Шифрование с использованием паролей

После того как мы узнали кое-что о структуре CryptoAPI, можно воспользоваться ею в практических целях. Пожалуй, самым ожидаемым действием криптографической подсистемы является шифрование файлов - так, чтобы лишь пользователь, знающий определенный пароль, мог получить к ним доступ.

Для шифрования данных в CryptoAPI применяются симметричные алгоритмы. Симметричность означает, что для шифрования и расшифровки данных используется один и тот же ключ, известный как шифрующей, так и расшифровывающей стороне. При этом плохо выбранный ключ шифрования может дать противнику возможность взломать шифр. Поэтому одной из функций криптографической подсистемы должна быть генерация «хороших» ключей либо случайным образом, либо на основании некоторой информации, предоставляемой пользователем, например пароля.

В случае создания ключа на основании пароля должно выполняться следующее обязательное условие: при многократном повторении процедуры генерации ключа на одном и том же пароле должны получаться идентичные ключи. Ключ шифрования имеет, как правило, строго определенную длину, определяемую используемым алгоритмом, а длина пароля может быть произвольной. Даже интуитивно понятно, что для однозначной генерации ключей нужно привести разнообразные пароли к некоторой единой форме. Это достигается с помощью хеширования.

Хешированием (от англ. hash - разрезать, крошить, перемешивать) называется преобразование строки произвольной длины в битовую последовательность фиксированной длины (хеш-значение, или просто хеш) с обеспечением следующих условий:

по хеш-значению невозможно восстановить исходное сообщение;
практически невозможно найти еще один текст, дающий такой же хеш, как и наперед заданное сообщение;
практически невозможно найти два различных текста, дающих одинаковые хеш-значения (такие ситуации называют коллизиями).

При соблюдении приведенных условий хеш-значение служит компактным цифровым отпечатком (дайджестом) сообщения. Существует множество алгоритмов хеширования. CryptoAPI поддерживает, например, алгоритмы MD5 (MD - Message Digest) и SHA (Secure Hash Algorithm).

Итак, чтобы создать ключ шифрования на основании пароля, нам нужно вначале получить хеш этого пароля. Для этого следует создать с помощью CryptoAPI хеш-объект, воспользовавшись функцией CryptCreateHash (провайдер, ID_алгоритма, ключ, флаги, хеш), которой нужно передать дескриптор криптопровайдера (полученный с помощью CryptAcquireContext) и идентификатор алгоритма хеширования (остальные параметры могут быть нулями). В результате мы получим дескриптор хеш-объекта. Этот объект можно представить себе как черный ящик, который принимает любые данные и «перемалывает» их, сохраняя внутри себя лишь хеш-значение. Подать данные на вход хеш-объекта позволяет функция CryptHashData (дескриптор, данные, размер_данных, флаги).

Непосредственно создание ключа выполняет функция CryptDeriveKey (провайдер, ID_алгоритма, хеш-объект, флаги, ключ), которая принимает хеш-объект в качестве исходных данных и строит подходящий ключ для алгоритма шифрования, заданного своим ID. Результатом будет дескриптор ключа, который можно использовать для шифрования (рис. 3).

Следует обратить внимание, что при работе с CryptoAPI мы все время имеем дело не с самими объектами или их адресами, а с дескрипторами - целыми числами, характеризующими положение объекта во внутренних таблицах криптопровайдера. Сами таблицы располагаются в защищенной области памяти, так что программы-«шпионы» не могут получить к ним доступ.

Алгоритмы шифрования, поддерживаемые CryptoAPI, можно разделить на блочные и поточные: первые обрабатывают данные относительно большими по размеру блоками (например, 64, 128 битов или более), а вторые - побитно (теоретически, на практике же - побайтно). Если размер данных, подлежащих шифрованию, не кратен размеру блока, то последний, неполный блок данных, будет дополнен необходимым количеством случайных битов, в результате чего размер зашифрованной информации может несколько увеличиться. Разумеется, при использовании поточных шифров размер данных при шифровании остается неизменным.

Шифрование выполняется функцией CryptEncrypt (ключ, хеш, финал, флаги, данные, рамер_данных, размер_буфера):

через параметр ключ передается дескриптор ключа шифрования;
параметр хеш используется, если одновременно с шифрованием нужно вычислить хеш-значение шифруемого текста;
параметр финал равен true, если шифруемый блок текста - последний или единственный (шифрование можно осуществлять частями, вызывая функцию CryptEncrypt несколько раз);
значение флага должно быть нулевым;
параметр данные представляет собой адрес буфера, в котором при вызове функции находится исходный текст, а по завершению работы функции - зашифрованный;
следующий параметр, соответственно, описывает размер входных/выходных данных,
последний параметр задает размер буфера - если в результате шифрования зашифрованный текст не уместится в буфере, возникнет ошибка.

Для расшифровки данных используется функция CryptDecrypt (ключ, хеш, финал, флаги, данные, рамер_данных), отличающаяся от шифрующей функции только тем, что размер буфера указывать не следует: поскольку размер данных при расшифровке может только уменьшиться, отведенного под них буфера наверняка будет достаточно.

Приведем лишь фрагменты программы, реализующей шифрование файла с использованием заданного пароля, опустив громоздкие проверки успешности выполнения криптографических операций (что в реальной программе делать крайне нежелательно).

Полный пример приложения в формате Delphi 4 можно взять здесь.

Конечно, шифрование вами всех файлов одним и тем же паролем облегчает «противнику» задачу их расшифровки, запоминание огромного числа паролей сильно усложняет жизнь, а их записывание в незашифрованном виде создает опасность раскрытия всей системы. CryptoAPI может предложить на этот случай ряд решений. О них поговорим ниже.

Содержание раздела