УДК 004.056.55

Анализ эффективности протоколов передачи данных, использующих криптографические алгоритмы на эллиптических кривых

А.В. Чернышова^*1, А.В. Коржов^*2

^*1 ст. преподаватель кафедры программной инженерии им. Л.П. Фельдмана, Донецкий национальный технический университет, chernyshova.alla@rambler.ru, SPIN-код: 3318-2066

^*2 магистрант кафедры программной инженерии им. Л.П. Фельдмана, Донецкий национальный технический университет, mr.demonsmert@mail.ru

Чернышова А.В., Коржов А. В. Анализ эффективности протоколов передачи данных, использующих криптографические алгоритмы на эллиптических кривых. В статье рассмотрено понятие эллиптической криптографии, рассмотрены основные современные протоколы передачи данных, которые применяют в своей основе эллиптическую криптографию, выявлены основные достоинства и недостатки данных протоколов. Также в статье приведён анализ основных уязвимостей к атакам современных протоколов передачи данных, использующих криптографию на эллиптических кривых.

Ключевые слова: криптография, протокол, SSL/TLS, алгоритм, ECDHE, ECDSA, Signal Protocol, SSH, Bitcoin, IPSec, FIDO, WireGuard, преимущество, недостаток, уязвимость, атака.

Введение

С возникновением требований к безопасной передаче информации свое развитие получила целая наука — криптография. Изначально, криптография имела важное значение для государств мира и применялась для засекречивания важной информации, чтобы скрыть её от посторонних лиц. Однако, с развитием технологии Интернета, алгоритмы криптографической защиты данных стали важными для всех категорий граждан, поскольку все люди стремились обезопасить свою персональную и коммерческую информацию [1].

В настоящее время, при работе в Интернете, люди могут чувствовать себя безопасно, когда отправляют какую-либо информацию. Данная безопасность обусловлена тем, что существует множество протоколов передачи данных, которые основаны на различных уровнях защиты и применяют различные технологии для защиты информации. Однако, современный мир не стоит на месте и технологии в нём постоянно развиваются, что приводит к тому, что к средствам защиты информации, которые применяются в протоколах передачи данных, выдвигаются новые требования.

В современном мире особое место начинают занимать протоколы передачи данных, которые используют в своей основе криптографию на эллиптических кривых. Это обуславливается в первую очередь тем, что эллиптические кривые имеют более высокий уровень безопасности по сравнению с классическими криптографическими методами. Также, что не менее важно, в настоящее время протоколы на основе эллиптических кривых имеют более высокую эффективность передачи данных. Безусловно, у протоколов передачи данных, основанных на эллиптических кривых, есть свои неоспоримые достоинства, однако недостатки в современных реализациях подобных протоколов также выделяются. Проведя детальный анализ современных протоколов передачи данных с криптографической защитой на эллиптических кривых, можно будет сделать вывод о точной степени их эффективности применения в настоящее время.

Эллиптическая криптография

В современном мире, эллиптическая криптография является отдельным разделом криптографии. Данный раздел криптографии нацелен на изучении асимметричных криптосистем, которые основаны на эллиптических кривых над конечными полями.

Эллиптическая кривая — это кривая, которая основана на множестве точек и задается уравнением 3-й степени. Уравнение данной кривой приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 — Уравнение эллиптической кривой

Уравнение из рисунка 1 можно привести к форме Вейерштрасса, в том случае, когда характеристика поля не будет равной 2 или 3. В таком случае, мы получим сокращённую запись данного уравнения (см. рис. 2) [2].

Рисунок 2 — Уравнение в форме Вейерштрасса

У эллиптических кривых выделяется три важных свойства:

- любая вертикальная прямая, параллельная оси Oy, никогда не пересекает кривую в форме Вейерштрасса или же пересекает строго два раза (при этом, точка касания будет считаться за двойное пересечение кривой);

- любая другая прямая способна пересекать кривую в форме Вейерштрасса строго один или три раза;

- множество точек эллиптической кривой составляет аддитивную абелевую группу в том случае, если к данному множеству добавлен нейтральный элемент, представленный в виде бесконечно удаленной точки [3].

К основным достоинствам эллиптической криптографии на фоне классических криптографических алгоритмов, можно отнести следующие три важных пункта:

- длина ключа значительно меньше, чем у алгоритмов, основанных на “классической” ассиметричной криптографии;

- скорость работы значительно выше, поскольку применяется меньший размер поля и структура, применяемая в эллиптической криптографии, является бинарной (структура бинарного конечного поля);

- возможность применять алгоритмы эллиптической криптографии в устройствах с ограниченными вычислительными ресурсами без потери надёжности защиты информации, благодаря маленькой длине ключа и более высокой скорости работы [4].

Таким образом, можно выделить то, что эллиптическая криптография значительно уменьшает размер ключей и повышает общую производительность системы, что крайне важно для широкого круга систем в современном мире. Особое место криптографические алгоритмы на основе эллиптических кривых нашли в протоколах передачи данных, что обусловлено компактностью ключей, применяемых в данных алгоритмах.

Анализ протоколов, использующих криптографию на эллиптических кривых

В современном мире выделяется множество протоколов, которые применяют в своей основе криптографию на эллиптических кривых. Наиболее известные и широко применяемые протоколы с криптографией на основе эллиптических кривых следующие: SSL/TLS, Signal Protocol, SSH (Secure Shell), Bitcoin, FIDO (Fast Identity Online), IPSec, WireGuard.

Рассмотрим данные протоколы более подробно, а также выделим для чего конкретно применяется криптография на основе эллиптических кривых в данных протоколах.

SSL/TLS — криптографический протокол, который нацелен на то, чтобы обеспечивать защищённую передачу данных между узлами в сети Интернет.

Эллиптическая криптография нашла свое место в данном протоколе сразу в двух направлениях: генерация цифровых подписей и обеспечение безопасного канала передачи данных. Это обусловлено в первую очередь тем, что криптографические алгоритмы на основе эллиптических кривых позволяют снизить сложность вычислительных процессов для установки подключения, а также снизить максимальное время установки соединения. В протоколе SSL/TLS применяется сразу два алгоритма на основе эллиптических кривых: ECDHE и ECDSA [5].

ECDHE (Elliptic Curve Diffie-Hellman Ephemeral) — алгоритм, который позволяет обеспечить безопасный канал для передачи данных. Алгоритм ECDHE крайне важен для SSL/TLS, поскольку он используется для согласования общего секретного ключа между клиентом и сервером, а также способен генерировать временные ключи для каждой сессии, обеспечивая свойство PFS (Perfect Forward Secrecy).

ECDSA (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm) — данный алгоритм эллиптической криптографии нацелен на то, чтобы создавать и проверять электронные цифровые подписи. Его основное назначение — обеспечение целостности и подлинности данных. В TLS/SSL используется для генерации подписей, аутентификации сервера и клиента, а также для подписи ключевых сообщений в процессе рукопожатия.

Signal Protocol — специальный криптографический протокол, который был создан с целью обеспечения сквозного шифрования голосовых вызовов, видеозвонков и мгновенных сообщений. В современном мире почти все популярные мессенджеры применяют Signal Protocol для реализации обмена сообщениями, совершения видеозвонков, а также голосовых вызовов. Однако, почти все мессенджеры модифицируют данный протокол, либо убирают некоторые функциональные возможности. Отличным примером модификации протокола Signal служит мессенджер Viber, который использует свой протокол Proteus. Proteus основан на протоколе Signal, однако использует немного другие криптографические средства защиты информации [6]. В основе Signal Protocol применяется две технологии, основанные на эллиптической криптографии — X3DH (Extended Triple Diffie-Hellman) и Double Ratchet.

X3DH — алгоритм, который был разработан с целью безопасного обмена ключами и данными. В Signal Protocol отвечает за генерацию ключей, подпись ключей на основе ECDSA, аутентификацию участников общения, их периодическое обновление и верификацию подлинности, а также за гарантию того, что ключ используется строго один раз.

Double Ratchet — алгоритм для безопасного и конфиденциального обмена сообщениями. Данный алгоритм основан на ECDHE и производит генерацию ключей к сообщениям, обновление цепочек ключей, а также создает общий секрет между участниками.

SSH (Secure Shell) — сетевой протокол сеансового уровня, который позволяет производить удалённое управление операционной системой и туннелирование TCP-соединений. Основное преимущество протокола SSH заключается в том, что он полноценно шифрует весь трафик, который через него передается [7].

Протокол SSH работает благодаря трём фазам: установка версии, согласование ключей, аутентификация. В каждой из данных фаз применяются алгоритмы криптографической защиты на основе эллиптических кривых. Таким образом, алгоритм ECDHE в данном протоколе служит для того, чтобы создавать общий секрет между участниками процесса обмена, генерировать сессионные ключи и производить их обновление. ECDSA, в свою очередь, применяется в протоколе SSH для того, чтобы создавать подписи ключей хоста, подписи аутентифицированных данных, а также для того, чтобы производить проверку подлинности сервера.

Bitcoin — считается первым протоколом технологии блокчейна (blockchain), а также является названием первой криптовалюты в мире, которая существует до сих пор. Стоит отметить, что данный протокол также считается сетевым протоколом. Протокол работает на основе блокчейна — распределённой базе данных, в которой информация о всех транзакциях хранится в цепочке блоков [8]. Следует отметить, что помимо протокола Bitcoin существуют и другие протоколы блокчейна, которые определяют другие криптовалюты мира. Считается, что протокол Bitcoin был первым протоколом, который применил криптографию на эллиптических кривых для повышения безопасности.

В основе протокола Bitcoin лежит четыре важных компонента:

- PoW (Proof of Work) — специальный механизм достижения консенсуса, используемый для подтверждения транзакций и создания новых блоков, который позволяет конкурировать системам майнинга (мощным ЭВМ) за завершение транзакций в сети и получение последующего вознаграждения [9];

- система транзакций и блокчейн — протокол Bitcoin производит запись всех транзакций в блоки, которые в последующем добавляются в общую цепочку блоков, при этом каждый новый блок содержит хэш-значение предыдущего блока, что позволяет создать неизменяемую цепочку данных и защитить сеть от подделок;

- механизм создания приватных и публичных ключей — благодаря применению ассиметричных криптографических алгоритмов достигается высокая безопасность протокола, поскольку каждый пользователь имеет свой приватный ключ (для подписи транзакций) и публичный ключ (для проверки подписи);

- алгоритм ECDSA — используется для генерации публичных и приватных ключей (используется кривая secp256k1), а также для создания и проверки подлинности цифровых подписей.

Благодаря применению эллиптической криптографии в виде алгоритма ECDSA, в протоколе Bitcoin обеспечивается подпись входных транзакций, верификация полномочий пользователя, а также подтверждается владение средствами. В связи с этим, можно сказать, что криптографические алгоритмы на основе эллиптических кривых позволяют обеспечить высокую безопасность и высокую производительность в протоколе Bitcoin, что важно для защиты активов пользователей и поддержания скорости операций в децентрализованных сетях.

FIDO (Fast Identity Online) — протокол аутентификации, позволяющий пользователям производить безопасный вход в различные онлайн-сервисы и приложения без необходимости ввода паролей. Вместо этого для проверки личности пользователя используются пары криптографических ключей. Сам протокол состоит из двух спецификаций:

- FIDO U2F — данная спецификация обеспечивает пользователям возможность проходить аутентификацию с помощью простого нажатия на физическое устройство, которое содержит ключ FIDO;

- FIDO UAF — данная спецификация протокола позволяет пользователям производить аутентификацию в сервисах с помощью применения биометрических факторов, или PIN-кодов, которые разблокируют ключи FIDO, сохранённые на устройстве.

Обе спецификации протокола используют криптографию на эллиптических кривых для повышения уровня безопасности данных. Протокол применяет алгоритмы эллиптической криптографии в следующем:

- создание уникальной пары ключей для каждого сервиса — при регистрации устройства (первом входе в систему) создается уникальная пара публичного и приватного ключа благодаря алгоритму ECDSA, после чего публичный ключ отправляется на сервер, а приватный остается хранится в памяти устройства;

- создание подписи с применением ECDSA — при попытке входа пользователь должен пройти аутентификацию (например, использовать отпечаток пальца), после чего приватный ключ подписывается благодаря алгоритму ECDSA и отправляется на сервер, где происходит проверка подлинности пользователя.

Благодаря применению эллиптической криптографии в протоколе FIDO обеспечивается также PFS (Perfect Forward Secrecy), поскольку для каждого сервиса генерируется своя собственная пара ключей, что гарантирует то, что потеря доступа к одному сервису не приведёт к потере доступа к другим сервисам с личной информацией пользователя.

IPSec (Internet Protocol Security) — это комплекс протоколов сетевого уровня, которые в совокупности обеспечивают конфиденциальность данных. Данный протокол предоставляет пользователю механизмы шифрования и аутентификации IP-трафика с целью обеспечения безопасности сетевой коммуникации на уровне IP. В большинстве случаев, IPSec может быть настроен на двух уровнях — на уровне системы и на уровне приложений [10].

В основе IPSec лежит три основных протокола:

- протокол AH (Authentification Header) — данный протокол обеспечивает аутентификацию пакетов отправителя, а также контролирует целостность заголовка пакета, применяя механизмы хэширования данных;

- протокол ESP (Encapsulation Security Payload) — протокол обеспечивает проверку целостности пакетов данных и шифрование информации в пакете данных, при этом сам протокол способен работать сразу в двух режимах — транспортном (обеспечивает защиту пакетов протоколов более высокого уровня) и туннельном (обеспечивает связь между двумя шлюзами локальных сетей);

- протокол IKE (Internet Key Exchange) — данный протокол отвечает за установку соединения между сторонами, когда стороны договариваются о том, какие криптоалгоритмы будут использованы, а также когда стороны обмениваются сеансовыми ключами [11].

В настоящее время IPSec начинает переходить с применения классических криптографических алгоритмов на применение алгоритмов криптографической защиты на основе эллиптических кривых. Таким образом, в настоящее время эллиптическая криптография в данном комплексе протоколов обеспечивается в двух основных протоколах — ESP и IKE. В случае протокола ESP, эллиптическая криптография применяется для генерации ключей шифрования, аутентификации, а также векторов инициализации. Для обеспечения данных действий протокол ESP использует алгоритм ECDHE, который помимо генерации также обеспечивает PFS и защиту от компрометации предыдущих сессий. Помимо этого, в протоколе ESP эллиптическая криптография используется в комбинации с симметричными алгоритмами шифрования. В протоколе установки соединения IKE эллиптическая криптография применяется немного шире: алгоритм ECDHE применяется для безопасного обмена ключами и обеспечения FS (forward secrecy), алгоритм ECDSA используется для аутентификации узлов и обеспечения целостности сообщений.

Последний протокол, который стоит рассмотреть — WireGuard. Данный протокол относится к семейству VPN-протоколов. Особенность данного протокола заключается в том, что он имеет достаточно простую конфигурацию, высокую скорость работы и применяет самые современные методы криптографической защиты данных. В основе протокола WireGuard лежат несколько основных технологий:

- ChaCha20 — потоковый шифр, который применяется для реализации шифрования данных;

- Curve25519 — современный, безопасный алгоритм на эллиптических кривых, который позволяет создавать ключи и проводить обмен ими с высокой производительностью;

- Poly1305 — алгоритм аутентификации данных, который применяется в протоколе для проверки целостности и подлинности зашифрованных данных;

- BLAKE2s — криптографическая хэш-функция, которая применяется для генерации уникальных идентификаторов и ключей;

- HKDF — алгоритм, который производит генерацию ключей на основе полученного хэша [12].

В протоколе WireGuard эллиптическая криптография легла в основу работоспособности протокола. Поскольку при запуске протокола начальный этап идёт через генерацию ключей и установку соединения, то криптографический алгоритм Curve25519 играет ключевую роль для обеспечения высокой производительности работы протокола и повышения его уровня безопасности. После обмена ключами, в работу вступает алгоритм потокового шифрования ChaCha20 для шифрования данных между узлами, а алгоритм Poly1305 вычисляет код аутентификации и прикрепляет его к блоку данных. Для обновления ключей в процессе работы алгоритма используется HKDF, который создает производные ключи и повышает безопасность туннеля. В свою очередь, BLAKE2s создает уникальные идентификаторы и хэши в рамках системы управления ключами, что повышает скорость процесса хэширования.

Анализ основных преимуществ и недостатков протоколов передачи данных, использующих криптографию на основе эллиптических кривых

Рассмотренные выше протоколы передачи данных применяют в своих реализациях криптографию на эллиптических кривых, что повышает скорость их работы и степень защиты информации. Применение эллиптической криптографии безусловно является преимуществом данных протоколов, однако, как и любой существующий протокол, рассмотренные протоколы имеют свои недостатки.

Протокол SSL/TLS является важным и широко применяемым протоколом, однако корректное его внедрение может требовать дополнительных ресурсов, а некоторые старые системы могут не поддерживать его последние версии [13]. Основные преимущества и недостатки протокола SSL/TLS приведены в таблице 1.

Signal Protocol является хорошим протоколом для обеспечения сквозного шифрования голосовых вызовов, видеозвонков и мгновенных сообщений, не смотря на то, что в большей части применяются его модификации. В таблице 2 выделим основные преимущества и недостатки данного протокола.

SSH — сетевой протокол сеансового уровня. Одно из ключевых преимуществ данного протокола заключается в том, что он позволяет обеспечить защищенную передачу данных и предотвращает любую возможность несанкционированного подключения к каналу и перехвату из него данных [14]. Более подробно, преимущества и недостатки для данного протокола рассмотрены в таблице 3.

Протокол Bitcoin. Данный протокол работает на основе технологии блокчейна, что уже предполагает наличие высокой степени безопасности данных. Данный протокол считается достаточно новым и современным. После появления данного протокола началось активное развитие рынка криптовалют в мире, что привело к появлению ещё большего количество подобных протоколов, которые были названы в честь криптовалюты, для которой они применялись. Принято считать, что протокол Bitcoin (а также все протоколы на его основе) обладают крайне важным преимуществом — мгновенная скорость транзакций [15]. Мгновенная скорость транзакций говорит о том, что процесс верификации в данном протоколе обладает высокой эффективность. Более подробно преимущества и недостатки протокола Bitcoin приведены в таблице 4.

Следующий протокол — FIDO (Fast Identity Online). Данный протокол, как и отмечалось ранее, позволяет пользователям безопасно входить в различные онлайн-сервисы и приложения без необходимости ввода паролей в данные сервисы. Данный протокол представлен в двух спецификациях и обладает, как рядом преимуществ, так и рядом недостатков. Более подробно это представлено в таблице 5.

IPSec (Internet Protocol Security) — протокол, предоставляющий пользователям механизмы шифрования и аутентификации IP-трафика. Данный протокол предоставляет полное шифрование трафика, передаваемых в туннеле, что является безусловным преимуществом данного протокола [16]. Выделим основные преимущества и недостатки применения эллиптической криптографии в данном протоколе, представив их в таблице 6.

Последний протокол — WireGuard. Данный VPN-протокол обладает простой конфигурацией, высокой скоростью работы, а также применяет современные методы криптографии. Огромным преимуществом протокола является его защита от атак повторного использования, а также атак типа «отказ в обслуживании» [17]. Более подробно преимущества и недостатки протокола приведены в таблице 7.

Проанализировав преимущества и недостатки современных протоколов передачи данных, которые используют криптографию на эллиптических кривых, можно отметить, что все протоколы обладают сильными достоинствами и применяют эллиптическую криптографию для повышения производительности процессов. Однако, рассмотренные протоколы также обладают рядом своих недостатков, которые иногда могут быть критичными и требовать значительных затрат ресурсов на своё устранение в будущем.

Анализ уязвимостей протоколов передачи данных, использующих криптографию на основе эллиптических кривых

Рассмотренные протоколы передачи данных, с криптографией на основе эллиптических кривых, обладают своими уязвимостями. Среди таких уязвимостей можно выделить различные атаки: «человек по середине», повторное использование ключей, переполнения пакетов и др. Рассмотрим основные уязвимости протоколов передачи данных.

Протокол SSL/TLS подвержен нескольким типам атак, которые в первую очередь могут быть произведены в том случае, если алгоритм эллиптической криптографии настроен некорректно и содержит уязвимость в настройке. К протоколу SSL/TLS возможно применить следующие типы атак:

- атака типа «человек посередине» (Man-in-the-Middle, MITM) — вид атаки, когда злоумышленник способен тайно ретранслировать и изменять при необходимости связь между двумя сторонами, когда стороны считают, что они взаимодействуют друг с другом [18];

- атака по времени (timing attack) — это класс атак, который связан с исследованием времени операций обработки информации [19], в случае с эллиптической криптографией данная атака способна восстановить части приватного ключа, путём анализа времени выполнения операций с закрытым ключом ECDSA;

- атака с недопустимой кривой (invalid curve attack) — этот тип атаки предполагает использование математических свойств эллиптических кривых для того, чтобы получить информацию о приватном ключе сервера, что становится возможным если отсутствует механизм валидации точек;

- атака на повторное использование ключей — заключается в том, что при завершении сессии ключи не были корректно обнулены, что приводит к снижению безопасности данных, делая эти данные более уязвимыми для злоумышленников;

Signal Protocol имеет некоторые уязвимости, однако, в большинстве случаев, является достаточно защищённым протоколом. Самой опасной атакой для Signal Protocol является атака с неизвестным общим ключом (Unknown Key-Share Attack). Данная атака заключается в том, что злоумышленник устанавливает свой собственный общий ключ между двумя сторонами, при этом стороны уверены в том, что они установили общий ключ между собой. Эта атака возможна в том случае, когда происходит недостаточная валидация идентификаторов и требует активного вмешательства в процесс обмена ключами

Протокол SSH подвержен двум типам атак: атака по сторонним каналам (slide-channel attack) и атака по времени (implementation-based timing attack). Рассмотрим данные атаки:

- атака по сторонним каналам (slide-channel attack) — вид атаки, который получает информацию из стороннего канала, при этом полученная информация может быть открытым текстом, зашифрованным текстом, либо ни одним из данных вариантов [20], а в случае протокола SSH с эллиптической криптографией может быть применима для анализа энергопотребления или электромагнитного излучения устройства, что позволит злоумышленнику извлечь приватный ключ алгоритма ECDSA;

- атака по времени (implementation-based timing attack) — атака, которая нацелена на анализ времени обработки операций с алгоритмом ECDSA, что позволяет восстановить части приватного ключа.

Протокол Bitcoin является на данный момент самым криптостойким. Данная его особенность заключается в том, что он использует цепочку блоков данных, где каждый новый блок основан на хэше предыдущего блока. Единственной потенциальной угрозой для данного протокола являются атаки с использованием квантовых компьютеров, которые в теории способны решить проблему дискретного логарифмирования и после этого полностью взломать алгоритм ECDSA. Выделяется несколько типов возможных квантовых атак, которые в будущем могут быть применимы для взлома [21].

Протокол FIDO, в свою очередь, подвержен атаке повторного воспроизведения (replay attack), которая предполагает повторное использование перехваченной подписи ECDSA, если в реализации протокола отсутствует механизм защиты от повторов. Ранее данная атака применялась при попытке подделать голос пользователя, с целью управления системами с помощью голосового управления и организовывалась путём скрытой записи положительной попытки получения доступа к системе, после чего запись воспроизводилась и происходила попытка получения доступа [22].

Протокол IPSec также подвержен атаке повторного воспроизведения (replay attack). Вторая атака, которой подвержен данный протокол, называется «атака на замену алгоритма» (algorithm substitution attack). Данная атака предполагает замену алгоритма эллиптической криптографии на более слабый алгоритм, который позволяет злоумышленнику получить необходимую информацию. Данная атака становится возможной в том случае, когда протокол не предполагает наличие строгой проверки используемых параметров.

WireGuard — протокол семейства VPN. Данный протокол, как и протокол SSH, подвержен атаке по сторонним каналам. В случае WireGuard данная атака используется с целью анализа реализации алгоритма Curve25519 и становится возможной только в том случае, когда арифметические операции не имеют оптимальной реализации. Недостаток атаки заключается в том, что злоумышленнику требуется прямой физический доступ к устройству пользователя.

Проанализировав уязвимости к атакам всех протоколов передачи данных, применяющих криптографию на эллиптических кривых, можно говорить о том, что большинство атак нацелены на то, чтобы получить приватные ключи пользователей, либо восстановить часть данных ключей. Некоторые атаки эффективнее, поскольку их можно производить удалённо от пользователя. В других случаях — требуется физический контакт с устройством пользователя, чтобы провести атаку. Наиболее безопасным в современном мире является протокол Bitcoin, который применяет эллиптическую криптографию и является криптостойким ко всем известным современным атакам.

Выводы

В рамках данной статьи было представлено краткое описание понятия эллиптической криптографии, а также был произведен анализ современных протоколов передачи данных, которые используют в своей основе алгоритмы эллиптической криптографии.

Рассмотрены основные современные протоколы, такие как: SSL/TLS, Signal Protocol, SSH, протокол Bitcoin, FIDO, IPSec, WireGuard.

Для каждого протокола был проведён краткий анализ алгоритмов эллиптической криптографии, которые применяются в их основе и сделаны краткие выводы о том, для чего в протоколах применяются данные алгоритмы.

Также были выделены основные преимущества и недостатки протоколов передачи данных, применяющих криптографию на эллиптических кривых. Помимо преимуществ и недостатков, был проведён анализ протоколов передачи данных с точки зрения их уязвимости к различным видам атак.

Важным фактором является то, что все современные протоколы передачи данных применяют алгоритмы эллиптической криптографии с целью снижения длины ключей, повышения эффективности и безопасности работы протоколов.

В дальнейшем планируется более глубокое изучение архитектуры протоколов передачи данных, с целью подробного изучения алгоритмов эллиптической криптографии, которые применяются в данных протоколах, что позволит выявить достоинства и недостатки данных алгоритмов, а также провести их сравнительный анализ, чтобы сформировать требования к авторскому протоколу с криптографией на эллиптических кривых. Основным требованием для авторского протокола станет его безопасность и криптостойкость его алгоритма к современным атакам.

Литература

1. Бондаренко, В. В. Повышение эффективности протоколов передачи данных, использующих криптографическую защиту / В. В. Бондаренко, А. В. Чернышова // Программная инженерия: методы и технологии разработки информационно-вычислительных систем (ПИИВС-2022): Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции, Донецк, 29–30 ноября 2022 года. Том 1. – Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2022. – С. 66-73. – EDN AVLORE.

2. Завгородний, С. Д. Применение эллиптических кривых в криптографии / С. Д. Завгородний // Научные исследования и разработки студентов: Сборник материалов VI Международной студенческой научно-практической конференции, Чебоксары, 30 января 2018 года / Редколлегия: О.Н. Широков [и др.]. – Чебоксары: Общество с ограниченной ответственностью "Центр научного сотрудничества "Интерактив плюс", 2018. – С. 100-102. – EDN YRTXUE.

3. Трифонова, К. Н. Эллиптические кривые в криптографии / К. Н. Трифонова // Дни науки студентов Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых: Сборник материалов научно-практических конференций, Владимир, 12 марта – 06 2018 года. – Владимир: Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, 2018. – С. 1130-1134. – EDN QJERQC.

4. Кухтинов, В. Н. Использование криптографии на эллиптических кривых / В. Н. Кухтинов // Наукосфера. – 2020. – № 5. – С. 114-118. – EDN THQNFK.

5. Макушев, В. С. Анализ применения эллиптических кривых в системах сертификации и управления ключами для сайтов / В. С. Макушев, С. М. Старолетов // Современные цифровые технологии : Материалы II Всероссийской научно-практической конференции, Барнаул, 01 июня 2023 года / Под общей редакцией А.А. Беушев, А.С. Авдеев, Е.Г. Боровцов, А.Г. Зрюмова. – Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 2023. – С. 235-239. – EDN LUVJNG.

6. Сравнительный анализ систем мгновенного обмена сообщениями / Г. А. Положий, А. Р. Тосунова, О. А. Сафарьян, Л. В. Черкесова // Молодой исследователь Дона. – 2020. – № 4(25). – С. 59-63. – EDN CLWJYB.

7. Омельченко, М. В. Сравнительный анализ безопасной передачи данных с помощью протоколов TELNET и SSH / М. В. Омельченко, К. А. Плотникова, В. С. Мокшин // Инновационная наука. – 2020. – № 2. – С. 37-40. – EDN EMPOFR.

8. Кирилова, Д. А. Blockchain, как новая технология для разработки / Д. А. Кирилова, Н. С. Маслов, А. Д. Рейн // International Journal of Open Information Technologies. – 2019. – Т. 7, № 1. – С. 34-38. – EDN YSKGUX.

9. Дьяченко, С. В. Технологии обработки транзакций в blockchain / С. В. Дьяченко, Е. Г. Бойко // Естественно-гуманитарные исследования. – 2018. – № 20(2). – С. 6-10. – EDN XRGERN.

10. Хазимухаметов, И. Т. Использование криптографических методов в операционных системах Windows / И. Т. Хазимухаметов, С. Л. Перевалова // Тенденции развития науки и образования. – 2024. – № 108-12. – С. 169-173. – DOI 10.18411/trnio-04-2024-684. – EDN ZHBKKC.

11. Криптографические методы защиты информации и VPN в IP сетях / П. М. Мовсарова, Х. Р. Визирова, М. А. Бийсултанова [и др.] // Тенденции развития науки и образования. – 2019. – № 56-2. – С. 55-58. – DOI 10.18411/lj-11-2019-38. – EDN FHQSLT.

12. Черепанов, А. С. Современные протоколы для построения виртуальных частных сетей / А. С. Черепанов, Е. В. Шарлаев // Измерение, контроль, информатизация: Материалы XХIV Международной научно-технической конференции, Барнаул, 19 мая 2023 года / Под редакцией Л.И. Сучковой. – Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 2023. – С. 262-270. – EDN BIXKMN.

13. Исламгалеев, Д. Р. Протоколы TLS/SSL: безопасная передача данных в интернете / Д. Р. Исламгалеев // Научно-исследовательский центр "Technical Innovations". – 2023. – № 17. – С. 193-200. – EDN OLOCPB.

14. Горкавенко, В. С. Модель и проектные диаграммы системы централизованной защиты подсети хостов под управлением Unix-подобных операционных систем / В. С. Горкавенко, И. М. Ажмухамедов // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – 2019. – № 1(45). – С. 172-181. – EDN ZSAIWV.

15. Бутенко, Е. Д. Биткойн. Состояние и перспективы развития криптовалюты / Е. Д. Бутенко // Финансы и кредит. – 2014. – № 23(599). – С. 44-47. – EDN SESIXX.

16. Усков, А. В. Технологии обеспечения информационной безопасности корпоративных образовательных сетей / А. В. Усков, А. Д. Иванников, В. Л. Усков // Образовательные технологии и общество. – 2008. – Т. 11, № 1. – С. 472-479. – EDN IIYTJV.

17. Колпакова, А. А. Обзор технологий удаленного сетевого доступа / А. А. Колпакова // Интерэкспо Гео-Сибирь. – 2023. – Т. 7, № 1. – С. 253-260. – EDN NSCAJK.

18. Смирнов, Д. В. Обеспечение безопасности системы электронной почты от типа атак "человек посередине" на основе блокчейна / Д. В. Смирнов, А. И. Сотников, А. Ю. Асеев // Вестник Череповецкого государственного университета. – 2018. – № 4(85). – С. 31-38. – DOI 10.23859/1994-0637-2018-4-85-4. – EDN SJMLDX.

19. Минаев, В. А. Атаки по времени на информацию в недоверенных средах / В. А. Минаев, Е. В. Зеленцова, С. С. Петров // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. – 2018. – Т. 6, № 4(23). – С. 456-468. – DOI 10.26102/2310-6018/2018.23.4.034. – EDN YZSOLB.

20. Жуков, А. Е. Криптоанализ по побочным каналам (Side Channel Attacks) / А. Е. Жуков // Защита информации. Инсайд. – 2010. – № 5(35). – С. 28-33. – EDN TMLOOT.

21. Квантовый хакинг: атаки на линии связи / Р. А. Белера, Д. Д. Деев, И. А. Смирнов [и др.] // Научное обозрение. Технические науки. – 2020. – № 4. – С. 7-13. – EDN AVTTCE.

22. Белослюдов, А. С. Обнаружение физических атак повторного воспроизведения речи с помощью легкой сверточной сети с графовым вниманием / А. С. Белослюдов, А. А. Лепендин, Я. А. Филин // Проблемы правовой и технической защиты информации. – 2023. – № 11. – С. 8-15. – EDN WFWMGU.

Чернышова А.В., Коржов А. В. Анализ эффективности протоколов передачи данных, использующих криптографические алгоритмы на эллиптических кривых. В статье рассмотрено понятие эллиптической криптографии, рассмотрены основные современные протоколы передачи данных, которые применяют в своей основе эллиптическую криптографию, выявлены основные достоинства и недостатки данных протоколов. Также в статье приведён анализ основных уязвимостей к атакам современных протоколов передачи данных, использующих криптографию на эллиптических кривых.

Ключевые слова: криптография, протокол, SSL/TLS, алгоритм, ECDHE, ECDSA, Signal Protocol, SSH, Bitcoin, IPSec, FIDO, WireGuard, преимущество, недостаток, уязвимость, атака.

Chernyshova A.V., Korzhov A.V. Effectiveness analysis of data transfer protocols using elliptic curve cryptographic algorithms. This paper examines the concept of elliptic curve cryptography and analyzes major contemporary data transfer protocols based on elliptic curve cryptography, identifying their key advantages and disadvantages. The study also presents an analysis of primary vulnerabilities to attacks in modern data transfer protocols that implement elliptic curve cryptography.

Keywords: cryptography, protocol, SSL/TLS, algorithm, ECDHE, ECDSA, Signal Protocol, SSH, Bitcoin, IPSec, FIDO, WireGuard, advantage, disadvantage, vulnerability, attack.