3_bezpieczne przesyłanie danych w sieci

Jak zapewnić bezpieczne przesyłanie danych w sieci Internet?

Prezentowany tekst pozwoli Pa

stwu zapozna

z nast

puj

cymi poj

ciami:

Infrastruktura Klucza Publicznego (PKI), urz

d certyfikacyjny (CA), Polityka

Certyfikacji (CP), Kodeks Post

powania Certyfikacyjnego (CPS)

Internet to sie

komputerowa, która powstała w wyniku poł

czenia mniejszych

sieci komputerowych o zasi

gu lokalnym(firmy), miejskich(np. LODMAN),

regionalnych, krajowych, itp.). Mamy ogromn

sie

o zasi

gu globalnym,

która rozrasta si

bez scentralizowanego nadzoru.

Informacja od nadawcy przechodzi przez wiele urz

dze

aktywnych, takich jak

rutery, przeł

czniki, „zapory ogniowe”, modemy, linie transmisji danych

(

wiatłowody, przewody miedziane, ł

cza satelitarne itp.).

Oznacza to,

e informacja mo

e by

skopiowana, zmieniona, powielona.

Zdefiniujmy poj

cie "bezpieczne przesyłanie informacji".

Powinna by

zapewniona

autentyczno

ść

, - informacja pochodzi od

le okre

lonej osoby, instytucji

czyli nadawcy i trafi do

le okre

lonej osoby, instytucji

niezaprzeczalno

ść

- nadawca nie mo

e zaprzeczy

e wysłał informacj

integralno

ść

- Dane wysłane przez nadawc

i odebrane przez odbiorc

takie same

i poufno

ść

- nikt postronny nie dowie si

o tre

ci informacji

ść

informacji mo

e by

okre

lona w czasie ( data, godzina wysłania

kuponu Du

ego Lotka). Do przesyłanych informacji dodaje si

tzw. znacznik

czasowy.

Rozwój kryptografii w poł

czeniu z obowi

zuj

cymi przepisami prawnymi

doprowadził do „wymy

lenia” pewnej struktury zapewniaj

cej bezpieczne

przesyłanie informacji w Internecie.
Nazywamy tak

struktur

„Infrastruktur

Klucza Publicznego”

angielski skrót PKI (Public Key Infrastructure).
PKI to nic innego ni

zasoby sprz

towo-programowe obsługiwane według

le okre

lonych reguł (rozwi

zania prawne, sprawdzone algorytmy) przez

kwalifikowany personel, któremu ufaj

(odpowiedzialno

ść

prawna)

ytkownicy.

Szyfrowanie danych

Korzystamy z tzw. asymetrycznych technik szyfrowania. Ka

dy u

ytkownik

cowy (osoba fizyczna, prawna, aplikacja komputerowa) posiada par

kluczy

szyfruj

cych, jeden to klucz publiczny, drugi to klucz prywatny.

Sposób tworzenia tych kluczy (jednoznaczne reguły matematyczne) zapewnia
ich

cisłe powi

zanie. Tekst jawny zaszyfrowany kluczem publicznym mo

odszyfrowa

wył

cznie kluczem prywatnym.

TYLKO
ODBIORCA
MO

ODSZYFRO-
WA

WIADO-
MO

ŚĆ

, BO

TYLKO ON
ZNA SWÓJ
KLUCZ
PRYWATNY.

Klucze s

to ci

gi bitowe o długo

ci zwykle z przedziału do 5122048. Im

długo

ść

klucza jest wi

ksza, tym klucz jest mocniejszy, trudniej go "złama

metod

prób i bł

dów w rozs

dnym czasie.

Klucz publiczny, (znany publicznie ) mo

e by

upowszechniony za pomoc

odpowiednich serwerów działaj

cych w Internecie (http, https).

Klucz prywatny jest dost

pny tylko jego wła

cicielowi. Musi by

wła

ciwie

chroniony przed utrat

wiarygodno

ci.

Niestety szyfrowanie i deszyfrowanie asymetryczne jest procesem
długotrwałym. Wi

ąŜ

e si

to z konieczno

wykonywania operacji

matematycznych na bardzo du

ych liczbach naturalnych.

Zdecydowane przyspieszenie szyfrowania i deszyfrowania jest mo

liwe przy

wykorzystaniu symetrycznych (klasycznych) technik szyfrowania. Ten sam
klucz u

ywa si

do szyfrowania jak i deszyfrowania informacji. Problemem jest

przekazanie klucza mi

dzy nadawc

i odbiorc

Ale mo

na zrobi

to tak.

Załó

my,

e u

ytkownik A do u

ytkownika B chce w bezpieczny sposób

przesła

informacj

a. u

ytkownik A szyfruje tekst jawny kluczem symetrycznym, nazwijmy go KS

(np. mo

e to by

szybki algorytm DES, 3DES),

b. klucz KS szyfruje asymetrycznie kluczem publicznym u

ytkownika B.

c. przesyła zaszyfrowany tekst jawny kluczem KS plus zaszyfrowany klucz
symetryczny KS do u

ytkownika B.

d. u

ytkownik B za pomoc

swojego klucza prywatnego odszyfrowuje klucz

symetryczny
e. u

ytkownik B ma ju

klucz KS i odszyfrowuje tekst jawny.

Cały proces jest bardzo bezpieczny i do

ść

szybki. Dla ka

dej nowego przekazu

informacji nadawca A mo

e wygenerowa

nowy klucz KS.

Tekst jawny

Klucz publiczny
odbiorcy

Szyfrowanie
asymetryczne

Tekst
zaszyfrowany

Tekst zaszyfrowany

Klucz prywatny
odbiorcy

deszyfrowanie
asymetryczne

Tekst jawny

odszyfrowany

Podpis elektroniczny

Pokazany sposób przesyłania informacji nie identyfikuje nadawcy poniewa

klucz publiczny odbiorcy jest powszechnie znany, kto

e si

podszy

pod

nadawc

Nale

y „co

” doda

do przekazywanych danych. Z informacji (jawnej lub ju

zaszyfrowanej) za pomoc

funkcji skrótu (hash function) tworzymy niewielki

blok FS dodatkowych danych- ci

g bitów. Otrzymana warto

ść

jest

jednoznacznie zwi

zana przekazywanym blokiem danych. Zmiana jednej litery

w tek

cie daje inn

warto

ść

funkcji skrótu. Prawdopodobie

stwo,

e dla dwu

ró

nych tekstów otrzymamy t

sam

warto

ść

funkcji skrótu jest praktycznie

równe zero. To przypomina odcisk palca przekazywanego bloku danych
(fingerprint).

Nast

pnie ten niewielki blok FS (fingerprint) szyfrujemy za pomoc

własnego

klucza prywatnego. Tylko my mo

emy to zrobi

bo tylko my znamy swój klucz

prywatny.

Opisany ogólny algorytm tworzenia podpisu elektronicznego pokazuje
poni

szy rysunek.

Dyrektywa Komisji Europejskiej w sprawie ram Wspólnotowych dla podpisu
elektronicznego

"PODPIS ELEKTRONICZNY" - oznacza dane w formie elektronicznej, które s

przył

czone do lub w logiczny sposób skojarzone z innymi danymi elektronicznymi i

które słu

Ŝą

jako metoda weryfikacji-potwierdzenia danych (uwierzytelnienia).

"CERTYFIKAT"- oznacza elektroniczne potwierdzenie, które ł

czy dane

weryfikuj

ce podpis z osob

i potwierdza to

samo

ść

tej osoby.

Definicja podpisu cyfrowego wg PN-I-02000 (Polska Norma)

"Przekształcenie kryptograficzne danych umo

liwiaj

ce odbiorcy danych

sprawdzenie autentyczno

ci i integralno

ci danych oraz zapewniaj

ce nadawcy

ochron

przed sfałszowaniem danych przez odbiorc

Cztery główne warunki podpisu cyfrowego:

1. uniemo

liwienie podszywanie si

innych pod dan

osob

(uwierzytelnienie

osoby, autentyfikacja),

2. zapewnienie wykrywalno

ci wszelkiej zmiany w danych transakcji

(integralno

ść

transakcji),

3. zapewnienie niemo

liwo

ci wyparcia si

podpisu przez autora,

4. umo

liwienie weryfikacji podpisu przez osob

niezale

Tu ko

czy si

rola informatyków. Metody szyfrowania/deszyfrowania

opracowane, algorytmy napisane, matematycy udowodnili co trzeba, fizycy,
in

ynierowie zadbali o dobry sprz

t, szybkie ł

cza. Na scenie pojawia si

prawo, uregulowania ustawowe, które maj

zapewni

wzajemne zaufanie.

Certyfikacja klucza publicznego

W chwili weryfikacji elektronicznego podpisu osoba weryfikuj

ca musi by

pewna,

e klucz publiczny nale

y do osoby podpisuj

cej.

W Internecie partnerzy najcz

ęś

ciej si

nie znaj

, a musz

mie

pewno

ść

ywaj

wła

ciwych kluczy publicznych, kluczy jednoznacznie przypisanych

do osoby, instytucji itp. Potrzebny jest kto

trzeci komu ufaj

obie strony,

czyli certyfikacja kluczy publicznych
Trzecia strona, czyli tzw. urz

d certyfikacji zwany dalej CA (od angielskiej

nazwy Certification Authority), podpisuje klucz publiczny u

ytkownika i jego

nazw

oraz pewne dodatkowe informacje, jak np. okres wa

ci klucza,

własnym kluczem prywatnym.
Weryfikacji partnerów dokonuje si

za pomoc

klucza publicznego urz

certyfikacyjnego, do którego z mocy prawa mamy zaufanie.

eli u

ytkowników jest bardzo du

o, to jeden urz

du certyfikacyjny mo

przeci

ąŜ

ony. Tworzy si

podległe urz

dy certyfikacji i tworz

one system

hierarchiczny.
Podległe urz

dy (ni

szego rz

du) s

certyfikowane przez urz

dy nadrz

dne.

Certyfikaty ni

szej rangi s

o tyle wiarygodne, o ile mamy zaufanie do

głównego (Root) urz

du certyfikacyjnego.

liwe s

dwie drogi uzyskiwania certyfikatu. W pierwszej urz

certyfikacyjny generuje u

ytkownikowi par

asymetrycznych kluczy, certyfikuje

klucz publiczny i dostarcza mu certyfikat, który zawiera jego klucz prywatny i
własne certyfikaty.
W drugiej u

ytkownik sam generuje asymetryczn

par

kluczy i przesyła

klucz publiczny do urz

du certyfikacyjnego. Urz

d wystawia certyfikat

i dostarcza go u

ytkownikowi wraz z własnymi certyfikatami.

Sam certyfikat jest wydawany w formacie X509 ( powszechnie stosowany ale
nie jedyny mi

dzynarodowy standard). Format ten oprócz takich pozycji jak

wersja, numer seryjny, algorytm podpisu zawiera nazw

urz

certyfikacyjnego, wa

ść

certyfikatu (pocz

tek, koniec), nazw

wła

ciciela

certyfikatu, jego klucz publiczny oraz tzw. rozszerzenie (np. adres poczty
elektronicznej). Certyfikat ko

czy si

podpisem urz

du certyfikuj

cego. Mo

on by

publicznie udost

pniony w bazie katalogowo-adresowej, je

ytkownik nie zło

y stosownego zastrze

enia.

Urz

d certyfikacyjny musi mie

liwo

ść

odwołania certyfikatu przed

upływem okresu jego wa

ci. Musz

jednak istnie

powody odwołania

certyfikatu, takie jak:
- klucz prywatny u

ytkownika koresponduj

cy z kluczem publicznym utracił

wiarygodno

ść

- przynale

ść

ytkownika wymieniona w tzw. nazwie wyró

nionej uległa

zmianie,
- klucz prywatny urz

du certyfikacyjnego utracił wiarygodno

ść

- sam u

ytkownik mo

e zrezygnowa

z certyfikatu danego urz

certyfikacyjnego,
- u

ytkownik złamał polityk

bezpiecze

stwa urz

du certyfikacyjnego.

Urz

d certyfikacyjny musi ogłosi

fakt odwołania certyfikatu przez

umieszczenie go na odpowiedniej li

cie (CRL, ang. Certificate Revocation List).

Lista odwołanych certyfikatów musi by

udost

pniona publicznie, np. przez

umieszczenie jej w bazie katalogowo-adresowej LDAP.
Z urz

dem certyfikacyjnym mo

e współpracowa

jeden lub wiele urz

dów

rejestracyjnych zwanych RA (ang. Registration Authority). Główne zadanie RA
to rejestracja zgłosze

certyfikacyjnych (certyficate request), a wi

potwierdzenie to

samo

ci osób na podstawie stosownych dokumentów,

potwierdzenie pełnomocnictw (w przypadku osób prawnych), przyjmowanie
deklaracji potwierdzaj

cych znajomo

ść

Polityki Certyfikacji zwanej CP (ang.

Certificate Policy) i Kodeksu Post

powania Certyfikacyjnego CPS (ang.

Certificate Practice Statement).

Polityka certyfikacji (CP) i Kodeks Post

powania Certyfikacyjnego (CPS)

Polityka Certyfikacji to zbiór reguł, które okre

laj

, do jakich celów certyfikaty

mog

ywane i w jakim

rodowisku. Okre

la tak

e, jakie obowi

zki

spoczywaj

na u

ytkowniku certyfikatu, urz

dzie certyfikacyjnym i urz

dzie

rejestracyjnym. W Polityce Certyfikacji s

zawarte równie

przedsi

wzi

cia,

które nale

y podj

ąć

, aby chroni

urz

d certyfikacyjny, szczególnie jego klucz

prywatny, jego sprz

t komputerowy i zgromadzone dane przed

nieupowa

nionym dost

pem, przypadkowym zniszczeniem, kradzie

Ŝą

, itp.

Kodeks Post

powania Certyfikacyjnego jest rozszerzeniem Polityki Certyfikacji

o praktyczne przedsi

wzi

cia.

Polityka Certyfikacji i Kodeks Post

powania Certyfikacyjnego s

publicznie

dost

pne i przeznaczone przede wszystkim dla przyszłych u

ytkowników

Infrastruktury Klucza Publicznego.
Na podstawie tych dokumentów u

ytkownik mo

e stwierdzi

e dana

infrastruktura zapewnia mu wła

ciwe bezpiecze

stwo i mo

e zaufa

urz

dowi

certyfikacyjnemu tej infrastruktury.

Zastosowania Infrastruktury Klucza Publicznego

Główne zastosowania PKI to poczta elektroniczna oraz serwis WWW. Mo

e by

tak

e wykorzystana do takich usług jak bezpieczny zdalny dost

p do

komputerów i
Szeroko u

ywanym programem zapewniaj

cym bezpiecze

stwo poczty jest

PGP (ang. Pretty Good Privacy) ale odbiega on od przyj

tych standardów.

Zalecanym rozwi

zaniem jest stosowanie poczty elektronicznej typu S/MIME

(Secure/Multipurpose Internet Mail Extensions). Narz

dzia takie jak Netscape

i Microsoft Outlook/Exchange umo

liwiaj

wysyłanie poczty w standardzie

S/MIME.
Szerokie zastosowanie serwisu WWW zrodziło potrzeb

restrykcyjnego

dost

pu do specyficznych stron WWW, identyfikacji u

ytkowników pragn

cych

zawiera

komercyjne transakcje, które powinny by

poufne i niezaprzeczalne.

Dzi

ki protokołowi SSL (Secure Sockets Layer) mo

na zapewni

bezpieczn

komunikacj

dzy klientem a serwerem aplikacji w sieci Internet. Protokół

ten zapewnia prywatno

ść

, integralno

ść

oraz wzajemn

identyfikacj

dzy

klientem. Mo

e ona by

wdro

ona na wszystkich dost

pnych przegl

darkach i

serwerach WWW.
Europejska Infrastruktura Klucza Publicznego (EuroPKI)
W ramach programów badawczych Unii Europejskiej (projekty ICE, CAR -  w IV
Programie Ramowym) zbudowano Europejsk

Infrastruktur

Klucza

Publicznego. Urz

d certyfikacyjny najwy

szego poziomu (tzw. Root) znajduje

na Politechnice w Turynie (Włochy). Temu urz

dowi podporz

dkowane s

urz

dy krajowe

Opracował Jerzy Czerbniak na podstawie materiałów:
Dr Józef Janyszek WCSP PŁ.Wrocł