что такое российская криптография

Сокровищница отечественной криптографии

В своей первой статье я писала о легендарном Блетчли-Парке и криптографической службе Великобритании военного периода, о шифровальных машинах Тьюринга и немецкой «Энигма». Сейчас речь пойдет о нашей отечественной криптографии. В СССР криптография была полностью закрытой дисциплиной, которая использовалась исключительно для нужд обороны и государственной безопасности, а потому не было необходимости в публичном освещении достижений в этой области.

Попытки создания аппаратов для автоматического шифрования

аппарат Джефферсона

пример «аппарата Вави»

После победы Октябрьской революции применялись недостаточно стойкие ручные системы шифрования. Много зашифрованной информации РККА(Рабоче-Крестьянской Красной Армии) и Наркомата иностранных дел были успешно прочитаны белогвардейцами, поляками, англичанами, шведами. Но, и советским криптографам удавалось взломать системы шифрования противника. 5 мая 1921 года под содействием В.И. Ленина был создан Спецотдел ВЧК – единая отечественная криптографическая служба. Сотрудники других подразделений относились к Спецотделу скептически, так как там «никого не арестовывали и не допрашивали». Изначально он включал 6, позднее 7 отделений, но, собственно, криптографическими задачами занимались всего три из них. 2 отделение занималось теоретической разработкой вопросов криптографии, выработкой шрифтов и кодов ВЧК, состояло всего из 7 человек. Сотрудики 3 отделения( а их было трое) занимались «ведением шифрработ и руководством этой работы в ВЧК». Перед 4 отделением Спецотдела( 8 человек) стояла задача «открытие иностранных и антисоветских шрифтов и кодов, а также дешифровкой документов». Уже в 30 годах на лицо был тот факт, что имеющиеся ручные системы шифрования(сколько бы их не совершенствовали) уже не могли справиться с возрастающим потоком информации, из-за низкой скорости ее обработки. Для того, чтобы зашифровать приказ размером в полторы печатные страницы требовалось 4 — 5 часов, на расшифровку уходило столько же времени.

Передавая текст по телеграфным каналам, часто допускались ошибки, что, следовательно, увеличивало время обработки информации в три раза. «Кричаще-актуальной» в междувоенные годы стала разработка и развитие механических и электромеханических машин для шифрования текстов. Можно сказать наступила эпоха машинных шифров. Первым электромеханическим шифратором отечественного производства стала аппаратура засекречивания телефонных переговоров, выпущенная в 1927–28 годы. Специалисты Спецотдела ВЧК прекрасно осознавали необходимость незамедлительного создания шифровальной машины, так как надвигалась Вторая мировая война. Это означало, что нужно не только в кратчайшие сроки разработать, но и наладить производство современных шифровальных машин.
2 образца советской шифровальной машины были разработаны в технической лаборатории шифровальной службы под руководством И.П. Волоска в 1931 году: ШМВ-1. Машина в серию не пошла так как была довольно таки громоздкой, а что еще хуже механически ненадежной. На заводе № 209 ( позже имени А.А. Кулакова) была создана научно-производственная структура по разработке и выпуску техники особой секретности. Конструкция будущего аппарата разрабатывалась в течении целого года. Шифровальная машина В-4 была проста в использовании с минимальным набором органов управления. Вскоре была модернизирована и получил название М-100 «Спектр».

К тому времени отечественным специалистам уже были известны некоторые иностранные аналоги проектируемых в СССР «секреток». Так, американская установка с однократным инвертированием спектра использовалась в московском радиотелефонном центре, а шифратор фирмы Siemens был в1936 г. испытан на магистрали Москва– Ленинград; имелось также краткое рекламное описание переносного телефонного шифратора Siemens. Однако была необходима полная и достоверная информация по зарубежным шифраторам: рассматривалась возможность размещения заказов на разработку новой аппаратуры или приобретения готовой продукции. Через Технопромимпорт и Наркомат внешней торговли в начале1937 г. было запрошено более десятка европейских фирм, производивших аппаратуру надтонального телефонирования, в том числе Siemens&Halsкeи Lorenz (Германия), Bell Telephone (США)и Automatic Elektric (Бельгия), Standart Telephone and Cables (Великобритания) Hasler (Швейцария), а
также Ericsson (Швеция).

За годы войны советские инженеры совершили прорыв в области шифрования. C 1941 по 1947 год было передано в общей сложности свыше 1,6 миллиона шифрованных телеграмм и кодограмм. Как пишет автор нескольких книг по криптографии Дмитрий Ларин, нагрузка на каналы связи порой достигала 1500 телеграмм в сутки. Криптографические школы подготовили и отправили на фронт более 5000 специалистов-шифровальщиков.

Шифровальный аппарат времен не Второй мировой войны, но о котором нельзя не написать

М-125 «Фиалка»

Серия преемников К-37 – роторные шифровальные машины появилась в 1962 году, самая известная была 10-роторная М-125 «Фиалка», которую СССР поставляло союзникам. Фиалку часто считают «внучкой» Энигмы, правда в ней меньшее количество дисков, а колеса вращаются в одну сторону. Кроме перфокарты используются буквенные ключи, на каждом диске есть своя буква, соответственно набираются диски на вал, потом согласно другого ключа они ставятся в определенную последовательность вращением. Эта модель свободна от недостатка Энигмы — исключения возможности шифрования буквы самой собой. Удивительная инженерная работа с романтическим названием «Фиалка» — советская шифровальная машина, созданная еще в 1950-е годы так и осталась не взломанной, высочайшее достижения инженерной мысли для разведки и контрразведки.

Историк криптографии Леонид Бутырский:

В настоящее время в России, как и во всём мире, происходит частичное «открытие» криптографии, которая всё более широко используется для публичных нужд. Широкой известностью пользуются в основном зарубежные достижения в области защиты информации. Но это обусловлено лишь настойчивостью зарубежных историографов, чьи публикации в открытых источниках рассказывают о достижениях и вкладе их соотечественников в эту некогда секретную область. За рубежом по этой теме выходят весьма интересные книги, даже снимаются видеосериалы.
Российские историки по ряду причин, не только финансового характера, существенно отстают от такой практики стран-лидеров в развитии криптографии. Возможности частичного рассекречивания и публичного освещения научных и практических достижений отечественной криптографии, в том числе деятельности знаковых фигур, используются далеко не полностью.

Источник

Шифрование по ГОСТу: кому оно показано и как применять

Ситуация с рисками информационной безопасности (ИБ) во всем мире развивается таким образом, что специальная защита корпоративных каналов связи становится объективной необходимостью — вопрос только в выборе наиболее удобных и экономически выгодных ИБ-решений. Дополнительными стимулами в этом направлении стали программа «Цифровая экономика» и стратегия импортозамещения в сфере ИТ. Как регулируется VPN-шифрование в нашей стране, почему в целом растет популярность ГОСТ-криптографии и в каких случаях целесообразно приобретать ее как сервис — разбираемся вместе с руководителем направления ГОСТ VPN компании «Ростелеком-Солар» Александром Веселовым.

Содержание

Российская криптография как требование регуляторов

По мере усиления информатизации различных отраслей экономики РФ соответствующие регуляторы вводят требования по защите каналов связи, причем с применением российских средств криптографической защиты информации (СКЗИ). Например, в финансовой отрасли действует Положение Банка России № 672-П, а также ГОСТ Р 57580.1-2017 — базовый стандарт совершения страховыми организациями операций на финансовом рынке. В соответствии с указанием Банка России и ПАО «Ростелеком» №4859-У/01/01/782-18 о Единой биометрической системе (ЕБС), криптозащита необходима на всех этапах передачи данных между инфраструктурой банков, банковскими приложениями и сервисами электронного правительства.

Минздрав РФ выпустил приказ №911н, который вступает в силу с 1 января 2020 года и касается всех медицинских и фармацевтических организаций. Приказ требует использовать сертифицированные средства защиты, в том числе для каналов связи.

В электроэнергетике в конце 2018 г. утвержден приказ Министерства энергетики №1015, в соответствии с которым для защиты Систем Удаленного Мониторинга и Диагностики (СУМиД) необходимо использовать сертифицированные средства защиты. По сути, речь идет о защищенном обмене данными в контуре АСУ ТП.

Криптографическая защита становится проще и доступнее

Первую попытку упростить ситуацию для заказчиков сделали вендоры: ввели техническую поддержку с возможностью обновления версии СКЗИ. Это действительно сняло некоторую головную боль клиентов, но не всю, ведь вопросы эксплуатации, требующие участия высококвалифицированного персонала, остались. Закрыть этот вопрос можно с помощью сервисной модели. В Постановлении Правительства РФ № 313 «Об утверждении Положения о лицензировании деятельности по разработке, производству, распространению шифровальных (криптографических) средств. » указывается, что решение данных задач возможно не только с привлечением сторонней организации на разных этапах проекта, но и посредством сервисной модели.

Поставщиков сервиса класса «VPN с криптографической защитой (ГОСТ) как сервис» можно условно разделить на две группы: операторы связи и облачные провайдеры. Облачные провайдеры (МТС, «Ростелеком», Dataline и др.) предлагают организовать защищенный по ГОСТу доступ к своим сервисам. А операторы связи могут применить отечественное шифрование на своих каналах связи. Такие услуги предоставляют, например, «Ростелеком», «Мегафон», Orange.

Это очень динамичный сегмент рынка, набирающий обороты, отмечает Александр Веселов:

Сервисная модель знаменует новую стадию развития рынка VPN, благодаря которой заказчик получает сразу несколько принципиальных преимуществ: высокий уровень криптографической защиты корпоративных VPN, простоту использования сервиса, прогнозируемые затраты и ликвидацию проблемы дефицита кадров.

ГОСТ VPN — на примере сервиса «Ростелеком-Солар»

Характеристики защищенности ГОСТ VPN

Требования к СКЗИ различных классов не являются общедоступными, но некоторая их часть изложена в Рекомендациях по стандартизации Р 1323565.1.012-2017 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Принципы разработки и модернизации шифровальных (криптографических) средств защиты информации». Основные технические особенности оборудования класса КС3 – разграничение доступа администраторов безопасности, замкнутая программная среда и криптографический контроль целостности компонентов.

СКЗИ данного класса выпускают в виде программно-аппаратных комплексов различной производительности.

Сервис ГОСТ VPN, обеспечивающий защиту каналов связи, реализует эту защиту на канальном и сетевом уровнях (L2/L3) модели OSI. Выбор того или иного механизма защиты зависит от специфики задач клиента. Скажем, конфигурирование управляемой из облака сети, защищенной на уровне L3, обеспечивает возможности практически неограниченного масштабирования. На подобных принципах базируется, в частности, сетевая архитектура Интернета или крупных дата-центров. На сетевом уровне L3 работают протоколы динамической маршрутизации, например, OSPF и др., позволяя строить кратчайшие пути для пакетов данных или отправлять их одновременно по нескольким путям для балансировки загрузки и т.д.

Особенности эксплуатации защищенных каналов связи в рамках сервисной модели

Провайдер услуги осуществляет работы на каждом этапе жизненного цикла сервиса: от закупки и построения до эксплуатации системы криптозащиты. Заказчику не обязательно выбирать производителя СКЗИ — по его запросу все требуемые действия выполнит поставщик услуги. Сервис-провайдер самостоятельно поддерживает версию СКЗИ в актуальном состоянии (приобретение новой версии, удаленное или локальное обновление), обеспечивает работоспособность аппаратной части (пул запасного оборудования, выезды на объекты, перенос конфигурации), ведет журнал учета СКЗИ и другую документацию. При этом осуществляет актуализацию политик безопасности и обновление ключей, круглосуточный мониторинг работоспособности и устранение инцидентов.

Заказчик получает услугу «под ключ», в отчетный период ему предоставляется статистика по работоспособности и запросам. При этом размер ежемесячного платежа остается неизменным, если не меняются параметры получаемой услуги, например, связанные, с появлением у клиента новых офисов или повышением пропускной способности каналов связи, — комментирует Александр Веселов.

После установки СКЗИ у заказчика за их эксплуатацию полностью отвечает команда квалифицированных ИБ-специалистов «Ростелеком-Солар», что гарантирует:

Важно, что провайдер услуги берет на себя все заботы, связанные с соблюдением законодательства в отношении средств криптозащиты: применение только сертифицированных продуктов лидирующих вендоров, тщательное отслеживание всех изменений нормативной базы – сервис всегда соответствует всем нюансам актуальных законов и регламентов. И это при минимуме бюрократии на стороне клиента и прогнозируемых затратах.

В чем преимущества сервисной модели ГОСТ VPN

Оплата фактически потребляемого сервиса дает прямую экономию:

Экономия на стоимости услуг высококвалифицированного ИБ-персонала:

Как правило, физической границей разделения зон ответственности между заказчиком и поставщиком сервиса являются внутренние порты предоставляемого оборудования. Поскольку оно устанавливаются у клиента, тот должен заботиться о сохранности аппаратных решений и соблюдать ряд условий: по электропитанию, климат-контролю, свободным сетевым интерфейсам, при необходимости — местам в стойке.

Кому «доктор прописал» сервис ГОСТ VPN

Небольшая компания с двумя-тремя офисами вполне может обойтись при создании защищенных каналов собственными силами: начальные расходы на старте проекта невелики, а трудозатраты по эксплуатации решения вполне можно распределить между имеющимися сотрудниками.

Компании среднего бизнеса с 10–40 объектами имеют более сложные сетевые инфраструктуры, им зачастую требуется помощь сторонней профессиональной компании-интегратора для проектирования защищенной сети, внедрения решения, а также дальнейшей технической поддержки. В таких условиях сервисная модель оказывается практически идеальным выбором: сервис-провайдер предоставит оборудование и обеспечит эксплуатацию, а заказчику вообще не придется участвовать в процессах технической поддержки, содержать дополнительный ИТ/ИБ-персонал в офисах. Понятно, что радикально снижается совокупная стоимость системы защиты.

В крупных распределенных компаниях с количеством офисов более 50 всегда есть множество специфических особенностей. И обычно в таких организациях есть свой штат квалифицированного персонала. В этом случае для проектирования и внедрения защищенной сети обмена данными компания может привлечь интегратора, а эксплуатацию осуществлять собственными силами. И здесь переход на сервисную модель поможет распределять во времени затраты на поддержку системы, а также освободит персонал от рутинных работ, позволяя сконцентрироваться на основном бизнесе.

Источник

«Боевая алгебра» или криптография «по ГОСТу»

«Особенности национальной криптографии»

В середине 2015 года были принято несколько новых ГОСТов стандартизирующих криптографические операции. Даже титульные листы этих важнейших государственных документов вызывают, мягко говоря, недоумение. Посмотрите, вот один из них:

Я тоже «впервые» вижу официальные документы особой государственной важности в разработках которых принимала участие некая коммерческая фирма из разряда «Рога и Копыта».

Фирма «Инфотекс» не имеет даже собственного помещения и размещается на площадях «Офисного торгового центра» (цитата с сайта компании). Кто не верит, может убедиться сам, вот ссылка на публичный сайт этой фирмы.

Разрабатывались, между прочим, стандарты криптографических алгоритмов, а не ГОСТ на производство Докторской колбасы…

С точки зрения надежности шифрования, новые ГОСТы это шаг назад. Не буду голословным, вот только один пример, — из новых алгоритмов изъяли требование секретности к специфическим наборам случайных чисел, называемых «блоками замен».

Ранее блоки замен были секретными и выдавались регулирующим органом в «особом» порядке, теперь же они публичны и неизменны. Соответственно криптоаналитикам (так вежливо называют взломщиков шифров) работать стало гораздо проще. Их задача нынче сводится только к вычислению ключей шифрования, ранее нужно было еще и вычислять значения блоков замен.

Ослабление криптостойкости Российских средств шифрования происходит на фоне внедрения квантовых методов криптоанализа (взлома зашифрованной информации) нашими потенциальными «друзьями» и гонки компьютерных технологий.

Не секрет, что появление реально работающих Квантовых компьютеров, было в первую очередь инициировано потребностями криптоаналитиков, есть даже публичный термин «Квантовый криптоанализ».

Публичная информация о квантовом криптоанализе

Уже давно не секрет, что разработаны алгоритмы криптоанализа симметричного, и ассиметричного шифрования специально для квантовых компьютеров. Алгоритмы были, не было компьютеров, теперь они появились:

До недавнего времени считалось, что симметричное шифрование плохо поддается методам квантового криптоанализа, но вот информация касающаяся взлома блочных шифров новым (хорошо забытым старым) методом.

Обратите внимание, новость «проскочила» в 2007 году, после этого никаких упоминаний об этом методе в открытых источниках интернета не было.

На первый взгляд не понятно о чем идет речь, попробую объяснять «на пальцах», специалисты радиоэлектронщики и связисты меня поймут с легкостью…

Во-первых, это возвращение к древнему аналоговому решателю. Были такие раньше вычислительные установки, тогда они были «электрическими», а вот теперь стали «квантовыми». Но суть от этого не меняется.

Во-вторых, в описываемой установке используется новая техника квантового криптоанализа и она требует пояснения.

Возьмем простейший случай генерации гаммы, вырабатываемой к примеру, на основе старого алгоритма ГОСТ 28147-89. В нашем случае гамма это последовательность 32 битных чисел, чем больше таких чисел тем лучше. Будем считать каждое такое число мгновенным значением волновой функции в процессе оцифровки.

Оцифруем получившуюся последовательность гаммы как волну, и с помощью преобразования Фурье, разложим на гармонические составляющие.

В результате получим классическую и очень стабильную картину псевдослучайного «розового» шума, там будет стабильный и ограниченный набор частот модулированных по амплитуде и фазе.

Теперь наложим на гамму шифруемый текст, у нас получится зашифрованный текст, его тоже можно представить в виде оцифрованной волновой функции, но уже модулированной шифруемым текстом.

Фактически любое шифрование, это процесс тождественный радиопередаче, когда модулируется высокочастотное излучение, получаемое в результате работы криптоалгоритма, низкочастотным сигналом полезной нагрузки (шифруемым текстом).

В нашем примере гамма это высокочастотный сигнал, а шифруемый текст, это низкочастотный модулятор. Взлом с помощью квантовой криптографии по сути тождественен работе детекторного приемника, отсекается исходная высокочастотная волновая функция и выделяется низкочастотная модулирующая составляющая. Такой «детекторный» метод будет работать тем лучше, чем меньше число имеющихся в шифротексте составляющих гармонических частот, и больше длина зашифрованного сообщения.

В идеале, шифротекст обладающий свойствами истинного «белого» шума с бесконечным числом гармонических составляющих невозможно взломать этим методом.

Из этого следует единственное, криптоалгоритмы, кроме алгоритмической сложности (числа уравнений для вычисления значений ключей) и алгебраической сложности (сложности решения этих уравнений), должны иметь еще и максимально достижимую статистическую сложность (быть максимально приближены к параметрам «белого шума»).

Пока на статистическую сложность шифротекстов никто не обращает внимания. Получаемые с помощью стандартизированных в Россси криптоалгоритмов шифротексты очень далеки от статистических параметров истинно случайных последовательностей.

Причина этого очень специфическая, и речь о ней пойдет далее.

«Подпиленные» ГОСТы шифрования

Снова придётся вернуться к «особенностям национальной криптографии», но начну издалека. Давным-давно, когда еще о компьютерах и помыслить не могли, вместо компьютеров использовались механические печатные машинки. В СССР, власть, помешанная на идее тотального контроля за своими гражданами, печатные машинки «помечала», подпиливая незаметным образом литеры. Так, чтобы напечатанный текст можно было отождествить с конкретной печатной машинкой.

Нечто аналогичное произошло в криптографии, «старший брат», приложив некоторые усилия, может читать зашифрованные тексты даже не зная ключевой информации. Для этого используются специально подобранные блоки замен, применение которых обязательно.

Теоретически блоки замен должны состоять из случайных чисел, но на практике они содержат «не случайные, а псевдослучайные» числа. Другими словами в блоках замен имеется скрытый алгоритм, который позволяет читать шифротексты без знания ключей.

Это верно в отношении двух стандартизированных в России блочных шифров, первый теперь называется «Магма» (старый упрощенный ГОСТ 28147-89), второй называется «Кузнечик», он дискредитирован еще до своего официального принятия в качестве стандарта.

Информация о «подпиленных» блоках замен бродит на уровне слухов, официального подтверждения у нее конечно нет, но факты упрямая вещь, вот они:

— В отношении «Магмы» имеется официальное утверждение в «псевдослучайности» блоков замен, высказанное в ходе рассмотрения заявки на включение его в международный стандарт блочного шифрования ISO/IEC 18033-3. В 2010 году Международная организации по стандартизации (ISO/IEC JTC 1/SC 27) начала исследование ГОСТ 28147-89, но после анализа предоставленных блоков замен последовал отказ в сертификации.

— В отношении «псевдослучайности» блоков замен «Кузнечика» имеются неопровержимые математические расчеты. Они были в 2015 году официально представлены на конференции CRYPTO. Авторы Алекс Бирюков, Лео Перрин и Алексей Удовенко представили доклад, в котором говорится о том, что:

«Несмотря на утверждения разработчиков, значения S-блока шифра Кузнечик и хэш-функции Стрибог не являются случайными числами, а сгенерированы на основе скрытого алгоритма, который удалось восстановить методами обратного проектирования».

«Подпиленность» блоков замен как таковая нас мало интересует, если бы не одно «но», — скрытый в блоках замен алгоритм значительно ослабляет статистические параметры шифротекста.

С точки зрения статистических параметров шифротекст получаемый на основе Российских алгоритмов симметричного шифрования серьезно ослаблен и может быть легко взломан на квантовых криптовычислителях.

Ну и без этого, кто может дать гарантии, что алгоритмы чтения шифрованного текста без ключевой информации не «утекли»? Как это было, например, с закладками в новом здании Американского посольства. Да и «повозили» англоговорящие бизнесмены теперь уже бывших генералов России от криптографии в начале 2000 годов по знойным морям на суперяхтах немало. Что там происходило неизвестно, но мудрый в таких ситуациях всегда предполагает худшее…

Вечный русский вопрос «Что делать?»

Вдумчивый читатель прочитав вышеизложенное, наверняка возразит, что эту беду легко победить начав использовать честные блоки замен составленные из реально случайных чисел. Все верно, статистические параметры шифротекстов Российских алгоритмов симметричного шифрования можно значительно улучшить за счет блоков замен, только этого недостаточно. Нужно усложнять алгоритмы шифрования, об этом говорит и АНБ США:

Пока речь идет об увеличение размера ключа, но даже этого не сделано у нас в новых ГОСТах, не говоря уже о внедрении более стойких алгоритмов.

Вроде появился новый алгоритм шифра «Кузнечик», но он по своей структуре полностью соответствует алгоритму AES двадцатилетней давности, и обладает аналогичной криптостойкостью. А двадцать лет тому назад об этой «беде», называемой ныне квантовый криптоанализ даже не догадывались.

Так что пока мы беззащитны, и более того, неизвестно что реально удается нашим потенциальным противникам читать в наших шифрованных сообщениях, ведь у них, согласно документам Сноудена, квантовые компьютеры уже есть…

Более того, они теперь есть даже в публичном доступе:

Новые криптографические ГОСТы принятые в 2015 году и алгоритм шифрования «Кузнечик», о котором шла речь выше, детища А.С. Кузьмина. Даже название этого алгоритма шифрования произошло от его фамилии (Кузьмин+Нечаев). Будем надеяться, что новый руководитель российской криптографии наведет порядок в своих войсках.

Источник