Алгоритмы и ключи

Криптографическим алгоритмом, или шифром, называют математическую функцию, применяемую для шифрования и дешифрирования информации. Выше мы уже использовали две такие функции Е и D, выполняющие, соответственно, шифрование и дешифрование информации.

Конфиденциальность шифруемых сообщений можно обеспечить двумя способами. Во-первых, можно засекретить сам криптографический алгоритм. Однако это - весьма ограниченный подход, поскольку получаемая в результате криптосистема непригодна для использования группой пользователей - ведь, например, каждый раз при уходе сотрудника группы всем остальным придется переходить на новый алгоритм. Более того, при таком подходе нельзя обеспечить стандартизацию криптографических алгоритмов и применение стандартного программного или аппаратного обеспечения шифрования/дешифрования. Поэтому засекреченные криптографические алгоритмы называются ограниченными и областью их применения остаются системы защиты с низким уровнем безопасности.

Другой способ, применяемый в современной криптографии, состоит в использовании ключа, обозначаемого буквой К и представляющего собой переменную математической функции, реализующей криптографический алгоритм. Ключ может использоваться в функциях как шифрования, так и дешифрирования. Смысл ключа таков: зная значение ключа, рассчитать функции шифрования/дешифрования очень просто; не зная значение ключа, сделать это весьма затруднительно.

Чтобы обеспечить такое свойство криптографических ключей, алгоритмы шифрования/дешифрования должны позволять использование ключей со значениями из большого диапазона, называемого пространством ключей. Надежным криптографическим алгоритмом (называемым криптостойким) считается алгоритм, для взлома которого существует (или известен современной науке) всего один метод - простой перебор пространства ключей и проверка осмысленности получаемого результата. Добиться этого - первостепенная задача криптографии.

Зависимость криптографических функций от ключа формально записывается указанием индекса к; при этом операции шифрования и дешифрования записываются следующим образом.

Еk(0)=С

Dk(C)=0

Ключи шифрования и дешифрирования в некоторых алгоритмах не совпадают, т.е. ключ шифрования (K1) отличается от парного ему ключа дешифрирования (К2). В таком случае операции шифрования и дешифрования записываются таким образом.

Еk1(0)=С

Dk2(C)=0

Криптографический алгоритм, пространство ключей и все возможные открытые тексты и шифротексты - все это вместе взятое и составляет криптосистему. Для оценки пригодности криптосистем к практическому использованию применяется следующий основной принцип криптографии - надежность криптосистемы полностью зависит от ключей, а не от самих алгоритмов. Криптографический алгоритм может быть опубликован и представлен для криптоанализа всем заинтересованным специалистам; программные реализации алгоритма могут быть доступными для широкого распространения - от этого надежность алгоритма не должна уменьшаться. Злоумышленник, даже досконально зная использованный для шифрования алгоритм, без знания ключа не должен иметь возможности прочитать сообщение.

Криптографические алгоритмы с ключами подразделяются на два типа: симметричные алгоритмы и алгоритмы с открытым ключом.