Защита на уровне приложений

Система PGP

Сервис PGP, если не рассматривать управление ключами, складывается из пяти функций: аутентификация, конфиденциальности, сжатия, совместимости на уровне электронной почты и сегментации.

Рассмотрим краткую характеристику функций PGP.

Схема аутентификации.

Обозначения:

Ка — сеансовый ключ, используемый в схеме традиционного шифрования,.

KRа — личный ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом,.

KUа — открытый ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом,.

EP — шифрование в схеме с открытым ключом,.

DP — дешифрование в схеме с открытым ключом,.

EC — шифрование в схеме традиционного шифрования,.

DC — дешифрование в схеме традиционного шифрования,.

H — функция хэширования,.

|| - конкатенация,.

Z — сжатие с помощью алгоритма zip,.

R64 — преобразование в формат radix-64 ASCII.

Шаги:

• 1. Отправитель создает сообщение.
• 2. Используется алгоритм SHA-1, в результате чего получается 160-битовый хэш-вектор сообщения
• 3. Полученный хэш-вектор шифруется с помощью алгоритма RSA c использованием личного ключа отправителя, и результат добавляется в начало сообщения.
• 4. Получатель использует RSA с открытым ключом отправителя, чтобы дешифровать и восстановить хэш-код.
• 5. Получатель генерирует новый хэш-код полученного сообщения и сравнивает его с дешифрованным хэш-кодом. Если хэш-коды совпадают, сообщение считается подлинным.

Схема шифрования сообщения.

Шаги:

• 1. Отправитель генерирует сообщение и случайное 128-битовое число, которое выступает в качестве сеансового ключа только для этого сообщения.
• 2. Сообщение шифруется с помощью алгоритма CAST-128 (или IDEA, или 3DES) и данного сеансового ключа.
• 3. Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма RSA и открытого ключа получателя и присоединятся к началу сообщения.
• 4. Получатель использует RSA c личным ключом, чтобы дешифровать и тем самым восстановить сеансовый ключ.
• 5. Сеансовый ключ применяется для дешифрования сообщения.

Схема использования обоих служб (подписи сообщения с помощью личного ключа и его шифровки с помощью сеансового ключа).

Отправитель сообщения:

• 1. Для сообщения генерируется подпись (хэш-вектор, зашифрованный личным ключом отправителя объединяется с открытым текстом сообщения).
• 2. Подпись и открытый текст сообщения сжимаются zip-ом
• 3. Сжатый открытый текст сообщения и подпись шифруются с помощью алгоритма CAST -128 (или IDEA, или 3DES), а сеансовый ключ шифруется с помощью RSA (или алгоритма Эль-Гамаля) при этом используется открытый ключ получателя.

Получатель сообщения.

• 1. Cеансовый ключ дешифруется с помощью личного ключа получателя.
• 2. С помощью полученного сеансового ключа дешифрует сообщение
• 3. Распаковка сообщения
• 4. Открытым ключом отправителя дешифрует хэш-вектор и генерирует новый хэш-вектор.
• 5. Сравнивает их. Если совпадают сообщение не было изменено.

Идентификаторы ключей.

Так как получатель сообщения имеет возможность получать зашифрованные и подписанные сообщения от многих участников переписки, следовательно он должен иметь несколько пар личный/открытый ключей. Для того, чтобы получателю определить какой личный ключ (алгоритма RSA) надо использовать для расшифровки сеансового ключа (алгоритма CAST-128) он получает идентификатор открытого ключа (вместо самого ключа пересылается его идентификатор, так как сам открытый ключ для RSA может иметь длину в сотни десятичных разрядов). Идентификатор, связываемый с каждым открытым ключом, размещается в младших 64 разрядах ключа.

Идентификатор ключа требуется и для цифровой подписи PGP. Из-за того что отправитель может воспользоваться одним из нескольких личных ключей для шифрования профиля сообщения, получатель должен знать, какой открытый ключ ему следует использовать. Поэтому раздел цифровой подписи сообщения включает 64-битовый идентификатор соответствующего открытого ключа. При получении сообщения получатель проверяет, что идентификатор соответствует известному ему открытому ключу отправителя, а затем продолжает проверку подписи.

Формат передаваемого сообщения.

ERUb — шифрование с использованием личного ключа пользователя B.

EKRa — шифрование с использованием открытого ключа пользователя А.

EКs — шифрование с использованием сеансового ключа.

ZIP — функция сжатия ZIP.

R64 — функция преобразования в формат radix-64.

Компонент подписи включает следующие элементы:

• 1. Метка даты-времени. Время создания подписи
• 2. Профиль сообщения. 160-битоавый профиль сообщения, созданный с помощью SHA-1 и шифрованный с использованием личного ключа подписи отправителя (KRа). Профиль вычисляется для метки даты-времени подписи, связанной конкатенацией с порцией данных компонента сообщения. Включение метки даты-времени подписи в профиль обеспечивает защиту от атак воспроизведения сообщения. Исключение имени файла и метки даты-времени компонента сообщения гарантирует, что отделённая подпись будет в точности совпадать с подписью, добавляемой в префикс сообщения. Отделенные подписи вычисляются для файла, в котором нет никаких полей заголовка сообщения.
• 3. Ведущие два октета профиля сообщения. Чтобы обеспечить получателю возможность определить, соответствующий ли открытый ключ использовался для шифрования профиля сообщения с целью аутентификации, проводится сравнение этих двух октетов открытого текста исходного профиля с первыми двумя октетами дешифрованного профиля. Эти октеты также служат 16-битовой последовательностью, используемой для проверки сообщения.
• 4. Идентификатор открытого ключа отправителя. Идентифицирует открытый ключ, который должен служить для дешифрования профиля сообщения и, следовательно, идентифицирует личный ключ, использовавшийся для шифрования профиля сообщения.

Компонент сообщения и необязательный компонент подписи могут быть сжаты с помощью ZIP и могут быть зашифрованы с использованием сеансового ключа.

Компонент сеансового ключа включает сеансовый ключ и идентификатор открытого ключа получателя, который использовался отправителем для шифрования данного сеансового ключа.

Весь блок обычно переводиться в формат radix-64. Перевод в формат radix-64 используется для совместимости на уровне электронной почты. Сервис аутентификации предполагает, что мы шифруем только профиль сообщения (цифровая подпись), сервис конфиденциальности предполагает, что мы шифруем само сообщение (сеансовым ключом) и подпись (при наличии последней), таким образом часть или весь выходной блок сообщения представляет собой поток произвольных 8-битовых байтов. Однако многие системы электронной почты позволяют использовать только блоки, состоящие из символов текста ASCII. Чтобы удовлетворить такому ограничению, PGP обеспечивает сервис конвертирования сырого 8-битового двоичного потока в поток печатаемых символов ASCII. Для этого используется схема конвертирования radix-64.