Криптопротоколы_ПР4

1. Симметричная и асимметричная криптография

Сравнение, режимы шифрования, гибридные схемы

2. Ключевые термины

Термин
Определение
Термин
Шифрование
Обратимое преобразование данных в
нечитаемый код
Шифрование
Расшифровка
Легальное преобразование шифротекста в
открытый текст
Расшифровка
Дешифровка
Взлом шифра криптоаналитиком
Дешифровка

3. Сравнение симметричного и асимметричного шифрования

Характеристика
Симметричное
Асимметричное
Ключи
Один общий
Пара: открытый + закрытый
Скорость
Высокая
Низкая
Примеры
AES, DES, 3DES
RSA, ElGamal
Применение
Шифрование данных
Обмен ключами, ЭЦП

4. Режимы шифрования (ECB vs CBC)

ECB (Electronic Code Book) — каждый блок шифруется одинаково
❌ Недостаток: одинаковые блоки → одинаковый шифротекст
CBC (Cipher Block Chaining) — XOR каждого блока с предыдущим шифротекстом
✅ Требуется вектор инициализации (IV)

5. Гибридные схемы

• Генерируется случайный симметричный ключ (сеансовый ключ)
• Данные шифруются этим ключом
• Сам сеансовый ключ шифруется асимметричным (открытым) ключом.

6. Задача 1. Сравнение режимов ECB и CBC

Условие:
Компания "Альфа" хранит базу данных сотрудников. Каждая запись содержит
повторяющиеся поля: должность, отдел, пол. Для шифрования базы используется блочный
шифр с размером блока 64 бита.
Дано:
Исходное изображение (представьте, что это данные) состоит из повторяющихся блоков:
Блок 1: [Данные о сотруднике 1] → (должность: инженер, отдел: IT)
Блок 2: [Данные о сотруднике 2] → (должность: инженер, отдел: IT)
Блок 3: [Данные о сотруднике 3] → (должность: менеджер, отдел: продажи)
Блок 4: [Данные о сотруднике 4] → (должность: инженер, отдел: IT)

7.

Задания:
1. Объясните, почему использование режима ECB опасно в данном случае. Что увидит злоумышленник,
перехвативший шифротекст?
2.Как режим CBC решает эту проблему? Опишите процесс шифрования для первого и второго блоков.
3.Практическое вычисление:
Пусть используется режим CBC с вектором инициализации IV = 0xAA (в двоичном виде: 10101010).
Блок открытого текста 1: P1 = 0x12 (00010010)
Блок открытого текста 2: P2 = 0x34 (00110100) — данные отличаются.
Функция шифрования блока (упрощенно): E(K, block) = block XOR 0xFF (просто для примера).
Вычислите:
•Шифротекст первого блока C1.
•Шифротекст второго блока C2.
•Объясните, будут ли одинаковые блоки открытого текста давать одинаковый шифротекст в режиме
CBC?

8. Задача 2. Гибридная схема: TLS Handshake

Условие:
Клиент (Алиса) устанавливает защищенное соединение с сервером (Бобом) по протоколу HTTPS.
Используется гибридная схема.
Дано:
Шаг 1. Асимметричная часть (RSA)
•У Боба есть пара ключей RSA:
•Открытый ключ: (e = 3, N = 55)
•Закрытый ключ: (d = 27, N = 55)
•Алиса генерирует случайный сеансовый ключ K_ses = 13
Шаг 2. Симметричная часть (AES)
•Для шифрования данных используется AES в режиме CBC
•Сеансовый ключ K_ses = 13 (для простоты считаем, что это и есть ключ AES)
•Сообщение: "HELLO" (представим как число 8, чтобы упростить вычисления)

9.

Задания:
1.Асимметричное шифрование сеансового ключа:
Алиса шифрует сеансовый ключ открытым ключом Боба:
Вычислите E — зашифрованный сеансовый ключ, который Алиса отправит Бобу.
2.Симметричное шифрование данных:
Алиса шифрует сообщение m = 8 сеансовым ключом K_ses = 13.
Используется упрощенное симметричное шифрование:
(где ⊕ — операция XOR)
Вычислите C — шифротекст сообщения.
3.Дешифрование на стороне Боба:
Боб получает пару (E, C).
Сначала Боб расшифровывает сеансовый ключ своим закрытым ключом:
Вычислите K_ses' и проверьте, совпадает ли он с исходным K_ses = 13.
Затем Боб расшифровывает сообщение:
Проверьте, что m' = 8.
4.Вывод:
Объясните, почему такая схема называется гибридной и в чем ее преимущество перед чисто асимметричным
шифрованием всего сообщения.

10. Задача 3. Выбор алгоритма для конкретной задачи

Условие:
Вы — архитектор информационной безопасности. Для каждого сценария выберите наиболее подходящий
тип шифрования (симметричное, асимметричное или гибридное) и конкретный алгоритм (из изученных:
AES, 3DES, RSA, ElGamal). Обоснуйте выбор.
Примечание: смотреть следующий слайд для справочной информации.
Сценарий
А) Шифрование жесткого диска ноутбука с
конфиденциальными данными
Б) Защита канала связи между двумя серверами в датацентре (VPN)
В) Подписание электронного договора между
компаниями (ЭЦП)
Г) Безопасный обмен ключами при установке HTTPSсоединения
Д) Шифрование больших массивов данных в облачном
хранилище
Ваш выбор
Обоснование

11. Справка по алгоритмам из лекции:

Алгоритм
Тип
Особенности
AES
Симметричный
Блочный, 128-256 бит,
высокая скорость
3DES
Симметричный
Устаревающий, 168 бит,
медленный
RSA
Асимметричный
Основан на факторизации, до
4096 бит
ElGamal
Асимметричный
Основан на дискретном
логарифме