Суть метода «грубой силы» применительно к симметричным алгоритмам, например к DES, аналогична подбору ключевых комбинаций велосипедного замка. Именно таким образом алгоритм DES был взломан компьютером «Deep Crack» («Искусный взломщик»). Ключ DES состоит из 56 бит, поэтому при взломе проверялись все битовые комбинации ключа между строкой из 56 нулей и 56 единиц, пока не был найден нужный ключ.
В случае распределенных попыток взлома DES пример с пятицифровым велосипедным замком должен быть слегка изменен. Идею метода распределенной «грубой силы» можно проиллюстрировать на примере подбора ключевой комбинации несколькими ворами, действующими одновременно и имеющими в своем распоряжении точную копию велосипедного замка, закрытого одной и той же ключевой комбинацией оригинала. Предположим, что 50 воров пытаются одновременно подобрать ключевую комбинацию. Каждый из них должен перебрать 2000 комбинаций (подпространство ключей). Причем ни у каких двух воров подпространства ключей не пересекаются. В таком случае каждую минуту тестируется ни 30 комбинаций, а 1500 комбинаций в минуту, и все возможные комбинации могут быть проверены приблизительно за 67 мин. Вспомните, что ранее одному вору требовалось для подбора ключевой комбинации 55 ч, а 50 совместно подбирающих комбинации воров смогут украсть велосипед за время, едва превышающее 1 ч. Распределенные компьютерные приложения, основанные на тех же принципах, позволили Distributed.net взломать DES менее чем за 24 ч.
Использовать метод «грубой силы» к RSA и к другим криптосистемам с открытым ключом сложнее. Поскольку алгоритм RSA может быть раскрыт разложением ключа на сомножители, то при небольшой длине используемых ключей (намного меньше, чем любая программная реализация RSA смогла бы себе позволить) человек с помощью карандаша и бумаги сможет взломать алгоритм. Но для ключей с большим количеством битов время нахождения сомножителей ключа (время факторизации) резко возрастает. Кроме того, факторизацию трудно реализовать распределенными вычислениями. Атаки, основанные на распределенной факторизации, потребуют большей координации действий участников атаки, чем при параллельном подборе ключей из ключевого пространства. Известны проекты, например проект www-факторизации (www.npac.syr.edu/factoring.html), предназначенные для решения этих вопросов. В настоящее время в рамках проекта www-факторизации предпринимаются попытки разложить на сомножители ключи со 130 цифрами. Для сравнения 512-битовые ключи приблизительно состоят из 155 цифр.
www.atstake.com/research/lc3/download.html.
В случае распределенных попыток взлома DES пример с пятицифровым велосипедным замком должен быть слегка изменен. Идею метода распределенной «грубой силы» можно проиллюстрировать на примере подбора ключевой комбинации несколькими ворами, действующими одновременно и имеющими в своем распоряжении точную копию велосипедного замка, закрытого одной и той же ключевой комбинацией оригинала. Предположим, что 50 воров пытаются одновременно подобрать ключевую комбинацию. Каждый из них должен перебрать 2000 комбинаций (подпространство ключей). Причем ни у каких двух воров подпространства ключей не пересекаются. В таком случае каждую минуту тестируется ни 30 комбинаций, а 1500 комбинаций в минуту, и все возможные комбинации могут быть проверены приблизительно за 67 мин. Вспомните, что ранее одному вору требовалось для подбора ключевой комбинации 55 ч, а 50 совместно подбирающих комбинации воров смогут украсть велосипед за время, едва превышающее 1 ч. Распределенные компьютерные приложения, основанные на тех же принципах, позволили Distributed.net взломать DES менее чем за 24 ч.
Использовать метод «грубой силы» к RSA и к другим криптосистемам с открытым ключом сложнее. Поскольку алгоритм RSA может быть раскрыт разложением ключа на сомножители, то при небольшой длине используемых ключей (намного меньше, чем любая программная реализация RSA смогла бы себе позволить) человек с помощью карандаша и бумаги сможет взломать алгоритм. Но для ключей с большим количеством битов время нахождения сомножителей ключа (время факторизации) резко возрастает. Кроме того, факторизацию трудно реализовать распределенными вычислениями. Атаки, основанные на распределенной факторизации, потребуют большей координации действий участников атаки, чем при параллельном подборе ключей из ключевого пространства. Известны проекты, например проект www-факторизации (www.npac.syr.edu/factoring.html), предназначенные для решения этих вопросов. В настоящее время в рамках проекта www-факторизации предпринимаются попытки разложить на сомножители ключи со 130 цифрами. Для сравнения 512-битовые ключи приблизительно состоят из 155 цифр.
www.atstake.com/research/lc3/download.html.
Утилита Crack
Одна из самых ранних и широко используемых утилит взлома паролей называется просто Crack. Так ее автор Алек Муффет (Alec Muffett) назвал программу угадывания паролей для UNIX-систем. Crack выполняется в UNIX-системах и взламывает их пароли. В основном работа программы основана на словарях. В последней версии программы Crack7 (v5.0a от 1996 года) автор дополнительно предусмотрел возможность применения метода «грубой силы» в случае неудачи атаки со словарем. В этом подходе наиболее интересным является то, что программа может выявить типовые случаи «улучшения» пользователями своих паролей. Например, вместо пароля «password» кто-то может выбрать вариант «pa55word». Программа Crack поддерживает конфигурируемые пользователем правила перестановки, которые отлавливают подобные варианты. Дополнительные сведения об Алеке Муффетте (Alec Muffett) и его программе Crack можно найти по адресу www.users.dircon.co.uk/~crypto.
Программа John the Ripper
John the Ripper – очередная программа взлома паролей. Она отличается от Crack тем, что работает под управлением UNIX, DOS и Win32. Crack больше подходит для систем старшего поколения, использующих алгоритмы crypt(), а John the Ripper – для современных систем, работающих по алгоритму MD5 и соответствующих ему форматов паролей. В основном John the Ripper используется против паролей UNIX, но выпущены расширения программы, позволяющие взламывать другие типы паролей, например кэш-величины паролей Windows NT LanManager (LANMAN) или пароли сервера Netscape LDAP (Netscape Lightweight Directory Access Protocol – реализация компанией Netscape упрощенного протокола службы каталогов). Программа John the Ripper поддерживает режим запоминания результата (incremental mode): у программы есть полезное свойство автоматически сохранять состояние программы во время взлома. В результате при прерывании работы программы подбор паролей возобновляется с прерванного места даже на другой системе. John the Ripper – часть проекта OpenWall, описание которого можно найти по адресу www.openwall.com/john.
Пример экранной формы программы John the Ripper показан на рис. 6.3, где дана вскрытая простая секция файла паролей в формате OpenBSD. Показанный ниже фрагмент файла паролей – отчет работы программы John the Ripper. На консоль выводится каждый подобранный пароль. Выведенное на консоль время подбора четырех паролей едва превышает 1 мин только потому, что автор поместил действующие пароли в начало списка паролей, используемого программой как словарь паролей. В действительности подбор паролей займет намного больше времени. После взлома файла паролей при помощи опции show его можно отобразить в читаемом виде.
Рис. 6.3. Образeц экранной формы программы John the Ripper
Неверное использование алгоритмов шифрования
Теоретически, имея достаточно времени, атакой «грубой силы» можно взломать любой криптографический алгоритм, но не стоит этим обольщаться, если время взлома больше времени существования вселенной. Поэтому любой «разумный» метод, позволяющий хакеру сократить время расшифровки сообщения, предпочтительнее метода «грубой силы».
Ни один из упомянутых в этой главе алгоритмов не имеет каких-либо серьезных недостатков. Но иногда некорректное использование алгоритма приводит к возникновению уязвимостей. Именно благодаря ошибкам реализации признанных криптографических алгоритмов разработчиками программного обеспечения или неверной конфигурации пользователя «разумные» методы расшифровки сообщений приводят к успеху. В этой секции будет рассказано о нескольких случаях неправильного использования алгоритмов шифрования, с которыми, возможно, столкнется читатель.
Ни один из упомянутых в этой главе алгоритмов не имеет каких-либо серьезных недостатков. Но иногда некорректное использование алгоритма приводит к возникновению уязвимостей. Именно благодаря ошибкам реализации признанных криптографических алгоритмов разработчиками программного обеспечения или неверной конфигурации пользователя «разумные» методы расшифровки сообщений приводят к успеху. В этой секции будет рассказано о нескольких случаях неправильного использования алгоритмов шифрования, с которыми, возможно, столкнется читатель.
Неверно организованный обмен ключами
Поскольку в алгоритме Диффи-Хеллмана не предусмотрена проверка подлинности участвующих в обмене ключами лиц, то он уязвим к атакам типа MITM – «злоумышленник посередине» (man-in-the-middle attacks). Протокол SSH-1 – наиболее известный пример, подтверждающий сказанное. Поскольку в протоколе не предусмотрено подтверждение подлинности клиента или сервера, то нельзя исключить возможность прослушивания коммуникаций. Именно это стало одной из главных причин пересмотра протокола SSH-1 и замены его на протокол SSH-2. В протоколе SSH-2 предусмотрено установление подлинности сервера или клиента. В зависимости от настроек протокола SSH-2 предупреждает или предотвращает атаки типа MITM, после того как клиент и сервер связались между собой хотя бы один раз. Но даже протокол SSH-2 уязвим к атакам типа MITM до первого ключевого обмена между клиентом и сервером.
В качестве примера атаки типа MITM рассмотрим следующую ситуацию. Пусть Алиса, используя алгоритм Диффи-Хеллмана, впервые обменивается ключами с Чарли, и их трафик проходит через сегмент сети, контролируемый Бобом. Если Боб не вмешался в обмен ключами, то он не сможет расшифровать и прочитать сообщения Алисы и Чарли, передаваемые через контролируемый им сегмент сети. Но предположим, что Боб, перехватив открытые ключи Алисы и Чарли, послал им свой собственный открытый ключ. Тогда Алиса будет уверена, что открытый ключ Боба – это открытый ключ Чарли, а Чарли будет думать, что открытый ключ Боба – это открытый ключ Алисы.
При пересылке Алисой сообщения Чарли она зашифрует его открытым ключом Боба. Боб перехватит это сообщение и расшифрует его, используя свой секретный ключ. Прочитав сообщение, он зашифрует его открытым ключом Чарли и перешлет ему. По своему желанию он может даже изменить сообщение. Чарли, получив подмененное Бобом сообщение, полагает, что оно пришло от Алисы, и отвечает ему, шифруя ответное сообщение открытым ключом Боба. Боб снова перехватывает сообщение, расшифровывает его своим секретным ключом, изменяет и зашифровывает сообщение открытым ключом Алисы и отсылает его. Алиса, получив сообщение, уверена, что оно от Чарли.
Ясно, что такой обмен нежелателен, потому что третье лицо не только может получить доступ к конфиденциальной информации, но и изменить ее по своему желанию. При этом типе атак криптографические алгоритмы не взламываются, потому что для Боба секретные ключи Алисы и Чарли остались неизвестными. Так что фактически алгоритм Диффи-Хеллмана не взломан. Следует осторожно подходить к использованию механизма обмена ключами, реализованному в любой криптосистеме с открытым ключом. Если протокол обмена ключами не поддерживает установления подлинности одной, а лучше двух сторон, участвующих в обмене информации, то он может быть уязвим к атаке типа MITM. В системах аутентификации используются цифровые сертификаты (обычно X.509 – стандарт на шифрование данных при их передаче в сетях), например поставляемые Thawte или VeriSign.
В качестве примера атаки типа MITM рассмотрим следующую ситуацию. Пусть Алиса, используя алгоритм Диффи-Хеллмана, впервые обменивается ключами с Чарли, и их трафик проходит через сегмент сети, контролируемый Бобом. Если Боб не вмешался в обмен ключами, то он не сможет расшифровать и прочитать сообщения Алисы и Чарли, передаваемые через контролируемый им сегмент сети. Но предположим, что Боб, перехватив открытые ключи Алисы и Чарли, послал им свой собственный открытый ключ. Тогда Алиса будет уверена, что открытый ключ Боба – это открытый ключ Чарли, а Чарли будет думать, что открытый ключ Боба – это открытый ключ Алисы.
При пересылке Алисой сообщения Чарли она зашифрует его открытым ключом Боба. Боб перехватит это сообщение и расшифрует его, используя свой секретный ключ. Прочитав сообщение, он зашифрует его открытым ключом Чарли и перешлет ему. По своему желанию он может даже изменить сообщение. Чарли, получив подмененное Бобом сообщение, полагает, что оно пришло от Алисы, и отвечает ему, шифруя ответное сообщение открытым ключом Боба. Боб снова перехватывает сообщение, расшифровывает его своим секретным ключом, изменяет и зашифровывает сообщение открытым ключом Алисы и отсылает его. Алиса, получив сообщение, уверена, что оно от Чарли.
Ясно, что такой обмен нежелателен, потому что третье лицо не только может получить доступ к конфиденциальной информации, но и изменить ее по своему желанию. При этом типе атак криптографические алгоритмы не взламываются, потому что для Боба секретные ключи Алисы и Чарли остались неизвестными. Так что фактически алгоритм Диффи-Хеллмана не взломан. Следует осторожно подходить к использованию механизма обмена ключами, реализованному в любой криптосистеме с открытым ключом. Если протокол обмена ключами не поддерживает установления подлинности одной, а лучше двух сторон, участвующих в обмене информации, то он может быть уязвим к атаке типа MITM. В системах аутентификации используются цифровые сертификаты (обычно X.509 – стандарт на шифрование данных при их передаче в сетях), например поставляемые Thawte или VeriSign.
Кэширование пароля по частям
Ранние версии клиентов Windows запоминали пароли в формате кэш-величин LanManager (LANMAN), который на самом деле чрезвычайно опасен с точки зрения безопасности аутентификации. Но поскольку эта глава посвящена криптографии, то обсуждение аутентификации LANMAN будет ограничено обсуждением уязвимостей хранения паролей.
Так же как и в UNIX, пароли LANMAN никогда не хранятся в читаемом формате. Они всегда записаны в формате кэш-величин. Ошибка заключается в том, что, несмотря на использование для шифрования паролей криптостойкого алгоритма DES, формат хранения кэшированных величин таков, что его можно относительно просто вскрыть. Каждый пароль должен состоять из 14 символов. Если в пароле менее 14 символов, то он дополняется до 14 символов. При шифровании пароль разбивается на две половинки по 7 символов в каждой, каждая из которых зашифрована алгоритмом DES. Результирующая кэш-величина пароля состоит из двух соединенных половинок пароля, зашифрованных алгоритмом DES.
Поскольку известно, что DES – это криптостойкий алгоритм, то в чем ошибка реализации? Разве просто взломать алгоритм DES? Не все так просто. Вспомните, что существует приблизительно 100 символов, которые можно использовать для записи пароля. Выбирая пароли из 14 символов, получается около 100 14 или 1.0x10 28 возможных вариантов. Пароли LANMAN сильно упрощены, потому что в них прописные и строчные буквы не различаются: все символы представлены прописными буквами. Более того, если пароль состоит менее чем из 8 символов, то вторая половинка всегда идентична первой и нет необходимости в ее взломе. Если используются только буквы (без цифр и знаков пунктуации), то число всевозможных комбинаций пароля сокращается до 26 7 (грубо говоря, до 8 млрд). Это число может показаться слишком большим для атаки «грубой силы», но вспомните, что это теоретическая оценка наибольшего числа возможных комбинаций. А поскольку большинство паролей пользователей повторяются, то атака со словарем приведет к успеху быстрее. Суть в том, что атака со словарем на два пароля из 7 символов (или даже на один) приведет к взлому пароля намного быстрее, чем та же атака на пароль из 14 символов.
Предположим, что в процедуре кэширования паролей LANMAN используются сильные пароли из двух и более символов. К сожалению, среди пользователей распространена привычка добавлять в конец пароля дополнительные символы. Например, если пользователь добавит в строку чисел или символов свой день рождения, например «MONTANA45 %», то пароль безопаснее от этого не станет. LANMAN разобьет его на две строки: «MONTANA» и «45 %». Вероятно, и первая, и вторая строки будут быстро определены. Первая – в результате атаки со словарем, а вторая – атаки «грубой силы», потому что она состоит только из трех символов. Поэтому в операционных системах Windows NT и Windows 2000 следует по возможности исключить кэширование LANMAN, но при этом клиенты Win9x не смогут установить их подлинность.
Так же как и в UNIX, пароли LANMAN никогда не хранятся в читаемом формате. Они всегда записаны в формате кэш-величин. Ошибка заключается в том, что, несмотря на использование для шифрования паролей криптостойкого алгоритма DES, формат хранения кэшированных величин таков, что его можно относительно просто вскрыть. Каждый пароль должен состоять из 14 символов. Если в пароле менее 14 символов, то он дополняется до 14 символов. При шифровании пароль разбивается на две половинки по 7 символов в каждой, каждая из которых зашифрована алгоритмом DES. Результирующая кэш-величина пароля состоит из двух соединенных половинок пароля, зашифрованных алгоритмом DES.
Поскольку известно, что DES – это криптостойкий алгоритм, то в чем ошибка реализации? Разве просто взломать алгоритм DES? Не все так просто. Вспомните, что существует приблизительно 100 символов, которые можно использовать для записи пароля. Выбирая пароли из 14 символов, получается около 100 14 или 1.0x10 28 возможных вариантов. Пароли LANMAN сильно упрощены, потому что в них прописные и строчные буквы не различаются: все символы представлены прописными буквами. Более того, если пароль состоит менее чем из 8 символов, то вторая половинка всегда идентична первой и нет необходимости в ее взломе. Если используются только буквы (без цифр и знаков пунктуации), то число всевозможных комбинаций пароля сокращается до 26 7 (грубо говоря, до 8 млрд). Это число может показаться слишком большим для атаки «грубой силы», но вспомните, что это теоретическая оценка наибольшего числа возможных комбинаций. А поскольку большинство паролей пользователей повторяются, то атака со словарем приведет к успеху быстрее. Суть в том, что атака со словарем на два пароля из 7 символов (или даже на один) приведет к взлому пароля намного быстрее, чем та же атака на пароль из 14 символов.
Предположим, что в процедуре кэширования паролей LANMAN используются сильные пароли из двух и более символов. К сожалению, среди пользователей распространена привычка добавлять в конец пароля дополнительные символы. Например, если пользователь добавит в строку чисел или символов свой день рождения, например «MONTANA45 %», то пароль безопаснее от этого не станет. LANMAN разобьет его на две строки: «MONTANA» и «45 %». Вероятно, и первая, и вторая строки будут быстро определены. Первая – в результате атаки со словарем, а вторая – атаки «грубой силы», потому что она состоит только из трех символов. Поэтому в операционных системах Windows NT и Windows 2000 следует по возможности исключить кэширование LANMAN, но при этом клиенты Win9x не смогут установить их подлинность.
Генерация длинного ключа из короткого пароля
Про качество паролей уже говорилось во время обсуждения «грубой силы». С появлением схем шифрования PKE, как, например, программы PGP, большинство открытых и секретных ключей генерируются на основе паролей или ключевых фраз, уязвимых к атаке «грубой силы». Если в выбранном пароле недостаточно символов, то он может быть вскрыт в результате атаки «грубой силы». Поэтому системы PKE, как, например, RSA, могут быть взломаны при помощи «грубой силы». Причем это произойдет (если вообще произойдет) не из-за ошибки в алгоритме, а из-за дефектов генерации ключей. Лучшая защита от подобных «косвенных» атак – использование сильных паролей при генерации любых ключей. Сильный пароль – это пароль, образованный из строчных и прописных букв, чисел и символов, желательно встречающихся на протяжении всего пароля. Принято считать, что 8 символов – минимальная длина сильного пароля, но, принимая во внимание серьезность последствий выбора слабых паролей, для генерации ключей рекомендуется использовать, по крайней мере, 12 символов.
Про высококачественные пароли часто говорят, что у них высокая энтропия. Энтропия – это мера измерения его неопределенности, с помощью которой оценивают качество пароля. Обычно у длинных паролей энтропия выше, чем у коротких. Случайный выбор символов, образующих пароль, также увеличивает энтропию пароля. Например, у пароля «albatross» (энтропия приблизительно равна 30 единицам) разумная длина, но энтропия могла быть больше, если в пароле такой же длины каждый символ выбирать случайным образом, как, например, «g8 %=MQ+p» (около 48 единиц энтропии). Первый пароль может оказаться в списке широко известных имен птиц, в то время как второй – никогда. Очевидно, второй пароль предпочтительнее, и поэтому лучше его использовать. А вывод таков: хорошие алгоритмы шифрования, как, например, 3-DES c 168-битным секретным ключом, могут быть легко взломаны, если энтропия его секретного ключа составляет несколько единиц.
Про высококачественные пароли часто говорят, что у них высокая энтропия. Энтропия – это мера измерения его неопределенности, с помощью которой оценивают качество пароля. Обычно у длинных паролей энтропия выше, чем у коротких. Случайный выбор символов, образующих пароль, также увеличивает энтропию пароля. Например, у пароля «albatross» (энтропия приблизительно равна 30 единицам) разумная длина, но энтропия могла быть больше, если в пароле такой же длины каждый символ выбирать случайным образом, как, например, «g8 %=MQ+p» (около 48 единиц энтропии). Первый пароль может оказаться в списке широко известных имен птиц, в то время как второй – никогда. Очевидно, второй пароль предпочтительнее, и поэтому лучше его использовать. А вывод таков: хорошие алгоритмы шифрования, как, например, 3-DES c 168-битным секретным ключом, могут быть легко взломаны, если энтропия его секретного ключа составляет несколько единиц.
Ошибки хранения частных или секретных ключей
Предположим, что вами используются надежные криптографические алгоритмы, инструментальные средства производителей проверены на отсутствие ошибок реализации и при генерации ключей соблюдены все меры предосторожности. Безопасны ли ваши данные? Их безопасность определяется безопасностью частного или секретного ключей. Безопасность этих ключей должна быть гарантирована любой ценой. В противном случае нет смысла в шифровании данных.
Конец бесплатного ознакомительного фрагмента