17.3. Технические аспекты информационной безопасности

Криптографические методы и средства защиты. Методы крип-тографии (шифрования) позволяют решить комплекс проблем, свя-занных с защитой информации. Они направлены на обеспечение скрытия информации, содержащейся в сообщении. Кроме того, они используются в аутентификации пользователей и обеспечении под-линности принимаемых сообщений. Исходное сообщение, над кото-рым производится операция шифрования, называется открытым тек-стом, а результат шифрования - шифротекстом, или криптограммой.

В криптографии обычно рассматриваются два типа криптографи-ческих алгоритмов [5-8]. Это классические криптографические алго-ритмы, основанные на использовании секретных ключей, и новые криптографические алгоритмы с открытым ключом, основанные на использовании ключей двух типов: секретного (закрытого) и открыто-го, так называемые двухключевые алгоритмы.

В классической криптографии («криптографии с секретным клю-чом» или «одноключевой криптографии») используется только одна единица секретной информации - ключ, знание которого позволяет отправителю зашифровать информацию (текстовое, графическое или речевое сообщение), а получателю - расшифровать. К наиболее из-вестным стандартам на засекречивание данных относится стандарт по цифровой криптографии (DES - Digital Encryption Standart), приня-тый в США. Этот стандарт, в частности, определяет размер блока исходного текста в 64 бита и величину ключа 56 бит [5]. Качество алгоритма DES считается достаточно хорошим, так как с момента опубликования стандарта в 1974 г. не известен ни один случай расшифровки шифрограмм без знания ключа.

Классические (одноключевые) системы шифрования требуют для передачи ключа получателю информации «защищенного канала», и если число взаимодействующих абонентов велико, то проблема об-мена ключами становится весьма затруднительной. Действительно, в сети с N абонентами имеется N(N- 1)/2 пар абонентов, каждая из ко-торых требует свой ключ шифрования. Таким образом, в сети с чис-лом абонентов N = 10000 потребуется 5 x 10⁷ ключей, что создает серьезную проблему по их распределению между абонентами. В со-ответствии с этим в последнее время широко распространились ме-тоды шифрования, базирующиеся на двухключевой системе шифро-вания (ДКСШ). В рекомендациях МСЭ Х.200, Х.400, Х.509 ДКСШ предлагается как основной метод шифрования.

Использование ДКСШ технологии открытых ключей снимает слож-ную проблему, возникающую в большой сети при распространении и хранении огромного числа секретных паролей. Особенность техноло-гии состоит в том, что одновременно генерируется уникальная пара ключей, при этом текст, зашифрованный одним из них, может быть расшифрован только с использованием второго ключа, и наоборот. Каждый пользователь генерирует пару ключей, оставляет один за-крытый у себя и никому никогда не передает, а второй открытый пе-редает тем, с кем ему необходима защищенная связь. Если этот пользователь хочет аутентифицировать себя (поставить электронную подпись), то он шифрует текст своим закрытым ключом и передает этот текст своим корреспондентам. Если им удастся расшифровать текст открытым ключом этого пользователя, то становится ясно, что тот, кто его зашифровал, имеет в своем распоряжении парный закры-тый ключ. Если пользователь хочет получать секретные сообщения, то его корреспонденты зашифровывают их с помощью открытого ключа этого пользователя. Расшифровать эти сообщения может только сам пользователь с помощью своего закрытого ключа. При необходимости взаимной аутентификации и двунаправленного обме-на секретными сообщениями каждая из общающихся сторон генери-рует собственную пару ключей и посылает открытый ключ своему корреспонденту.

Хотя информация об открытом ключе не является секретной, ее нужно защищать от подлогов, чтобы злоумышленник под именем ле-гального 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.

Методы и средства аутентификации пользователей и сообщения. Обеспечение подлинности взаимодействующих пользователей и сообщения (его целостности) в телекоммуникационных системах состоит в том, чтобы дать возможность санкционированному терминалу-приемнику, с определенной вероятностью гарантировать:

а) что принятое им сообщение действительно послано конкрет-ным терминалом - передатчиком;

б) что оно не является повтором уже принятого сообщения (встав-кой);

в) что информация, содержащаяся в этом сообщении, не замене-на и не искажена.

Решение этих задач для удобства рассмотрения последнего мате-риала объединим одним термином - аутентификация.

К настоящему времени разработано множество методов аутенти-фикации, включая различные схемы паролей, использование призна-ков и ключей, а также физических характеристик (например, отпечат-ки пальцев и образцы голоса). За исключением использования клю-чей шифрования для целей аутентификации все эти методы в усло-виях телекоммуникационной системы связи в конечном счете сводят-ся к передаче идентификацио-приемнику, выполняющему аутентифи-кацию. Поэтому механизм аутентификации зависит от методов защи-ты информации, предотвращающих раскрытие информации для аутентификации и обеспечивающих подлинность, целостность и упоря-доченность сообщений.

Существует несколько возможных подходов к решению задачи ау-тентификации, которые в зависимости от используемой при этом сис-темы шифрования могут быть разделены на две группы:

1) аутентификация с одноключевой системой шифрования;

2) аутентификация с двухключевой системой шифрования.

При этом под «используемой системой шифрования» будем пони-мать наличие в телекоммуникационной системе подсистемы формирования и распределения ключей шифрования, обеспечивающей пользователей (передатчик и приемник) соответствующими ключами шифрования и организующей контроль за хранением и порядком их использования.

Не рассматривая подробно способы аутентификации в условиях использования одноключевой системы шифрования, которые описа-ны в [1], отметим, что в этой системе приемник, передатчик и служба формирования и распределения ключей должны доверять друг другу. Это неизбежное требование, так как в данном случае приемник и пе-редатчик владеют одними и теми же ключами шифрования и рас-шифрования и, следовательно, каждый будет иметь возможность де-лать все, что может делать другой.

В военной и дипломатической связи такие предположения в ос-новном верны. В коммерческом мире необходимо учитывать возмож-ность обмана пользователей друг друга. Кроме того, абоненты систе-мы могут не доверять администрации службы формирования и рас-пределения ключей шифрования. В связи с этим возникает необхо-димость решения проблемы защиты от следующих угроз:

- передатчик посылает сообщение приемнику, а затем отрицает факт отправления сообщения;

- приемник, приняв сообщение от передатчика, искажает его, а в последствии утверждает, что такое сообщение он получил от пере-датчика;

- приемник формирует ложное сообщение, обвиняя впоследствии в этом передатчик.

Одним из перспективных направлений развития средств защиты информации от рассматриваемых угроз, достаточно прочно утвер-дившимся в Рекомендациях МСЭ (Х.400, Х.509, Х.800), считается ис-пользование способов защиты, базирующихся на двухключевой сис-теме шифрования. Основным доводом «за» использование указанной системы является то, что секретные ключи шифрования в этой сис-теме формируются и хранятся лично пользователем, что, во-первых, органично соответствует пользовательскому восприятию своих соб-ственных требований к формированию ключа шифрования и снимает проблему организации оперативной смены ключа шифрования вплоть до оптимальной: каждому сообщению новый ключ.

Разделение (на основе формирования ключей) процедур шиф-рования дает возможность абонентам системы связи записывать свои открытые ключи в периодически издаваемый (как один из возможных вариантов распределения открытых ключей) службой безопасности системы справочник. В результате вышеуказанные проблемы могут быть решены при помощи следующих простых протоколов:

1) один абонент может послать секретное сообщение другому абоненту, шифруя сообщение с помощью выбранного в справочнике открытого ключа абонента получателя. Тогда только обладатель соответствующего секретного ключа сможет правильно расшифровать полученное зашифрованное сообщение;

2) передающий абонент (передатчик) может зашифровать сооб-щение на своем секретном ключе. Тогда любой приемный абонент, имеющий доступ к открытому ключу передающего абонента (передатчика), может расшифровать полученное зашифрованное сообщение и убедиться, что это сообщение действительно было зашифровано тем передающим абонентом, который указан в идентификаторе адреса передатчика.

Основная доля практически используемых способов аутентификации с двухключевой системой шифрования относится к способам ау-тентификации пользователя и сообщения [1].

В качестве примера рассмотрим аутентификацию пользователей на основе сертификатов.

Аутентификация на основе сертификатов - альтернатива использованию паролей и представляется естественным решением, когда число пользователей сети (пусть и потенциальных) измеряется мил-лионами. В таких условиях процедура предварительной регистрации пользователей, связанная с назначением и хранением их паролей, становится крайне обременительной, опасной, а иногда и просто нереализуемой.

Аутентификация пользователя на основе сертификатов происходит примерно так же, как при пропуске людей на территорию большо-го предприятия. Вахтер разрешает проход на основании документа, который содержит фотографию и подпись данного сотрудника, удо-стоверенные печатью предприятия и подписью лица, выдавшего его. Сертификат - аналог этого документа и выдается по запросам сер-тифицирующими организациями при выполнении определенных ус-ловий. Он представляет собой электронную форму, в которой имеют-ся такие поля, как имя владельца, наименование организации, вы-давшей сертификат, открытый ключ владельца. Кроме того, сертифи-кат содержит электронную подпись выдавшей организации - все поля сертификата зашифрованы закрытым ключом этой организации. Использование сертификатов основано на предположении, что серти-фицирующих организаций немного и их открытые ключи могут быть обнародованы каким-либо способом, например с помощью тех же публикаций в журналах.

Когда нужно удостоверить личность пользователя, он предъявляет свой сертификат в двух формах - открытой, т.е. такой, в которой он получил его в сертифицирующей организации, и закрытой, зашифро-ванной с применением собственного закрытого ключа. Сторона, про-водящая аутентификацию, берет из открытого сертификата открытый ключ пользователя и с его помощью расшифровывает закрытый сер-тификат. Совпадение результата с данными открытого сертификата подтверждает тот факт, что предъявитель действительно является владельцем закрытого ключа, парного с указанным открытым.

Затем с помощью известного открытого ключа выдавшей серти-фикат организацией производится расшифровка подписи этой орга-низации в сертификате. Если в результате получается тот же сер-тификат - значит пользователь действительно прошел регистрацию в этой сертифицирующей организации, является тем, за кого себя выдает, и указанный в сертификате открытый ключ действительно принадлежит ему.

Сертификаты можно использовать не только для аутентификации, но и для предоставления избирательных прав доступа. Для этого в сертификат могут вводиться дополнительные поля, в которых указы-вается принадлежность его владельца к той или иной категории поль-зователей. Эта категория зависит от условий, на которых сертифици-рующая организация выдает сертификат. Например, организация, поставляющая информацию через Internet на коммерческой основе, может выдавать пользователям, оплатившим годовую подписку на некоторый бюллетень, сертификаты определенной категории, а Web-сервер будет предоставлять доступ к страницам этого бюллетеня только при предъявлении данного сертификата.

При использовании сертификатов отпадает необходимость хранить на серверах корпораций списки пользователей с их паролями, вместо этого достаточно иметь на сервере список имен и открытых ключей сертифицирующих организаций. Может также понадобиться некоторый механизм отображения категорий владельцев сертификатов на традиционные группы пользователей, чтобы можно было ис-пользовать в неизменном виде механизмы управления избирательным доступом большинства операционных систем и приложений.

Механизм получения пользователем сертификата хорошо автоматизируется в системе клиент-сервер. Рассмотрим пример, в котором браузер выполняет роль клиента, а специальный сервер сертифика-тов, установленный в сертифицирующей организации, - роль серве-ра. Браузер вырабатывает для пользователя пару ключей, оставляет закрытый ключ у себя и передает частично заполненную форму сер-тификата серверу. Для того чтобы еще неподписанный сертификат нельзя было подменить при передаче по сети, браузер зашифровы-вает его закрытым ключом. Сервер сертификатов подписывает полученный сертификат, фиксирует его в своей базе данных и возвращает его владельцу каким-либо способом. Очевидно, что все возможные случаи предусмотреть и автоматизировать нельзя - иногда бывает нужна неформальная процедура подтверждения пользователем сво-ей личности и права на получение сертификата.

Эта процедура требует участия оператора сервера сертификатов и осуществляется, например, путем доказательства пользователем оплаты услуги или его принадлежности к какой-либо организации. После получения сертификата браузер хранит его вместе с закрытым ключом и использует при аутентификации на тех серверах, которые поддерживают этот процесс.

В заключение заметим, что как в одноключевой, так и двухключе-вой системах шифрования могут быть использованы алгоритмы из-быточного кодирования с последующим обнаружением или исправле-нием ошибок при декодировании. Это позволяет ослабить последст-вия воздействия злоумышленником на передаваемое сообщение. Так, применение алгоритмов декодирования с обнаружением ошибок позволяет эффектно обнаруживать факты преднамеренного или слу-чайного искажения, а алгоритмов декодирования с исправлением оши-бок с достаточно большой вероятностью ликвидировать без перекосов последствия воздействия. Эти меры, как и нумерация передаваемых сообщений, направлены на обеспечение целостности сообщения. На-помним, что с нумерацией сообщений мы уже встречались в гл. 12 при рассмотрении систем с обратной связью как методом, направленным на уменьшение вероятности появления выпадений и вставок.

Методы и средства управления доступом к информационным и вычислительным ресурсам [1]. В современных телекоммуника-ционных системах используется широкий спектр программных и аппаратных средств разграничения доступа, которые основаны на раз-личных подходах и методах, в том числе и на применении крип-тографии. В общем случае функции разграничения доступа выпол-няются после установления подлинности пользователя (аутентифи-кации пользователя). Поэтому для более полного анализа возни-кающих при управлении доступом проблем целесообразно рассматривать аутентификацию пользователя как элемент механизма разграничения доступа.

Если сеть должна обеспечить управляемый доступ к своим ресурсам, то устройства управления, связанные с этими ресурсами, долж-ны некоторым образом определять и проверять подлинность пользо-вателя, выставившего запрос. При этом основное внимание уделяет-ся следующим вопросам:

- установлению подлинности пользователей и устройств сети;

- установлению подлинности процессов в сетевых устройствах и ЭВМ;

- проверке атрибутов установления подлинности. Аутентификация пользователей может основываться на:

- дополнительных сведениях, известных полномочному пользова-телю (пароль, код и т.д.);

- средствах, действующих аналогично физическому ключу, откры-вающему доступ к системе, например карточке с полоской магнитного материала, на которой записаны необходимые данные;

- индивидуальных характеристиках данного лица (голос, почерк, отпечатки пальцев и т.п.).

Для большей надежности могут применяться комбинации несколь-ких способов аутентификации пользователя.

Парольные схемы являются наиболее простыми с точки зрения реализации, так как не требуют специальной аппаратуры и выполня-ются с помощью программного обеспечения небольшого объема. В простейшем случае все пользователи одной категории используют один и тот же пароль. Если необходимо более строгое установление подлинности, то каждый пользователь должен иметь индивидуальный секретный код. В этом случае в информационный профиль пользова-теля включаются:

- персональный код пользователя;

- секретный параметр доступа;

- возможные режимы работы в сети;

- категории контроля доступа к данным ресурсам сети. Недостаток метода паролей и секретных кодов - возможность их использования без признаков того, что безопасность нарушена.

Системы аутентификации на базе карточек с магнитной записью или индивидуальных характеристик пользователей являются более надежными, однако требуют дополнительного оборудования, которое подключается к сетевым устройствам. Сравнительные характеристи-ки аутентификации пользователей приведены в табл. 17.1. Во всех рассмотренных методах аутентификации пользователя предполагается, что известны подлинная личность пользователя и информация, идентифицирующая его. Например, пользователь может предъявить свою магнитную карточку, персональный номер или характерные для него данные.

Таблица 17.1. Сравнение методов аутентификации

В этой операции участвует только информация, отно­сящаяся к данному лицу. Использование любого из этих подходов в целях установления личности, неизвестного заранее, весьма про­блематично, так как это потребовало бы выработки критериев оценки персональных характеристик для выделения одного пользователя среди всех других, имеющих возможность доступа к сети.

В заключение в качестве примера приведем краткую характери­стику системы защиты информации от несанкционированного доступа к данным, хранящимся и обрабатываемым на ПК, под названием «Кобра» (Комплекс обеспечения безопасности работ) [7]. Эта система соответствует требованиям 4-го класса защищенности для средств вычислительной техники (следует заметить, что применительно к средствам защиты от несанкционированного доступа определены семь классов защищенности средств вычислительной техники). «Коб­ра» реализует идентификацию и разграничение полномочий пользо­вателей и криптографическое закрытие информации. При этом она фиксирует искажения эталонного состояния рабочей среды ПК (вы­званные вирусами, ошибками пользователей, техническими сбоями или действиями злоумышленника) и автоматически восстанавливает основные компоненты операционной системы терминала.

Подсистема разграничения полномочий защищает информацию на уровне логических дисков. Каждому законному пользователю санк-ционируются индивидуальные полномочия по доступу к дискам А, В, С, D..., Z, а именно: запрет доступа, только чтение, полный доступ, суперзащита (шифрование).

Все абоненты разделены на 4 категории:

- суперпользователь (доступны все действия в системе);

- администратор (доступны все действия в системе, за исключением изменения имени, статуса и полномочий суперпользователя, ввода или исключения его из списка пользователей);

- программист (может изменять лишь личный пароль);

- коллега (имеет право на доступ к ресурсам, установленным ему суперпользователем).

Помимо санкционирования и разграничения доступа к логическим дискам, администратор устанавливает каждому пользователю полно-мочия доступа к последовательному и параллельному портам (есть доступ / нет доступа). Если закрыт последовательный порт, то нельзя передать информацию с данного ПК на другой терминал. Если нет доступа к параллельному порту, то невозможен вывод на принтер.

Криптографические возможности оригинального высокоскоростного алгоритма системы позволяют шифровать файлы, каталоги, логи-ческие диски, дискеты и информацию, передаваемую по каналам связи. Скорость шифрования (дешифрования) для ПК с 386 процессором и тактовой частотой 40 МГц при длине пароля 8 символов составляет более 1,5 Мбит/с. Это более чем на порядок превышает скорость из-вестных аппаратных систем (например, криптоплат серии «Криптон»), основанных на ГОСТ 28147-89 (аналоге американского стандарта шифрования DES).

По заявлению разработчиков «Кобры», криптостойкость используемого алгоритма шифрования оценивается на уровне 256³¹, что превышает аналогичный показатель алгоритма в соответствии с ГОСТ 28174-89(10⁷³).

Следует отметить, что максимальная длина пароля составляет 62 символа. Для коммерческих приложений целесообразно использовать 6-9 символов, служебных данных - 10-14, для конфиденциальной (секретной) и особо важной информации - 15 символов и более.

Реализованный в «Кобре» системный журнал регистрации и учета пользователей позволяет:

- определять длительность сеанса работы каждого пользователя;

- регистрировать нарушения инструкции по работе с системой;

- накапливать сведения за отчетный период (имя пользователя, дата регистрации, общее время работы, начало и окончание послед-него сеанса, количество нарушений).

«Кобра» функционирует в операционной среде MS DOS, PS DOS, DR DOS, Windows совместно с Super-Stor, dBase, Fox-Pro, Clipper и т.д.

Контрольные вопросы

1. Что такое службы обеспечения безопасности информации?

2. Поясните сущность понятий: целостность информации, конфиденциаль-ность и доступность.

3. Перечислите наиболее характерные угрозы безопасности информации.

4. Какие механизмы защиты предусматриваются рекомендациями МСЭ?

5. Дайте краткую характеристику правовых и организационных аспектов ин-формационной безопасности.

6. Каковы недостатки классического криптографического алгоритма, осно-ванного на использовании секретных ключей (одноключевых алгоритмов)?

7. Что дает использование двухключевых алгоритмов (алгоритмов, основан-ных на использовании пары ключей - закрытых и открытых)?

8. Каким ключом шифруется секретное сообщение в двухключевой системе (открытым или закрытым)?

Список литературы

1. Устинов Г.Н. Обеспечение безопасности информации при ее передаче в телемати-ческих службах // Технологии электронных коммуникаций. - М.: Эко-трендз, 1993. -Т.ЗЗ. - С. 244-288.

2. Беззубцев О.А., Ковалев А.Н. ФАПСИ - законодательное регулирование в области защиты информации // Технологии и средства связи. - 1997. - № 1. - С. 94-96.

3. Закон «Об информации, информатизации и защите информации» от 20.02.95 № 24-ФЗ.

4. Гостев И.М. Информационное право. Вопросы законодательного регулирования // Технологии и средства связи. - 1997. - № 1. - С. 98-102.

5. Демин В.В., Судов Е.В. Интегрированная система информационной безопаснос-ти // Сети и системы связи. - 1996. - № 9. - С. 13-133.

6. Барсуков B.C., Дворянкин С.В., Шеремет И.А. Безопасность связи в каналах те-лекоммуникаций // Технологии электронных коммуникаций. - М.: Эко-трендз, 1992. -Т. 20.-123с.

7. Барсуков B.C. Обеспечение информационной безопасности (справочное посо-бие) // Технологии электронных коммуникаций. - М.: Эко-трендз, 1996. - Т.63. - 96 с.

8. Лагутин B.C. Петраков А.В. Утечка и защита информации в телефонных каналах. -М.: Энергоатомиздат, 1996. - 304 с.

9. Петраков А.В. Основы практической защиты информации. - М.: Радио и связь, 2001. - 360 с.