Анализ криптостойкости методов защиты информации в операционных системах Microsoft Window 9x

криптосистем будет определяться длиной ключа. При проведении данного

исследования предполагалось, что криптоаналитик обладает всей информацией

относительно алгоритма шифрования, за исключением данных о секретном ключе,

и ему доступен для анализа шифрованный текст сообщения. По определению

предполагается, что идеальный алгоритм лишен каких-либо недостатков,

снижающих его криптостойкость.

Предположим также, что генерация ключа компьютером происходит за один

такт его работы, а операция расшифровывания мгновенно. Определив отношение

количества ключей к быстродействию самого мощного компьютера, мы получим

нижнюю оценку сложности расшифровывания сообщения для идеального алгоритма.

Таблица 2.2

Время, необходимое для полного перебора ключей

|Наименование |Мощность|56 бит |64 |80 бит |100 бит|128 бит|

|машины |(FLOPS) |7.2*Е16 |бита |1.2*Е24 | | |

| | | |1.8*E1| |1.26*Е3|3.4*E38|

| | | |9 | |0 | |

|Intel ASCI Red|1.333*Е1|14 часов|5 мес.|28460 лет |3.01*Е1|8.09*Е1|

| |2 | | | |0 |8 |

|Hitachi/Tsukub|3.68*Е11|52 часа |18 |102676 года|1.09*Е1|2.93*Е1|

|a CP-PACS | | |мес. | |1 |9 |

|SGI/Cray T3E |2.65*Е11|69 часов|51 |143256 года|1.51*Е1|4.07*Е1|

| | | |мес. | |1 |9 |

|Fujitsu |2.3*Е11 |171 час |60 |164592 года|1.74*Е1|4.69*Е1|

|Numerical Wind| | |мес. | |1 |9 |

|Tunnel | | | | | | |

|Hitachi SR2201|2.2*Е11 |178 |61 |172720 лет |1.82*Е1|4.9*Е19|

| | |часов |мес. | |1 | |

Таким образом с помощью указанной рабочей модели можно оценивать

надежность проектируемых и эксплуатируемых систем шифрования. Алгоритм ГОСТ

28147-89 использует таблицу подстановок размером 512 бит. Общее число

возможных таблиц составляет 1.33*Е36 и полное время перебора составляет

3.162*Е16 лет. Для алгоритма IDEA длина ключа составляет 128 бит и полное

время перебора составляет 8.09*Е18 лет. Даже если будет использован

суперкомпьютер состоящий из ста тысяч процессоров с максимально возможной

скоростью в 1016 операций/секунду для расшифровывания ГОСТа понадобится

4.21*Е7 лет, а для IDEA - 1.08*Е10 лет. Очевидно, что даже применение

нескольких сотен суперкомпьютеров Intel ASCI Red, стоимостью по 55

миллионов долларов каждый, не в стоянии кардинально улучшить ситуацию.

Анализируя предельные значения второй тенденции, можно отметить, что

увеличению количества процессоров в системе тоже есть свой предел.

Для нашей планеты естественным пределом является площадь земной

поверхности. Если выразить поверхность земного шара (считая океаны,

пустыни, Арктику с Антарктикой) в квадратных миллиметрах, и на каждый

миллиметр поместить по миллиону таких процессоров, то в год мощность такого

вычислительного устройства составит 5.1 * 1052 операций, что эквивалентно

длине в 175-176 бит. Если исходить из предположения, что стойкость шифра

должна составлять 100 лет, то за указанный период такая система сможет

перебрать 5 *1054 ключей, что составит 181-182 бита. И это притом, что

никакие вычислительные ресурсы процессоров не тратятся на согласование их

взаимной работы в системе, на решение задачи дешифрования и т.д.

Таблица 2.3

Варианты перебора ключа раскладок клавиатуры

|Раскладка |Символы |Варианты |Минимальная |

| | | |длина пароля |

|0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTU|68 |2.11*Е18 |10 |

|VWXYZАБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩ| | | |

|ЪЫЬЭЮЯ | | | |

|ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ |58 |2.49*Е19 |11 |

|АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮ| | | |

|Я | | | |

|0123456789АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФ|42 |3.01*Е19 |12 |

|ХЦЧШЩЪЫЬЭЮЯ | | | |

|0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTU|36 |4.74*Е18 |12 |

|VWXYZ | | | |

|АБВГДЕЖЗИЙКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЪЫЬЭЮ|32 |3.67*Е19 |13 |

|Я | | | |

|ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ |26 |6.45*Е19 |14 |

|0123456789 |10 |1*Е19 |19 |

Из проведенного нами исследования можно сделать вывод, что для

обеспечения надежности достаточно использовать алгоритмы с длиной ключа не

менее 64 битов, а применять и разрабатывать алгоритмы с длиной ключа более

128 бит экономически не выгодно. Однако, как правило, для генерации ключа

используется пароль, который в свою очередь часто содержит лишь символы

латинского алфавита. В таком случае для обеспечения необходимой защиты

требуется использовать пароль не короче 12 символов, что соответствует 56-

битному ключу. 16-символьный гарант пароль соответствует 75-битному ключу и

гарантирует достаточную защиту от прямой атаки.

3.2 Разработка программы

На текущий момент имеется несколько языков программирования высокого

уровня, позволяющих создавать полноценные программы, предназначенные для

работы в среде Microsoft Windows 9x. Мы выбрали хорошо известный язык C++,

который обладает следующими достоинствами: во-первых, C++ обладает

универсальностью и может быть использован для создания программ любого

уровня сложности, а во-вторых, эффективный машинный код обеспечивает

высокую скорость работы программы, что особенно немаловажно. Применяемые

библиотеки и разработанные программные функции описаны ниже:

Таблица 3.1

Использованные библиотеки

|Stdio.h |Работа с файлами |

|String.h |Работа со строками |

|Stdlib.h |Вспомогательные процедуры |

|Time.h |Время |

|Dos.h |Прерывания |

Таблица 3.2

Программные процедуры

|Init_xor_table |Инициализация S-бокса |

|Use_xor_table |Гаммирование данных через S-бокс |

|SwaBits |Перестановка |

|Init_hash |Инициализация хэширования |

|Calc_hash |Хэширование |

|Add_hash |Сложение данных в хэше |

|Flush_hash |Очистка буффера хэша |

|Make_cryption_table|Работа S-бокса |

|Error |Декларация об ошибке |

|LookUp |Возврат номера символа в строке |

|UpStr |Перекодировка пароля |

|LnTrim |Обрезка строки после |

|Read_pwl_file |Чтение PWL-файла |

|Dump_pwl_file |Просмотр ресурсов PWL-файла |

|Enum_hdl |Прерывание программы |

|Voc_pwl_file |Работа со словарем |

|Try_pwl_file |Подбор пароля |

|Main |Главная процедура |

Разработанная программа проводит криптоанализ на основе открытого

текста. Так как имя пользователя всегда известно, то его можно использовать

для проверки правильности расшифровки программа сравнивает дешифрованное

имя пользователя с введенным именем. При запуске в зависимости от ключей,

заданных в командой строке, программа вызывает вспомогательные функции,

перечисленные следующем параграфе.

Далее программа осуществляет чтение зашифрованного PWL-файла, после

чего либо начинает его расшифровку, либо просмотр ресурсов. Для PWL-файлов,

создаваемых операционной системой Microsoft Windows 95, программа позволяет

определить нестойкие пароли, генерируемые по ниже описанному алгоритму.

Алгоритм генерации ключа по паролю в Microsoft Windows 95

Имеем ключ (двойное слово) и пароль до 20-и символов.

1) Обнулить ключ.

2) Привести пароль к верхнему регистру.

3) Для каждого символа пароля, начиная с первого:

а) прибавить код символа к ключу

б) повернуть ключ влево 7 раз.

Данный алгоритм слаб тем, что при выбранной длине ключа в двойное

слово, множество различных ключей 232 оказывается неизмеримо меньше

множества различных паролей. Это означает, что существуют пароли, которые

операционная система не различает.

Для PWL-файлов, создаваемых новыми версиями в операционных системах

Microsoft Windows OSR2 и 98, программа осуществляет перебор ключей.

Алгоритм генерации ключа по паролю в Microsoft Windows OSR2 и 98

Имеем ключ (двойное слово) и пароль до 128-и символов.

1) Обнулить ключ.

2) Привести пароль к верхнему регистру.

3) Для каждого символа пароля, начиная с первого:

а) прибавить код символа к ключу

б) повернуть ключ влево 16 раз.

Далее программа перебирает пароли до тех пор, пока расшифрованное имя

пользователя не совпадет с ранее введенным. При совпадении работа

заканчивается.

Таблица 3.3

Скорость работы программы

|Используемая машина |Скорость работы в секунду |Скорость работы в |

| |для Windows 3.11 и Windows|секунду для Windows 95|

| |95 без Service Pack |с Service Pack, OSR2 и|

| | |98 |

|AMD K5 - 100 |53000 |29000 |

|Intel Pentium - 120 |61000 |31000 |

|Intel Pentium - 166 |76000 |39000 |

|Pentium II -166 |87000 |45000 |

|Intel Celeron – 400 |153000 |101000 |

|Intel Celeron - 700 |304000 |192000 |

Рис. 6. Блок-схема основной программы.

3.3 Функции программы

Разработанная программа запускается из командной строки с ниже

перечисленными ключами:

/BF[:S] [ИмяPwlФайла] [ИмяПользователя]

- для выполнения взлома PWL-файла перебором. Пароли последовательно будут

изменяться и проверяться на корректность совпадения.

/EN: [ИмяСекцииПеребора]

- добавьте это к ключу /BRUTEFORCE для того, чтобы выбрать желаемую секцию

перебора из .CFG файла. Секция перебора по умолчанию описана в

конфигурационном файле.

/F: [СтартоваяДлина]

- добавьте это к ключу /BRUTEFORCE для определения желаемой длины

начального пароля с которого начнется процесс перебора. По умолчанию длинна

равна нулю.

/IN: [НачальныйПароль]

- добавьте это к ключу /BRUTEFORCE для выбора начального пароля. Перебор

начнется с значения представленного данным ключем. Этот ключ несовместим с

ключем /FROM.

/D: [ПарольОстановки]

- добавьте это к ключу /BRUTEFORCE для выбора пароля остановки. Перебор

завершится при достижении данного пароля. Этот ключ несовместим с ключем

/NUMBER.

/NUM: [КоличествоИтераций]

- добавьте это к ключу /BRUTEFORCE для выбора количества попыток перебора.

Программа будет остановлена после совершения данного количества переборов

паролей. Этот ключ несовместим с ключем /DONE.

/VOC [:S] [ИмяPwlФайла] [ИмяПользователя] [МаскаСловарей]

- для обнаружения пароля PWL-файла с помощью словаря.

/CON [:S] [ИмяФайлаСессии]

- для возобновления прерванной сессии.

/PROT [:ИмяФайлаПротокола]

- добавление этого ключа к некоторым ключам позволит сохранять результаты

работы в файле Протокола. /ABOUT /HELP, /?, /LIST и /SPY, /GRAB не

допускают применение данного ключа.

/L [:E] [ИмяPwlфайла] [ИмяПользователя] [ПарольПользователя]

- для просмотра указанного PWL-файла с соответствующими параметрами,

используйте атрибут 'E' для отображения технической информации.

/GR [ИмяПротоколаБазы]

- для просмотра секции [Password Lists] файла SYSTEM.ini. Эта секция

описывает зарегистрированные PWL-файлы на данной машине.

/TM [ОценочнаяСкорость]

- для оценки времени работы сплошного перебора. Можно использовать ключ

/ENUM для выбора секции символов перебора. Скорость указывается в pps (что

обозначает паролей в секунду).

/H [ИмяФайлаСправки]

- для сохранения справки в текстовом файле.

/?

- для отображения этой краткой справки на терминале.

Используйте атрибут 'S' с вышеперечисленными ключами для защиты данных

от нестабильности электропитания. Применение атрибута вызовет периодическое

сохранение результатов работы текущей сессии. Нажатие Ctrl+Break приводит к

остановке процесса перебора и записи текущей сессии в соответствующем .BRK

файле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав сегодняшнюю ситуацию с реальными криптографическими

продуктами, мы пришли к выводу, что криптография, представленная на

коммерческом рынке, не предоставляет достаточного уровня безопасности.

Сегодня в компьютерную безопасность вкладываются миллиарды долларов, и

большинство денег тратится на нестойкие продукты. В настоящей работе было

проведено исследование криптографических методов защиты информации,

применяемых популярных операционных системах семейства Microsoft Windows

9x, и была написана программа общим объемом около тысячи строк программного

кода для анализа си. Рассматриваемый алгоритм RC4 используется в более чем

двадцати программных продуктах и результаты данной работы относятся к

большому числу программных продуктов, используемых в различных областях.

В ходе работы был сделаны следующие выводы:

- Необходима обязательная оценка угроз безопасности для всей

имеющейся информации и применяемых криптографических методов.

- На компьютерах с операционной системой Microsoft Windows 95

необходимо модернизировать операционную систему. Поскольку переход

на программное обеспечение других фирм вызовет значительные

сложности, то достаточно ограничиться новыми версиями OSR2 и

Windows 98.

- Использование парольной защиты компьютеров должно стать нормой, вне

зависимости от того имеют ли доступ к компьютеру посторонние лица

или нет, поскольку полностью ограничить доступ к компьютеру

невозможно.

- Продукты, использующие криптоалгоритм RC4, потенциально подвержены

взлому и применять их для защиты информации на длительные сроки

нецелесообразно.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Андреев Н.Н. О некоторых направлениях исследований в области защиты

информации.// Международная конференция “Безопасность информации”.

Сборник материалов, М., 1997, c. 94-97

2. Баpичев С.С., Гончаров В.В., Серов Р.Е. Основы современной кpиптогpафии.

М.: Мир, 1997. 176 с.

3. Болски М.И. Язык программирования Си. М.: Радио и связь, 1988. 96 с.

4. Буза М.К. Операционная среда Windows 95 и ее приложения. М.: ДиаСофт,

1996. 266 с.

5. Елманова Н.З., Кошель С.П. “Введение в Borland C++ Builder”. М.: Диалог-

МИФИ, 1998. 675 с.

6. Грушо А.А. Тимонина Е.Е. Теоретические основы защиты информации М.:

Яхтсмен, 1996. 31 с.

7. Домашев А. В., Попов В.О., Правиков Д.И., Прокофьев И.В., Щербаков А.Ю.

Программирование алгоритмов защиты информации. М.: Нолидж, 2000. 288 с.

8. Варфоломеев А.А., Жуков А.Е., Мельников А.Б., Устюжанин Д.Д. Блочные

криптосистемы. Основные свойства и методы анализа стойкости. М.: МИФИ,

1998. 200с.

9. Леонтьев Б. Операционная система Microsoft Windows 9x для начинающих и

не только. М.: Нолидж, 1998. 496 с.

10. Молдовян А.А., Молдовян Н.А., Советов Б.Я. Криптография. СПб.: Лань,

2000. 224 с.

11. Семьянов П.В. Почему криптосистемы ненадежны? Тезисы доклада на конф.

“Методы и технические средства обеспечения безопасности информации”, .

СПб.: ГТУ, 1996. 18 с.

12. Спесивцев А. В. Защита информации в персональных ЭВМ. М.: Мир, 1992.

278 с.

13. Ростовцев А.Г., Матвеев В.А. Защита информации в компьютерных системах.

Элементы криптологии. Под редакцией П.Д. Зегжды. СПб.: ГТУ, 1993. 365 с.

14. Fluhrer S.R., McGrew D.A. Statistical analysis of the alleged RC4

keystream generator. Fast Software Encryption, Cambridge Security

Workshop Proceedings, 2000. p. 127-139.

15. Golic J.Dj. Linear models for keystream generators. IEEE Transactions

on Computers, Vol. 45. January 1996. p. 41-49.

16. Menezes A.J., Oorschot P.C., Vanstone S.A. Handbook of Applied

Cryptography. N.Y.: CRC-Press, 1996. 780 p.

17. Rivest R. L. The RC4 Encryption Algorithm. Dr. Dobb’s Journal. January

1995. p. 146 – 148.

18. Schneier B. Applied Cryptography. N. Y.: John Wiley & Sons Inc., 1996.

757 p.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ТЕКСТ ПРОГРАММЫ ДЛЯ АНАЛИЗА PWL-ФАЙЛОВ

-----------------------

Ввод ключей

Чтение ключа

Продолжение сессии

Взлом файла по ключу

Загрузка параметров сессии

Параметры взлома

Подстановка по словарю

Перебор по алфавиту

Конец программы

Просмотр ресурсов

Ввод пароля

Просмотр файла

Начало программы

[pic]

Страницы: 1, 2, 3, 4