Компьютерра, 2007 № 46 (714) - [16]

То, что в Microsoft почему-то уклоняются от использования IV в поточном шифре, впервые стало известно в 1999 году еще для Windows NT - когда хакеры обнаружили слабости в системе защиты криптоключей Syskey. Серьезные оплошности в реализации криптографии допускаются регулярно и почти всеми разработчиками (см. врезку о WEP), однако в Microsoft не только проигнорировали тревожные сигналы, но и перенесли ту же самую слабость в последующие версии системы. В частности, в 2005 году, когда уже вышли Windows XP и Office 2003, стало известно, что все та же по сути уязвимость - отсутствие IV и систематическое порождение одноключевых комплектов - выявлена в документах, подготовленных и зашифрованных программами MS Word и MS Excel с помощью RC4.

В принципе, в качестве вектора инициализации можно использовать самую разную информацию - хоть системный штамп о текущих дате-времени. Но с точки зрения криптографии наиболее грамотное решение - вырабатывать IV с помощью генератора псевдослучайных чисел. И если на протяжении многих лет наличие PRNG в системе игнорировалось, причем с очевидным ущербом для безопасности, то крайне сложно поверить, будто сделано это неумышленно.

Впрочем, и в тех ситуациях, когда PRNG используется для генерации секретных ключей или других криптопоследовательностей, делается это весьма небезопасным образом.

Слабость спереди и сзади

Качественный с точки зрения криптографии генератор псевдослучайных чисел должен отвечать трем главным требованиям: (1) выдавать последовательность, статистически неотличимую от случайной равновероятной; (2) противостоять восстановлению прошлых состояний по известному текущему; (3) противостоять восстановлению будущих состояний по текущему состоянию алгоритма.

Нет никакого секрета в том, каким образом обеспечить все три нужных качества. Из этого, правда, не следует, что конструировать хорошие генераторы легко (см. врезку). Но если PRNG просто генерирует последовательность чисел, похожую на случайную, но явно не отвечает требованиям (2) и (3), то с точки зрения криптографии это слабый и небезопасный генератор. Именно таким, увы, является алгоритм генератора PRNG, ныне вскрытого израильскими криптоаналитиками.

Криптогенератор - это непросто

Из того, что требования, предъявляемые к качественному криптографическому генератору случайных чисел, хорошо известны, вовсе не следует, что сконструировать его проще простого. В истории криптографии много случаев, когда слабости находили и в новых схемах известных авторов, и в алгоритмах, успевших получить распространение. Например, в 1996 году одна из ранних версий протокола SSL была взломана именно из-за слабостей в генераторе случайных чисел. Совсем недавно были обнаружены криптографические слабости в PRNG операционных систем Linux и FreeBSD, открытых для анализа.

По этой причине многие разработчики средств защиты благосклонно встретили инициативу NIST, американского Института стандартов и технологий, подготовившего и опубликовавшего большой, на 130 страниц документ под названием NIST Special Publication 800-90, целиком посвященный генераторам псевдослучайных чисел. В этом документе они именуются DRBG (Deterministic Random Bit Generators), и там содержатся описания четырех изученных и рекомендуемых к применению генераторов.

Все четыре генератора построены на основе уже существующих криптографических примитивов, что принято считать плюсом. Один на основе хеш-функций, другой на основе HMAC (хешированного кода аутентификации сообщения), третий на основе блочных шифров, четвертый - на эллиптических кривых. С последним, правда, вышел конфуз по целому ряду причин. В отличие от трех первых, где примитивы уже хорошо изучены и проверены криптографическим сообществом, его схема была предложена совсем недавно, около года назад, Агентством национальной безопасности США. Алгоритм, по независимым оценкам, ничем хорошим не отличается, имеет мутную и не разъясненную разработчиком конструкцию и работает гораздо медленнее остальных трех. Да еще и несет в себе, как уже установлено, явные признаки математической закладки, с помощью секретных констант позволяющей взламывать генератор на лету.

Зачем в стандарты NIST включен столь сомнительный "подарок", в общем-то, понятно. Но не факт, что хоть кто-то захочет по доброй воле им воспользоваться.

Этот генератор тоже построен на основе RC4. И коль скоро всякий приличный поточный шифр дает на выходе последовательность чисел, статистически неотличимую от равновероятной, то и генератор на его основе вполне отвечает требованию (1). Но вот дальше начинаются очень неприятные моменты конкретной реализации PRNG. Чтобы обеспечить свойство (2) - не допустить восстановление прошлых состояний, - в качестве тактов генерации принято использовать однонаправленные (хеш-)функции, легко вычисляемые только в одну сторону. В Windows же обратная функция вычисляется столь же просто, как и прямая генерация следующего состояния.