Hex-editor
По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие
наши статьи:
Эта серия статей подробно объясняет основные понятия, принципы и операции протокола маршрутизации RIP с примерами. Узнайте, как работает RIP (Routing Information Protocol) и как обновляет таблицу маршрутизации из широковещательного сообщения шаг за шагом.
Маршрутизаторы используют таблицу маршрутизации для принятия решения о переадресации. Таблица маршрутизации содержит информацию о сетевых путях. Сетевой путь - это простой фрагмент информации, который говорит, какая сеть подключена к какому интерфейсу маршрутизатора.
Всякий раз, когда маршрутизатор получает пакет данных, он ищет в таблице маршрутизации адрес назначения. Если маршрутизатор найдет запись сетевого пути для адреса назначения, он переадресует пакет из связанного интерфейса. Если маршрутизатор не найдет никакой записи для адреса назначения, он отбросит пакет.
Существует два способа обновления таблицы маршрутизации: статический и динамический. В статическом методе мы должны обновить его вручную. В динамическом методе мы можем использовать протокол маршрутизации, который будет обновлять его автоматически. RIP - это самый простой протокол маршрутизации. В этой статье мы узнаем, как RIP обновляет таблицу маршрутизации.
В протоколе RIP маршрутизаторы узнают о сетях назначения от соседних маршрутизаторов через процесс совместного использования. Маршрутизаторы, работающие по протоколу RIP, периодически транслируют настроенные сети со всех портов. Список маршрутизаторов обновит их таблицу маршрутизации на основе этой информации.
Давайте посмотрим, как работает процесс RIP шаг за шагом. Следующий рисунок иллюстрирует простую сеть, работающую по протоколу маршрутизации RIP.
Когда мы запускаем эту сеть, маршрутизаторы знают только о непосредственно подключенной сети.
OFF1 знает, что сеть 10.0.0.0/8 подключена к порту F0/1, а сеть 192.168.1.252/30 подключена к порту S0/0.
OFF2 знает, что сеть 192.168.1.252/30 подключена к порту S0/0, а сеть 192.168.1.248/30 подключена к порту S0/1.
OFF3 знает, что сеть 20.0.0.0/8 подключена к порту F0/1, а сеть 192.168.1.248/30 подключена к порту S0/0.
В отличие от статической маршрутизации, где мы должны настроить все маршруты вручную, в динамической маршрутизации все, что нам нужно сделать, это просто сообщить протоколу маршрутизации, какой маршрут мы хотим объявить. А остальное будет сделано автоматически, запустив динамический протокол. В нашей сети мы используем протокол маршрутизации RIP, поэтому он будет обрабатываться RIP.
Иногда RIP также известен как маршрутизация прослушки. Потому что в этом протоколе маршрутизации маршрутизаторы изучают информацию о маршрутизации от непосредственно подключенных соседей, а эти соседи учатся от других соседних маршрутизаторов.
Протокол RIP будет совместно использовать настроенные маршруты в сети через широковещательные передачи. Эти широковещательные передачи называются обновлениями маршрутизации. Прослушивающие маршрутизаторы обновят свою таблицу маршрутизации на основе этих обновлений.
OFF1 будет слушать трансляцию из OFF2. От OFF2, он узнает об одной новой сети 192.168.1.248/30
OFF2 будет слушать две передачи с OFF1 и OFF3. Из OFF1 он узнает о 10.0.0.0/8 и от OFF3 он узнает о сети 20.0.0.0/8.
OFF3 будет слушать трансляцию из OFF2. От OFF2 он узнает о сети 192.168.1.252.
Маршрутизатор выполняет несколько измерений, обрабатывая и помещая новую информацию о маршруте в таблицу маршрутизации. Мы объясним их позже в этой статье. Если маршрутизатор обнаружит новый маршрут в обновлении, он поместит его в таблицу маршрутизации.
Через 30 секунд (интервал времени по умолчанию между двумя обновлениями маршрутизации) все маршрутизаторы снова будут транслировать свои таблицы маршрутизации с обновленной информацией.
В данный момент времени:
OFF1 будет транслироваться для 10.0.0.0/8, 192.168.1.248/30 и 192.168.1.252/30.
OFF2 будет транслировать для 10.0.0.0/8, 20.0.0.0/8, 192.168.1.248/30 и 192.168.1.252/30.
OFF3 будет транслироваться для 20.0.0.0/8, 192.168.1.248/30 и 192.168.1.252/30.
OFF1 узнает о сети 20.0.0.0/8 из трансляции OFF2.
У OFF2 нет ничего, чтобы обновить из трансляции OFF1 и OFF2.
OFF3 узнает о сети 10.0.0.0/8 из трансляции OFF2.
Через 30 секунд маршрутизатор снова будет транслировать новую информацию о маршрутизации. На этот раз маршрутизаторам нечего обновлять. Эта стадия называется конвергенцией.
Конвергенция
Конвергенция - это термин, который относится к времени, затраченному всеми маршрутизаторами на понимание текущей топологии сети.
Метрика протокола маршрутизации RIP
У нас может быть два или более путей для целевой сети. В этой ситуации RIP использует измерение, называемое метрикой, чтобы определить наилучший путь для целевой сети. RIP использует подсчет прыжков как метрику. Прыжки - это количество маршрутизаторов, необходимое для достижения целевой сети.
Например, в приведенной выше сети OFF1 есть два маршрута для достижения сети 20.0.0.0/8.
Маршрут 1: - через OFF3 [на интерфейсе S0/1]. С прыжком - один.
Маршрут 2: - через OFF2-OFF3 [на интерфейсе S0/0]. С прыжком - два.
Итак, по какому маршруту OFF1 доберется до места назначения? Маршрут 1 имеет один прыжок, в то время как маршрут 2 имеет два прыжка. Маршрут 1 имеет меньшее количество переходов, поэтому он будет помещен в таблицу маршрутизации.
Резюме
Протокол маршрутизации RIP использует локальную широковещательную передачу для обмена информацией о маршрутизации.
RIP транслирует обновления маршрутизации каждые 30 секунд, независимо от того, изменилось что-то в сети или нет. По истечении 30 секунд маршрутизаторы, работающие по протоколу RIP, будут транслировать информацию о своей маршрутизации на любые устройства, подключенные к их интерфейсам.
Перед отправкой обновлений маршрутизации маршрутизатор добавляет метрику инициализации ко всем маршрутам, которые он имеет, и увеличивает метрику входящих маршрутов в объявлениях, чтобы маршрутизатор листинга мог узнать, как далеко находится сеть назначения.
При отправке широковещательных передач RIP не заботится о том, кто слушает эти широковещательные обновления или нет.
После отправки широковещательного сообщения RIP не заботится о том, получили ли соседи эти широковещательные обновления или нет.
Когда маршрутизатор получает обновления маршрутизации, он сравнивает их с маршрутами, которые уже есть в его таблице маршрутизации.
Если обновление содержит информацию о маршруте, которая недоступна в его таблице маршрутизации, маршрутизатор будет рассматривать этот маршрут как новый маршрут.
Маршрутизатор добавит все новые маршруты в таблицу маршрутизации перед обновлением существующего.
Если обновление содержит лучшую информацию для любого существующего маршрута, маршрутизатор заменит старую запись новым маршрутом.
Если обновление содержит худшую информацию для любого существующего маршрута, маршрутизатор проигнорирует ее.
Если обновление содержит точно такую же информацию о любом существующем маршруте, маршрутизатор сбросит таймер для этой записи в таблице маршрутизации
Далее, почитайте нашу статью о функциях и терминологии RIP.
Добро пожаловать в статью, посвященную началу работы с виртуализацией Xen на CentOS. Xen - это гипервизор с открытым исходным кодом, позволяющий параллельно запускать различные операционные системы на одной хост-машине. Этот тип гипервизора обычно называют гипервизором №1 в мире виртуализации.
Xen используется в качестве основы для виртуализации серверов, виртуализации настольных ПК, инфраструктуры как услуги (IaaS) и встраиваемых/аппаратных устройств. Возможность работы нескольких гостевых виртуальных машин на физическом хосте может значительно повысить эффективность использования основного оборудования.
Передовые возможности Xen гипервизора
Xen не зависит от операционной системы – основным стеком управления (который называется domain 0 (домен 0)) может быть Linux, NetBSD, OpenSolaris и так далее.
Возможность изоляции драйвера - Xen может разрешить основному системному драйверу устройства работать внутри виртуальной машины. Виртуальная машина может быть перезагружена в случае отказа или сбоя драйвера без воздействия на остальную часть системы.
Поддержка паравиртуализации (Paravirtualization - это тип виртуализации, в котором гостевая операционная система перекомпилируется, устанавливается внутри виртуальной машины и управляется поверх программы гипервизора, работающей на ОС хоста.): это позволяет полностью паравиртуализированным хостам работать гораздо быстрее по сравнению с полностью виртуализированным гостем, использующим аппаратные расширения виртуализации (HVM).
Небольшие размеры и интерфейс. В гипервизоре Xen используется микроядерное устройство, размер которого составляет около 1 МБ. Этот небольшой объем памяти и ограниченный интерфейс гостя делают Xen более надежным и безопасным, чем другие гипервизоры.
Пакеты Xen Project
Пакеты Xen Project состоят из:
Ядро Linux с поддержкой Xen Project
Сам гипервизор Xen
Модифицированная версия QEMU - поддержка HVM
Набор пользовательских инструментов
Компоненты Xen
Гипервизор Xen Project отвечает за обработку процессора, памяти и прерываний, поскольку он работает непосредственно на оборудовании. Он запускается сразу после выхода из загрузчика. Домен/гость - это запущенный экземпляр виртуальной машины.
Ниже приведен список компонентов Xen Project:
Гипервизор Xen Project работает непосредственно на оборудовании. Гипервизор отвечает за управление памятью, процессором и прерываниями. Он не знает о функциях ввода-вывода, таких как работа в сети и хранение.
Область контроля (Домен 0): Domain0 - специальная область, которая содержит драйверы для всех устройств в хост-системе и стеке контроля. Драйверы управляют жизненным циклом виртуальной машины - созданием, разрушением и конфигурацией.
Гостевые домены/виртуальные машины - гостевая операционная система, работающая в виртуализированной среде. Существует два режима виртуализации, поддерживаемых гипервизором Xen:
Паравиртуализация (PV)
Аппаратная поддержка или полная виртуализация (HVM)
Toolstack и консоль: Toolstack - это стек управления, в котором Domain 0 позволяет пользователю управлять созданием, конфигурацией и уничтожением виртуальных машин. Он предоставляет интерфейс, который можно использовать в консоли командной строки. На графическом интерфейсе или с помощью стека облачной оркестрации, такого как OpenStack или CloudStack. Консоль - это интерфейс к внешнему миру.
PV против HVM
Паравиртуализация (PV - Paravirtualization )
Эффективная и легкая технология виртуализации, которая была первоначально представлена Xen Project.
Гипервизор предоставляет API, используемый ОС гостевой виртуальной машины
Гостевая ОС должна быть изменена для предоставления API
Не требует расширений виртуализации от центрального процессора хоста.
Гостям PV и доменам управления требуется ядро с поддержкой PV и драйверы PV, чтобы гости могли знать о гипервизоре и могли эффективно работать без эмуляции или виртуального эмулируемого оборудования.
Функции, реализованные в системе Paravirtualization, включают:
Сигнал прерывания и таймеры
Драйверы дисков и сетевые драйверы
Эмулированная системная плата и наследуемый вариант загрузки (Legacy Boot)
Привилегированные инструкции и таблицы страниц
Аппаратная виртуализация (HVM - Hardware-assisted virtualization ) - полная виртуализация
Использует расширения виртуальной машины ЦП от ЦП хоста для обработки гостевых запросов.
Требуются аппаратные расширения Intel VT или AMD-V.
Полностью виртуализированные гости не требуют поддержки ядра. Следовательно, операционные системы Windows могут использоваться в качестве гостя Xen Project HVM.
Программное обеспечение Xen Project использует Qemu для эмуляции аппаратного обеспечения ПК, включая BIOS, контроллер диска IDE, графический адаптер VGA, контроллер USB, сетевой адаптер и так далее
Производительность эмуляции повышается за счет использования аппаратных расширений.
С точки зрения производительности, полностью виртуализированные гости обычно медленнее, чем паравиртуализированные гости, из-за необходимой эмуляции.
Обратите внимание, что можно использовать PV драйверы для ввода-вывода, чтобы ускорить гостевой HVM
Драйверы PVHVM - PV-on-HVM
Режим PVH сочетает в себе лучшие элементы HVM и PV
Позволяет виртуализированным аппаратным гостям использовать PV диск и драйверы ввода-вывода
Никаких изменений в гостевой ОС
Гости HVM используют оптимизированные драйверы PV для повышения производительности - обходят эмуляцию дискового и сетевого ввода-вывода, что приводит к повышению производительности в системах HVM.
Оптимальная производительность на гостевых операционных системах, таких как Windows.
Драйверы PVHVM требуются только для гостевых виртуальных машин HVM (полностью виртуализированных).
Установка Xen в CentOS 7.x
Чтобы установить среду Xen Hypervisor, выполните следующие действия.
1) Включите репозиторий CentOS Xen
sudo yum -y install centos-release-xen
2) Обновите ядро и установите Xen:
sudo yum -y update kernel && sudo yum -y install xen
3) Настройте GRUB для запуска Xen Project.
Поскольку гипервизор запускается перед запуском ОС, необходимо изменить способ настройки процесса загрузки системы:
sudo vi /etc/default/grub
Измените объем памяти для Domain0, чтобы он соответствовал выделенной памяти.
RUB_CMDLINE_XEN_DEFAULT="dom0_mem=2048M,max:4096M cpuinfo com1=115200,8n1 console=com1,tty loglvl=all guest_loglvl=all"
4) Запустите скрипт grub-bootxen.sh, чтобы убедиться, что grub обновлен /boot/grub2/grub.cfg
bash `which grub-bootxen.sh`
Подтвердите изменение значений:
grep dom0_mem /boot/grub2/grub.cfg
5) Перезагрузите свой сервер
sudo systemctl reboot
6) После перезагрузки убедитесь, что новое ядро работает:
# uname -r
7) Убедитесь, что Xen работает:
# xl info
host : xen.example.com
release : 3.18.21-17.el7.x86_64
machine : x86_64
nr_cpus : 6
max_cpu_id : 5
nr_nodes : 1
cores_per_socket : 1
threads_per_core : 1
.........................................................................
Развертывание первой виртуальной машины
На этом этапе вы должны быть готовы к началу работы с первой виртуальной машиной. В этой демонстрации мы используем virt-install для развертывания виртуальной машины на Xen.
sudo yum --enablerepo=centos-virt-xen -y install libvirt libvirt-daemon-xen virt-install
sudo systemctl enable libvirtd
sudo systemctl start libvirtd
Установка HostOS в Xen называется Dom0. Виртуальные машины, работающие через Xen, называются DomU.
virt-install -d
--connect xen:///
--name testvm
--os-type linux
--os-variant rhel7
--vcpus=1
--paravirt
--ram 1024
--disk /var/lib/libvirt/images/testvm.img,size=10
--nographics -l "http://192.168.122.1/centos/7.2/os/x86_64"
--extra-args="text console=com1 utf8 console=hvc0"
Если вы хотите управлять виртуальными машинами DomU с помощью графического приложения, попробуйте установить virt-manager
sudo yum -y install virt-manager
Когда вы входите на финансовый или медицинский веб-сайт и входите в систему, вы должны ожидать, что полученная вами информация не будет перехвачена и прочитана кем-либо на пути между вашим компьютером и сервером. Менее очевидная, но не менее важная проблема заключается в том, что информация, которую вы отправляете на сайт, не должна быть открыта для изменения во время ее передачи по сети.
Но как это можно обеспечить? Это две области, для решения которых можно использовать транспортную безопасность. В этой серии статей будет рассмотрено пространство проблем транспортной безопасности, а затем будет проведено исследование нескольких видов решений, включая шифрование. Наконец, в этой серии статей мы рассмотрим спецификацию безопасности транспортного уровня (TLS) в качестве примера шифрования транспортного уровня.
Проблемное пространство
Безопасность обычно решает одну из четырех проблем: подтверждение того, что данные не были изменены при передаче, предотвращение доступа к информации никому, кроме предполагаемого получателя, защита конфиденциальности людей, использующих сеть, и подтверждение того, что информация была доставлена. Вторая и третья проблемы, предотвращение несанкционированного доступа к данным при их передаче по сети и защита конфиденциальности пользователей, являются связанными проблемами, но будут рассматриваться отдельно в следующих разделах. Последняя отмеченная проблема, проблема доказательства обхода (которая аналогична проблеме доказательства работы, которая встречается в других контекстах информационных технологий), здесь не рассматривается, поскольку это область активных исследований с небольшим количеством развернутых систем.
Проверка данных
Если вы войдете на сайт своего банка и переведете 100 рублей с одного счета на другой, вы, скорее всего, будете расстроены, если на самом деле сумма перевода составит 1000 рублей или если номера счетов будут изменены, так что 100 рублей окажутся на чьем-то другом счете. Существует ряд других ситуаций, когда необходимо убедиться, что передаваемые данные совпадают с полученными, например:
Если вы покупаете пару синих туфель, вы не хотите, чтобы вместо них доставили комплект красных.
Если ваш врач дает вам рецепт на лекарство от изжоги (вероятно, вызванной стрессом от работы сетевым инженером), вы не хотите, чтобы вам доставляли лекарство от артрита (вероятно, из-за того, что вы печатаете так много документов и книг).
Существует множество ситуаций, когда полученные данные должны совпадать с переданными, а отправитель и/или получатель должны быть поддающимися проверке.
Защита данных от проверки
Примеры защиты данных, приведенные выше, позволяют сделать еще один шаг вперед: вы не хотите, чтобы кто-то видел номер вашего счета, рецепт или другую информацию, когда она передается по сети. Номера счетов, пароли и любая личная информация (PII) очень важны, поскольку эти виды информации могут быть использованы для взлома счетов с целью кражи денег или даже для кражи конфиденциальной информации.
Как можно защитить такую информацию? Основным средством защиты, используемым для предотвращения неавторизованных пользователей (или злоумышленников), является шифрование.
Защита конфиденциальности пользователей
Конфиденциальность - это не просто приятно особенность глобального интернета, это требование пользователей доверять системе. Это верно и для локальных сетей, если пользователи считают, что за ними каким-то образом шпионят, они вряд ли будут использовать сеть. Скорее всего, они будут использовать sneakernet, распечатывая информацию и перенося ее вручную, а не передавая по сети. Хотя многие люди считают, что конфиденциальность не является обоснованной проблемой, в этой области существует много обоснованных проблем.
Например, в области управления информацией часто говорят: "Знание - сила". Информация о компьютере или сети дает вам определенную власть над компьютером, сетью или системой. Например, предположим, что банк настраивает автоматическое резервное копирование для определенной таблицы базы данных; когда остатки на счете, хранящемся в таблице, изменяются на определенную величину, резервное копирование запускается автоматически. Это может показаться вполне разумным вариантом резервного копирования, но оно требует исчерпания некоторого объема данных.
Примечание: исчерпание данных - это информация о физических движениях людей или информация, которая может быть использована для вывода о том, что делают эти люди или эта информация. Например, если вы каждое утро едете на работу одним и тем же маршрутом, кто-то может сделать вывод, что после того, как вы проделали какую-то небольшую часть поездки в сочетании со временем суток, вы собираетесь работать. Такие же типы данных существуют и в сетевом мире; если каждый раз, в определенное время суток, через сеть передается определенный фрагмент данных определенного размера, и он случайно совпадает с определенным событием, таким как перевод денег между двумя счетами, то, когда появляются эти конкретные данные, передача должна иметь место. Просмотр, история электронной почты и другие действия в интернете-все это приводит к исчерпанию данных, которые иногда могут быть использованы для вывода содержимого потока данных, даже если поток зашифрован.
Уязвимость здесь заключается в следующем: если злоумышленник создает резервную копию вместе с изменением значения учетной записи, этот человек будет точно знать, какова модель активности учетной записи. Достаточное количество таких подсказок можно превратить в целый набор планов атаки.
То же самое верно и в отношении людей; знание о людях может дать вам некоторую способность влиять на людей в определенных направлениях. Хотя влияние на людей не так велико, как влияние на машины, передача власти одному человеку над другим всегда несет в себе моральные последствия, с которыми нужно обращаться осторожно.
Область решений
Хотя каждое решение проблем безопасности и конфиденциальности, описанных в предыдущих разделах, обычно включает в себя сложные математические вычисления, в этом разделе будут (попытаемся) описать решения без математических расчетов.
Шифрование
Шифрование берет блок информации (открытый текст) и кодирует его, используя некоторую форму математической операции, чтобы скрыть текст, в результате чего получается зашифрованный текст. Чтобы восстановить исходный простой текст, математические операции должны быть отменены. Хотя шифрование часто рассматривается как математическая конструкция, иногда проще начать думать о нем как о шифре подстановки с таблицей подстановок, которая меняется в зависимости от используемого ключа. Рисунок 1 иллюстрирует это.
Кстати, про типы шифрования в России и за рубежом можно почитать тут.
На рисунке 1 показан четырехбитовый блок информации - тривиальный пример, но все же полезный для демонстрации. Процесс шифрования концептуально представляет собой серию прямых замен:
Рис. 1 Блок шифрования как таблица подстановки
Если 0001 находится в исходном блоке данных (открытый текст) и используется ключ 1, то 1010 подставляется в фактический передаваемый поток (зашифрованный текст).
Если 0010 обнаружен в открытом тексте и используется ключ 1, то 0100 подставляется в передаваемые данные.
Если 0001 найден в открытом тексте и используется ключ 2, то в передаваемые данные подставляется 0000.
Если 0110 находится в открытом тексте и используется ключ 2, то в передаваемые данные подставляется 1001.
Процесс замены одного блока бит на другой называется преобразованием. Эти преобразования должны быть симметричными: они должны не только позволять шифрование открытого текста в зашифрованный текст, но они также должны позволять восстанавливать открытый текст (незашифрованный) из зашифрованного текста. В таблице подстановок этот процесс включает поиск ключа на стороне зашифрованного текста таблицы и замену эквивалента открытого текста.
Размер таблицы подстановки определяется размером блока или количеством битов, кодируемых за один раз. Если, например, используется 128-битный блок, в поисковой таблице должно быть 2128 записей - действительно, очень большое количество. Этот вид пространства все еще можно быстро найти с помощью эффективного алгоритма, поэтому блок должен иметь некоторые другие особенности, кроме просто большого размера.
Во-первых, шифротекстовая сторона блока подстановки должна быть как можно более случайной. Чтобы преобразование было идеальным, любой шаблон, найденный в открытом тексте, не должен быть доступен для анализа в результирующем зашифрованном тексте. Выход зашифрованного текста должен выглядеть как можно ближе к случайному набору чисел, независимо от того, какой вход.
Во-вторых, блок подстановки должен быть настолько большим, насколько это практически возможно. Чем более случайным и большим является блок подстановки, тем труднее вернуться от открытого и зашифрованного текста к обнаружению используемого шаблона подстановки. Чтобы выполнить brute-force атаку против подстановки с использованием 128-битного размера блока, злоумышленник должен соотнести как можно больше из 2128 записей в блоке открытого текста с 2128 записями в блоке подстановки зашифрованного текста-если информация использует только небольшой (или разреженный) набор возможных записей из исходного 128-битного пространства, практически нет способа сделать корреляцию достаточно быстрой, чтобы сделать такую атаку практичной, учитывая, что шифрующий отправитель достаточно часто меняет свой ключ.
Примечание. Когда дело доходит до размера блока, существует закон убывающей доходности; в какой-то момент увеличение размера блока не увеличивает эффективность шифра при сокрытии информации.
Плотность лучше всего объяснить на примере. Предположим, что вы используете шифр прямой подстановки в английском языке, где каждая буква заменяется буквой, смещенной на четыре шага в алфавите. В этом виде (тривиального) шифра:
Каждая буква А будет заменена буквой Е.
Каждая буква B будет заменена буквой F.
Каждая буква С будет заменена буквой G.
и т.д.
Теперь попробуйте зашифровать два разных предложения с помощью этого преобразования:
THE SKY IS BLUE == XLI WOC MW FPYI
THE QUICK BROWN FOX JUMPED OVER THE LAZY DOG == XLI UYMGO FVSAR JSB NYQTIH SZIV XLI PEDC HSK
Для злоумышленника, пытающегося выяснить, как версия предложения с зашифрованным текстом соотносится с версией открытого текста, первое предложение представляет 9 совпадающих пар букв из пространства, содержащего 26 возможных букв. Есть хороший шанс, что вы сможете угадать правильное преобразование - переместитесь на четыре шага вправо - из этого небольшого образца, но возможно, что здесь задействован какой-то "трюк", из-за которого будущие сообщения, зашифрованные с помощью этого преобразования, не будут расшифрованы правильно. Однако второе предложение - это хорошо известный пример предложения, содержащего все возможные буквы английского алфавита. Преобразование может быть проверено на соответствие каждому возможному значению во всем диапазоне ввода и вывода, что делает обнаружение преобразования тривиальным.
В этом примере первое предложение будет менее плотным, чем второе. В реальных криптографических системах общая идея состояла бы в том, чтобы использовать всего несколько тысяч возможных символов из 2128 или 2512 возможных символов, что создает гораздо менее плотный набор информации для работы. В какой-то момент плотность становится достаточно низкой, преобразование - достаточно сложным, а зашифрованный текст - достаточно случайным, так что не существует практического способа вычислить взаимосвязь между входом (открытым текстом) и выходом (зашифрованный текст).
В реальной жизни блоки замены не вычисляются заранее таким образом. Скорее, для вычисления значения замены в реальном времени используется криптографическая функция. Эти криптографические функции принимают входной размер блока, открытый текст, выполняют преобразование и выводят правильный зашифрованный текст. Ключ - это второй вход, который изменяет выходные данные преобразования, поэтому каждый ключ приводит к тому, что преобразование производит разные выходные данные. Если размер ключа равен 128 битам, а размер блока равен 256 битам, существует 2128 × 2256 возможных выходных комбинаций из преобразования. Рисунок 2 иллюстрирует это.
На рисунке 2 каждая таблица подстановки представляет собой размер блока. Если размер блока составляет 256 бит, то в каждой таблице имеется 2256 возможных замен. Каждый ключ создает новую таблицу, поэтому, если ключ составляет 128 бит, то существует 2128 возможных таблиц. Есть два основных способа атаковать такую систему шифрования.
Первый способ атаковать этот тип системы шифрования-попытаться сопоставить каждое возможное входное значение с каждым возможным выходным значением, раскрывая всю таблицу подстановок. Если входные данные представляют только небольшой набор возможных входных данных (таблица используется редко или, точнее, представляет собой разреженный массив), эта задача практически невыполнима. Если пользователь меняет свой ключ, а следовательно, и конкретную таблицу среди возможного набора таблиц, достаточно часто, нет никакого способа выполнить это сопоставление быстрее, чем изменяется ключ.
Примечание. Даже в больших блоках, объединенных с преобразованиями, все еще есть потенциальные слабые места, позволяющие получить почти случайный результат-другими словами, даже если преобразование близко к идеалу. Если вы соберете 23 человека в одной комнате, есть большая вероятность, что у двух из них будет один и тот же день рождения-но это кажется иррациональным, потому что есть 365 потенциальных дней (не считая високосные года), в которые человек может родиться. Причина несоответствия между тем, что должно произойти, и тем, что происходит, заключается в следующем: в реальном мире дни рождения людей группируются по очень небольшому числу дней в течение года. Таким образом, входные данные представляют собой очень плотное "пятно" в умеренно большом наборе возможных значений. Когда это происходит, разреженность данных может работать против системы шифрования. Если небольшой набор данных повторяется в большом наборе на регулярной основе, злоумышленник может сосредоточиться только на наиболее часто используемых заменах и потенциально обнаружить содержимое сообщения, достаточное для восстановления большей части смысла.
Второй способ атаковать систему шифрования такого типа - атаковать само преобразование - криптографическую функцию. Помните, что эти большие таблицы подстановки часто невозможно сгенерировать, сохранить и транспортировать, поэтому используется некоторая форма криптографической функции, чтобы принимать блок открытого текста в качестве входных данных и генерировать блок зашифрованного текста в качестве выходных данных. Если бы вы могли обнаружить эту функцию преобразования, то вы могли бы вычислить вывод таким же образом, как передатчик и приемник, и расшифровать открытый текст в реальном времени.
В реальном мире эта проблема усложняется из-за:
Принцип Керкхоффа, согласно которому само преобразование не должно быть секретом. Скорее, только ключ, используемый для выбора таблицы из возможных, должен храниться в секрете.
По крайней мере, некоторый открытый и зашифрованный текст иногда может быть восстановлен из текущей зашифрованной передачи данных по различным причинам-возможно, ошибка, или, возможно, смысл шифрования заключается в проверке текста, а не в том, чтобы не дать тексту быть прочитанным.
Учитывая эти ограничения, следует учитывать несколько ключевых моментов:
Сложность вычисления ключа из открытого текста, зашифрованного текста и криптографической функции (преобразования) должна быть очень высокой.
Случайность вывода криптографической функции должна быть очень высокой, чтобы снизить вероятность успешных brute-force атак - просто перебора всех возможных ключей в пространстве.
Ключевое пространство должно быть большим, опять же, чтобы предотвратить успешные brute-force атаки.
Качество криптографической функции определяется способностью функции выдавать максимально близкий к случайному результату практически любой вход таким образом, чтобы злоумышленник не мог обнаружить, какой ключ используется, даже если у них есть как открытый текст, так и зашифрованный текст. Таким образом, криптографические функции обычно используют ту или иную форму одной из самых сложных для вычисления задач. В частности, часто используется вычисление множителей очень больших простых чисел.
Что произойдет, если вы используете 128-битный блок и у вас есть 56 бит данных для транспортировки? В этой ситуации наиболее естественным образом было бы дополнить открытый текст некоторым числом: скорее всего, всеми нулями или единицами. Качество вывода в некоторой степени зависит от разреженности ввода, чем меньше диапазон чисел используется как вход, тем более предсказуемым будет выход криптографической функции. В этом случае важно использовать заполнение, максимально приближенное к случайному. Существует целая область изучения того, как дополнять блоки открытого текста, чтобы "помочь" криптографической функции создавать зашифрованный текст, максимально приближенный к случайному.
Несколько раундов шифрования
Одну и ту же информацию можно обрабатывать с помощью криптографической функции несколько раз. Например, если у вас есть 128-битный блок и 128-битный ключ, вы можете:
Возьмите открытый текст и с помощью ключа вычислите зашифрованный текст. Назовите это ct1.
Возьмите ct1 и с помощью ключа вычислите шифротекст второго раунда; назовите это ct2.
Возьмите ct2 и, используя ключ, вычислите шифротекст третьего раунда; назовите это ct3.
Фактический передаваемый шифротекст будет последним ct3. К чему приводит этот процесс? Помните, что качество процесса шифрования связано со случайностью выхода по отношению к входу. Каждый раунд во многих ситуациях лишь немного увеличивает случайность. В этом процессе есть точка уменьшения отдачи; обычно после третьего раунда данные не становятся "более случайными", и, следовательно, больше раундов, по сути, просто тратят вычислительную мощность и время для очень небольшого выигрыша.
Криптография с открытым и закрытым ключом
Существует класс криптографических функций, которые могут преобразовывать открытый текст в зашифрованный текст и обратно, используя два разных ключа. Эта возможность полезна, когда вы хотите иметь возможность зашифровать блок данных одним ключом и позволить кому-то другому расшифровать данные, используя другой ключ. Ключ, который вы держите в секрете, называется закрытым ключом, а ключ, который вы передаете другим или публикуете, называется открытым ключом.
Например, чтобы доказать, что вы являетесь фактическим отправителем конкретного файла, вы можете зашифровать файл своим закрытым ключом. Теперь любой человек с вашим открытым ключом может расшифровать файл, который мог быть отправлен только вами. Обычно вы не шифруете весь блок данных своим закрытым ключом (на самом деле большинство систем, использующих пары ключей, спроектированы так, что вы не можете этого сделать). Скорее, с помощью вашего закрытого ключа создается подпись, которая может быть проверена с помощью вашего открытого ключа. Чтобы убедиться, что только человек, которому вы отправляете данные, может что-то прочитать, вы можете зашифровать некоторые данные своим открытым ключом, опубликовать их, и только человек с правильным закрытым ключом может их расшифровать.
Такие системы называют криптографией с открытым ключом (иногда названия, которые выбирают инженеры, возможно, слишком очевидны), или асимметричной криптографией. В криптографии с открытым ключом открытый ключ часто "выпускается на волю"; это то, что может найти любой, у кого есть доступ к ключевому серверу или другому источнику.
Альтернативой криптографии с открытым ключом является криптография с симметричным ключом. В криптографии с симметричным ключом отправитель и получатель используют один ключ, который используется как для шифрования, так и для расшифровки данных (общий секрет). Учитывая, что общие секреты (очевидно) сложно создавать и использовать, почему вообще используется криптография с симметричным ключом? При выборе между симметричной криптографией и криптографией с открытым / закрытым ключом необходимо учитывать два основных компромисса:
Сложность обработки: системы криптографии с открытым ключом обычно требуют гораздо большей вычислительной мощности для шифрования и расшифровки передаваемых данных. Системы с симметричными ключами, как правило, намного проще разрабатывать и развертывать, не требуя больших вычислительных мощностей и времени. Из-за этого криптография с открытым ключом часто используется для шифрования очень небольших объемов данных, таких как закрытый ключ.
Безопасность: криптография с открытым ключом обычно требует отчасти уникального набора механизмов математического преобразования. Системы с симметричным ключом, как правило, имеют более широкий диапазон доступных преобразований, которые также являются более сложными и, следовательно, более безопасными (они обеспечивают большую случайность на выходе и, следовательно, их труднее взломать).
С учетом этих компромиссов и реальных требований есть место для обоих типов систем.