Mavzu: simmetrik kalitli kriptotizimlarning rivojlanishi, afzalliklari va kamchiliklarini tahlil qilish

Deshifrlash - shifrlashga teskari bo‘lgan jarayon, ya’ni kalit yordamida shifrlangan ma’lumotni dastlabki ma’lumot holatiga o‘tkazish.
Kalit – bevosita dastlabki ma’lumotni shifrlash va deshifrlash uchun zarur bo‘lgan manba. U ma’lumotlarni kriptografik qayta o‘zgartirish algoritmi ayrim parametrlarining aniq maxfiy holati bo‘lib, bu algoritm uchun turli – tuman to‘plamdan bitta variantni tanlashini ta’minlaydi. Kalitning maxfiyligi shifrlangan matndan berilgan matnni tiklash mumkin bo‘lmasligini ta’minlaydi. K – kalitlar fazosi, bu mumkin bo‘lgan kalit qiymatlari to‘plamidir. Odatda kalit o‘zida alfavit harflari qatorini ifodalaydi. «Kalit» va «Parol» tushunchalarini farqlash lozim. Parol ham maxfiy alfavit harflari ketma – ketligi bo‘lib, u faqatgina shifrlash uchun emas, balki subyektni autentifikatsiya qilish uchun ham ishlatiladi.
Kriptotizimlar simmetrik va nosimmetrik (ochiq kalitli) kriptotizimlarga ajratiladi. Simmetrik kriptotizimlarda shifrlash va shifrni ochish uchun bitta va faqat bitta kalit qo‘llaniladi. Ochiq kalitli tizimlarda o‘zaro matematik bog‘langan ikkita kalit, ochiq va yopiq kalitlar qo‘llaniladi.
Axborot hamma uchun foydalanish mumkin bo‘lgan ochiq kalit yordamida shifrlanadi va faqatgina qabul qiluvchiga ma’lum bo‘lgan yopiq kalit orqali ochiladi. Kalitlarni taqsimlash va kalitlarni boshqarish terminlari kalitlarni ishlab chiqish va ularni foydalanuvchilar o‘rtasida taqsimlashdagi axborotlarga ishlov berish jarayonlariga tegishli.
Kalitlarni taqsimlash va boshqarish – kriptobardoshli kalitlarni ishlab chiqish (yoki yaratish), ularni muhofazali saqlash va kalitlarni foydalanuvchilar orasida muhofazalangan holda taqsimlash jarayonlarini o‘z ichiga oladi.
Elektron raqamli imzo – elektron matnga ilova qilinadigan kriptografik almashtirishdan iborat bo‘lib, shu elektron matn jo‘natilgan shaxsga qabul qilingan elektron matnning va matnni raqamli imzolovchining haqiqiy yoki soxta ekanligini aniqlash imkonini beradi.
Kriptobardoshlilik – shifrlash kaliti noma’lum bo‘lgan holda shifrlangan ma’lumotni deshifrlashning qiyinlik darajasini belgilaydi. Kriptobardoshlilikni belgilovchi bir nechta ko‘rsatkichlar mavjud, bulardan:

• 
  deshifrlash uchun qidirilayotgan kalitlarning mumkin bo‘lgan barcha imkoniyatlari soni;
  
• 
  deshifrlash uchun zarur bo‘lgan o‘rtacha vaqt.
  

Axborotlarni muhofazalash maqsadida shifrlashning sifati kalitning maxfiy saqlanishi va shifrlashning kriptobardoshlilik darajasiga bog‘liq.
Axborotlar tizimi muhofazasining zamonaviy kriptografik uslublariga quyidagi umumiy talablar qo‘yiladi:

• 
  shifrlangan ma’lumotni asl nusxasiga ega bo‘lish imkoniyati faqat deshifrlash kaliti ma’lum bo‘lgandagina mumkin bo‘lsin; foydalanilgan shifrlash kalitini shifrmatnning biror ma’lum qismi bo‘yicha yoki unga mos keluvchi ochiq qismi bo‘yicha aniqlash uchun bajarilishi zarur bo‘lgan amallar soni kalitni aniq topish uchun bajarilishi kerak bo‘lgan barcha amallar sonidan kam bo‘lmasligi, ya’ni kalitni tanlab olinishi kerak bo‘lgan to‘plam elementlarining sonidan kam bo‘lmasligi;
  
• 
  shifrlash algoritmining ma’lumligi uning bardoshliligiga salbiy ta’sir ko‘rsatmasligi;
  
• 
  kalitning har qanday darajadagi o‘zgarishi shifrlangan ma’lumotning jiddiy o‘zgarishiga olib kelishi;
  
• 
  shifrlash algoritmining tarkibidagi elementlar o‘zgarmas bo‘lishi;
  
• 
  shifirlash jarayoni davomida ma’lumotlarga kiritiladigan qo‘shimcha bitlar (elementlar) shifrlangan tekstda (ma’lumotda) to‘la va ishonchli holda qo‘llanilgan bo‘lishi;
  
• 
  shifrlash jarayonida qo‘llaniladigan kalitlar orasida sodda va osonlik bilan o‘rnatiladigan bog‘liqliklar bo‘lmasligi;
  
• 
  kalitlar tarkibi to‘plamidan olingan ixtiyoriy kalit axborotlarning ishonchli muhofazasini ta’minlashi; kriptoalgoritm dasturiy hamda texnik jihatdan amaliy qo‘llanishga qulay bo‘lib, kalit uzunligining o‘zgarishi shifrlash algoritmining sifatsizligiga olib kelmasligi kerak.
  

Axborot – kommunikatsiya tarmoqlarida axborotlarni muhofazasini ta’minlashning kriptografik vositalari kriptografik algoritmlarning dasturiy taminoti va apparat-dasturiy qurilmalaridan iborat bo‘ladi. Nisbatan sodda, ammo kriptobardoshli bo‘lgan algoritmlarning apparat-texnik qurilmalari samarali qo‘llaniladi.
Axborotning himoyalashning aksariyat mexanizmlari asosini shifrlash tashkil etadi. Axborotni shifrlash deganda ochiq axborotni (dastlabki matnni) shifrlangan axborotga o’zgartirish (shifrlash) va aksincha (rasshifrovka qilish) jarayoni tushuniladi.
Axborotni qayta akslantirish yordamida himoyalash muammosi inson ongini uzoq vaqtlardan buyon bezovta qilib kelgan. Kriptografiya tarixi – inson tili tarixi bilan tengdosh. Hatto dastlabki xat yozish ham o’z-o’zicha kriptografik tizim hisoblangan, chunki qadimgi jamiyatda faqat alohida shaxslargina xat yozishni bilganlar. Qadimgi Yegipet va Qadimgi Hindistonning ilohiy kitoblari bunga misol bo’la oladi.
Xat yozishning keng tarqalishi natijasida kriptografiya alohida fan sifatida vujudda keldi. Dastlabki kriptotizimlardan eramizning boshlaridayoq foydalanilgan. TSezar o’z xatlarida tizimli shifrlardan foydalangan.
Kriptografik tizimlar birinchi va ikkinchi jahon urushlarida jadal rivojlandi. Urush yillaridan so’ng va hozirga qadar hisoblash vositalarining jadal rivojlanishi kriptografik usullar yaratishni tezlashtirdi va ularning mukammalligini oshirdi.
Bir tomondan, kompyuter tarmoqlaridan foydalanish kengaydi, jumladan, Internet global tarmog’i. Bu tarmoqda begona shaxslardan himoyalanishi zarur bo’lgan hukumat, harbiy, tijorat va shaxsiy xarakterga ega bo’lgan axborotning katta hajmi harakatlanadi.
Boshqa tomondan, qudratli kompyuterlar, tarmoqli va neyronli hisoblash texnologiyalarining paydo bo’lishi ochish mumkin emas deb hisoblangan kriptografik tizimlarning obro’siga putur yetkazdi.
Kriptologiya – axborotni qayta akslantirib himoyalash muammosi bilan shug’ullanadi (kryptos – maxfiy, sirli, logos - fan). Kriptologiya ikki yo’nalishga bo’linadi – kriptografiya va kriptoanaliz. Bu ikki yo’nalishning maqsadlari qarama-qarshi.
Kriptografiya – axborotni qayta akslantirishning matematik usullarini izlaydi va tadqiq qiladi.
Kriptoanaliz – kalitni bilmasdan shifrlangan matnni ochish imkoniyatlarini o’rganadi.
Bu kitobda asosiy e’tibor kriptografik usullarga qaratilgan.
Zamonaviy kriptografiya quyidagi to’rtta bo’limlarni o’z ichiga oladi:

• 
  Simmetrik kriptotizimlar;
  
• 
  Ochiq kalitli kriptotizimlar;
  
• 
  Elektron imzo tizimlari;
  
• 
  Kalitlarni boshqarish.
  

Kriptografik usullardan foydalanishning asosiy yo’nalishi – maxfiy axborotning aloqa kanalidan uzatish (masalan, elektron pochta), uzatiladigan xabarning uzunligini o’rnatish, axborotni (hujjatlarni, ma’lumotlar bazasini) shifrlangan holda raqamli vositalarda saqlash.
SHunday qilib, kriptografiya axborotni shunday qayta ishlash imkonini beradiki, bunda uni qayta tiklash faqat kalitni bilgandagina mumkin.
Shifrlash va deshifrlashda qatnashadigan axborot sifatida biror alifbo asosida yozilgan matnlar qaraladi. Bu terminlar ostida quyidagilar tushuniladi.
Alifbo – axborot belgilarini kodlash uchun foydalaniladigan chekli to’plam.
Matn – alifbo elementlarining tartiblangan to’plami.
Zamonaviy ATlarida qo’llaniladigan alifbolarga misol sifatida quyidagilarni keltirish mumkin:

• 
  Z₃₃ alifbosi – rus alifbosining 32 harflari va bo’sh joy belgisi;
  
• 
  Z₂₅₆ alifbosi – ASCII va KOI-8 standart kodlariga kiruvchi belgilar;
  
• 
  Binar alifbo - Z₂={0, 1}
  
• 
  Sakkizlik yoki o’n oltilik alifbolar.
  

Shifrlash – akslantirish jarayoni: ochiq matn deb ham nomlanadigan matn shifrmatnga almashtiriladi.
Deshifrlash – shifrlashga teskari jarayon. Kalit asosida shifrmatn ochiq matnga akslantiriladi.
Kalit – matnni shifrlash va shifrini ochish uchun kerakli axborot.
Kriptografik tizim – ochiq matnni akslantirishning T oilasini o’zida mujassamlashtiradi. Bu oila a’zolari k bilan indekslanadi yoki belgilanadi. k parametr kalit hisoblanadi. K kalitlar fazosi – bu kalitning mumkin bo’lgan qiymatlari to’plami. Odatda kalit alifbo harflari ketma-ketligidan iborat bo’ladi.
Kriptotizimlar simmetrik va ochiq kalitli tizimlarga bo’linadi.
Simmetrik kriptotizimlarda shifrlash va shifrni ochish uchun bitta va aynan shu kalitdan foydalaniladi.
Ochiq kalitli kriptotizimlarda bir-biriga matematik usullar bilan bog’langan ochiq va yopiq kalitlardan foydalaniladi. Axborot ochiq kalit yordamida shifrlanadi, ochiq kalit barchaga oshkor qilingan bo’ladi, shifrni ochish esa faqat yopiq kalit yordamida amalga oshiriladi, yopiq kalit faqat qabul qiluvchigagina ma’lum.
Kalitlarni tarqatish va kalitlarni boshqarish terminlari axborotni akslantirish tizimlari jarayoniga tegishli. Bu iboralarning mohiyati foydalanuvchilar o’rasida kalit yaratish va tarqatishdir.
Elektron raqamli imzo deb – xabar muallifi va tarkibini aniqlash maqsadida shifrmatnga qo’shilgan qo’shimchaga aytiladi (elektron xujjatdagi mazkur elektron xujjat axborotini elektron raqamli imzoning yopiq kalitidan foydalangan xolda maxsus o’zgartirish natijasida xosil qilingan hamda elektron raqamli imzoning ochiq kaliti yordamida elektron xujjatdagi axborotda xatolik yo’qligini aniqlash va elektron raqamli imzo yopiq kalitining egasini identifikatsiya qilish imkoniyatini beradigan imzo).
Kriptobardoshlilik deb kalitlarni bilmasdan shifrni ochishga bardoshlilikni aniqlovchi shifrlash tavsifiga aytiladi.
Kriptobardoshlilikning bir necha ko’rsatkichlari bo’lib, ular:

• 
  barcha mumkin bo’lgan kalitlar soni;
  
• 
  kriptoanaliz uchun zarur bo’lgan o’rtacha vaqt.
  

Tk akslantirish unga mos keluvchi algoritm va k kalit qiymati bilan aniqlanadi. Axborotni himoyalash maqsadida samarali shifrlash kalitni yashirin saqlashga va shifrning kriptobardoshliligiga bog’liq.
Deyarli tub son – tub bo’lish ehtimoli 1 ga yaqin.
Belgi – axborotni fiksirlangan uzunlikdagi ko’rinishi
SHA – Secure Hash Algorithm ma’lumotni xeshlash algoritmi
vaqtinchalik shtempel - vaqtni belgilab qo’yish mexanizmi
Diffi - Xellman algoritmi – ikki abonent o’rtasida o’zaro kalit almashinish algoritmi
Autentifikatsiya – shaxsini haqqoniyligini tasdiqlash.
Kriptotizimlarga qo’yilgan talablar 
Ma’lumotlarni kriptografik akslantirish jarayoni dasturiy va apparatli amalga oshirilishi mumkin. Apparatli ta’minot qimmat, ammo u sermahsullik, oddiylik, himoyalanganlik kabi afzalliklarga ega. Dasturiy ta’minot foydalanishga qulayligi uchun ko’proq amaliy hisoblanadi.
Amalga oshirish usullariga bog’liq bo’lmagan holda axborotni himoyalashning zamonaviy kriptografik tizimlariga quyidagi umumiy talablar qo’yiladi:

• 
  shifrlash algoritmini bilish shifrmatn kriptobardoshliligini tushirib yubormasligi lozim. Barcha kriptotizimlar bu talabga javob berishi kerak;
  
• 
  shifrlangan xabarning biror qismi va unga mos ochiq matn asosida kalitni aniqlash uchun zarur bo’lgan amallar soni mumkin bo’lgan umumiy kalitlarga sarflanadigan amallar sonidan kam bo’lmasligi kerak;
  
• 
  shifrlangan matndan ochiq matnni hosil qilish uchun mumkin bo’lgan kalitlar to’plamini to’la ko’rib chiqish amallari soni qat’iy past ko’rsatkichga ega bo’lishi va zamonaviy kompyuterlar imkoniyatlari chegarasidan chiqib ketishi kerak;
  
• 
  shifrlash algoritmini bilish himoyaga ta’sir qilmasligi kerak;
  
• 
  kalitdagi yoki boshlang’ich ochiq matndagi kichik o’zgarishlar shifrlangan matnni tubdan o’zgartirib yuborishi kerak;
  
• 
  shifrlash algoritmining tarkibiy elementlari o’zgarmas bo’lishi lozim;
  
• 
  shifrlash jarayonida qo’shilgan qo’shimcha bitlar shifrmatnda bir butunligini saqlashi va yetarlicha yashirilgan bo’lishi talab etiladi;
  
• 
  shifrmatn uzunligi ochiq matn uzunligiga teng bo’lishi kerak;
  
• 
  shifrlash jarayonida ketma-ket qo’llaniladigan kalitlar o’rtasida o’zaro oddiy va oson bog’liqlik bo’lmasligi kerak;
  
• 
  mumkin bo’lgan kalitlar to’plamidagi ixtiyoriy kalit, shifrmatnning kriptobardoshliligini ta’minlashi kerak;
  
• 
  algoritm ham dasturiy, ham apparatli realizatsiyaga qulay, va kalit uzunligining o’zgarishi, shifrlash algoritmining sifatini pasaytirmasligi kerak.
  

Kriptotizimlarning ikkita sinfi farqlanadi:

• 
  simmetrik kriptotizim (bir kalitli);
  
• 
  asimmetrik kriptotizim (ikkita kalitli).
  

SHifrlashning simmetrik kriptotizimida shifrlash va rasshifrovka qilish uchun bitta kalitning o’zi ishlatiladi. Demak, shifrlash kalitidan foydalanish xuquqiga ega bo’lgan har qanday odam axborotni rasshifrovka qilishi mumkin. SHu sababli, simmetrik kriptotizimlar mahfiy kalitli kriptotizimlar deb yuritiladi. Ya’ni shifrlash kalitidan faqat axborot atalgan odamgina foydalana olishi mumkin.
Elektron xujjatlarni uzatishning konfidentsialligini simmetrik kriptotizim yordamida ta’minlash masalasi shifrlash kaliti konfidentsialligini ta’minlashga keltiriladi. Odatda, shifrlash kaliti ma’lumotlar fayli va massividan iborat bo’ladi va shaxsiy kalit eltuvchisidan masalan, disketda yoki smart-kartada saqlanadi. SHaxsiy kalit eltuvchisi egasidan boshqa odamlarning foydalanishiga qarshi choralar ko’rilishi shart. 
Simmetrik shifrlash axborotni "o’zi uchun", masalan, egasi yo’qligida undan ruxsatsiz foydalanishni oldini olish maqsadida, shifrlashda juda qulay xisoblanadi. Bu tanlangan fayllarni arxivli shifrlash va butun bir mantiqiy yoki fizik disklarni shaffof(avtomatik) shifrlash bo’lishi mumkin.
Simmetrik shifrlashning noqulayligi - axborot almashinuvi boshlanmasdan oldin barcha adresatlar bilan maxfiy kalitlar bilan ayirboshlash zaruriyatidir. Simmetrik kriptotizimda maxfiy kalitni aloqaning umumfoydalanuvchi kanallari orqali uzatish mumkin emas. Maxfiy kalit jo’natuvchiga va qabul qiluvchiga kalitlar tarqatiluvchi himoyalangan kanallar orqali uzatilishi kerak.
Mavjud barcha kriptografik usullar quyidagi sinflarga ajratiladi: