Подумайте обо всем этом как о неагрессивных биологических экспериментах. Вы можете многое узнать об организме, если будете просто наблюдать за ним: что он ест, что он выделяет, когда он спит, сколько времени ему требуется для выполнения определенной задачи в различных случаях, в условиях тепла или холода, сырости или сухости. Нет необходимости его вскрывать: вы можете многое узнать о нем в процессе его нормального функционирования.

Вскрыть его всегда интересно, особенно если вы сумеете сделать это, не убивая его. Если мы взломаем систему сопротивления вторжения и не разрушим модуль, мы узнаем множество подробностей о его системе безопасности.

Анализ ошибок – еще одна мощная атака, поскольку шифрование чувствительно к малым изменениям. В главе 7 я говорил о том, как легко это применить к некорректной системе шифрования, нарушив ее безопасность в процессе функционирования. При анализе ошибок аналитик намеренно вводит ошибки в процесс осуществления шифрования – в особых точках, которые обеспечат максимальную утечку информации. Комбинируя это со взломом системы сопротивления вторжению – действуя на ключевые точки в том и другом направлении (не случайно, но специальным образом), – можно провести разрушительную атаку против безопасных модулей.

Систематические атаки недешевы. Маловероятно, что они будут выполнены преступниками-одиночками или сообществом террористов. Это атаки, которые могут осуществляться хорошо финансируемыми противниками: организованной преступностью, промышленными конкурентами, военными разведывательными организациями и академическими лабораториями. Но они работают, и работают хорошо. Системы, подобные смарт-картам, выполняли бы свои функции надежно, если бы заранее предполагалось, что систематические атаки возможны, и была уверенность, что даже в случае их успешного осуществления безопасность системы не будет нарушена.

Атаки с использованием побочных каналов не всегда можно распространить на любые системы. Нападение, основанное на анализе ошибок, невозможно провести, если процесс шифрования осуществляется таким образом, что атакующий не имеет возможности создать и использовать нужные ошибки. Но эта атака намного сильнее стандартных криптаналитических атак против алгоритмов. Например, известная атака против DES с использованием анализа ошибок требует от 50 до 200 блоков зашифрованного текста (без открытого текста) для того, чтобы восстановить ключ. Она работает только на определенных аутентификаторах DES, будучи выполненной определенным образом. Контраст с этим составляет лучшая атака без использования сторонних каналов, которая требует около 64 Тбайт открытого текста и зашифрованного текста для определения единственного ключа.

Некоторые исследователи заявляют, что это обман. Правильно, но в системах, существующих в реальном мире, атакующие всегда обманывают. Их работа – восстановить ключ, а не следовать неким произвольным правилам выполнения атаки. Дальновидные разработчики систем безопасности понимают это и приспосабливаются к обстановке. Мы верим, что наиболее действенные атаки используют информацию, получаемую через побочные каналы. Звук – тоже побочный канал; о прослушивании вращательного движения роторов электромеханических двигателей упоминал в своей книге «The Codebreakers» Дэвид Кан. Военные Соединенных Штатов долгое время разбирались с TEMPEST. И в своей книге «Охотник за шпионами» («Spycatcher») Питер Райт обсуждает утечку секретных данных через линию передач по побочному каналу (метод, известный среди военных как HIJACK), которая позволила взломать шифровальный механизм, использовавшийся французами.

Осуществить защиту трудно. Вы можете либо сократить количество информации, утекающей через побочные каналы, либо сделать эту информацию не соответствующей действительности. Оба метода имеют свои проблемы, хотя исследователи работают над ними. Более дорогие устройства оборудованы датчиками, позволяющими обнаружить подключение на входе, – регуляторами, определяющими падение напряжения, термометрами, фиксирующими попытки охладить устройство, часами, устойчивыми к внешним сбоям, – и не разрушить свои секреты. Другие устройства чувствуют, что их вскрыли, и реагируют подобающим образом. Но эти виды защитных мер преимущественно используются только в системах, которые покупают военные, и даже не применяются в таких безопасных устройствах, как смарт-карты.

Атаки с использованием побочных каналов очень эффективны, и это будет до тех пор, пока не существует хорошей теории, на которой могла бы строиться защита. В любом случае система, в которой устройство находится в руках одной персоны, а секреты, содержащиеся внутри, принадлежат другой, рискованна.

Смарт-карты могут рассматриваться как своего рода «заговоренные пули» компьютерной безопасности – многоцелевой инструмент, который находит применение для контроля доступа, в электронной коммерции, аутентификации, защите секретности и других приложениях. В основном разработчики используют их свойства безопасной территории: процессор и память, находящиеся внутри, неуязвимы (предположительно) для атак. Также они маленькие, переносимые, дешевые и гибкие. Это делает их привлекательными, но недостатки прямого ввода-вывода, применяемого в смарт-картах, придают им большую уязвимость.

Наиболее интересно в смарт-картах то, что существует большое число сторон, вовлеченных в любую систему на основе смарт-карт. Это означает, что смарт-карты чувствительны ко многим видам атак. Большинство этих атак невозможно в обычных компьютерных системах, так как они могли бы иметь место только в случае проникновения внутрь безопасной территории. Но по отношению к смарт-картам все перечисленные ниже атаки вправе вполне обоснованно считаться опасными.

Атаки со стороны терминала против владельца карты или против того, кому принадлежат данные. Когда владелец карты опускает свою карту в терминал, он полагается на то, что терминал правильно осуществит ввод-вывод данных. Безопасность большинства систем с использованием смарт-карт основывается на том факте, что терминал имеет доступ к карте в течение короткого промежутка времени. На самом деле безопасность имеет отношение не только к обмену данными между смарт-картой и терминалом: должна быть законченная система обработки, которая способна отслеживать карты, терминалы и сигнализировать об их подозрительном поведении.

Атаки со стороны владельца карты против терминала. Более тонкими являются атаки владельцев карт против терминала. К ним относятся подмена или изменение карт с использованием программного обеспечения в жульнических целях, для того чтобы нарушить работу протокола обмена между картами и терминалом. Хорошо сконструированный протокол снижает риск подобной атаки. Риск угрозы падает еще больше, если карты имеют физические характеристики, которые сложно подделать (например, голограмма Visa-карты) и которые могут быть непосредственно проверены владельцем терминала.

Атаки со стороны владельца карты против собственника данных. В большинстве коммерческих систем, использующих смарт-карты, данные, хранящиеся на карте, должны быть защищены от ее владельца. В некоторых случаях владелец карты даже не должен знать эти данные. Если карта содержит значение денежной суммы, и ее владелец сумеет изменить это значение, он сможет эффективно создавать деньги из ничего. Было много успешных атак против данных, содержащихся в смарт-картах.

Атаки со стороны владельца карты против того, кто их выпускает. Многие финансовые атаки были направлены против того, кто выпускает смарт-карты, но фактически против целостности и подлинности данных или программ, хранящихся на карте. Если изготовитель карт поместил биты, которые ответственны за разрешение на вход в систему, на карту, он не должен удивляться, если эти биты будут атакованы. Подобные системы основываются на сомнительном предположении, что безопасной территории внутри карты достаточно для решения задачи, перед ней поставленной.