Slepenas informācijas apmaiņas drošība

 

Kā nodrošināt, lai, piemēram, Ausmas sūtītā informācija Valdim nonāktu adresāta rokās nesakropļota un ar to nevarētu iepazīties citas personas? Svarīgi, ka nosūtītās informācijas saturs tiek saglabāts slepenībā līdz noteiktam laikam. Gan Ausmu, gan Valdi var interesēt iespēja apmainīties ar samērā gariem ziņojumiem un darīt to pietiekami bieži un ilgi. Kādi intelektuālie un tehnoloģiskie resursi nepieciešami, lai šāda informācijas apmaiņa būtu nodrošināma?

 

Vai neredzamā tinte līdzēs?

Pirmajā acumirklī var likties, ka Ausmas un Valda izvirzītās prasības vai vēlmes ir skaidras un saprotamas, varētu diskutēt vienīgi par līdzekļiem un veidu, kā tās apmierināt. Īstenībā tās veido grūti interpretējamu nosacījumu kompleksu. To vājā vieta ir terminoloģijas absolutizētais determinisms. Ikviens sakaru dienesta inženieris zina, ka informācijas pārraide vienmēr pakļauta tādu faktoru ietekmei, kura var izraisīt informācijas kropļojumus. Lai pret to cīnītos, tiek izmantota informācijas kodēšanas metode, kas ļauj kropļojumus atklāt un dažos gadījumos arī koriģēt. No kosmiskajām zondēm sūtītā informācija tiek pakļauta ļoti rafinētai kodēšanai, kas ļauj to nekļūdīgi dekodēt pat tad, ja tā saņemta ar daudziem kropļojumiem tās kodā. Taču neviens paņēmiens nedod absolūtas garantijas par sūtītās un saņemtās informācijas identitāti.

Līdzīgs stāvoklis ir informācijas slepenībai. Nav tādu līdzekļu, kas pilnīgi izslēgtu iespēju kādai nevēlamai personai pārtvert Ausmas sūtīto informāciju. Arī tad, ja šī informācija būs šifrēta, nav pilnīgas garantijas, ka tā netiks atšifrēta pirms vēlamā termiņa t₀ iestāšanās. Acīmredzot jautājums par informācijas sakaru drošību vienmēr jāsaista ar pretinieka (vai iespējamo pretinieku) intelektuālajiem, tehnoloģiskajiem un finansiālajiem resursiem.

Pārraidāmās informācijas slepenību iespējams risināt ar dažādiem līdzekļiem. Nesankcionētu informācijas nolasīšanu var kavēt ziņojuma pārraide labi ekranizētā un apsargātā elektriskā sakaru kabelī. Šādam nolūkam ļoti piemērots ir optiskais kabelis, kas pieļauj informācijas nolasīšanu vienīgi tā galos. Nereti informācijas slepenības saglabāšanu cenšas nodrošināt ar t. s. steganogrāfijas līdzekļiem jeb informācijas slēpšanas paņēmieniem. Pie tiem pieskaitāma ziņojuma rakstīšana ar neredzamu tinti. Saņēmējs to var izlasīt tikai tad, ja attiecīgo papīra loksni pakļauj noteiktai ķīmiskai vai fizikālai apstrādei. Dažos gadījumos informācijas slepenības saglabāšanai tiek izmantots uzticams kurjers, kurš gatavs riskēt ar dzīvību, lai slepenais ziņojums nenonāktu ienaidnieka rokās.

 

Ziņojumu šifrēšana

Tomēr jāaizrāda, ka minētajiem slepenības nodrošinājuma paņēmieniem ir ierobežota nozīme. Tie nav īsti piemēroti gadījumos, kad ziņojumu apmaiņai jānotiek pietiekami bieži, bet paši ziņojumi ir tik gari, ka attālumi starp sūtītāju un adresātu mērāmi kilometru  tūkstošos, kad adresāts vai sūtītājs maina atrašanās vietu un noteiktā laika intervālā adresāta atrašanās vieta nav precīzi nosakāma. Tad vienīgais efektīvais līdzeklis informācijas slepenības nodrošināšanai būs ziņojumu šifrēšana, t. i., atklātā teksta (pamatteksta) transformēšana sarežģītā zīmju struktūrā, kuras izlasīšana ienaidniekam var sagādāt milzīgas grūtības, un tās pārraidīšana ar radiosignālu palīdzību.

Izšķir divas lielas šifru jeb kriptosistēmu klases – simetriskas un asimetriskas kriptosistēmas. Līdz pagājušā gadsimta 70. gadiem kriptogrāfi pazina vienīgi simetriskas kriptosistēmas, t. i., šifrēšanas metodes, kuras balstītas uz šifra atslēgas turēšanu slepenībā. Kriptosistēmas simetriskums izpaužas tādējādi, ka šifra atslēgas, šifrēšanas algoritma zināšana ļauj ļoti viegli izveidot atšifrēšanas atslēgu jeb algoritmu.

 

         Šifrs romānos un karalaukā

Šādu kriptosistēmu piemēri ir substitūcijas un Viženēra šifrs, kurš tā nosaukts par godu franču diplomātam Blēzam Viženēram (16. gs.). Substitūcijas šifra iezīme ir tāda, ka visā pamattekstā katrs alfabēta burts tiek aizstāts ar citu tā paša alfabēta burtu, protams, dažādi burti – ar atšķirīgiem burtiem. Viženēra šifrā burtu aizstāšana pamattekstā notiek ar speciāla atslēgas vārda vai atslēgas frāzes starpniecību. Rezultātā vienu un to pašu burtu pamattekstā var aizstāt ar atšķirīgiem burtiem kriptogrammā. Spilgtu substitūcijas šifra izmantošanas gadījumu aprakstījis Edgars Po novelē Zelta vabole, bet Viženēra šifra nelietīgu izmantojumu – slavenais franču rakstnieks Žils Verns romānā Žangada. Atzīmēsim, ka slavenā vācu šifrēšanas mašīna Enigma, ar kuras noslēpuma atklāšanu saistīti ļoti svarīgi un intriģējoši otrā Pasaules kara notikumi, arī realizēja simetriskas kriptosistēmas šifrēšanas algoritmus.

 

Publiskā atslēga – ciets rieksts

Pagājušā gadsimta 70. gados amerikāņu kriptogrāfi V. Diffi un M. Helmans lika pamatus t. s. publiskās atslēgas kriptogrāfijai jeb asimetriskām kriptosistēmām. To asimetriskums izpaužas tādējādi, ka kriptogrammas atšifrēšanas algoritms no šifra atslēgas iegūstams vienīgi ar milzīga apjoma skaitļojumu palīdzību. Tātad šifra atslēgas zināšana ienaidniekam dzīvi neatvieglo.

Populārākais asimetriskas kriptosistēmas piemērs ir RSA kriptosistēma. Šifra atslēgu veido divu dabisko skaitļu pāris (e, n), atšifrēšanas atslēgu – skaitļu pāris (d, n). Slepenībā tiek saglabāta informācija par diviem milzīgiem pirmskaitļiem p un q, kuru reizinājums veido skaitli n. Ja ienaidnieks zina šifrēšanas atslēgu (e, n), bet nezina nevienu no pirmskaitļiem, viņam jāveic milzīgs skaitļošanas darbs, lai izrēķinātu atšifrēšanas atslēgas svarīgo komponentu, t. i., skaitli d. Pati šifrēšanas procedūra paveicama tikai ar atslēgas skaitļu e un n palīdzību, neizmantojot nevienu no slepenībā glabātajiem pirmskaitļiem.

 

Kriptoanalīze

Mūsdienu kriptogrāfijas zinātne nodarbojas ne vien ar šifrēšanas metožu radīšanu, tās uzmanības lokā ir arī t. s. kriptoanalīzes jautājumi, t. i., jautājumi par kriptogrammu jeb šifrēto ziņojumu lasīšanas metodēm, kuras balstītas vienīgi uz šifrēto tekstu rūpīgu analīzi. Ļoti svarīgu ziņojumu slepenības nodrošināšanā izmanto tikai tādas kriptosistēmas, tikai tādus šifrus, kurus raksturo ļoti augsta kriptoanalītiska noturība, t. i., kuru producētās kriptogrammas grūti analizējamas. Kvantitatīvi kādas sistēmas kriptoanalītisko noturību nereti raksturo ar šifra atslēgas garumu jeb tās kodolu binārajā pierakstā. Pieņemts uzskatīt, ka šifra atslēga, kuras garums ir vairāki simti bināru vienību, būs ar augstu kriptoanalītisku noturību, bet atslēgas, kuru garums nepārsniedz dažus desmitus bināro vienību, liecina par šifra zemu kriptoanalītisko noturību. Lai gan šis uzskats visumā atzīstams par pareizu, tas nav absolutizējams. Mēdz būt šifri ar ļoti lielu atslēgas garumu, bet zemu kriptoanalītiskās noturību.

Nevienas informācijas pārraides sistēmas drošība, tās noturība pret ienaidnieku tīkojumiem nav raksturojama vienīgi ar izmantotā šifra kriptoanalītisko noturību. Slepenības nodrošinājumā ļoti nozīmīga loma ir visas sakaru sistēmas menedžmentam – apkalpojošā personāla skaitam, kriptogrāfijas speciālistu kvalifikācijai, personāla uzvedības kodeksam, attiecību koordinācijai un subordinācijai, slepeno sakaru dienesta organizatoriskai struktūrai un personāla atlases procedūrai, uzraudzības un kontroles mehānismam profesionālo pienākumu izpildes sfērā, atbildībai un sodiem.

Ziņojumu pārraides tehniskais drošums (reliability) un izmantotā šifra kriptoanalītiskā noturība raksturojama kvantitatīvi, bet menedžmenta drošības rādītāju kvantitatīva mērīšana ir visnotaļ problemātiska. Ar kādu varbūtību, piemēram, iespējams raksturot šifrētāja gatavību nodot ienaidniekam šifra atslēgu simetriskas kriptosistēmas gadījumā? Tas pats sakāms par varbūtību, ka ziņojuma atšifrētājs nodos ienaidniekam kriptogrammas dekodēšanas algoritmu asimetriskas kriptosistēmas gadījumā. Ja šiem lielumiem tomēr piedēvēsim noteiktas skaitliskas vērtības, tās raksturos tikai mūsu subjektīvās pārliecības pakāpi par to, ka attiecīgās personas gatavas uz šādu nodevību.

Kvantitatīvi grūti ir novērtēt varbūtību, ka šāda rakstura noziedzīgas darbības, ja tās patiešām veiktas, tiks ātri atklātas. Nav iespējams kaut cik precīzi novērtēt varbūtību, ka slepena informācija nonāks ienaidnieka rokās personāla neuzmanības dēļ. Menedžmenta lielo nozīmi drošības jautājumu risināšanā labi ilustrē nesen notikusī  briljantu zādzība Antverpenes briljantu centrā. Visaugstākā līmeņa šifra atslēgas un elektriskās signalizācijas sistēmas izrādījās graša vērtas apsardzes personāla nodevības dēļ.

Nedrīkstam par zemu novērtēt arī ziņojumu pārraides tehniskā drošuma ietekmi uz izmantotā šifra kvalitāti, tā piemērotību attiecīga rakstura ziņojumu nosūtīšanai. Daži šifri (pie tādiem pieder arī mūsu minētais RSA) ir ļoti jutīgi pret dažu zīmju, u koda ciparu kropļojumiem. Tas nozīmē, ka adresāts var saņemt ne tikai neizlasāmu, bet arī dezinformējošu ziņojumu. Tas var kļūt ļoti bīstami, ja paredzēts, ka saņēmējam slepenā instrukcija jāizpilda steidzami. Šifrētā ziņojuma atkārtota nosūtīšana (pēc pieprasījuma) var izrādīties neiespējama.  

 

Prof. dr. h. mat. Aivars LORENCS