Управление криптографическими ключами. Безопасное хранение ключей. Мастер-ключи и сеансовые ключи.

Управление ключами состоит из процедур, обеспечивающих:

· включение пользователей в систему;выработку, распределение и введение в аппаратуру ключей;

· контроль использования ключей;смену и уничтожение ключей;

· архивирование, хранение и восстановление ключей.

Управление ключами играет важнейшую роль в криптографии как основа для обеспечения конфиденциальности обмена информацией, идентификации и целостности данных. Важным свойством хорошо спроектированной системы управления ключами является сведение сложных проблем обеспечения безопасности многочисленных ключей к проблеме обеспечения безопасности нескольких ключей, которая может быть относительно просто решена путем обеспечения их физической изоляции в выделенных помещениях и защищенном от проникновения оборудовании. В случае использования ключей для обеспечения безопасности хранимой информации субъектом может быть единственный пользователь, который осуществляет работу с данными в последовательные промежутки времени. Управление ключами в сетях связи включает, по крайней мере, двух субъектов — отправителя и получателя сообщения.

Целью управления ключами является нейтрализация таких угроз, как:

· компрометация конфиденциальности закрытых ключей;

· компрометация аутентичности закрытых или открытых ключей. При этом под аутентичностью понимается знание или возможность проверки идентичности корреспондента, для обеспечения конфиденциальной связи с которым используется данный ключ;

несанкционированное использование закрытых или открытых ключей, например использование ключа, срок действия которого истек.

Под функцией хранения ключей понимают организацию их безопасного хранения, учета и удаления.
Носители ключевой информацииКлючевой носитель может быть технически реализован различным образом на разных носителях информации - магнитных дисках, устройствах хранения, ключей типа Touch Memory, пластиковых картах и т. д.
Устройство хранения ключей типа Touch Memory является относительно новым носителем ключевой информации, предложенным американской компанией Dallas Semiconductor. Носитель информации Touch Memory (TM) представляет собой энергонезависимую память, размещенную в металлическом корпусе, с одним сигнальным контактом и одним контактом земли. Корпус ТМ имеет диаметр 16,25 мм и толщину 3,1 или 5,89 мм (в зависимости от модификации прибора).
В структуру ТМ входят следующие основные блоки

• Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) хранит 64-разрядный код,
  состоящий из байтового кода чипа прибора, 48-битового уникального серийного номера и 8-битовой контрольной суммы Содержимое ПЗУ уникально и не может быть изменено в течение всего срока службы прибора.

• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью от 128 до 8192 байт содержат практически все модификации ТМ. В одной из модификаций оперативная память аппаратно защищена от несанкционированного доступа.
• Встроенная миниатюрная литиевая батарейка со сроком службы не менее 10 лет обеспечивает питанием все блоки устройства.

Концепция иерархии ключей.
Необходимость в хранении и передаче ключей, зашифрованных с помощью других ключей, приводит к концепции иерархии ключей. В стандарте ISO 8532 (Banking-Key Management) подробно изложен метод главных/сеансовых ключей (master/session keys). Суть метода состоит в том, что вводится иерархия ключей: главный ключ (ГК), ключ шифрования ключей (КК), ключ шифрования данных (КД).
Иерархия ключей может быть:

• двухуровневой (КК/КД);
• трехуровневой (ГК/КК/КД).

Самым нижним уровнем являются рабочие или сеансовые КД, которые применяются для шифрования данных, персональных идентификационных номеров (PIN) и аутентификации сообщений.
Когда эти ключи надо зашифровать с целью защиты при передаче или хранении, используют ключи следующего уровня - ключи шифрования ключей. Ключи шифрования ключей никогда не должны использоваться как сеансовые (рабочие) КД, и наоборот.
Cтандарт устанавливает, что различные типы рабочих ключей (например, для шифрования данных, для аутентификации и т.д.) должны всегда шифроваться с помощью различных версий ключей шифрования ключей. В частности, ключи шифрования ключей, используемые для пересылки ключей между двумя узлами сети, известны также как ключи обмена между узлами сети (cross domain keys). Обычно в канале используются два ключа для обмена между узлами сети, по одному и каждом направлении. Поэтому каждый узел сети будет иметь ключ отправления для обмена с узлами сети и ключ получения для каждого канала, поддерживаемого другим узлом сети
На верхнем уровне иерархии ключей располагается главный ключ, мастер-ключ. Этот ключ применяют для шифрования КК. когда требуется сохранить их на диске. Обычно в каждом компьютере используется только один мастер-ключ.
Проблема аутентификации мастер-ключа может быть решена различными путями. Один из способов аутентификации показан на рис.8.2. Администратор, получив новое значение мастер-ключа хост-компьютера, шифрует некоторое сообщение М ключом . Пара (криптограмма , сообщение М) помещается в память компьютера. Всякий раз, когда требуется аутентификация мастерключа хост-компьютера, берется сообщение М из памяти и подается в криптографическую систему. Получаемая криптограмма сравнивается с криптограммой, хранящейся в памяти. Если они совпадают, считается, что данный ключ является правильным.
Рабочие ключи (например, сеансовый) обычно создаются с помощью псевдослучайного генератора и могут храниться в незащищенном месте. Это возможно, поскольку такие ключи генерируются в форме соответствующих криптограмм, т.е. генератор ПСЧ выдает вместо ключа его криптограмму , получаeмую с помощью мастер-ключа хост-компьютера. Расшифровывание такой криптограммы выполняется только перед использованием ключа .

Схема защиты рабочего (сеансового) ключа показана на рис.8.3. Чтобы зашифровать сообщение М ключом , на соответствующие входы криптографической системы подается криптограмма и сообщение М. Криптографическая система сначала восстанавливает ключ , а затем шифрует сообщение М, используя открытую форму сеансового ключа .

Таким образом, безопасность сеансовых ключей зависит от безопасности криптографической системы. Криптографический блок может быть спроектирован как единая СБИС и помещен в физически защищенное место.