгоритмом), превращающие открытый текст в зашифрованный. Такое зашифрованное сообщение кажется абсолютной абракадаброй, поэтому перехватчица (назовем ее Евой), в чьи руки оно попало, не может превратить его опять в открытый текст, а значит, не сумеет понять смысла сообщения. А Боб знает, как произвести обратное преобразование и превратить шифрограмму в открытый текст.
Такая схема более или менее работает. Алиса может при помощи изобретенного ею алгоритма зашифровать свой секрет глазури для керамики. Алиса и Боб могут договориться об алгоритме, чтобы поделиться друг с другом мыслями о Кама Сутре. Целый общественный класс – китайская знать (хотя, скорее всего, никого из них Бобом не звали) – использовал письменность, чтобы утаить от крестьян государственные тайны.
Но возникают определенные сложности. Во-первых, алгоритм должен быть надежным. Не надейтесь, что Ева посмотрит на зашифрованное сообщение, пожмет плечами и отступится. Она твердо намерена прочесть открытый текст. Если Ева – это правительство Великобритании времен Второй мировой войны, она наймет лучших математиков, лингвистов и шахматистов страны, запрет их и еще 10 000 человек в тайной резиденции в Блетчли Парк и создаст компьютер – только так она сможет взломать алгоритм и восстановить текст сообщения. Агентство национальной безопасности – единственный в своем роде крупнейший потребитель компьютерного оборудования и работодатель математиков. Алисе нужно быть очень ловким шифровальщиком, если ей предстоит перехитрить Еву такого уровня. Я еще расскажу об этом позже.
Во-вторых, сложно включать и исключать людей из группы избранных, которым известен алгоритм. Чтобы обмениваться тайными посланиями с китайским аристократом, вам придется научиться китайской грамоте. Это потребует времени. Если через какое-то время вы утратите расположение правительства, у последнего будет только один способ помешать вам читать все сообщения. Вы знаете, как осуществляется шифрование, и если правительство не хочет, чтобы вы читали его переписку и дальше, ему придется вас убить. (Во время Второй мировой войны американская армия использовала в качестве шифра язык навахо. Те, кто говорил на этом языке, сохранили секрет от японцев, но вся система могла бы рухнуть, если бы хоть один навахо перешел на вражескую сторону.)
Останься эти две проблемы неразрешенными, в наше время криптография могла бы стать почти бесполезной. Представьте, что вы, один из скольких-то там миллионов пользователей Интернета, хотите посекретничать с сотней своих лучших друзей. Вы хотите пользоваться не одним и тем же тайным языком для всех ста друзей, а использовать сто разных секретных алгоритмов. (Вам необходима попарная секретность. И того же желают остальные несколько миллионов пользователей Интернета.) Это означает, что вам придется создать эти 100 различных алгоритмов шифрования, обменяться ими с каждым из друзей, самостоятельно запрограммировать все алгоритмы в своем компьютере (вы ведь никому этого не доверите) и надеяться на то, что вы умнее тех, кто, возможно, попытается понять ваш алгоритм.
Очень маловероятно.
В этом прелесть ключа. Замок на вашей двери – это серийный продукт какой-то безликой компании, которую нисколько не заботит ценность вашей коллекции марочных вин, но вы и не должны им доверять. Они не говорят вам: «Помните, любой, у кого есть замок такой же марки, может открыть ваш замок». У вас есть ключ. Набор шпеньков в замке, соответствующий вашему ключу, отличает ваш замок от всех остальных замков в округе, несмотря на то что у них может быть та же модель. (На самом деле пример упрощен. Вы все же должны принять на веру, что они правильно собрали замок и не припасли запасных ключей. Но мы пока что не принимаем это во внимание.)
