Сетевая безопасность

Материал из ПИЭ.Wiki

Перейти к: навигация, поиск

При рассмотрении безопасности информационных систем обычно выделяют две группы проблем: безопасность компьютера и сетевая безопасность. К безопасно¬сти компьютера относят все проблемы защиты данных, хранящихся и обрабаты¬вающихся компьютером, который рассматривается как автономная система. Эти проблемы решаются средствами операционных систем и приложений, таких как базы данных, а также встроенными аппаратными средствами компьютера. Под сетевой безопасностью понимают все вопросы, связанные с взаимодействием уст¬ройств в сети, это прежде всего защита данных в момент их передачи по линиям связи и защита от несанкционированного удаленного доступа в сеть. И хотя под¬час проблемы компьютерной и сетевой безопасности трудно отделить друг от друга, настолько тесно они связаны, совершенно очевидно, что сетевая безопас¬ность имеет свою специфику. Автономно работающий компьютер можно эффективно защитить от внешних по¬кушений разнообразными способами, например, просто запереть на замок кла¬виатуру или снять жесткий накопитель и поместить его в сейф. Компьютер, ра¬ботающий в сети, по определению не может полностью отгородиться от мира, он должен общаться с другими компьютерами, возможно, даже удаленными от него на большое расстояние, поэтому обеспечение безопасности в сети является зада¬чей значительно более сложной. Логический вход чужого пользователя в ваш компьютер является штатной ситуацией, если вы работаете в сети. Обеспечение безопасности в такой ситуации сводится к тому, чтобы сделать это проникнове¬ние контролируемым — каждому пользователю сети должны быть четко опреде¬лены его права по доступу к информации, внешним устройствам и выполнению системных действий на каждом из компьютеров сети. Помимо проблем, порождаемых возможностью удаленного входа в сетевые ком¬пьютеры, сети по своей природе подвержены еще одному виду опасности - перехвату и анализу сообщений, передаваемых по сети, а также созданию «ложного» трафика. Большая часть средств обеспечения сетевой безопасности направлена на предотвращение именно этого типа нарушений. Вопросы сетевой безопасности приобретают особое значение сейчас, когда при построении корпоративных сетей наблюдается переход от использования выделенных каналов к публичным сетям (Интернет, frame relay). Поставщики услуг публичных сетей пока редко обеспечивают защиту пользовательских данных при их транспортировке по своим магистралям, возлагая на пользователей заботы по их конфиденциальности, целостности и доступности.

При рассмотрении безопасности информационных систем обычно выделяют две группы проблем: безопасность компьютера и сетевая безопасность. К безопасно¬сти компьютера относят все проблемы защиты данных, хранящихся и обрабаты¬вающихся компьютером, который рассматривается как автономная система. Эти проблемы решаются средствами операционных систем и приложений, таких как базы данных, а также встроенными аппаратными средствами компьютера. Под сетевой безопасностью понимают все вопросы, связанные с взаимодействием уст¬ройств в сети, это прежде всего защита данных в момент их передачи по линиям связи и защита от несанкционированного удаленного доступа в сеть. И хотя под¬час проблемы компьютерной и сетевой безопасности трудно отделить друг от друга, настолько тесно они связаны, совершенно очевидно, что сетевая безопас¬ность имеет свою специфику. Автономно работающий компьютер можно эффективно защитить от внешних по¬кушений разнообразными способами, например, просто запереть на замок кла¬виатуру или снять жесткий накопитель и поместить его в сейф. Компьютер, ра¬ботающий в сети, по определению не может полностью отгородиться от мира, он должен общаться с другими компьютерами, возможно, даже удаленными от него на большое расстояние, поэтому обеспечение безопасности в сети является зада¬чей значительно более сложной. Логический вход чужого пользователя в ваш компьютер является штатной ситуацией, если вы работаете в сети. Обеспечение безопасности в такой ситуации сводится к тому, чтобы сделать это проникнове¬ние контролируемым — каждому пользователю сети должны быть четко опреде¬лены его права по доступу к информации, внешним устройствам и выполнению системных действий на каждом из компьютеров сети. Помимо проблем, порождаемых возможностью удаленного входа в сетевые ком¬пьютеры, сети по своей природе подвержены еще одному виду опасности - перехвату и анализу сообщений, передаваемых по сети, а также созданию «ложного» трафика. Большая часть средств обеспечения сетевой безопасности направлена на предотвращение именно этого типа нарушений. Вопросы сетевой безопасности приобретают особое значение сейчас, когда при построении корпоративных сетей наблюдается переход от использования выделенных каналов к публичным сетям (Интернет, frame relay). Поставщики услуг публичных сетей пока редко обеспечивают защиту пользовательских данных при их транспортировке по своим магистралям, возлагая на пользователей заботы по их конфиденциальности, целостности и доступности.

Содержание

Основные понятия безопасности

Конфиденциальность, целостность и доступность данных

Безопасная информационная система — это система, которая, во-первых, защи¬щает данные от несанкционированного доступа, во-вторых, всегда готова предос¬тавить их своим пользователям, а в-третьих, надежно хранит информацию и гарантирует неизменность данных. Таким образом, безопасная система по опре¬делению обладает свойствами конфиденциальности, доступности и целостности.

  • Конфиденциальность (confidentiality) — гарантия того, что секретные данные будут доступны только тем пользователям, которым этот доступ разрешен (такие пользователи называются авторизованными).
  • Доступность (availability) — гарантия того, что авторизованные пользователи всегда получат доступ к данным.
  • Целостность (integrity) — гарантия сохранности данными правильных значе¬ний, которая обеспечивается запретом для неавторизованных пользователей каким-либо образом изменять, модифицировать, разрушать или создавать данные.

Требования безопасности могут меняться в зависимости от назначения системы, характера используемых данных и типа возможных угроз. Трудно представить систему, для которой были бы не важны свойства целостности и доступности, но свойство конфиденциальности не всегда является обязательным. Например, если вы публикуете информацию в Интернете на Web-сервере, и вашей целью является сделать ее доступной для самого широкого круга людей, то конфиден¬циальность в данном случае не требуется. Однако требования целостности и до¬ступности остаются актуальными.

Действительно, если вы не предпримете специальных мер по обеспечению цело¬стности данных, злоумышленник может изменить данные на вашем сервере и нанести этим ущерб вашему предприятию. Преступник может, например, внести такие изменения в помещенный на Web-сервере прайс-лист, которые снизят кон¬курентоспособность вашего предприятия, или испортить коды свободно распро¬страняемого вашей фирмой программного продукта, что безусловно скажется на ее деловом имидже.

Не менее важным в данном примере является и обеспечение доступности дан¬ных. Затратив немалые средства на создание и поддержание сервера в Интер¬нете, предприятие вправе рассчитывать на отдачу: увеличение числа клиентов, количества продаж и т. д. Однако существует вероятность того, что злоумышленник предпримет атаку, в результате которой помещенные на сервер данные станут недоступными для тех, кому они предназначались. Примером таких зло¬намеренных действий может служить «бомбардировка» сервера IP-пакетами с неправильным обратным адресом, которые в соответствии с логикой работы это¬го протокола могут вызывать тайм-ауты, а в конечном счете сделать сервер не¬доступным для всех остальных запросов.

Понятия конфиденциальности, доступности и целостности могут быть определе¬ны не только по отношению к информации, но и к другим ресурсам вычисли¬тельной сети, например внешним устройствам или приложениям. Существует множество системных ресурсов, возможность «незаконного» использования кото¬рых может привести к нарушению безопасности системы. Например, неограни¬ченный доступ к устройству печати позволяет злоумышленнику получать копии распечатываемых документов, изменять параметры настройки, что может при¬вести к изменению очередности работ и даже к выводу устройства из строя. Свойство конфиденциальности, примененное к устройству печати, можно интер¬претировать так, что доступ к устройству имеют те и только те пользователи, ко¬торым этот доступ разрешен, причем они могут выполнять только те операции с устройством, которые для них определены. Свойство доступности устройства означает его готовность к использованию всякий раз, когда в этом возникает не¬обходимость. А свойство целостности может быть определено как свойство неиз¬менности параметров настройки данного устройства. Легальность использования сетевых устройств важна не только постольку, поскольку она влияет на безопас¬ность данных. Устройства могут предоставлять различные услуги: распечатку тек¬стов, отправку факсов, доступ в Интернет, электронную почту и т. п., незаконное потребление которых, наносящее материальный ущерб предприятию, также яв¬ляется нарушением безопасности системы.

Любое действие, которое направлено на нарушение конфиденциальности, цело¬стности и/или доступности информации, а также на нелегальное использование других ресурсов сети, называется угрозой. Реализованная угроза называется ата¬кой. Риск — это вероятностная оценка величины возможного ущерба, который может понести владелец информационного ресурса в результате успешно прове¬денной атаки. Значение риска тем выше, чем более уязвимой является сущест¬вующая система безопасности и чем выше вероятность реализации атаки.

Классификация угроз

Универсальной классификации угроз не существует, возможно, и потому, что нет предела творческим способностям человека, и каждый день применяются новые способы незаконного проникновения в сеть, разрабатываются новые средства мо¬ниторинга сетевого трафика, появляются новые вирусы, находятся новые изъяны в существующих программных и аппаратных сетевых продуктах. В ответ на это разрабатываются все более изощренные средства защиты, которые ставят пре¬граду на пути многих типов угроз, но затем сами становятся новыми объектами атак. Тем не менее попытаемся сделать некоторые обобщения. Так, прежде всего угрозы могут быть разделены на умышленные и неумышленные.

Неумышленные угрозы вызываются ошибочными действиями лояльных сотруд¬ников, становятся следствием их низкой квалификации или безответственности. Кроме того, к такому роду угроз относятся последствия ненадежной работы про¬граммных и аппаратных средств системы. Так, например, из-за отказа диска, кон¬троллера диска или всего файлового сервера могут оказаться недоступными данные, критически важные для работы предприятия. Поэтому вопросы безопас¬ности так тесно переплетаются с вопросами надежности, отказоустойчивости тех¬нических средств. Угрозы безопасности, которые вытекают из ненадежности работы программно-аппаратных средств, предотвращаются путем их совершен¬ствования, использования резервирования на уровне аппаратуры (RAID-масси¬вы, многопроцессорные компьютеры, источники бесперебойного питания, кла¬стерные архитектуры) или на уровне массивов данных (тиражирование файлов, резервное копирование).

Умышленные угрозы могут ограничиваться либо пассивным чтением данных или мониторингом системы, либо включать в себя активные действия, например нарушение целостности и доступности информации, приведение в нерабочее со¬стояние приложений и устройств. Так, умышленные угрозы возникают в резуль¬тате деятельности хакеров и явно направлены на нанесение ущерба предпри¬ятию.

В вычислительных сетях можно выделить следующие типы умышленных угроз:

  • незаконное проникновение в одни из компьютеров сети под видом легально¬го пользователя;
  • разрушение системы с помощью программ-вирусов;
  • нелегальные действия легального пользователя;
  • «подслушивание» внутрисетевого трафика.

Незаконное проникновение может быть реализовано через уязвимые места в сис¬теме безопасности с использованием недокументированных возможностей опе¬рационной системы. Эти возможности могут позволить злоумышленнику «обой¬ти» стандартную процедуру, контролирующую вход в сеть.

Другим способом незаконного проникновения в сеть является использование «чу¬жих» паролей, полученных путем подглядывания, расшифровки файла паролей, подбора паролей или получения пароля путем анализа сетевого трафика. Осо¬бенно опасно проникновение злоумышленника под именем пользователя, наде¬ленного большими полномочиями, например администратора сети. Для того чтобы завладеть паролем администратора, злоумышленник может попытаться войти в сеть под именем простого пользователя. Поэтому очень важно, чтобы все пользо¬ватели сети сохраняли свои пароли в тайне, а также выбирали их так, чтобы мак¬симально затруднить угадывание.

Подбор паролей злоумышленник выполняет с использованием специальных про¬грамм, которые работают путем перебора слов из некоторого файла, содержаще¬го большое количество слов. Содержимое файла-словаря формируется с учетом психологических особенностей человека, которые выражаются в том, что чело¬век выбирает в качестве пароля легко запоминаемые слова или буквенные соче¬тания.

Еще один способ получения пароля — это внедрение в чужой компьютер «троян¬ского коня». Так называют резидентную программу, работающую без ведома хозяи¬на данного компьютера и выполняющую действия, заданные злоумышленником. В частности, такого рода программа может считывать коды пароля, вводимого пользователем во время логического входа в систему.

Программа-«троянский конь» всегда маскируется под какую-нибудь полезную ути¬литу или игру, а производит действия, разрушающие систему. По такому прин¬ципу действуют и программы-вирусы, отличительной особенностью которых яв¬ляется способность «заражать» другие файлы, внедряя в них свои собственные копии. Чаще всего вирусы поражают исполняемые файлы. Когда такой испол¬няемый код загружается в оперативную память для выполнения, вместе с ним получает возможность исполнить свои вредительские действия вирус. Вирусы могут привести к повреждению или даже полной утрате информации.

Нелегальные действия легального пользователя — этот тип угроз исходит от ле¬гальных пользователей сети, которые, используя свои полномочия, пытаются вы¬полнять действия, выходящие за рамки их должностных обязанностей. Напри¬мер, администратор сети имеет практически неограниченные права на доступ ко всем сетевым ресурсам. Однако на предприятии может быть информация, до¬ступ к которой администратору сети запрещен. Для реализации этих ограниче¬ний могут быть предприняты специальные меры, такие, например, как шифрова¬ние данных, но и в этом случае администратор может попытаться получить дос¬туп к ключу. Нелегальные действия может попытаться предпринять и обычный пользователь сети. Существующая статистика говорит о том, что едва ли не по¬ловина всех попыток нарушения безопасности системы исходит от сотрудников предприятия, которые как раз и являются легальными пользователями сети.

«Подслушивание» внутрисетевого трафика — это незаконный мониторинг сети, захват и анализ сетевых сообщений. Существует много доступных программных и аппаратных анализаторов трафика, которые делают эту задачу достаточно три¬виальной. Еще более усложняется защита от этого типа угроз в сетях с глобаль¬ными связями. Глобальные связи, простирающиеся на десятки и тысячи кило¬метров, по своей природе являются менее защищенными, чем локальные связи (больше возможностей для прослушивания трафика, более удобная для злоумыш¬ленника позиция при проведении процедур аутентификации). Такая опасность одинаково присуща всем видам территориальных каналов связи и никак не зави¬сит от того, используются собственные, арендуемые каналы или услуги общедос¬тупных территориальных сетей, подобных Интернету.

Однако использование общественных сетей (речь в основном идет об Интерне¬те) еще более усугубляет ситуацию. Действительно, использование Интернета добавляет к опасности перехвата данных, передаваемых по линиям связи, опас¬ность несанкционированного входа в узлы сети, поскольку наличие огромного числа хакеров в Интернете увеличивает вероятность попыток незаконного проникновения в компьютер. Это представляет постоянную угрозу для сетей, под соединенных к Интернету.

Интернет сам является целью для разного рода злоумышленников. Поскольку Интернет создавался как открытая система, предназначенная для свободного обмена информацией, совсем не удивительно, что практически все протоколы стека TCP/IP имеют «врожденные» недостатки защиты. Используя эти недос¬татки, злоумышленники все чаще предпринимают попытки несанкционирован¬ного доступа к информации, хранящейся на узлах Интернета.

Системный подход к обеспечению безопасности

Построение и поддержка безопасной системы требует системного полхода. В со¬ответствии с этим подходом прежде всего необходимо осознать весь спектр воз¬можных угроз для конкретной сети и для каждой из этих угроз продумать тактику ее отражения. В этой борьбе можно и нужно использовать самые разноплановые средства и приемы — морально-этические и законодательные, административ¬ные и психологические, защитные возможности программных и аппаратных средств сети.

К морально-этическим средствам защиты можно отнести всевозможные нормы, которые сложились по мере распространения вычислительных средств в той или иной стране. Например, подобно тому как в борьбе против пиратского копирова¬ния Программ в настоящее время в основном используются меры воспитатель¬ного плана, необходимо внедрять в сознание людей аморальность всяческих по¬кушений на нарушение конфиденциальности, целостности и доступности чужих информационных ресурсов.

Законодательные средства защиты — это законы, постановления правительства и указы президента, нормативные акты и стандарты, которыми регламентируют¬ся правила использования и обработки информации ограниченного доступа, а также вводятся меры ответственности за нарушения этих правил. Правовая регламентация деятельности в области защиты информации имеет целью защи¬ту информации, составляющей государственную тайну, обеспечение нрав потре¬бителей на получение качественных продуктов, защиту конституционных прав граждан на сохранение личной тайны, борьбу с организованной преступностью.

'Административные меры — это действия, предпринимаемые руководством пред¬приятия или организации для обеспечения информационной безопасности. К та¬ким мерам относятся конкретные правила работы сотрудников предприятия, например режим работы сотрудников, их должностные инструкции, строго опре¬деляющие порядок работы с конфиденциальной информацией на компьютере. К административным мерам также относятся правила приобретения предпри¬ятием средств безопасности. Представители администрации, которые несут от¬ветственность за защиту информации, должны выяснить, насколько безопасным является использование продуктов, приобретенных у зарубежных поставщиков. Особенно это касается продуктов, связанных с шифрованием. В таких случаях желательно проверить наличие у продукта сертификата, выданного российски¬ми тестирующими организациями.

Психологические меры безопасности могут играть значительную роль в укрепле¬нии безопасности системы. Пренебрежение учетом психологических моментов в неформальных процедурах, связанных с безопасностью, может привести к на¬рушениям защиты. Рассмотрим, например, сеть предприятия, в которой работает много удаленных пользователей. Время от времени пользователи должны ме¬нять пароли (обычная практика для предотвращения их подбора). В данной системе выбор паролей осуществляет администратор. В таких условиях злоумыш¬ленник может позвонить администратору по телефону и от имени легального пользователя попробовать получить пароль. При большом количестве удален¬ных пользователей не исключено, что такой простой психологический прием мо¬жет сработать.

К физическим средствам защиты относятся экранирование помещений для защи¬ты от излучения, проверка поставляемой аппаратуры на соответствие ее специ¬фикациям и отсутствие аппаратных «жучков», средства наружного наблюдения, устройства, блокирующие физический доступ к отдельным блокам компьютера, различные замки и другое оборудование, защищающие помещения, где находят¬ся носители информации, от незаконного проникновения и т. д. и т. п.

Технические средства информационной безопасности реализуются программным и аппаратным обеспечением вычислительных сетей. Такие средства, называемые также службами сетевой безопасности, решают самые разнообразные задачи по защите системы, например контроль доступа, включающий процедуры аутен¬тификации и авторизации, аудит, шифрование информации, антивирусную за¬щиту, контроль сетевого трафика и много других задач. Технические средства безопасности могут быть либо встроены в программное (операционные системы и приложения) и аппаратное (компьютеры и коммуникационное оборудование) обеспечение сети, либо реализованы в виде отдельных продуктов, созданных специально для решения проблем безопасности.

Политика безопасности

Важность и сложность проблемы обеспечения безопасности требует выработки политики информационной безопасности, которая подразумевает ответы на еле дующие вопросы:

  • Какую информацию защищать?
  • Какой ущерб понесет предприятие при потере или при раскрытии тех или иных данных?
  • Кто или что является возможным источником угрозы, какого рода атаки на безопасность системы могут быть предприняты?
  • Какие средства использовать для защиты каждого вида информации?

Специалисты, ответственные за безопасность системы, формируя политику без¬опасности, должны учитывать несколько базовых принципов. Одним из таких принципов является предоставление каждому сотруднику предприятия того минимально уровня привилегий на доступ к данным, который необходим ему для выполнения его должностных обязанностей. Учитывая, что большая часть нару¬шений в области безопасности предприятий исходит именно от собственных со¬трудников, важно ввести четкие ограничения для всех пользователей сети, не на¬деляя их излишними возможностями.

Следующий принцип — использование комплексного подхода к обеспечению без¬опасности. Чтобы затруднить злоумышленнику доступ к данным, необходимо предусмотреть самые разные средства безопасности, начиная с организационно-административных запретов и кончая встроенными средствами сетевой аппара¬туры. Административный запрет на работу в воскресные дни ставит потенциаль¬ного нарушителя под визуальный контроль администратора и других пользовате¬лей, физические средства защиты (закрытые помещения, блокировочные ключи) ограничивают непосредственный контакт пользователя только приписанным ему компьютером, встроенные средства сетевой ОС (система аутентификации и авторизации) предотвращают вход в сеть нелегальных пользователей, а для легального пользователя ограничивают возможности только разрешенными для него операциями (подсистема аудита фиксирует его действия). Такая система защиты с многократным резервированием средств безопасности увеличивает ве¬роятность сохранности данных.

Используя многоуровневую систему защиты, важно обеспечивать баланс надежности защиты всех уровней. Если в сети все сообщения шифруются, но ключи легкодоступны, то эффект от шифрования нулевой. Или если на компьютерах установлена файловая система, поддерживающая избирательный доступ на уров¬не отдельных файлов, но имеется возможность получить жесткий диск и устано¬вить его на другой машине, то все достоинства средств защиты файловой систе¬мы сводятся на нет. Если внешний трафик сети, подключенной к Интернету, проходит через мощный брандмауэр, но пользователи имеют возможность свя¬зываться с узлами Интернета по коммутируемым линиям, используя локально установленные модемы, то деньги (как правило, немалые), потраченные на бранд¬мауэр, можно считать выброшенными на ветер.

Следующим универсальным принципом является использование средств, кото¬рые при отказе переходят в состояние максимальной защиты. Это касается самых различных средств безопасности. Если, например, автоматический пропускной пункт в какое-либо помещение ломается, то он должен фиксироваться в таком положении, чтобы ни один человек не мог пройти на защищаемую территорию. А если в сети имеется устройство, которое анализирует весь входной трафик и отбрасывает кадры с определенным, заранее заданным обратным адресом, то при отказе оно должно полностью блокировать вход в сеть. Неприемлемым следова¬ло бы признать устройство, которое бы при отказе пропускало в сеть весь внеш¬ний трафик.

Принцип единого контрольно-пропускного пункта — весь входящий во внутрен¬нюю сеть и выходящий во внешнюю сеть трафик должен проходить через един¬ственный узел сети, например через межсетевой экран (firewall). Только это позволяет в достаточной степени контролировать трафик. В противном случае, когда в сети имеется множество пользовательских станций, имеющих независи¬мый выход во внешнюю сеть, очень трудно скоординировать правила, ограничи¬вающие права пользователей внутренней сети по доступу к серверам внешней сети и обратно — права внешних клиентов по доступу к ресурсам внутренней сети.

Принцип баланса возможного ущерба от реализации угрозы и затрат на ее предотвращение. Ни одна система безопасности не гарантирует защиту данных на уровне 100 %, поскольку является результатом компромисса между возможны¬ми рисками и возможными затратами. Определяя политику безопасности, адми¬нистратор должен взвесить величину ущерба, которую может понести предприятие в результате нарушения защиты данных, и соотнести ее с величиной за¬трат, требуемых на обеспечение безопасности этих данных. Так, в некоторых случаях можно отказаться от дорогостоящего межсетевого экрана в пользу стан¬дартных средств фильтрации обычного маршрутизатора, в других же можно пой¬ти на беспрецедентные затраты. Главное, чтобы принятое решение было обосно¬вано экономически.

При определении политики безопасности для сети, имеющей выход в Интернет, специалисты рекомендуют разделить задачу на две части: выработать политику доступа к сетевым службам Интернета и выработать политику доступа к ресур¬сам внутренней сети компании.

Политика доступа к сетевым службам Интернета включает следующие пункты:

  • Определение списка служб Интернета, к которым пользователи внутренней сети должны иметь ограниченный доступ.
  • Определение ограничений на методы доступа, например на использование протоколов SLIP (Serial Line Internet Protocol) и PPP (Point-to-Point Proto¬col). Ограничения методов доступа необходимы для того, чтобы пользователи не могли обращаться к «запрещенным» службам Интернета обходными путями. Например, если для ограничения доступа к Интернету в сети устанавлива¬ется специальный шлюз, который не дает возможности пользователям рабо¬тать в системе WWW, они могут устанавливать с Web-серверами РРР-соеди-нения по коммутируемой линии. Во избежание этого надо просто запретить использование протокола РРР.
  • Принятие решения о том, разрешен ли доступ внешних пользователей из Ин¬тернета во внутреннюю сеть. Если да, то кому. Часто доступ разрешают толь¬ко для некоторых, абсолютно необходимых для работы предприятия служб например электронной почты.

Политика доступа к ресурсам внутренней сети компании может быть выражен в одном из двух принципов:

  • запрещать все, что не разрешено в явной форме;
  • разрешать все, что не запрещено в явной форме.

В соответствии с выбранным принципом определяются правила обработки внеш¬него трафика межсетевыми экранами или маршрутизаторами. Реализация защи¬ты на основе первого принципа дает более высокую степень безопасности, одна ко при этом могут возникать большие неудобства у пользователей, а кроме того такой способ защиты обойдется значительно дороже. При реализации второг принципа сеть окажется менее защищенной, однако пользоваться ею будет удо нее и потребуется меньше затрат.

Базовые технологии безопасности

В разных программных и аппаратных продуктах, предназначенных для защит данных, часто используются одинаковые подходы, приемы и технические решения. К таким базовым технологиям безопасности относятся аутентификация, авторизация, аудит и технология защищенного канала.

Шифрование

Шифрование — это краеугольный камень всех служб информационной безопасности, будь то система аутентификации или авторизации, средства создания защищенного канала или способ безопасного хранения данных.

Любая процедура шифрования, превращающая информацию из обычного «по¬нятного» вида в «нечитабельный» зашифрованный вид, естественно, должна быть дополнена процедурой дешифрирования, которая, будучи примененной к зашифрованному тексту, снова приводит его в понятный вид. Пара процедур — шифрование и дешифрирование — называется криптосистемой.

Информацию, над которой выполняются функции шифрования и дешифрирования, будем условно называть «текст», учитывая, что это может быть также числовой массив или графические данные.

В современных алгоритмах шифрования предусматривается наличие параметра — секретного ключа. В криптографии принято правило Керкхоффа: «Стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа». Так, все стандартные алгоритмы шифрования (например, DES, PGP) широко известны, их детальное описание содержится в легко доступных документах, но от этого их эффективность не снижается. Злоумышленнику может быть все известно об алгоритме шифрования, кроме секретного ключа (следует отметить, однако, что существует немало фирменных алгоритмов, описание которых не публикуется).

Алгоритм шифрования считается раскрытым, если найдена процедура, позволяющая подобрать ключ за реальное время. Сложность алгоритма раскрытия является одной из важных характеристик криптосистемы и называется криптостойкостъю.

Существуют два класса криптосистем — симметричные и асимметричные. В сим¬метричных схемах шифрования (классическая криптография) секретный ключ зашифровки совпадает с секретным ключом расшифровки. В асимметричных схе¬мах шифрования (криптография с открытым ключом) открытый ключ зашифровки не совпадает с секретным ключом расшифровки.

Симметричные алгоритмы шифрования

Файл:Рисунок111.jpg На рис. 11.1 приведена классическая модель симметричной криптосистемы, теоретические основы которой впервые были изложены в 1949 году в работе Клода Шеннона. В данной модели три участника: отправитель, получатель, злоумышленник. Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу передать некоторое сообщение в защищенном виде. Для этого он на ключе к зашифровывает открытый текст X и передает шифрованный текст Y. Задача получателя заключается в том, чтобы расшифровать Y и прочитать сообщение X. Предполагается, что отправитель имеет свой источник ключа. Сгенерированный ключ заранее по надежному каналу передается получателю. Задача злоумышленника заключается в перехвате и чтении передаваемых сообщений, а также в ими¬тации ложных сообщений.

Модель является универсальной — если зашифрованные данные хранятся в компьютере и никуда не передаются, отправитель и получатель совмещаются в одном лице, а в роли злоумышленника выступает некто, имеющий доступ к компьютеру в ваше отсутствие.

Наиболее популярным стандартным симметричным алгоритмом шифрования данных является DES {Data Enciyption Standard). Алгоритм разработан фирмой IBM и в 1976 году был рекомендован Национальным бюро стандартов к использованию в открытых секторах экономики. Суть этого алгоритма заключается в следующем (рис. 11.2).

Данные шифруются поблочно. Перед шифрованием любая форма представления данных преобразуется в числовую. Эти числа получают путем любой открытой процедуры преобразования блока текста в число. Например, ими могли бы быть значения двоичных чисел, полученных слиянием ASCII-кодов последовательных символов соответствующего блока текста. На вход шифрующей функции поступает блок данных размером 64 бита, он делится пополам на левую (L) и правую (R) части. На первом этапе на место левой части результирующего блока помещается правая часть исходного блока. Правая часть результирующего блока вычисляется как сумма по модулю 2 (операция XOR) левой и правой частей исходного блока. Затем на основе случайной двоичной последовательности по определенной схеме в полученном результате выполняются побитные замены и перестановки. Используемая двоичная последовательность, представляющая собой ключ данного алгоритма, имеет длину 64 бита, из которых 56 действительно случайны, а 8 предназначены для контроля ключа. Файл:Рисунок112.jpg

Вот уже в течение двух десятков лет алгоритм DES испытывается на стойкость. И хотя существуют примеры успешных попыток «взлома» данного алгоритма, в целом можно считать, что он выдержал испытания. Алгоритм DES широко используется в различных технологиях и продуктах безопасности информационных систем. Для того чтобы повысить криптостойкость алгоритма DES, иногда применяют его усиленный вариант, называемый «тройным UES», который включает троекратное шифрование с использованием двух разных ключей. При этом можно считать, что длина ключа увеличивается с 56 бит до 112 бит, а значит, криптостойкость алгоритма существенно повышается. Но за это приходится платить производительностью — «тройной DES» требует в три раза больше времени, чем «обычный» DES.

В симметричных алгоритмах главную проблему представляют ключи. Во-первых, криптостойкость многих симметричных алгоритмов зависит от качества ключа, это предъявляет повышенные требования к службе генерации ключей. Во-вторых, принципиальной является надежность канала передачи ключа второму участнику секретных переговоров. Проблема с ключами возникает даже в системе С двумя абонентами, а в системе с n абонентами, желающими обмениваться секретными данными по принципу «каждый с каждым», потребуется их(и-1)/2 ключей, которые должны быть сгенерированы и распределены надежным образом. То есть количество ключей пропорционально квадрату количества абонентов, что при большом числе абонентов делает задачу чрезвычайно сложной. Несимметричные алгоритмы, основанные на использовании открытых ключей, снимают эту проблему.

Несимметричные алгоритмы шифрования

В середине 70-х двое ученых — Винфилд Диффи и Мартин Хеллман - описали принципы шифрования с открытыми ключами.

Особенность шифрования на основе открытых ключей состоит в том, что одно¬временно генерируется уникальная пара ключей, таких, что текст, зашифрованный одним ключом, может быть расшифрован только с использованием второго ключа и наоборот.

В модели криптосхемы с открытым ключом также три участника: отправитель, получатель, злоумышленник (рис. 11.3). Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу связи передать некоторое сообщение в защищенном виде. Получатель генерирует на своей стороне два ключа: открытый Е и закрытый D. Закрытый ключ D (часто называемый также личным ключом) абонент должен сохранять в защищенном месте, а открытый ключ Е он может передать всем, с кем он хочет поддерживать защищенные отношения. Открытый ключ используется для шифрования текста, но расшифровать текст можно только с помощью закрытого ключа. Поэтому открытый ключ передается отправителю в незащищенном виде. Отправитель, используя открытый ключ получателя, шифрует сообщение X и передает его получателю. Получатель расшифровывает сообщение своим закрытым ключом D.Рисунок 11.3

Очевидно, что числа, одно из которых используется для шифрования текста, а другое — для дешифрирования, не могут быть независимыми друг от друга, а значит, есть теоретическая возможность вычисления закрытого ключа по открытому, но это связано с огромным количеством вычислений, которые требуют соответственно огромного времени. Поясним принципиальную связь между закрытым и открытым ключами следующей аналогией.

Пусть абонент 1 (рис. 11.4, а) решает вести секретную переписку со своими сотрудниками на малоизвестном языке, например санскрите. Для этого он обзаводится санскритско-русским словарем, а всем своим абонентам посылает русско-санскритские словари. Каждый из них, пользуясь словарем, пишет сообщения на санскрите и посылает их абоненту 1, который переводит их на русский язык, пользуясь доступным только ему санскритско-русским словарем. Очевидно, что здесь роль открытого ключа Е играет русско-санскритский словарь, а роль закрытого ключа D — санскритско-русский словарь. Могут ли абоненты 2, 3 и 4 прочитать чужие сообщения S2, S3, S4, которые посылает каждый из них абоненту 1? Вообще-то нет, так как, для этого им нужен санскритско-русский словарь, обладателем которого является только абонент 1. Но теоретическая возможность этого имеется, так как затратив массу времени, можно прямым перебором составить санскритско-русский словарь по русско-санскритскому словарю. Такая процедура, требующая больших временных затрат, является отдаленной аналогией восстановления закрытого ключа по открытому. Файл:File00114.jpg


На рис. 11.4, б показана другая схема использования открытого и закрытого ключей, целью которой является подтверждение авторства (аутентификация или электронная подпись) посылаемого сообщения. В этом случае поток сообщений имеет обратное направление — от абонента 1, обладателя закрытого ключа D, к его корреспондентам, обладателям открытого ключа Е. Если абонент 1 хочет аутентифицировать себя (поставить электронную подпись), то он шифрует известный текст своим закрытым ключом D и передает шифровку своим корреспондентам. Если им удается расшифровать текст открытым ключом абонента 1, то это доказывает, что текст был зашифрован его же закрытым ключом, а значит, именно он является автором этого сообщения. Заметим, что в этом случае сообщения S2, S3, S4, адресованные разным абонентам, не являются секретными, так как все они — обладатели одного и того же открытого ключа, с помощью которо¬го они могут расшифровывать все сообщения, поступающие от абонента 1.

Если же нужна взаимная аутентификация и двунаправленный секретный обмен сообщениями, то каждая из общающихся сторон генерирует собственную пару ключей и посылает открытый ключ своему корреспонденту.

Для того чтобы в сети все n абонентов имели возможность не только принимать зашифрованные сообщения, но и сами посылать таковые, каждый абонент должен обладать своей собственной парой ключей Е и D. Всего в сети будет 2n ключей: n открытых ключей для шифрования и n секретных ключей для дешифрирования. Таким образом решается проблема масштабируемости — квадратичная зависимость количества ключей от числа абонентов в симметричных алгоритмах заменяется линейной зависимостью в несимметричных алгоритмах. Исчезает и задача секретной доставки ключа. Злоумышленнику нет смысла стремиться завладеть открытым ключом, поскольку это не дает возможности расшифровывать текст или вычислить закрытый ключ.

Файл:File000114.jpg

Хотя информация об открытом ключе не является секретной, ее нужно защи¬щать от подлогов, чтобы злоумышленник под именем легального пользователя не навязал свой открытый ключ, после чего с помощью своего закрытого ключа он может расшифровывать все сообщения, посылаемые легальному пользователю и отправлять свои сообщения от его имени. Проще всего было бы распространять списки, связывающие имена пользователей с их открытыми ключами широковещательно, путем публикаций в средствах массовой информации (бюллетени, специализированные журналы и т. п.). Однако при таком подходе мы снова, как и в случае с паролями, сталкиваемся с плохой масштабируемостью. Решением этой проблемы является технология цифровых сертификатов. Сертификат — это электронный документ, который связывает конкретного пользователя с конкретным ключом.

В настоящее время одним из наиболее популярных криптоалгоритмов с открытым ключом является криптоалгоритм RSA.

Криптоалгоритм RSA

В 1978 году трое ученых (Ривест, Шамир и Адлеман) разработали систему шифрования с открытыми ключами RSA (Rivest, Shamir, Adleman), полностью отвечающую всем принципам Диффи-Хеллмана. Этот метод состоит в следующем:

  • Случайно выбираются два очень больших простых числа р и q.
  • Вычисляются два произведения n=pxq и m=(p-l)x(q-l).
  • Выбирается случайное целое число Е, не имеющее общих сомножителей с т.
  • Находится D, такое, что DE=1 по модулю т.
  • Исходный текст, X, разбивается на блоки таким образом, чтобы 0<Х<п.
  • Для шифрования сообщения необходимо вычислить С=ХЕ по модулю п.
  • Для дешифрирования вычисляется X=CD по модулю п.

Таким образом, чтобы зашифровать сообщение, необходимо знать пару чисел (Е, n), а чтобы дешифрировать — пару чисел (D, n). Первая пара — это открытый ключ, а вторая — закрытый.

Зная открытый ключ (Е, n), можно вычислить значение закрытого ключа D. Необходимым промежуточным действием в этом преобразовании является нахождение чисел р и q, для чего нужно разложить на простые множители очень большое число n, а на это требуется очень много времени. Именно с огромной вычислительной сложностью разложения большого числа на простые множители связана высокая криптоетойкость алгоритма RSA. В некоторых публикациях приводятся следующие оценки: для того чтобы найти разложение 200-значного числа, понадобится 4 миллиарда лет работы компьютера с быстродействием миллион операций в секунду. Однако следует учесть, что в настоящее время активно ведутся работы по совершенствованию методов разложения больших чисел, поэтому в алгоритме RSA стараются применять числа длиной более 200 десятичных разрядов.

Программная реализация криптоалгоритмов типа RSA значительно сложнее и менее производительна, чем реализация классических криптоалгоритмов тип; DES. Вследствие сложности реализации операций модульной арифметики крип тоалгоритм RSA часто используют только для шифрования небольших объемов информации, например для рассылки классических секретных ключей или в алгоритмах цифровой подписи, а основую часть пересылаемой информации шуфруют с помощью симметричных алгоритмов.

В табл.11.1 приведены некоторые сравнительные характеристики киптоалгоритма DES и криптоалгоритма RSA.

Файл:File000110.jpg

Односторонние функции шифрования

Во многих базовых технологиях безопасности используется еще один прием шифрования — шифрование с помощью односторонней функции (one-way function), называемой также хэш-функцией (hash function), или дайджест-функцией (di¬gest function).

Эта функция, примененная к шифруемым данным, дает в результате значение (дайджест), состоящее из фиксированного небольшого числа байт (рис. 11.5, а). Дайджест передается вместе с исходным сообщением. Получатель сообщения, зная, какая односторонняя функция шифрования (ОФШ) была применена для получения дайджеста, заново вычисляет его, используя незашифрованную часть сообщения. Если значения полученного и вычисленного дайджестов совпадают, то значит, содержимое сообщения не было подвергнуто никаким изменениям. Знание дайджеста не дает возможности восстановить исходное сообщение, но зато позволяет проверить целостность данных.

Дайджест является своего рода контрольной суммой для исходного сообщения. Однако имеется и существенное отличие. Использование контрольной суммы является средством проверки целостности передаваемых сообщений по ненадежным линиям связи. Это средство не направлено на борьбу со злоумышленниками, которым в такой ситуации ничто не мешает подменить сообщение, добавив к нему новое значение контрольной суммы. Получатель в таком случае не заметит никакой подмены.

В отличие от контрольной суммы при вычислении дайджеста требуются секрет¬ные ключи. В случае если для получения дайджеста использовалась односторонняя функция с параметром, который известен только отправителю и получателю, любая модификация исходного сообщения будет немедленно обнаружена.

На рис. 11.5, б показан другой вариант использования односторонней функции шифрования для обеспечения целостности данных. В данном случае односто¬ронняя функция не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к сообщению, а к сообщению, дополненному секретным ключом. Получатель, извле¬кая исходное сообщение, также дополняет его тем же известным ему секретным ключом, после чего применяет к полученным данным одностороннюю функцию. Результат вычислений сравнивается с полученным по сети дайджестом. Рисунок Помимо обеспечения целостности сообщений дайджест может быть использован в качестве электронной подписи для аутентификации передаваемого документа.

Построение односторонних функций является трудной задачей. Такого рода функции должны удовлетворять двум условиям:

  • по дайджесту, вычисленному с помощью данной функции, невозможно каким-либо образом вычислить исходное сообщение;
  • должна отсутствовать возможность вычисления двух разных сообщений, для которых с помощью данной функции могли быть вычислены одинаковые дайджесты.

Наиболее популярной в системах безопасности в настоящее время является серия хэш-функций MD2, MD4, MD5. Все они генерируют дайджесты фиксированной длины 16 байт. Адаптированным вариантом MD4 является американский стандарт SHA, длина дайджеста в котором составляет 20 байт. Компания IBM поддерживает односторонние функции MDC2 и MDC4, основанные на алгоритме шифрования DES.


Литература

  • Сетевые операционные системы/В.Г.Олифер, Н.А.Олифер.-СПб.: Питер,2004.-544 с.:ил.
  • Citforum
Просмотры
Инструменты

Besucherzahler russian mail order brides
счетчик посещений
Rambler's Top100
Лингафонные кабинеты  Интерактивные доски  Интерактивная приставка Mimio Teach