definitions.tex

\chapter{Основные понятия и определения}
\selectlanguage{russian}

Изучение курса <<Защита информации>> необходимо начать с определения понятия \emph{<<информация>>}. В теоретической информатике \emph{информация} -- это любые сведения, или цифровые данные, или сообщения, или документы, или файлы, которые могут быть переданы \emph{получателю информации} от \emph{источника информации}. Можно считать, что информация передаётся по какому-либо каналу связи с помощью некоторого носителя, которым может быть, например, распечатка текста, диск или другое устройство хранения информации, система передачи сигналов по оптическим, проводным линиям или радиолиниям связи и~т.\,д.

\emph{Защита информации} -- это\footnote{Строго говоря, определение защиты информации даётся в официальном стандарте ГОСТ Р 50922-2006, <<Защита информации. Основные термины и определения>>~\cite{GOST-50922-2006}, согласно которому \emph{защита информации} -- это деятельность, направленная на предотвращение утечки защищаемой информации, несанкционированных и непреднамеренных воздействий на защищаемую информацию. Однако мы пользуемся определением, основанным на понятии <<безопасность информации>> из того же стандарта: \emph{безопасность информации} -- это состояние защищённости информации, при котором обеспечиваются ее \emph{конфиденциальность}, \emph{доступность} и \emph{целостность}.} обеспечение \emph{целостности}, \emph{конфиденциальности} и \emph{доступности} информации, передаваемой или хранимой в какой-либо форме. Информацию необходимо защищать от нарушения её целостности и конфиденциальности в результате вмешательства \emph{нелегального пользователя}. В российском стандарте ГОСТ Р 50.1.056-2005 приведены следующие определения~\cite{GOST-2005}:
\begin{itemize}
	\item \emph{целостность информации}\index{целостность} -- состояние информации, при котором отсутствует любое ее изменение, либо изменение осуществляется только преднамеренно субъектами, имеющими на него право;
	\item \emph{конфиденциальность}\index{конфиденциальность} -- состояние информации, при котором доступ к ней осуществляют только субъекты, имеющие на него право;
	\item \emph{доступность}\index{доступность} -- состояние информации, при котором субъекты, имеющие права доступа, могут реализовать их беспрепятственно.
\end{itemize}

Другой стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 13335-1-2006~\cite{GOST-13335-1-2006} определяет \emph{информационную безопасность} как все аспекты, связанные с определением, достижением и поддержанием \emph{конфиденциальности}, \emph{целостности}, \emph{доступности}, \emph{неотказуемости}, \emph{подотчетности}, \emph{аутентичности} и \emph{достоверности} информации или средств ее обработки. То есть в дополнение к предыдущему определению на защиту информации в области информационных технологий возлагаются дополнительные задачи:
\begin{itemize}
	\item обеспечение \emph{неотказуемости} -- способность удостоверять имевшие место действие или событие так, чтобы эти события или действия не могли быть позже отвергнуты;
	\item обеспечение \emph{подотчетности} -- способность однозначно прослеживать действия любого логического объекта;
	\item обеспечение \emph{аутентичности} -- способность гарантировать, что субъект или ресурс идентичны заявленным;\footnote{Аутентичность применяется к таким субъектам, как пользователи, к процессам, системам и информации.}
	\item обеспечение \emph{достоверности} -- способность обеспечивать соответствие предусмотренному поведению и результатам;
\end{itemize}

Стандарт ГОСТ Р 50922-2006~\cite{GOST-50922-2006}, хотя и не вводит прямой классификации методов защиты информации, даёт следующие их определения.
\begin{itemize}
	\item \emph{Правовая защита информации}. Защита информации правовыми методами, включающая в себя разработку законодательных и нормативных правовых документов (актов), регулирующих отношения субъектов по защите информации, применение этих документов (актов), а также надзор и контроль за их исполнением.
	\item \emph{Техническая защита информации; ТЗИ}. Защита информации, заключающаяся в обеспечении некриптографическими методами безопасности информации (данных), подлежащей (подлежащих) защите в соответствии с действующим законодательством, с применением технических, программных и программно-технических средств.
	\item \emph{Криптографическая защита информации}. Защита информации с помощью ее криптографического преобразования.
	\item \emph{Физическая защита информации}. Защита информации путём применения организационных мероприятий и совокупности средств, создающих препятствия для проникновения или доступа неуполномоченных физических лиц к объекту защиты.
\end{itemize}

В рамках данного пособия в основном остановимся на криптографических методах защиты информации. Они помогают обеспечить \emph{конфиденциальность} и \emph{аутентичность}. В сочетании с правовыми методами защиты информации они помогают обеспечить \emph{неотказуемость} действий, а в сочетании с техническими -- \emph{целостность информации} и \emph{достоверность}.

При изучении криптографических методов защиты информации используются дополнительные определения. В целом науку о создании, анализе и использовании криптографических методов называют \emph{криптологией}. Её разделяют на \emph{криптографию}, посвящённую разработке и применению криптографических методов, и \emph{криптоанализ}, который занимается поиском уязвимостей в существующих методах. Данное разделение на криптографию и криптоанализ (и, соответственно, разделение на \emph{криптографов} и \emph{криптоаналитиков}) условно, так как создать хороший криптографический метод невозможно без умения анализировать его потенциальные уязвимости, а поиск уязвимостей в современных криптографических методах нельзя осуществить без знания методов их построения.

Попытка криптоаналитика нарушить свойство криптографической системы по обеспечению защиты информации (например, получить информацию вопреки свойству обеспечения конфиденциальности) называется \emph{криптографической атакой} (\emph{криптоатакой}). Если данная попытка оказалась успешной, и свойство было нарушено или может быть нарушено в ближайшем будущем, то такое событие называется \emph{взломом криптосистемы} или \emph{вскрытием криптосистемы}. Конкретный метод криптографической атаки также называется \emph{криптоанализом} (например, линейный криптоанализ, дифференциальный криптоанализ, и~т.~д.). Криптосистема называется \emph{криптостойкой}, если число стандартных операций для её взлома превышает возможности современных вычислительных средств в течение всего времени ценности информации (до 100 лет).

Для многих криптографических примитивов существует атака полным перебором\index{атака!полным перебором}, либо аналогичная, которая подразумевает, что если выполнить очень большое количество определённых операций (по одной на каждое значение из области определения одного из аргументов криптографического метода), то один из результатов укажет непосредственно на способ взлома системы (например, укажет на ключ для нарушения конфиденциальности, обеспечиваемой алгоритмом шифрования, или на допустимый прообраз для функции хэширования, приводящий к нарушению аутентичности и целостности). В этом случае под \emph{взломом криптосистемы} понимается построение алгоритма криптоатаки с количеством операций меньшим, чем планировалось при создании этой криптосистемы (часто, но не всегда, это равно именно количеству операций при атаке полным перебором\footnote{Например, сложность построения второго прообраза для хеш-функций на основе конструкции Меркла~---~Дамгарда составляет $2^n / \left|M\right|$ операций, тогда как полный перебор -- $2^n$. См. раздел~\ref{section-stribog}}). Взлом криптосистемы – это не обязательно, например, реально осуществленное извлечение информации, так как количество операций может быть вычислительно недостижимым как в настоящее время, так и в течение всего времени защиты. То есть могут существовать системы, которые формально взломаны, но пока ещё являются криптостойкими.

Далее рассмотрим модель передачи информации с отдельными криптографическими методами.

\input{model_of_the_transmission_system_with_crypto}

\section[Классификация]{Классификация криптографических механизмов}

\input{classification_by_symmetry}
\subsection{Шифры замены и перестановки}

Шифры по способу преобразования открытого текста в шифртекст разделяются на шифры замены и шифры перестановки.

\input{substitution_ciphers}

\input{permutation_ciphers}

\input{composite_ciphers}

\subsection{Примеры современных криптографических примитивов}

Приведём примеры названий некоторых современных криптографических примитивов, из которых строят системы защиты информации.
\begin{itemize}
    \item DES\index{шифр!DES}, AES, ГОСТ 28147-89, Blowfish\index{шифр!Blowfish}, RC5\index{шифр!RC5}, RC6\index{шифр!RC6} -- блочные симметричные шифры, скорость обработки -- десятки мегабайт в секунду.
    \item A5/1, A5/2, A5/3\index{шифр!A5}, RC4\index{шифр!RC4} -- потоковые симметричные шифры с высокой скоростью. Семейство A5 применяется в мобильной связи GSM, RC4 -- в компьютерных сетях для SSL-соединения между браузером и веб-сервером.
    \item RSA\index{шифр!RSA} -- криптосистема с открытым ключом для шифрования.
    \item RSA\index{электронная подпись!RSA}, DSA\index{электронная подпись!DSA}, ГОСТ Р 34.10-2001\index{электронная подпись!ГОСТ Р 34.10-2001} -- криптосистемы с открытым ключом для электронной подписи.
    \item MD5\index{хэш-функция!MD5}, SHA-1\index{хэш-функция!SHA-1}, SHA-2\index{хэш-функция!SHA-2}, ГОСТ Р 34.11-94\index{хэш-функция!ГОСТ Р 34.11-94} -- криптографические хэш-функции.
\end{itemize}

\input{Cryptanalysis_methods_and_types_of_attacks}

\input{The_minimum_key_lengths}