Алгоритмы обмена ключей и протоколы аутентификации

Односторонняя аутентификация

Существует специфическое приложение - электронная почта, для которого шифрование также имеет большое значение. Особенность e-mail состоит в том, что отправителю и получателю нет необходимости быть на связи в одно и то же время. Вместо этого сообщения направляются в почтовый ящик получателя, где они хранятся до тех пор, пока у того не появится возможность получить их.

Заголовок сообщения должен быть незашифрованным, чтобы сообщение могло пересылаться протоколами e-mail, такими как Х.400 или SMTP. Однако желательно, чтобы протоколы управления почтой не имели бы доступа к самому сообщению. Соответственно, e-mail сообщение должно быть зашифровано так, чтобы система управления почтой могла бы не знать ключ шифрования.

Вторым требованием является аутентификация сообщения. Обычно получателю нужна определенная гарантия того, что сообщение пришло от законного отправителя.

Использование симметричного шифрования

При использовании симметричного шифрования сценарий централизованного распределения ключей в полном объеме непригоден. Эти схемы требуют, чтобы в двух заключительных шагах отправитель посылал запрос получателю, ожидая ответа с созданным ключом сессии, и только после этого отправитель может послать сообщение.

С учетом перечисленных ограничений протоколы использования KDC являются возможными кандидатами для шифрования электронной почты. Для того чтобы избежать требования к получателю В находиться на связи в то же самое время, когда и отправитель А, шаги 4 и 5 должны быть опущены. Таким образом, остается последовательность шагов:

1. A -> KDC:  IDA || IDB || N1
2. KDC -> A:  EKa [KS || IDB || N1 || 
              EKb [KS || IDA]]
3. A -> B:    EKb [KS , IDA ] || EKS [M]

Данный подход гарантирует, что только требуемый получатель сообщения сможет прочитать его. Это также обеспечивает определенный уровень аутентификации, что отправителем является А. Очевидно, что протокол не защищает от атак повтора. Некоторая мера защиты может быть обеспечена включением отметки времени в сообщение. Однако поскольку существуют потенциальные задержки в процессе передачи e-mail сообщений, такие временные отметки имеют ограниченный срок действия.

Использование шифрования с открытым ключом

При использовании шифрования с открытым ключом требуется, чтобы отправитель знал открытый ключ получателя (для обеспечения конфиденциальности), получатель знал открытый ключ отправителя (для обеспечения аутентификации ), или и то, и другое (для обеспечения конфиденциальности и аутентификации ).

Если требуется конфиденциальность, то может быть использована следующая схема:

A -> B:   EKUb [KS] || EKS [M]

В этом случае сообщение шифруется одноразовым секретным ключом. А шифрует этот одноразовый ключ открытым ключом B. Только В имеет соответствующий закрытый ключ для получения одноразового ключа и использования этого ключа для дешифрования сообщения. Эта схема более эффективна, чем простое шифрование всего сообщения открытым ключом B.

Если требуется аутентификация, то цифровая подпись может быть создана по такой схеме:

A -> B:   M || EKRa [H (M)]

Этот метод гарантирует, что А не сможет впоследствии отвергнуть полученное сообщение. Однако данная технология открыта для другого типа подделок. Например, можно получить доступ к почтовой очереди перед доставкой, вырезать подпись отправителя, вставить свою и опять поставить сообщение в очередь на доставку.

Чтобы этого не допустить, сообщение и подпись можно зашифровать ключом симметричного шифрования, который в свою очередь шифруется открытым ключом получателя:

A -> B:   EKS [M || EKRa [H (M)]] || EKUb [KS]

Следующая схема не требует, чтобы В знал открытый ключ А. В этом случае должен использоваться сертификат открытого ключа:

A -> B:   M || EKRa [H (M) ] || 
          EKRas [T || IDA || KUa]

В конце сообщения А посылает В подпись, зашифрованную закрытым ключом А, и сертификат А, зашифрованный закрытым ключом аутентификационного сервера. Получатель применяет сертификат для получения открытого ключа отправителя и затем использует открытый ключ отправителя для проверки самого сообщения. Конфиденциальность может быть добавлена аналогично предыдущей схеме.