Что бы ответить на это вопрос необходимо построить некоторый идеальный мирок, со следующими определениями и положениями:
ТермоРектальныйКриптоАнализ (ТРКА). — процесс который может применить Злоумышленник к НКИ, в результате НКИ сообщает ключ. Главное ограничение этого процесса, что он может применяться только при непосредственном контакте Злоумышленника и НКИ. Если Злоумышленник может представит офферту, то нет гарантии что НКИ сообщит ключ шифрации.
Информационная система (ИС) — некоторый программный комплекс, который содержит в себе защищенную информацию. Информация зашифрована надежным алгоритмом. ИС может быть скопирована злоумышленником в полном объеме.
Ключ, ключ шифрации — достаточно длинная случайная битовая последовательность. Длина данной последовательности определяется алгоритмом шифрации ИС.
Злоумышленник — субъект пытающийся получить доступ до зашифрованной информации в ИС. Злоумышленник знает все об ИС кроме: ключа шифрации информации и самой защищенной информации.
Носитель ключевой информации (НКИ) — некоторый субъект который вводит в ИС ключ. С помощью этого ключа, и только с помощью него! защищенная информация может быть получена из ИС.
Теперь населим на мир персонажами.
Директор некоторый субъект который владеет защищаемой информацией. Директор не любит работать и часто зависает на Канарах. Поэтому он нанял системного администратора Васю и сделал его НКИ.
Вася каждое утро включает сервер и вводит ключ и все нормально.
Сразу оговоримся, варианты хищения ключей из ИС типа: охлаждение модулей памяти азотом и переносом их в dump устройство для последующего поиска ключа в памяти. Или варианта подключения через pci/pci-е шину dumper-а который в режиме bus master сольет оперативную память на внешнее устройство для анализа. Вася не дурак в его сервере есть контроль за отворачиванием 100 винтов на корпусе, любой чих и сервер забывает все.
Но Вася в глубине душе знает что как только ему покажут устройство для ТРКА то он расскажет все ключи которые знает и не знает.
А вот директор боится другого, что Васю переедет рельсовоеэлектродижущие транспортное средство — трамвай. И Васина голова отделится от туловища и тут жидкий азот для замораживания уже не поможет. Поэтому директор обязал Васю записать ключ на бумажку и положить его в конверт, а конверт положить в сейф. Кажется что жизнь то налаживается!
Но Злоумышленник хитрец! Он заказывает маски-шоу и сейф в котором лежит конверт, в котором лежит бумажка, на которой написан ключ тю-тю и Злоумышленник теперь празднует победу.
Как видим, ситуация когда ключом распоряжается один НКИ да еще он записывает его на бумажку и кладет ее сейф, очень и очень плохая. Да и Злоумышленники то же могут попробовать с экономить и прежде заказа масок-шоу они попробуют подкупить Васю, на предмет узнать ключ от ИС. Так же нет гарантии того что Вася не самый хитрый на свете и он действительно написал настоящий ключ на бумажке которая лежит в конверте, который лежит в сейфе. И для контроля это ситуации надо опять придумывать регламенты.
Хотя Директор и любит отдыхать на Канарах, он решает разделить ключ между сотрудниками своей мега-контры. Поэтому принимает на работу одного олимпийский бегуна Петю, и неоднократного победителя в MotoGP мотогонщика Марчелло. И инструктирует их: «Как только на горизонте появляется маски-шоу Петя бежит сломя голову налево, а Марчелло что есть дури гонит на право до канадской границы.»
И теперь каждое утро Вася, Петя и Марчелло вводят свои ключи в ИС и ИС работает.Жизнь опять насладилась!
Даже не потребовалось вносить серьезных доработок в ИС. Как известно функция XOR (исключающее ИЛИ) является абсолютно надежной функций шифрования при равенстве длинны ключа и данных. Подобную схему формирования ключа KeyM для шифрования можно изобразить так:
Вася заканчивает университет и подсказал что надо не просто разделить ключ на троих, а ввести некоторый изменяемый ключ K0 который позволил менять ключи Васи, Пети и Марчелло без изменения мастер ключа. Т.к если поменять мастер ключ то надо перекодировать терабайты информации в ИС.
Не большое примечание для изобретателей велосипедов: не надо пытаться заменить XOR на суммирование, конкатенацию строк или еще какие доморощенные функции! XOR это 100% надежность!
И вновь кажется что жизнь то налаживается!
Но у дьявола свои планы на Марчелло, он же гонщик и вероятности того что о расшибется даже выше чем у Васи попасть под трамвай! Ситуация стала лучше по параметру вероятность хищения ключа, но стала гораздо хуже по вероятности потери НКИ — ключа.
Как мы видим мы не плохо сообразили на троих и даже получили схему где мы можем сообразить на 10-х. Но тогда все эти 10 должны быть MакЛаудами, а еще лучше Генри Морганом.
Как улучшить данную систему? Что можно противопоставить планам дьявола на счет Марчелло? И каково может быть решение подобной задачи?
Решение довольно простое, но с некоторыми ограничениями, а в чем то может наоборот улучшениями.
Вместо XOR необходимо использовать так называемую мажоритарную функцию
Ее смысл таков что она возвращает значение равное наибольшему количеству бит на входе. Вот ее таблица истинности для 3-х входов:
И вот ее свернутая таблица истинности для 5 входов:
Если взглянуть на рисунок рисунок то видно что в логике работы ИС не сложно будет заменить в нем функцию XOR на мажоритарную функцию. Но Дьявол был хитер и противопоставил нам законы математики и вот в чем ответный шаг дьявола.
Если взглянуть на схему из 3-х ключей Key1, Key2, Key3 и формирования итогового ключа KeyM, то видно
Наша схема не работает. Чуть позже поясню почему Key3 есть инверсия Key1, Key2. Для нашей схемы на 3-х, потеря или ошибка в одном из ключей приводит к тому что KeyM не может быть получен. В чем тут ошибка? На самом деле мы внесли не одну ошибку, а целых две! Изначально у нас было 3 ключа, один мы сделали «ошибочным» — Key3, а потом еще один ключ сделали ошибочным! В итоге у нас 1 — корректный ключ и 2 — не корректных ключа. Ясно что мажоритарная функция даст не корректный ключ в результате.
Для нашей схемы должно соблюдаться следующее правило:
что 50% от количества ключей должно быть строго больше чем 2 (1 — изначально ошибочный, 1 — введенный ошибочно)
для нашего случая минимальное количество ключей это 5.
Чуть ниже табличное объяснение варианта на 5 ключей будет показано.
Сейчас необходимо вернутся к вопросу что это за ключ Key3 и может быть возникшему вопросу «Почему это у вас Key1, Key2 равны да они еще равны и KeyM ?!?!»
Идея проста и не замысловата смотрим на рисунок
Уникальные ключи очень легко генерируются: необходимо просто циклически сдвинуть каждый битовый столбец и вау-ля у вас 5 различных ключей которые действительно формируют корректный KeyM. Количество сдвигов и алгоритм сдвига может быть любым главное что бы он перемешивал биты в столбцах.
Если теперь допустить ошибки, то получим что то типа:
Полные варианты переборов публиковать не буду, их легко получить из рисунка.
Может мы не смогли сообразить на 3-х, но получили систему на 5-х. Есть еще хакерский ход, систему на 5-х можно сделать системой на 4-х, но где 5-ым будет сервер с ИС. Т.е. один из ключей мы можем хранить непосредственно на сервере.
В итоге мы получили некоторую систему которая устойчива к потере одного бойца. Для больших чисел участников система уже справляется с потерями и 2-х и 3-х участников. Но самое главное, пока злоумышленник не получит в сове распоряжение тела и 50% НКИ у него нет шансов.
Не знаю почему, но данная система защиты не применяется. По крайней мере мне не попадались публичные варианты реализации такой системы. Удобство такой системы перевешивают сложности ее реализации и возможны очень красивые системы безопасности.
Например какой то шифрованный публичный сервис (будь то почта или форум). Вы при инсталляции или настройке вводите свои пароли предположим на 5 человек. При каждом старте системы для того что бы перевести ее в авторизованное состояние нужно будет найти как минимум 3-ох, а это уже не сбор всей банды.
Или делаем что то похожее на
iwlist scan | grep EESID | majority_decrypt
И вы уже довольно не плохо привязались к местности работы /запуска своего скрипта.
P.S. Когда статья публиковалось в черновиках, мне показалось и рассказал какой то секрет или чей то патент. По первой части я не носитель подобных секретов, а по второй базу патентов еще не изучал.
Автор: Cobolorum
