Ключи в информационной безопасности¶
Ключи в информационной безопасности — параметры или данные, используемые для преобразования, проверки целостности или аутентификации в криптографических системах. В зависимости от роли в алгоритме ключи делятся на секретные (симметричные), открытые и закрытые (парные), а также на ключи цифровой подписи, ключи аутентификации и ключи шифрования сеанса. Надёжность криптосистемы в целом определяется именно сохранностью ключей, а не секретностью самого алгоритма — принцип сформулирован Огюстом Керкгоффсом в 1883 году.
¶Симметричные ключи
Симметричный ключ — один и тот же секрет используется и для шифрования, и для расшифрования. Основные семейства алгоритмов:
- AES (Advanced Encryption Standard) — принят в 2001 году взамен DES, длины ключей 128, 192 и 256 бит. Широко применяется в России и мире: протоколы TLS, шифрование дисков (BitLocker, LUKS), форматы файлов.
- ГОСТ 28147-89 — отечественный стандарт с длиной ключа 256 бит и длиной блока 64 бита. Используется в криптографических средствах, сертифицированных ФСТЭК, в частности в системах электронного документооборота и защите государственных информационных систем.
- Стрибог (ГОСТ Р 34.12-2015) — современный отечественный блочный шифр с длиной блока 128 бит и поддержкой ключей 256 и 512 бит, разработанный в Институте прикладной математики им. М. В. Келдыша.
- ChaCha20 — потоковый шифр, разработанный Даниэлем Бернштейном, применяется в протоколах TLS и VPN.
Симметричные ключи генерируются из источников энтропии (апаратные генераторы случайных чисел, шум датчиков) и должны быть достаточно длинными: для AES-256 перебор ключа на современном оборудовании неосуществим.
¶Асимметричные ключи
В асимметричной криптографии используются пары ключей: открытый доступен всем желающим, закрытый хранится только у владельца. Основные алгоритмы:
- RSA — основан на сложности разложения больших чисел на множители, длины ключей 2048–4096 бит.
- Эллиптическая криптография (ECC) — алгоритмы ECDSA, ECDH, использующие группы точек на эллиптических кривых; ключи 256 бит сопоставимы по стойкости с RSA-3072.
- ГОСТ Р 34.10-2012 — российский стандарт цифровой подписи на эллиптических кривых, обязательный для применения в государственных системах.
Асимметричные ключи применяются для цифровой подписи, обмена симметричными ключами (протокол Диффи — Хеллмана) и шифрования небольших объёмов данных.
¶Ключи цифровой подписи
Ключ цифровой подписи состоит из пары: подписывающий использует закрытый ключ, проверяющий — открытый. В России порядок работы с такими ключами регулируется Федеральным законом № 63-ФЗ «Об электронной подписи». Различают:
- Усиленную неквалифицированную подпись — создаётся средствами криптографии, подтверждает авторство и целостность.
- Усиленную квалифицированную подпись — имеет такую же юридическую силу, как собственноручная подпись, выпускается квалифицированными удостоверяющими центрами.
Закрытый ключ подписи должен храниться в защищённом носителе — токене (например, Рутокен, JaCarta) или смарт-карте.
¶Ключи шифрования сеанса и протоколы
В протоколах TLS/SSL после установления соединения с помощью асимметричной криптографии согласуется симметричный ключ сеанса, которым шифруется весь дальнейший трафик. Такой гибридный подход сочетает удобство обмена открытыми ключами и высокую скорость симметричного шифрования. В VPN-системах (IPsec, OpenVPN, WireGuard) аналогично формируются ключи IKE или Noise-параметры.
¶Управление ключами
Жизненный цикл ключей включает генерацию, распределение, хранение, ротацию, отзыв и уничтожение. Стандарты и рекомендации:
- ГОСТ Р 34.12-2018 и методические документы ФСТЭК по защите ключевой информации.
- PKCS#11 — интерфейс для работы с криптографическими токенами.
- KMIP — протокол управления ключами в корпоративных системах.
- HSM (аппаратные модули безопасности) — устройства, в которых ключи генерируются и используются без выдачи наружу. В России сертифицированные HSM производят компании «Рутокен» и «Аладин».
Для защиты ключей применяются аппаратные токены, биометрия, разделение секрета (схема Шамира), инъекция ключей в защищённые контейнеры.
¶Криптографическая стойкость
Стойкость ключа измеряется его длиной и устойчивостью к атакам (перебору, дифференциальному и линейному криптоанализу). Рекомендации ФСТЭК и Национального бюро стандартов США (NIST) требуют для новых систем минимум 128-битных симметричных ключей и 2048-битных RSA-ключей. Появление квантовых компьютеров ставит под угрозу RSA и ECC, что стимулирует разработку постквантовых алгоритмов (CRYSTALS-Kyber, CRYSTALS-Dilithium), включённых в проект национального стандарта ГОСТ по постквантовой криптографии.
¶Применение
Ключи используются повсеместно: защите банковских транзакций (платёжные чип-карты работают на симметричных ключах, защищённых аппаратно), защите переписки (Signal, Telegram MTProto), шифровании дисков, подписи электронных документов, системах ЭЦП для государственных услуг, защите промышленных систем и телекоммуникаций.
¶Интересные факты
- В 2013 году в результате утечки документов Эдварда Сноудена стало известно, что АНБ пыталось внедрить собственный генератор случайных чисел Dual_EC_DRBG в стандарт NIST, что позволило бы подбирать ключи. После разоблачения алгоритм был отозван.
- В России действует обязательная сертификация средств криптографической защиты информации (СКЗИ) в ФСТЭК и в системе сертификации ФСБ.
Источники:
- ГОСТ Р 34.12-2015 «Криптографическая защита данных. Блочные шифры»
- ГОСТ Р 34.10-2012 «Процедуры формирования и проверки электронной цифровой подписи»
- Федеральный закон от 06.04.2011 № 63-ФЗ «Об электронной подписи»
- Рекомендации ФСТЭК России по защите ключевой информации
- NIST Special Publication 800-57 (Part 1–3) «Recommendation for Key Management»
- Керкгоффс А. «La cryptographie militaire», 1883