Защита электронной почты в Internet

Объект signedData формируется из ряда блоков, включающих идентификатор алгоритма создания профиля сообщения, само подписываемое сообщение и блок SignerInfo. Вся эта информация кодируется в base64. Пример такого сообщения (с исключёнными заголовками RFC 822):

Content-Type: application/pkcs7-mime; smime-type=signed-data;

name=smime.p7m

Content-Transfer-Encoding: base64

Content-Disposition: attachment; filename=smime.p7m

Rfvbn765BghyHhUjfewqwnvdCDC7

Открытое подписанное сообщение.

Открытое подписанное сообщение получается тогда, когда для содержимого используется тип multipart и подтип signed. Сообщение типа multipart/signed включает две части.

Первая часть может быть любого типа MIME, но должна быть подготовлена так, чтобы она не была изменена в пути следования от источника к адресату. Это значит, что если первая часть не представлена в 7-битовой кодировке, то данные надо кодировать в формат base64. В первой части располагается открытый текст сообщения.

            Вторая часть представляет собой отделённую подпись. Она формируется по алгоритму объекта signedData. В результате создаётся объект в формате signedData, поле содержимого которого оказывается пустым. Затем этот объект кодируется в формат base64, чтобы стать второй частью многокомпонентного сообщения. Для типа MIME этой второй части выбирается значение application, а для подтипа - pkcs7-signature. Пример такого сообщения:

Content-Type: multipart/signed;

     Protocol=”application/pkcs7- signature”;

     Micalg=shal; boundary=boundary42

 -- boundary42

Content-Type: text/plain

Это открытый текст подписанного сообщения.

-- boundary42

Content-Type: application/pkcs7- signature; name=smime.p7m

Content-Transfer-Encoding: base64

Content-Disposition: attachment; filename=smime.p7m

Rfvbn765BghyHhUjfewqwnvdCDC7

-- boundary42 --

Значение параметра protocol указывает но то, что этот объект является двухкомпонентным открытым подписанным сообщением. Значение параметра micalg указывает тип используемого профиля сообщения. Получатель может проверить подпись, вычислив профиль сообщения из первой части и сравнив его с профилем сообщения, который восстанавливается из подписи во второй части.

Криптографические алгоритмы.

В таблице представлены криптографические алгоритмы, используемы в системе S/MIME.

В S/MIME принята терминология, предложенная  в документе RFC 2119 и позволяющая указать уровень требований.

ОБЯЗАТЕЛЬНО (MUST). Определение является абсолютным требованием спецификации. Любая реализация должна включать это свойство или функцию, чтобы соответствовать данной спецификации.

РЕКОМЕНДУЕТСЯ (SHOULD). В конкретном окружении могут существовать причины игнорировать это свойство или функцию, но рекомендуется, чтобы реализация всё же имела соответствующее свойство или функцию.

S/MIME объединяет три алгоритма, использующих открытые ключ. Стандарт цифровой подписи (алгоритм DSS) является предпочтительным алгоритмом создания цифровой подписи. Предпочтительным алгоритмом шифрования сеансовых ключей в S/MIME называется алгоритм Диффи-Хеллмана, но фактически в S/MIME используется вариант алгоритма Диффи-Хеллмана, обеспечивающий шифрование/дешифрование  и известный как алгоритм Эль-Гамаля. В качестве альтернативы как для подписей, так и для шифрования сеансовых ключей может использоваться алгоритм RSA.

Для шифрования сообщений рекомендуется «тройной» DES c тремя ключами (tripleDES), но любая гибкая реализация должна поддерживать 40-битовую версию алгоритма RC2. Последний является весьма слабым алгоритмом шифрования, но зато соответствует экспортным требованиям США.

3. Протоколы SSL и TLS.

3.1. Архитектура SSL.

Протокол SSL призван обеспечить возможность надежной защиты сквозной передачи данных с использованием протокола TCP. SSL пред­ставляет собой не один протокол, а два уровня протоколов. Протокол записи SSL (SSL Record Protocol) обеспечивает базовый набор средств защиты, применяемых протоколами более высоких уровней. Эти средства, в частности, может использовать протокол передачи гипертекстовых файлов (HTTP), призванный обеспечить обмен данными при взаимодействии клиентов и серверов Web. Частью SSL считаются и три протокола более высокого уровня: протокол квитирования установления связи (Handshake Protocol), протокол из­менения параметров шифрования (Change Cipher Spec Protocol) и протокол из­вещения (Alert Protocol). Эти протоколы служат для управления обменом дан­ными SSL.

Стек протоколов SSL.

Между любой парой обменивающихся информацией сторон (например, приложе­ний типа HTTP клиента и сервера) можно установить много защищенных соедине­ний. Теоретически между сторонами можно установить и несколько одновременно существующих сеансов, но на практике такая возможность не используется.

Соединение (connection) — транспорт,  обеспечивающий сервис некоторого подходящего типа (SMTP, HTTP и т.д.) Каждое соединение ассоции­руется только с одним сеансом.

Сеанс (session). Сеанс SSL — это связь между клиентом и сервером. Сеан­сы создаются протоколом квитирования SSL (SSL Handshake Protocol). Се­анс определяет набор параметров криптографической защиты, которые мо­гут использоваться несколькими соединениями. Сеансы позволяют избе­жать   необходимости  ведения  переговоров  об   установлении   параметров защиты для каждого нового соединения.

3.2. Протокол записи SSL

Протокол записи SSL (SSL Record Protocol) обеспечивает поддержку двух сле­дующих сервисов для соединений SSL.

•    Конфиденциальность.    Протокол    квитирования    SSL    (SSL    Handshake Protocol) определяет общий для клиента и сервера секретный ключ, ис­пользуемый алгоритмом традиционной схемы для шифрования данных, передаваемых по протоколу SSL.

•    Целостность сообщений. Помимо обеспечения конфиденциальности, протокол квитирования SSL определяет общий секретный ключ для вычисления значе­ний MAC (Message Authentication Code — код аутентичности сообщения).

Порядок отправки данных:

1.    Этот про­токол, получив сообщение для пересылки другой стороне, сначала фрагментирует данные, разбивая их на блоки подходящего размера;

2.    При необходимости вы­полняет сжатие данных;

3.    Применяет алгоритм вычисления MAC;

4.    Шифрует дан­ные (MAC +сжатое сообщение);

5.    Добавляет заголовок

6.    Передает полученные пакеты сегменту TCP.

При принятии данных: данные дешифруются, проверяются, восстанавливаются, собираются вновь и передаются приложениям более высокого уровня.

При вычислении кода аутентичности сообщения используется специальная схема вычисления MAC, в которой используется алгоритм хэширования MD5 или SHA-1.

Сжатое сообщение вместе с добавленным к нему значением MAC шифруется.

Используемые алгоритмы шифрования:

В случае применения алгоритмов поточного шифрования шифруются только сжатое сообщение и добавленное к нему значение MAC.

При использовании алгоритмов блочного шифрования после значения MAC можно добавлять заполнитель. Заполнитель состоит из некоторого числа байтов заполнителя, за которыми следует 1-байтовое значение, указывающее длину за­полнителя. Для общей длины заполнителя выбирается наименьшее из значений, при котором общая длина последовательности данных, подлежащих шифрова­нию (открытый текст + MAC + заполнитель), будет кратна длине блока шифра.

Завершающим шагом в работе протокола записи SSL является создание заго­ловка, состоящего из следующих полей.

•  Тип содержимого (8 битов). Определяет протокол лежащего выше уровня, с помощью которого должен обрабатываться данный фрагмент.

•  Главный номер версии (8 битов). Указывает главный номер версии ис­пользуемого протокола SSL. Для SSLv3 это поле содержит значение 3.

•  Дополнительный номер версии (8 битов). Указывает дополнительный номер версии применяемого протокола SSL. Для SSLv3 это поле содержит значение 0.

•  Длина сжатого фрагмента (16 битов). Длина в байтах данного фрагмента открытого текста (или сжатого фрагмента при сжатии). Максимально до­пустимое значение равно 2^14 + 2048.

Для типа содержимого определены значения change_cipher_spec, alert, handshake и application_data. Первые три значения обозначают протоколы стека SSL.

3. 3.  Протокол изменения параметров шифрования

Протокол изменения параметров шифрования (Change Cipher Spec Protocol) генерирует однобайтовое со­общение, содержащее значение 1. Единственной задачей этого со­общения является указание начать копирование параметров состояния ожидания в текущее состояние, что приводит к обновлению комплекта шифров, исполь­зуемых для данного соединения.

3. 4. Протокол извещения

Протокол извещения (Alert Protocol) предназначен для передачи другой уча­ствующей в обмене данными стороне извещений, касающихся работы SSL. Как и данные любого другого приложения, использующего SSL, сообщения протокола извещения точно так же сжимаются и шифруются в соответствии с параметрами текущего состояния.

Сообщение, генерируемое данным протоколом состоит из 2-х байтов: первый байт - значение, обозначающее уровень предупреждения или уровень неустранимой ошибки, второй байт – код, обозначающий конкретный смысл извещения. Если в первом байте указан уровень неустранимой ошибки, то протокол SSL разрывает соединение, другие соединения могут продолжать существовать, но нового соединения для данного сеанса создать уже будет невозможно.

В протоколе извещения существует 5 извещений, указывающих на неустранимую ошибку и 7 извещений не указывающих на неустранимую ошибку.

3. 5. Протокол квитирования.

Этот протокол позволяет серверу и клиенту выполнить взаимную аутентификацию, а также согласовать алгоритмы шифрования, вы­числения MAC и криптографические ключи, которые будут служить для защиты данных, пересылаемых в записи SSL. Протокол квитирования должен использо­ваться до начала пересылки данных прикладных программ.

В случае с протоколом квитирования генерируется несколько сообщений, ко­торыми обмениваются клиент и сервер. Любое такое сообщение содержит три следующих поля.

•   Тип (1 байт). Указывает один из 10 допустимых типов сообщения.

•    Длина (3 байта). Длина сообщения в байтах.

•    Содержимое (> 1 байта). Параметры, связываемые с сообщением данного типа.

В содержимом может находится несколько полей, в каждом из которых находятся элементы.

Этапы установления сеанса (session) между клиентом и сервером.