Обмен ключами (также создание ключей ) — это метод в криптографии , с помощью которого происходит обмен криптографическими ключами между двумя сторонами, что позволяет использовать криптографический алгоритм .
Если отправитель и получатель желают обмениваться зашифрованными сообщениями, каждый из них должен быть оснащен оборудованием для шифрования отправляемых сообщений и расшифровки полученных сообщений. Характер необходимого им оборудования зависит от метода шифрования , который они могут использовать. Если они используют код , им обоим потребуется копия одной и той же кодовой книги . Если они используют шифр , им потребуются соответствующие ключи. Если шифр представляет собой шифр с симметричным ключом , обоим потребуется копия одного и того же ключа. Если это шифр с асимметричным ключом со свойством открытого/закрытого ключа, обоим понадобится открытый ключ другого.
Обмен ключами осуществляется либо внутриполосно, либо внеполосно. [1]
Проблема обмена ключами описывает способы обмена любыми ключами или другой информацией, необходимой для создания безопасного канала связи, чтобы никто другой не мог получить копию. Исторически до изобретения криптографии с открытым ключом (асимметричной криптографии) в криптографии с симметричным ключом использовался один ключ для шифрования и дешифрования сообщений. Чтобы две стороны могли общаться конфиденциально, они должны сначала обменяться секретным ключом, чтобы каждая сторона могла шифровать сообщения перед отправкой и расшифровывать полученные. Этот процесс известен как обмен ключами.
Основная проблема симметричной криптографии, или криптографии с одним ключом, заключается в том, что она требует передачи секретного ключа через доверенных курьеров , дипломатическую почту или любой другой безопасный канал связи . Если две стороны не смогут установить безопасный первоначальный обмен ключами, они не смогут безопасно общаться без риска перехвата и расшифровки сообщений третьей стороной, которая получила ключ во время первоначального обмена ключами.
Криптография с открытым ключом использует систему двух ключей, состоящую из открытого и закрытого ключей, где сообщения шифруются одним ключом и расшифровываются другим. От выбранного криптографического алгоритма зависит, какой ключ — открытый или закрытый — используется для шифрования сообщений, а какой — для расшифровки. Например, в RSA закрытый ключ используется для расшифровки сообщений, а в алгоритме цифровой подписи (DSA) закрытый ключ используется для их аутентификации. Открытый ключ может быть отправлен по незащищенным каналам или опубликован публично; закрытый ключ доступен только его владельцу.
Ключ шифрования, известный как обмен ключами Диффи-Хеллмана, может быть передан открыто, поскольку он не представляет риска для конфиденциальности зашифрованных сообщений. Одна сторона обменивается ключами с другой стороной, которая затем может зашифровать сообщения с помощью ключа и отправить обратно зашифрованный текст. Только ключ дешифрования (в данном случае это закрытый ключ) может расшифровать это сообщение. В отличие от симметричного обмена ключами, во время обмена ключами Диффи-Хеллмана никакая конфиденциальная информация не подвергается риску компрометации.
В принципе, единственной оставшейся проблемой было убедиться (или хотя бы быть уверенным), что открытый ключ действительно принадлежит его предполагаемому владельцу. Поскольку можно « подделать » личность другого человека любым из нескольких способов, это не тривиальная и не легко решаемая проблема, особенно если два вовлеченных пользователя никогда не встречались и ничего не знают друг о друге.
В 1976 году Уитфилд Диффи и Мартин Хеллман опубликовали криптографический протокол , названный обменом ключами Диффи-Хеллмана (D–H), основанный на концепциях, разработанных аспирантом Хеллмана Ральфом Мерклем . Протокол позволяет пользователям безопасно обмениваться секретными ключами, даже если противник контролирует этот канал связи. Однако протокол обмена ключами D–H сам по себе не решает проблему аутентификации (т. е. проблемы уверенности в фактической личности человека или «субъекта» на другом конце канала связи). Аутентификация имеет решающее значение, когда противник может отслеживать и изменять сообщения внутри канала связи (атака «человек посередине» или MITM), и она рассматривается в четвертом разделе статьи. [2]
Инфраструктуры открытых ключей (PKI) были предложены в качестве обходного пути для проблемы аутентификации личности. В наиболее распространенной реализации каждый пользователь обращается к « центру сертификации » (CA), которому доверяют все стороны, за цифровым сертификатом , который служит для других пользователей в качестве защищенной аутентификации личности. Инфраструктура безопасна, если только сам ЦС не будет скомпрометирован. Однако в этом случае многие PKI предоставляют возможность отзыва сертификатов, чтобы другие пользователи не доверяли им. Отозванные сертификаты обычно помещаются в списки отзыва сертификатов , с которыми можно сопоставить любой сертификат.
Некоторые страны и другие юрисдикции приняли законы или правила, поощряющие использование PKI, придавая (более или менее) юридическую силу этим цифровым сертификатам (см. цифровую подпись ). Многие коммерческие фирмы, а также некоторые правительственные ведомства создали такие центры сертификации.
Однако это никак не решает проблему, поскольку надежность самого ЦС по-прежнему не гарантируется для какого-либо конкретного человека. Это форма аргументации, основанная на ошибочности авторитета . Для фактической надежности требуется личная проверка принадлежности сертификата ЦС и установление доверия к ЦС. Обычно это невозможно.
Известны случаи, когда авторитарные правительства предлагали создать так называемые «национальные центры сертификации», чьи сертификаты были бы обязательными для установки на устройствах граждан и после установки и доверия могли бы использоваться для мониторинга, перехвата, изменения или блокировки зашифрованного интернет-трафика. . [3] [4] [5]
Для тех, кто не знаком с такими вещами, эти соглашения лучше всего рассматривать как электронные нотариальные подтверждения того, что «этот открытый ключ принадлежит этому пользователю». Как и в случае нотариальных подтверждений, в таких документах могут быть ошибки или недоразумения. Кроме того, самому нотариусу можно не доверять. Различные центры сертификации допустили несколько громких публичных сбоев. [6] [7]
На другом конце концептуального диапазона находится система сети доверия , которая полностью исключает центральные центры сертификации. Каждый пользователь несет ответственность за получение сертификата от другого пользователя перед использованием этого сертификата для связи с пользователем. PGP и GPG (реализация интернет-стандарта OpenPGP ) используют именно такой механизм сети доверия.
Алгоритмы соглашения о ключах с аутентификацией по паролю могут выполнять обмен криптографическими ключами, используя знание пароля пользователя .
Квантовое распределение ключей использует определенные свойства квантовой физики для обеспечения своей безопасности. Он основан на том факте, что наблюдения (или измерения ) квантового состояния вносят возмущения в это состояние. Во многих системах эти возмущения обнаруживаются приемником как шум, что позволяет обнаруживать атаки «человек посередине» . Помимо корректности и полноты квантовой механики, протокол предполагает наличие аутентифицированного канала между Алисой и Бобом.