О криптографии всерьез
Покупка
Новинка
Тематика:
Криптография
Издательство:
ДМК Пресс
Автор:
Омассон Жан-Филипп
Перевод:
Слинкин Алексей Александрович
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 328
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
Дополнительное образование
ISBN: 978-5-97060-975-0
Артикул: 833981.01.99
Доступ онлайн
1 549 ₽
В корзину
В этом практическом руководстве по современному шифрованию анализируются фундаментальные математические идеи, лежащие в основе криптографии. Рассказывается о шифровании с аутентификацией, безопасной случайности, функциях хеширования, блочных шифрах и методах криптографии с открытым ключом, в частности RSA и криптографии на эллиптических кривых. Вы узнаете о том, как выбирать наилучший алгоритм или протокол, как избежать типичных ошибок безопасности и как задавать правильные вопросы поставщику. В заключительной части книги рассматриваются темы повышенной сложности, например TLS, а также обсуждается будущее криптографии в эпоху квантовых компьютеров. В каждой главе приводятся примеры работы алгоритмов и материалы для дополнительного изучения.
Издание будет полезно как профессиональным разработчикам, так и тем, кто хочет разобраться в основах современной криптографии и успешно применять методы шифрования.
- Полная коллекция по информатике и вычислительной технике
- ДМК Пресс. Информационная безопасность
- ДМК Пресс. Информационные системы и технологии
- ДМК Пресс. ИТ-технологии для профессионалов
- Интермедиатор. Информационная безопасность (сводная)
- Интермедиатор. Информационные системы и технологии (сводная)
- Интермедиатор. ИТ-технологии для профессионалов (сводная)
- Криптография
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 02.03.02: Фундаментальная информатика и информационные технологии
- 09.03.01: Информатика и вычислительная техника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Жан-Филипп Омассон О криптографии всерьез
SERIOUS CRYPTOGRAPHY A Practical Introduction to Modern Encryption Jean-Philippe Aumasson San Francisco
О КРИПТОГРАФИИ ВСЕРЬЕЗ Практическое введение в современное шифрование Жан-Филипп Омассон Москва, 2022
УДК 004.382 ББК 32.973-018 О57 Омассон Ж.-Ф. О57 О криптографии всерьез / пер. с англ. А. А. Слинкина. – М.: ДМК Пресс, 2022. – 328 с.: ил. ISBN 978-5-97060-975-0 В этом практическом руководстве по современному шифрованию анализируются фундаментальные математические идеи, лежащие в основе криптографии. Рассказывается о шифровании с аутентификацией, безопасной случайности, функциях хеширования, блочных шифрах и методах криптографии с открытым ключом, в частности RSA и криптографии на эллиптических кривых. Вы узнаете о том, как выбирать наилучший алгоритм или протокол, как избежать типичных ошибок безопасности и как задавать правильные вопросы поставщику. В заключительной части книги рассматриваются темы повышенной сложности, например TLS, а также обсуждается будущее криптографии в эпоху квантовых компьютеров. В каждой главе приводятся примеры работы алгоритмов и материалы для дополнительного изучения. Издание будет полезно как профессиональным разработчикам, так и тем, кто хочет разобраться в основах современной криптографии и успешно применять методы шифрования. УДК 004.382 ББК 32.973-018 Title of English-language original: Serious Cryptography: A Practical Introduction to Modern Encryption, ISBN 9781593278267, published by No Starch Press Inc. 245 8th Street, San Francisco, California United States 94103. The Russian-Language 1st edition Copyright © 2021 by DMK Press Publishing under license by No Starch Press Inc. All rights reserved. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978-1-59327-826-7 (англ.) © Jean-Philippe Aumasson, 2018 ISBN 978-5-97060-975-0 (рус.) © Перевод, оформление, издание, ДМК Пресс, 2021
Содержание 5 СОДЕРЖАНИЕ От издательства ............................................................................................................. 12 Вступительное слово....................................................................................................... 13 Предисловие ....................................................................................................................... 15 Список аббревиатур ........................................................................................................ 19 Глава 1. Шифрование ............................................................................................. 22 Основы ............................................................................................................................... 23 Классические шифры ..................................................................................................... 23 Шифр Цезаря............................................................................................................... 23 Шифр Виженера ......................................................................................................... 24 Как работают шифры...................................................................................................... 25 Перестановка .............................................................................................................. 26 Режим работы ............................................................................................................. 27 Почему классические шифры небезопасны........................................................ 28 Идеальное шифрование: одноразовый блокнот ..................................................... 29 Шифрование с помощью одноразового блокнота ............................................. 29 Почему одноразовый блокнот безопасен? .......................................................... 30 Безопасность шифрования ........................................................................................... 32 Модели атак ................................................................................................................ 32 Цели безопасности .................................................................................................... 35 Аспекты безопасности .............................................................................................. 36 Асимметричное шифрование ...................................................................................... 38 Дополнительные функции шифров ............................................................................ 39 Шифрование с аутентификацией .......................................................................... 39 Шифрование с сохранением формата .................................................................. 40 Полностью гомоморфное шифрование ............................................................... 41 Шифрование, допускающее поиск ........................................................................ 41 Настраиваемое шифрование .................................................................................. 41 Какие возможны проблемы .......................................................................................... 42 Слабый шифр .............................................................................................................. 42 Неправильная модель ............................................................................................... 43 Для дополнительного чтения ....................................................................................... 44 Глава 2. Случайность ............................................................................................... 45 Случайное или неслучайное? ....................................................................................... 45 Случайность как распределение вероятностей ....................................................... 46 Энтропия: мера неопределенности ............................................................................ 47 Генераторы случайных и псевдослучайных чисел .................................................. 48
Содержание Как работает PRNG .................................................................................................... 49 Вопросы безопасности ............................................................................................. 50 PRNG Fortuna .............................................................................................................. 51 Криптографически стойкие и нестойкие PRNG ................................................. 52 Полезность статистических тестов........................................................................ 54 PRNG на практике ........................................................................................................... 55 Генерирование случайных битов в системах на базе Unix .............................. 55 Функция CryptGenRandom() в Windows ............................................................... 59 Аппаратный PRNG: RDRAND в микропроцессорах Intel ................................. 60 Какие возможны проблемы .......................................................................................... 61 Плохие источники энтропии .................................................................................. 61 Недостаточная энтропия на этапе начальной загрузки .................................. 61 Криптографически нестойкие PRNG .................................................................... 62 Дефектная выборка при стойком PRNG ............................................................... 63 Для дополнительного чтения ....................................................................................... 64 Глава 3. Криптографическая безопасность .............................................. 65 Определение невозможного ......................................................................................... 66 Безопасность в теории: информационная безопасность ................................ 66 Безопасность на практике: вычислительная безопасность ............................ 66 Количественное измерение безопасности................................................................ 68 Измерение безопасности в битах .......................................................................... 68 Полная стоимость атаки .......................................................................................... 70 Выбор и вычисление уровней безопасности ...................................................... 71 Достижение безопасности ............................................................................................ 73 Доказуемая безопасность ........................................................................................ 73 Эвристическая безопасность .................................................................................. 76 Генерирование ключей .................................................................................................. 77 Генерирование симметричных ключей ............................................................... 77 Генерирование асимметричных ключей ............................................................. 78 Защита ключей ........................................................................................................... 79 Какие возможны проблемы .......................................................................................... 80 Ложное чувство безопасности ................................................................................ 80 Короткие ключи для поддержки унаследованных приложений .................... 80 Для дополнительного чтения ....................................................................................... 81 Глава 4. Блочные шифры ..................................................................................... 82 Что такое блочный шифр? ............................................................................................. 83 Цели безопасности .................................................................................................... 83 Размер блока ............................................................................................................... 84 Атака по кодовой книге ........................................................................................... 84 Как устроены блочные шифры .................................................................................... 85 Раунды блочного шифра .......................................................................................... 85 Сдвиговая атака и ключи раунда ........................................................................... 86 Подстановочно-перестановочные сети ............................................................... 86 Схемы Фейстеля ......................................................................................................... 87 Шифр Advanced Encryption Standard (AES) ................................................................ 88
Содержание 7 Внутреннее устройство AES .................................................................................... 89 AES в действии ........................................................................................................... 92 Реализация AES ................................................................................................................ 92 Табличные реализации ............................................................................................ 93 Машинные команды ................................................................................................. 94 Безопасен ли AES? ..................................................................................................... 95 Режимы работы ................................................................................................................ 96 Режим электронной кодовой книги (ECB) ........................................................... 96 Режим сцепления блоков шифртекста (CBC) ...................................................... 98 Как зашифровать любое сообщение в режиме CBC .........................................100 Режим счетчика (CTR)..............................................................................................102 Какие возможны проблемы .........................................................................................104 Атаки типа встречи посередине ............................................................................104 Атаки на оракул дополнения .................................................................................106 Для дополнительного чтения ......................................................................................107 Глава 5. Потоковые шифры ...............................................................................108 Как работают потоковые шифры ...............................................................................109 Потоковые шифры с хранимым состоянием и на основе счетчика.............110 Аппаратные потоковые шифры .................................................................................111 Регистры сдвига с обратной связью .....................................................................112 Grain-128a ...................................................................................................................119 A5/1 ...............................................................................................................................120 Программные потоковые шифры ..............................................................................123 RC4 ................................................................................................................................124 Salsa20 ..........................................................................................................................129 Какие возможны проблемы .........................................................................................134 Повторное использование одноразового числа ...............................................134 Дефектная реализация RC4 ....................................................................................135 Слабые аппаратно реализованные шифры ........................................................136 Для дополнительного чтения ......................................................................................137 Глава 6. Функции хеширования .....................................................................138 Безопасные хеш-функции ............................................................................................139 И снова непредсказуемость ...................................................................................140 Стойкость к восстановлению прообраза .............................................................141 Стойкость к коллизиям ...........................................................................................142 Нахождение коллизий .............................................................................................143 Построение функций хеширования ..........................................................................145 Хеш-функции на основе сжатия: построение Меркла–Дамгора ..................145 Хеш-функции на основе перестановок: функции губки ................................149 Семейство хеш-функций SHA .....................................................................................150 SHA-1 ...........................................................................................................................151 SHA-2 ...........................................................................................................................153 Конкурс на звание SHA-3 ........................................................................................155 Keccak (SHA-3) ............................................................................................................156 Функция хеширования BLAKE 2 .................................................................................158
Содержание Какие возможны проблемы .........................................................................................160 Атака удлинением сообщения...............................................................................160 Обман протоколов доказательства хранения ....................................................161 Для дополнительного чтения ......................................................................................162 Глава 7. Хеширование с секретным ключом ..........................................163 Имитовставки (MAC) .....................................................................................................164 MAC как часть безопасной системы связи .........................................................164 Атаки с подделкой и подобранным сообщением .............................................164 Атаки повторным воспроизведением .................................................................165 Псевдослучайные функции (PRF) ...............................................................................165 Безопасность PRF ...........................................................................................................166 Почему PRF более стойкие, чем MAC ...................................................................166 Создание хешей с секретным ключом по хешам без ключа ................................167 Построение секретного префикса ........................................................................167 Построение секретного суффикса ........................................................................168 Построение HMAC ....................................................................................................168 Обобщенная атака против MAC на основе функций хеширования .............170 Создание функций хеширования на основе блочных шифров: CMAC .............171 Взлом CBC-MAC .........................................................................................................171 Исправление CBC-MAC ............................................................................................171 Проектирование специализированных имитовставок ........................................173 Poly1305 .......................................................................................................................173 SipHash ........................................................................................................................176 Какие возможны проблемы .........................................................................................178 Атаки с хронометражем на верификацию MAC ................................................178 Когда губки протекают ............................................................................................180 Для дополнительного чтения ......................................................................................181 Глава 8. Шифрование с аутентификацией ...............................................182 Шифрование с аутентификацией с использованием MAC ..................................183 Шифрование-и-MAC ................................................................................................183 MAC-затем-шифрование ........................................................................................184 Шифрование-затем-MAC ........................................................................................185 Шифры с аутентификацией .........................................................................................185 Шифрование с аутентификацией и ассоциированными данными .............186 Предотвращение предсказуемости с помощью одноразовых чисел ...........187 Какой шифр с аутентификацией считать хорошим? .......................................187 AES-GCM: стандартный шифр с аутентификацией ...............................................190 Внутреннее устройство GCM: CTR и GHASH ......................................................190 Безопасность GCM ....................................................................................................192 Эффективность GCM ................................................................................................193 OCB: шифр с аутентификацией, более быстрый, чем GCM .................................193 Внутреннее устройство OCB ..................................................................................194 Безопасность OCB .....................................................................................................194 Эффективность OCB .................................................................................................195 SIV: самый безопасный шифр с аутентификацией? .............................................195
Содержание 9 AEAD на основе перестановки ....................................................................................196 Какие возможны проблемы .........................................................................................198 AES-GCM и слабые хеш-ключи ..............................................................................198 AES-GCM и короткие жетоны ................................................................................200 Для дополнительного чтения ......................................................................................201 Глава 9. Трудные задачи ......................................................................................202 Вычислительная трудность ..........................................................................................203 Измерение времени работы ..................................................................................203 Полиномиальное и суперполиномиальное время ...........................................206 Классы сложности ..........................................................................................................207 Недетерминированное полиномиальное время ..............................................208 NP-полные задачи ....................................................................................................209 Задача о равенстве P и NP ......................................................................................210 Задача факторизации ....................................................................................................212 Факторизация больших чисел на практике .......................................................212 Является ли задача факторизации NP-полной? ...............................................214 Задача о дискретном логарифме ................................................................................215 Что такое группа? .....................................................................................................215 Трудная задача ..........................................................................................................216 Какие возможны проблемы .........................................................................................217 Когда разложить на множители легко .................................................................217 Небольшие трудные задачи трудными не являются .......................................218 Для дополнительного чтения ......................................................................................219 Глава 10. RSA ..............................................................................................................221 Математические основания RSA ................................................................................222 Перестановка с потайным входом в RSA ..................................................................223 Генерирование ключей и безопасность RSA ...........................................................224 Шифрование с помощью RSA ......................................................................................226 Взлом RSA-шифрования по учебнику и податливость ...................................226 Стойкое RSA-шифрование: OAEP .........................................................................226 Подписание с помощью RSA .......................................................................................228 Взлом RSA-подписей по учебнику .......................................................................229 Стандарт цифровой подписи PSS .........................................................................230 Подписи на основе полного хеша домена ..........................................................231 Реализации RSA ..............................................................................................................232 Алгоритм быстрого возведения в степень .........................................................233 Выбор малых показателей степени для ускорения операций с открытым ключом .................................................................................................235 Китайская теорема об остатках .............................................................................236 Какие возможны проблемы .........................................................................................238 Атака Bellcore на RSA-CRT ......................................................................................238 Разделение закрытых показателей степени или модулей ...............................................................................................................239 Для дополнительного чтения ......................................................................................240
Содержание Глава 11. Протокол Диффи–Хеллмана ......................................................242 Функция Диффи–Хеллмана .........................................................................................243 Проблемы протоколов Диффи–Хеллмана ................................................................245 Вычислительная задача Диффи–Хеллмана ........................................................245 Задача Диффи–Хеллмана о распознавании .......................................................246 Другие задачи Диффи–Хеллмана .........................................................................246 Протоколы совместной выработки ключей .............................................................247 Пример протокола выработки ключа, не опирающегося на DH ...................247 Модели атак на протоколы совместной выработки ключей ..........................248 Производительность ................................................................................................250 Протоколы Диффи–Хеллмана .....................................................................................251 Анонимный протокол Диффи–Хеллмана ...........................................................251 Протокол Диффи–Хеллмана с аутентификацией .............................................253 Протокол Менезеса–Кью–Вэнстоуна ...................................................................255 Какие возможны проблемы .........................................................................................257 Пренебрежение хешированием разделяемого секрета ..................................257 Унаследованный протокол Диффи–Хеллмана в TLS .......................................258 Небезопасные параметры группы .......................................................................258 Для дополнительного чтения ......................................................................................258 Глава 12. Эллиптические кривые ..................................................................260 Что такое эллиптическая кривая? ..............................................................................261 Эллиптические кривые над множеством целых чисел ...................................262 Сложение и умножение точек ...............................................................................264 Группы эллиптических кривых .............................................................................267 Задача ECDLP ...................................................................................................................268 Протокол совместной выработки ключа Диффи–Хеллмана над эллиптическими кривыми ...................................................................................269 Подписание с помощью эллиптических кривых ..............................................270 Шифрование с помощью эллиптических кривых ............................................272 Выбор кривой ..................................................................................................................273 Кривые, рекомендованные NIST ..........................................................................274 Кривая Curve25519 ...................................................................................................275 Другие кривые ...........................................................................................................275 Какие возможны проблемы .........................................................................................276 ECDSA с недостаточной случайностью ...............................................................276 Взлом ECDH с помощью другой кривой .............................................................276 Для дополнительного чтения ......................................................................................277 Глава 13. Протокол TLS ........................................................................................278 Целевые приложения и требования ..........................................................................279 Набор протоколов TLS ...................................................................................................280 Семейство протоколов TLS и SSL: краткая история .........................................280 TLS в двух словах ......................................................................................................281 Сертификаты и удостоверяющие центры ..........................................................281 Протокол записи .......................................................................................................284
Доступ онлайн
1 549 ₽
В корзину