Принцип Керкгоффса

При́нцип Керкго́ффса — правило разработки криптографических систем, согласно которому в засекреченном виде держится только определённый набор параметров алгоритма, называемый ключом, а сам алгоритм шифрования должен быть открытым. Другими словами, при оценке надёжности шифрования необходимо предполагать, что противник знает об используемой системе шифрования всё, кроме применяемых ключей. Широко применяется в криптографии. Впервые данный принцип сформулировал в XIX веке голландский криптограф Огюст Керкгоффс.

Шесть требований Керкгоффса

В 1883 голландский криптограф Огюст Керкгоффс изложил шесть принципов проектирования военных шифров в своей книге «Военная криптография». Шесть основных требований к криптосистеме, все из которых до настоящего времени определяют проектирование криптографически стойких систем, в переводе с французского звучат так:

1. Система должна быть физически, если не математически, невскрываемой;
2. Нужно, чтобы не требовалось сохранение системы в тайне; попадание системы в руки врага не должно причинять неудобств;
3. Хранение и передача ключа должны быть осуществимы без помощи бумажных записей; корреспонденты должны располагать возможностью менять ключ по своему усмотрению;
4. Система должна быть пригодной для сообщения через телеграф;
5. Система должна быть легко переносимой, работа с ней не должна требовать участия нескольких лиц одновременно;
6. Наконец, от системы требуется, учитывая возможные обстоятельства её применения, чтобы она была проста в использовании, не требовала значительного умственного напряжения или соблюдения большого количества правил.

Оригинальный текст (фр.)

1. Le système doit être matériellement, sinon mathématiquement, indéchiffrable ;
2. Il faut qu’il n’exige pas le secret, et qu’il puisse sans inconvénient tomber entre les mains de l’ennemi ;
3. La clef doit pouvoir en être communiquée et retenue sans le secours de notes écrites, et être changée ou modifiée au gré des correspondants ;
4. Il faut qu’il soit applicable à la correspondance télégraphique ;
5. Il faut qu’il soit portatif, et que son maniement ou son fonctionnement n’exige pas le concours de plusieurs personnes ;
6. Enfin, il est nécessaire, vu les circonstances qui en commandent l’application, que le système soit d’un usage facile, ne demandant ni tension d’esprit, ni la connaissance d’une longue série de règles à observer.

— Auguste Kerckhoffs, «La Cryptographie Militaire»

Второе из этих требований и стало известно как «принцип Керкгоффса».

История возникновения

Керкгоффс рассматривал криптографию как лучшую альтернативу стеганографическому кодированию, которое было распространено в девятнадцатом веке для сокрытия военных сообщений. Одна из проблем со схемами кодирования состоит в том, что они полагаются на секреты, хранящиеся человеком, такие как «словари», которые раскрывают, например, секретное значение слов. Обнаружение стеганографического словаря навсегда ставит под угрозу соответствующую систему кодирования. Другая проблема заключается в том, что риск раскрытия напрямую зависит от количества пользователей, владеющих секретом. В криптографии девятнадцатого века использовались простые таблицы, которые обеспечивали транспозицию буквенно-цифровых символов, как правило, с учетом пересечений строк и столбцов, которые могли быть изменены с помощью ключей, которые обычно были короткими, числовыми и могли быть зафиксированы в человеческой памяти. Секретные сообщения могут быть скомпрометированы только, если соответствующий набор таблицы, ключа и сообщения попадет в руки противника. Системы не подвергаются риску, потому что их компоненты, то есть буквенно-цифровые таблицы символов и ключи, могут быть легко изменены.

Объяснение принципа

Суть принципа

Сущность принципа заключается в том, что мощь криптосистемы не должна основываться на незнании взломщика принципов работы алгоритма. Действительно, Брюс Шнайер полагает, что принцип Керкгоффса применим не только к кодам и шифрам, но и для систем безопасности в целом: каждый секрет создает потенциальную точку отказа. Другими словами, секретность является основной причиной хрупкости, и поэтому она может привести к катастрофическому краху системы. И наоборот, открытость обеспечивает гибкость системы. Принцип Керкгоффса направлен на то, чтобы сделать безопасность алгоритмов и протоколов независимой от их секретности; открытость не должна влиять на безопасность.

Преимущества

Использование безопасной криптографии заменяет сложную проблему обеспечения безопасности сообщений гораздо более управляемой: хранением относительно небольших ключей в безопасности. Хранить используемые методы в секрете сложнее, особенно в долгосрочной перспективе, как и изменять их после развертывания системы.

Существует множество способов обнаружения внутренних деталей широко используемой системы. Наиболее мощным и эффективным способом вскрытия является бандитский криптоанализ. Криптоаналитик угрожает, шантажирует или пытает кого-нибудь, пока не получит ключ; может прибегать к вымогательству и взятничеству. Также существует возможность, что кто-то сможет дезассемблировать исходный код и восстановить алгоритм.

В свою очередь раскрытие ключей влечет за собой более простой и менее затратный процесс генерации и распространения новых ключей. То есть безопасность должна зависеть только от секретности ключа, а не от секретности используемых методов.

Применение

Большинство широко используемых в гражданской криптографии систем шифрования, в соответствии с принципом Керкгоффса, использует известные, не составляющие секрета криптографические алгоритмы. Но Агентство национальной безопасности хранит свои алгоритмы в секрете, и у них работают лучшие криптографы мира. И к тому же они обсуждают алгоритмы друг с другом, полагаясь на знание и компетенцию коллег. Соответственно, у них нет необходимости открывать алгоритмы для всех.

Безопасность через неясность

Основная статья: Безопасность через неясность

Безопасность через неясность — антагонист принципа Керкгоффса, заключающийся в том, что необходимо скрывать внутреннее устройство системы для обеспечения её безопасности. В некоторых компаниях принято хранить в тайне внутреннюю работу системы. Они утверждают, что безопасность через неясность делает продукт более безопасным и менее уязвимым для атак. Противоположным аргументом является то, что безопасность через неясность может привести ко многим реальным атакам. Разработчики не должны недооценивать хитрость злоумышленников и никогда не должны использовать данный принцип.

Сокрытие уязвимостей в алгоритмах снижает вероятность их исправления и увеличивает вероятность того, что они могут и будут использоваться злоумышленниками. Открытое обсуждение и анализ алгоритмов выявляют слабые стороны, о которых не думали первоначальные авторы, и тем самым приводят к созданию более совершенных и более безопасных алгоритмов.

Максима Шеннона

Американский математик Клод Шеннон в статье «Теория связи в секретных системах», опубликованной в журнале Bell System Technical Journal в 1949 году, сформулировал этот принцип (вероятно, независимо от Керкгоффса) следующим образом: «Враг знает систему». В такой формулировке этот принцип называется максима Шеннона. Другими словами, нужно проектировать системы, исходя из предположения, что противник с ними полностью ознакомится.

Литература

• Shannon C. E. Communication Theory of Secrecy Systems (англ.). — Bell System Technical Journal, 1949. — October. — P. 656 - 715. — ISSN 0005-8580.
• Friedrich L. Bauer. Decrypted Secrets: Methods and Maxims of Cryptology (англ.). — 4th, Revised & Extended Edition. — Springer, 2007. — 504 p. — ISBN 9783662047378.
• Steven Bellovin, Randy Bush. Security Through Obscurity Considered Dangerous. — Internet Engineering Task Force (IETF), 2002. — 28 августа.
• Брюс Шнайер. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы и исходные тексты на языке С (неопр.). — 2-е издание. — Триумф, 1995. — ISBN 5-89392-055-4. Архивная копия от 18 декабря 2018 на Wayback Machine
• David Kahn. The Codebreakers: the story of secret writing. — 1st edition. — The Macmillan Company, 1967. — ISBN 0684831309.
• Auguste Kerckhoffs. La cryptographie militaire. — Journal des sciences militaires, 1883.
• Ron Ross, Richard Graubart, Deborah Bodeau, Rosalie McQuaid. Systems Security Engineering: Cyber Resiliency Considerations for the Engineering of Trustworthy Secure Systems. — 2018.
• Jakub Szefer. Principles of Secure Processor Architecture Design (англ.). — Morgan & Claypool, 2018. — 173 p. — (Synthesis Lectures on Computer Architecture). — ISBN 9781681730011.
• Corina Stratan, Valentin Cristea, Ciprian Dobre. Large-scale Distributed Computing and Applications: Models and Trends. — First edition. — Information Science Reference, 2010. — ISBN 9781615207039.
• Savard, John J. G. A Cryptographic Compendium. The Ideal Cipher. — 1998, 1999.