Безопасное сетевое взаимодействие (часть 2)

Элементы протокола

Криптографические операции

Определены четыре криптографические операции: цифровая подпись, поточное шифрование, блочное шифрование и шифрование с открытым ключом.

В операции цифровой подписи входом в алгоритм подписи является результат применения односторонней хэш-функции к подписываемым данным. Длина входа определяется алгоритмом подписи.

При использовании алгоритма RSA подписывается 36-байтная структура, состоящая из конкатенации 20 байтов хэш-кода SHA-1 и 16 байтов хэш-кода MD5.

При использовании DSS 20 байтов хэш-кода SHA-1 подаются на вход алгоритму DSA без дополнительного хэширования. При этом создается два значения: r и s.

При поточном шифровании для незашифрованного текста выполняется операция XOR с тем же количеством значений, созданных криптографически безопасным (с ключом) генератором псевдослучайных чисел.

При блочном шифровании каждый блок незашифрованного текста шифруется, в результате чего создается блок зашифрованного текста. Все алгоритмы блочного шифрования выполняются в режиме СВС, и длина всех шифруемых элементов должна быть кратна длине блока алгоритма шифрования.

При шифровании с открытым ключом используется алгоритм открытого ключа, при этом данные могут быть дешифрованы только с помощью соответствующего закрытого ключа.

НМАС и псевдослучайная функция

Для получения МАС используется НМАС, поэтому если не знать секрета МАС, подделать МАС невозможно.

НМАС может использоваться с различными хэш-алгоритмами. TLS задействует при Рукопожатии два алгоритма, MD5 и SHA-1, обозначаемых как HMAC_MD5 (secret, data) и HMAC_SHA (secret, data). Могут быть определены дополнительные хэш-алгоритмы, но в настоящей версии используются только MD5 и SHA-1.

В алгоритме определена функция, которая расширяет секрет до нужной длины для создания всех необходимых ключей. Такая псевдослучайная функция, PRF , получает в качестве входа секрет, "зерно" (seed – значение, которое с одной стороны является случайным, а с другой стороны не является секретным, т.е. может стать известно оппоненту) и идентификационную метку, и создает выход требуемой длины.

Для того чтобы сделать PRF как можно более безопасной, используются два безопасных хэш-алгоритма.

Во-первых, определяется функция расширения данных P_hash (secret, data), которая применяет единственную хэш-функцию для расширения секрета и "зерна":

P_hash (secret, seed) = 
    HMAC_hash (secret, A(1) + seed) +
    HMAC_hash (secret, A(2) + seed) +
    HMAC_hash (secret, A(3) + seed) + ...

Где

+ – обозначает конкатенацию.

А () – определяется следующим образом:

А (0) = seed

A (i) = HMAC_hash (secret, A (i – 1))

P_hash может иметь столько итераций, сколько необходимо для создания требуемого количества данных. Например, если P_SHA-1 используется для создания 64 байтов данных, то количество итераций должно быть равно 4, при этом будет создано 80 байтов данных; последние 16 байтов заключительной итерации будут отброшены, чтобы оставить только 64 байта выходных данных.

PRF создается путем расщепления секрета на две половины, одна половина используется для создания данных с помощью P_MD5, а другая – для создания данных с помощью P_SHA-1, после чего оба выхода этих функций складываются по модулю 2.

PRF определяется как результат сложения по модулю 2 этих двух псевдослучайных значений.

Label является фиксированной текстовой строкой.

Заметим, что поскольку MD5 создает 16-байтные значения, а SHA-1 создает 20-байтные значения, то границы внутренних итераций не будут совпадать. Например, для создания 80-байтного значения необходимо выполнить 5 итераций P_MD5 и 4 итерации P_SHA-1.