Сегодняшние споры об использовании криптографии на самом деле продолжают давнюю дискуссию о свободе и контроле за информацией в цивилизованном обществе. Изобретение печатного станка в середине пятнадцатого века породило и борьбу за возможность контролировать книгопечатание. Решая, кто может издавать книги, а кто нет, светские и церковные власти управляли доступом общества к информации[27]. В наши дни криптография защищает потоки цифровых данных так, что это снова вызывает опасения у правительств.
Между свободой и контролем в любом вопросе не бывает простых компромиссов. Многим политикам и журналистам работа над этой темой дается нелегко, так как они, по всей видимости, не понимают, для чего предназначена криптография и как она работает[28]. Я попытаюсь объяснить, какую пользу она приносит и какие трудности создает, чтобы вы могли сформировать обоснованное мнение о ее использовании. Эти знания пригодятся вам не раз, поскольку в будущем наша зависимость от криптографии будет только расти, а социальные трения, которые провоцирует ее применение обостряться.
Мой подход
Несмотря на то что криптография это практическое применение математики, для понимания ее основ читателям вовсе не обязательно становиться диванными алгебраистами. Математики, лежащей в основе шифрования, не так уж много в этой книге. Примерно так же люди учатся водить машину, не интересуясь, как происходит впрыск топлива.
Кроме того, несмотря на захватывающее прошлое криптографии и даже ее военный «опыт», это не учебник истории. То, как шифрование использовалось в разные времена, прекрасно освещает другая литература[29]. Мы же сосредоточимся на современном положении вещей, обращаясь к историческим примерам только тогда, когда это уместно.
Эта книга также не о головоломках[30]. Одно из «лиц» криптографии создание «задач», которые нужно «решить», и во время Второй мировой британское правительство действительно набирало стажеров-криптографов среди тех, кто умел и любил решать кроссворды. Но все же я не последую примеру тех, кто преподносит криптографию как искусство в первую очередь развлекательное (в конце концов, это ТЖРАЖИНПЖ ЕЖМП[31]).
В главе 2 я покажу, что такое безопасность в киберпространстве, и как криптография помогает ее обеспечить. В главе 3 я объясню разницу между ключами и алгоритмами в контексте криптографии. Затем каждой из основных криптографических функций будет посвящена отдельная глава, я имею в виду хранение секретной информации, обмен ключами, поиск и обнаружение изменений в данных и определение того, с кем мы взаимодействуем. В главе 7 мы поговорим о некорректном использовании криптографии, сосредоточившись на конкретных примерах и возможности исправить положение. Затем в главе 8 я исследую вызовы обществу, которые провоцирует использование криптографии, и политическую реакцию на них. И наконец в главе 9 я попытаюсь обрисовать будущее, которое ожидает криптографию, и поразмышлять о том, как к нему подготовиться.
Суммируя, перед вами книга о том, почему криптография важна для общества и как осведомленность о ней может нас защитить. Я хочу показать вам, что криптография в буквальном смысле ключ к киберпространству.
1. Безопасность в киберпространстве
Что означает быть защищенным в киберпространстве? Прежде чем приступать к осмыслению идеи кибербезопасности, стоит проанализировать основные элементы безопасности в реальном мире: вы увидите, что в виртуальном пространстве некоторые аспекты физической защиты отсутствуют. Сама по себе криптография заменить их не может. Ее главная задача дать инструменты, с помощью которых можно обеспечить безопасность в киберпространстве.
Типичный день
Вы просыпаетесь утром, находите в почтовом ящике счет от своего поставщика электроэнергии и сразу же его оплачиваете. Вам нездоровится (особенно после оплаты счета), поэтому, позавтракав, вы отправляетесь в ближайшую аптеку. Короткое обсуждение симптомов с фармацевтом и вот вы уже получили консультацию, оплатили лекарства наличными и возвращаетесь домой. А после обеда вы уже на пути к выздоровлению.
Это короткий фрагмент обычного дня в реальном мире, в котором мы живем. Этот мир состоит из материальных объектов и физического взаимодействия, которое зачастую «привязано» к определенному географическому положению. Давайте для начала посмотрим, насколько безопасен этот мир: насколько хорошо он защищен от того, что может причинить нам вред?
Для тех из нас, кому посчастливилось жить в относительно мирном и благополучном месте, почти любой день обходится без происшествий. Каждый день мы читаем и слышим в новостях о тревожных случаях, но, как правило, эти случаи исключительны, потому и попадают в новости. Мы достаточно неплохо защищены в реальном мире, так что стоит выделить элементы нашего окружения, обеспечивающие эту защиту.
Давайте подумаем о том, что могло бы произойти за такой же типичный день. Это упражнение потребует от нас крайне пессимистичного мышления, граничащего с паранойей, но именно анализ того, что могло бы пойти не так, позволяет формировать механизмы безопасности. Надеюсь, этот мысленный эксперимент не отобьет у вас желание подниматься с кровати по утрам!
Нетипичный день
Вы просыпаетесь утром и находите в почтовом ящике счет точь-в-точь один из обычных счетов за электричество. Недолго думая, вы его оплачиваете. Но этот счет на самом деле послал злоумышленник, зарящийся на ваши деньги. Вам нездоровится (и вы бы чувствовали себя еще хуже, знай вы о допущенной оплошности), поэтому после завтрака отправляетесь в аптеку, закрыв, разумеется, дверь на замок. Как только вы уходите, в ваше жилище вламывается вор. Тем временем вы садитесь в автобус, который, к несчастью, только что угнали. Каким-то чудом вам удается выбраться из автобуса и добраться до вашей цели, и вы наконец обсуждаете симптомы с человеком в белом халате. Это должен быть фармацевт, но на самом деле это психопат, находящийся в розыске, и он выписывает вам какую-то отраву. Каждому следующему покупателю этот самозванец рассказывает о вашем плохом самочувствии, и уже через несколько часов весь город знает, что вы ужасно больны. Вы платите наличными, но вдобавок ко всем своим злоключениям получаете сдачу поддельными купюрами. Вы возвращаетесь в свое недавно ограбленное жилище с опасными лекарствами. Конец.
История, конечно, совершенно нелепая. Но что интересно, каждую отдельную параноидную ее часть кто-то когда-то как минимум замышлял, поскольку в реальном мире существуют способы предотвращения большинства этих неприятностей. «Типичность» первого дня и «нетипичность» второго объясняются тремя факторами, каждый из которых заслуживает внимания: механизмами безопасности, контекстом безопасности и вероятностью возникновения угрозы.
Реальные угрозы
Для обеспечения безопасности используется множество инструментов и методик, которые я обобщенно называю механизмами безопасности. Давайте проанализируем те из них, которые действуют на протяжении вашего типичного дня.
Почтовые ящики бывают разными. Одни защищают только от плохой погоды, другие запираются на замок и не открываются без ключа, а в некоторых домах почтовый ящик и вовсе заменяет щель в парадной двери. Письма, которые просовываются через эту щель, защищены дверным замком, но совершенно беззащитны перед внутренними угрозами (например, интересом вашей собаки).
В ваш почтовый ящик опустили письмо в конверте. Содержимое конверта в какой-то степени защищено от случайных повреждений при доставке и от прочтения посторонними. Но эта защита довольно слаба: бумага конверта тонка, легко рвется, да и открыть его несложно. Пожалуй, самый важный элемент защиты конверта то, что его обычно нельзя открыть, не повредив. Если не соблюдать крайнюю осторожность, получатель заметит вмешательство.
Письмо, которое вы получили, было послано от имени крупной организации, ее знакомый логотип несли на себе как сам конверт, так и его содержимое. Письмо имело характерный вид: дизайн бланка, общую структуру, шрифты, стиль речи. Все эти свойства в той или иной степени являются механизмами безопасности.
Ваша дверь была защищена замком. Современные дома иногда уже могут быть оснащены электронными системами контроля доступа, но большинство дверей запираются механически. Некоторые замки нужно закрывать ключом, другие закрываются сами, стоит захлопнуть дверь. Позже вы увидите, что с точки зрения криптографии различия между этими двумя типами замков произвели революцию.
Автобус, на который вы сели, был оформлен в знакомом фирменном стиле, на табло или на табличке значился нужный вам номер маршрута. У водителя был бейдж определенного дизайна с именем, фотографией и официальным логотипом. Вероятно даже, что водитель был одет в униформу транспортной компании и имел при себе ключи.
Фармацевт, разумеется, тоже носил официальный именной бейдж. Но вы, скорее всего, знали его в лицо: это ближайшая к вашему дому аптека, вы не раз и не два бывали здесь. Лицо и голос фармацевта тоже механизмы безопасности. Вы разговаривали на некотором расстоянии от других покупателей и, если не хотели, чтобы вас слышали, понизили голос. Лекарства были в запечатанной фирменной упаковке с информативной надписью и, возможно, печатью самой аптеки.
Наконец, вы платили наличными. На монетах есть надписи, насечки и чеканки, которые сложно подделать. Для купюр существует более сотни механизмов защиты, включая водяные знаки, голограммы и металлографию. Но многим проще всего определять подлинность денег на ощупь, на вид и на звук[32].
Материальный мир полон механизмов безопасности, каждый из которых защищает определенные объекты от конкретных угроз.
Контекст безопасности
Важность контекста безопасности в реальном мире не так очевидна. Под этой формулировкой я понимаю окружение, в котором происходят события и с учетом которого мы анализируем и интерпретируем их безопасность. Контекст это все то, на чем мы обычно не заостряем внимание. Его роль в нашей повседневной безопасности почти незаметна, но огромна: сосредоточившись на контексте, вы сразу заметите, насколько он информативен.
Вернемся к типичному дню. Письмо в почтовом ящике было отправлено организацией, счет на оплату услуг которой вы ожидали получить: эта компания присылает вам счета за эти услуги примерно в одни и те же даты каждого месяца. Если бы счет за электричество пришел через неделю после оплаты предыдущего, вы могли бы что-то заподозрить. Сумма к оплате тоже информативна, поскольку ее можно интерпретировать в более широком контексте обычного для вас расхода электроэнергии. Она могла бы, наверное, вас удивить, но, скорее всего, не слишком сильно разошлась с вашими ожиданиями.
У автобуса на любом маршруте есть установленное расписание, поэтому, когда к остановке вовремя подъехал автобус обычного вида, сомневаться в его подлинности не было причин. Если бы он сильно опоздал, двигался рывками, или если бы водитель пребывал в прострации, у вас наверняка возникли бы опасения.
За прилавком в аптеке стоял человек, который не только выглядел, но и что важнее вел себя как фармацевт. Он профессионально отреагировал на ваши жалобы, со знанием дела обсудил с вами лечение. И вас, конечно, могло бы насторожить, если бы фармацевт постоянно ухмылялся или растерялся при поиске медикаментов[33].
Даже у денег есть контекст. Если вам случалось платить крупной купюрой, чей номинал во много раз превышал стоимость покупки, фармацевт мог засомневаться и проверить подлинность ваших денег.
Контекст безопасности в материальном мире по-настоящему важен. Кто не слышал фразы вроде: «Если вы видите что-то подозрительное, пожалуйста, обратитесь к сотруднику компании»? Фактически все эти фразы нам говорят: «Если вы видите что-то вне контекста, пожалуйста, поднимите тревогу».
Какова вероятность?
В оценку безопасности обязательно входит и оценка вероятности перехода потенциальной угрозы в реальную. Обычно невозможно вычислить с точностью шанс какого-то неприятного события, но на протяжении жизни мы вырабатываем интуитивное представление о реалистичности многих угроз[34].
Интуитивно же мы понимаем, что «нетипичный день», описанный выше, полностью абсурден. Почему?
Существуют ли жулики, обманывающие людей для извлечения финансовой выгоды? Конечно, их полно вокруг[35]. Однако круг их потенциальных жертв очень широк, и вероятность того, что в их сети попадете именно вы, относительно невысока. Могли ли они воспользоваться счетом за электроэнергию для своего мошенничества? Конечно. Для этого им пришлось бы составить письмо, которое выглядело бы как настоящая платежка, учесть контекст расписания и суммы к оплате. Такая афера потребовала бы значительных усилий, и при этом все еще осталась бы строго индивидуальной. Все это не делает ее невозможной, но существует много более простых и надежных способов выманивания чужих денег[36].
Точно так же нельзя полностью исключать кражу со взломом, но чаще всего каждый отдельный дом даже не в самом благополучном районе остается нетронутым. Автобусы угоняют крайне редко, и еще реже серийные убийцы прикидываются фармацевтами. Все эти ужасные вещи могут случиться, но мы знаем (в основном благодаря нашему интуитивному пониманию материального мира), что, скорее всего, этого не произойдет.
Безопасность в материальном мире
Ваш нетипичный день в материальном мире выглядит как кошмарный сон, цепочка почти невероятных событий, которые становятся еще менее вероятными, если учесть сочетание механизмов и контекста безопасности. Неправдоподобность этого примера определяется тремя свойствами реального мира.
Первое это буквально его материальность. Большинство механизмов безопасности, описанных ранее, полагаются на использование органов чувств. Письмо в почтовом ящике выглядело подлинным, вы узнали фармацевта, деньги казались правильными на ощупь. Мы полагаемся на чувственное восприятие во всех аспектах нашей жизни и с его помощью принимаем решения о безопасности. В какой-то мере в нас с самого рождения заложено понимание разных физических угроз. Например, как показывают исследования, у младенцев есть врожденный страх пауков и змей[37]. О других угрозах в материальном мире мы узнаем с возрастом. Сочетание врожденного и приобретенного дает нам возможность формировать на основе собственных ощущений понятие безопасности в окружающей нас обстановке.
Второе важное свойство материального мира это его знакомость, переработанный опыт жизни в нем. Это не означает, что мы понимаем все его аспекты, но мы привыкли ориентироваться в ситуациях, в которых оказываемся. Мы можем не знать, как именно работает двигатель автобуса, но знаем, как он выглядит, как на него сесть, и что собой представляет обычная поездка в общественном транспорте. Многие механизмы и некоторые контексты безопасности, на которые вы полагаетесь в повседневной жизни, относятся к знакомости. Письмо в почтовом ящике казалось подлинным, поскольку вы уже прежде видели много таких писем. Автобус казался нормальным, потому что он подъехал к знакомой вам остановке в ожидаемое время. Чувство беззащитности, которое мы часто испытываем при попадании в новую для себя ситуацию, объясняется именно ее незнакомостью. Нас настораживают незнакомцы. Если бы счет за электроэнергию пришел в конверте, подписанном от руки и с международной печатью, а деньги нужно было переводить на иностранный банковский счет, вы бы вряд ли его оплатили.