Гигабайты власти

Представляет схема собой следующее. А5 реализует поточный шифр на основе трех линейных регистров сдвига с неравномерным движением. Такого рода схемы на языке специалистов именуются «криптографией военного уровня» и при верном выборе параметров способны обеспечивать очень высокую стойкость шифра. Однако, в А5 длины регистров выбраны очень короткими – 19, 22 и 23 бита. Начальное заполнение этих регистров в сумме и дает 64-битный сеансовый ключ шифрования в GSM. Уже одни эти укороченные длины регистров дают теоретическую возможность для хорошо известной криптографам лобовой атаки, когда перебирают заполнение двух первых регистров, восстанавливая содержимое третьего регистра по выходной шифрующей последовательности.

Регистры сдвига в схеме А5 имеют не только короткую длину, но и слабые прореженные полиномы обратной связи. Это дает шансы на успех еще одной атаке – корреляционному анализу, позволяющему вскрывать ключ по просачивающейся в выход информации о заполнении регистров. В июне 1994 года д-р Саймон Шеферд из Брэдфордского университета должен был представить на коллоквиуме IEEE в Лондоне свой корреляционный способ вскрытия А5. Однако, в последний момент его выступление было запрещено спецслужбой GCHQ, Штаб-квартирой правительственной связи. Доклад был сделан лишь на закрытой секции и опубликован в засекреченном сборнике [SS94].

Прошла еще пара лет, и до анализа А5 дошли руки у сербского криптографа д-ра Иована Голича, наиболее, вероятно, авторитетного в академических кругах специалиста по поточным шифрам [JG97]. С чисто теоретических позиций он описал атаку, позволяющую легко вскрывать начальные заполнения регистров всего по 64 битам шифрпоследовательности. (Справедливости ради надо, правда, отметить, что в реальности данная атака оказалась значительно более трудоемкой. Проведенный в стенах Microsoft эксперимент [PL98] действительно привел к вскрытию ключа, но понадобилось для этого около двух недель работы 32-узлового кластера машин РП-300. Практичной такую атаку никак не назовешь. Правда, и репутация у криптоэкспертов Microsoft, мягко говоря, не блестящая.) Но в той же работе Голича был описан и еще один метод, известный в криптоанализе под общим названием «балансировка время-память», позволяющий существенно сокращать время вскрытия за счет интенсивных предвычислений и хранения предварительных данных в памяти. Так, к примеру, можно было сократить количество опробований вариантов ключа всего до смешных 222 (вскрытие просто «влет»), но для этого требовались 64 терабайта дисковой памяти (что, понятное дело, тоже трудно назвать приемлемыми цифрами для практичной атаки). Но сама идея четко продемонстрировала метод постепенного выхода на реальное соотношение параметров.

А вскоре пошли и сигналы уже о действительном вскрытии защиты системы GSM.

Клонирование и перехват

В апреле 1998 г. группа компьютерных экспертов и криптографов из Калифорнии широко объявила и продемонстрировала, что ей удалось клонировать мобильный телефон стандарта GSM. Ранее всеми по умолчанию предполагалось, что цифровые сети GSM гораздо надежнее защищены от этой напасти, приносящей миллионные убытки сетям аналоговой сотовой телефонии [SC98].

Возглавлял группу Марк Брисено (в Сети более известный как Лаки Грин), глава ассоциации SDA (Smartcard Developer Association), представляющей интересы разработчиков программного обеспечения для смарт-карт. Избрав своей целью определить степень стойкости GSM к попыткам клонирования, исследователи занялись обратной разработкой модуля SIM – той самой смарт-карты, что вставляется в сотовый телефон, содержит алгоритмы АЗ-А8 и однозначно идентифицирует абонента. В процессе подготовки к работам по вскрытию содержимого чипа, в руки к исследователям неисповедимыми путями попало описание «алгоритма COMF128» – наиболее широко распространенной практической реализации АЗ-А8 в SIM-модулях. Эта документация помогла быстрее и полностью восстановить всю необходимую информацию о схеме. После этого Брисено пригласил для ее анализа двух молодых, но уже известных криптоаналитиков, аспирантов Калифорнийского университета в Беркли Дэвида Вагнера и Иэна Голдберга. Тем понадобилось всего несколько часов, чтобы отыскать в схеме фатальные прорехи и разработать метод извлечения из смарт-карты секретного содержимого с помощью 219 опросов чипа (примерно 8 часов).

Представители консорциума GSM, как это принято, сразу же объявили полученные результаты «лабораторными» и не несущими реальной угрозы пользователям сотовой связи. По сути, угроза была представлена «нереальной» лишь на том основании, что в США обладание оборудованием для клонирования и публичная практическая демонстрация разработанной атаки являются противозаконными. Но уже очень скоро стали появляться сообщения о демонстрации клонирования телефонов GSM в странах с иным законодательством, в частности, в Германии [СС98].