Методы и средства защиты компьютерной информации аппаратные и программные средства защиты информации. Учебное пособие

№ 3087 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Кафедра автоматизированного проектирования и дизайна

В.Н. Костин

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ

АППАРАТНЫЕ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

Москва 2018

УДК 004.056 К72

Реце нзе нт проф., канд. техн. наук Т.К. Кузищина

Костин В.Н.

К72 Методы и средства защиты компьютерной информации : аппаратные и программные средства защиты информации: учеб. пособие / В.Н. Костин. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2018. – 21 с.

ISBN 978-5-906953-22-3

Вучебном пособии рассмотрены вопросы информационной безопасности

сиспользованием аппаратных и программных средств.

Вкачестве аппаратных средств приведены смарт-карты, USB-токены, Smart-Key, Link-IT, электронный ключ. Приведена классификация программных средств защиты информации, структура систем защиты, представлено описание брандмауэров и абстрактных моделей защиты информации.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям, связанным с разработкой компьютерных систем и технологий и обеспечением в них информационной безопасности.

УДК 004.056

2

3

Предисловие

Пособие является продолжением пособия [1] и рассматривает направление информационной безопасности, связанное с использованием аппаратного и программного обеспечения.

Важным моментом при рассмотрении данного вопроса является ознакомление с абстрактными моделями защиты информации, которые содержат основные принципы защиты безопасности информационных ресурсов. В работе дано описание четырёх абстрактных моделей: Биба, Гогена–Мезигера, Сазерлендской и Кларка–Вильсона.

Использование вычислительных машин позволяет автоматизировать такие процессы документооборота, как сбор, хранение, обработку и передачу информации, которые рассматриваются в качестве ITтехнологий.

Вкачестве инструментария таких технологий применяют технические и программные средства компьютеров. Для защиты информационных ресурсов используются те же средства – аппаратные и программные. В пособии рассмотрены следующие аппаратные средства – смарт-карты, USB-токены, Smart-Key, Link-IT, позволяющие обеспечить защиту информации через идентификацию и аутентификацию пользователей.

Вкачестве программных средств защиты информации изучены системы защиты, связанные с несанкционированным доступом, копированием информации.

Кроме того, в работе рассмотрены аппаратные и программные брандмауэры, позволяющие создавать защиту отдельного компьютера от невостребованных соединений с глобальной сетью Интернет.

4

1. ПРОГРАММНЫЕ И АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Широкое внедрение электронных вычислительных машин (ЭВМ) и компьютеров предоставило возможность изменить процессы обработки информации. Информационные технологии, включающие такие процессы, как сбор, хранение, редактирование, обработку и передачу информации о состоянии объекта, процесса или явления получили в настоящее время принципиально новое качество.

С помощью вычислительных машин и телекоммуникационных систем стало возможным автоматизировать сбор, хранение, обработку, отображение и передачу информации. Инструментами для проведения таких технологий являются, с одной стороны, технические устройства компьютера, а с другой – программные средства.

Для защиты компьютерной информации необходим комплексный подход, в котором предусмотрены меры защиты по нескольким направлениям. Одним из них является направление, связанное с использованием специальных программно-аппаратных средств.

Аппаратные средства защиты могут быть реализованы в виде специальных модулей, устанавливаемых в слоты расширения материнской платы компьютера, либо подключаемых к последовательному или параллельному порталам. Такие модули могут содержать специальные микросхемы, выполняющие обмен кодовыми последовательностями с программой.

Программные средства защиты информации реализуются чисто софтверным путём. В них не затрагиваются физические характеристики носителей информации и специальное оборудование.

Для несанкционированного доступа создаётся система разграничения доступа, контролирующая любые запросы к информационным ресурсам компьютерной системы (КС) со стороны пользователей (или их программ) по устанавливаемым для них правилам и видам доступа:

–идентификация субъектов и объектов;

–установление подлинности субъекта;

–определение полномочий аутентифицированного субъекта для последующего контроля и разграничения доступа к компьютерным ресурсам.

Определим три процедуры инициализации субъектов, которые являются процедурами защиты и относятся к одному субъекту КС:

5

1)идентификация;

2)аутентификация;

3)авторизация.

Под идентификацией понимается процедура, определяющая пользователя, зарегистрированного в КС по некоторой информации, однозначно определяющей его: это может быть число или строка. Такую информацию называют идентификатором субъекта. Имея идентификатор, зарегистрированный в сети, пользователи считаются легальными (законными), остальные субъекты – нелегальными.

Аутентификация – это процедура проверки подлинности, позволяющая достоверно убедиться, что пользователь является именно тем, кем он себя объявляет.

Обычно пользователь подтверждает свою аутентификацию, вводя в систему уникальную, не известную другим пользователям информацию о себе (например, пароль или сертификат).

Идентификация и аутентификация – взаимные процессы распознания и проверки подлинности субъектов (пользователей). После того, как субъект идентифицирован и аутентифицирован, выполняется его авторизация.

Авторизация – это процедура предоставления субъекту определённых прав на ресурсы в данной системе.

При передаче данных по каналам связи должна выполняться взаимная аутентификация субъектов, т.е. взаимное подтверждение подлинности субъектов, связывающихся между собой по этим каналам. Для взаимной аутентификации участников взаимодействия может быть организован обмен паролями между ними. Пароль – это то, что знает пользователь, и что также знает другой участник взаимодействия. В качестве примера можно указать на персональный идентифицированный номер PIN, который является испытанным способом аутентификации держателя пластиковой карты и смарт-карты. Секретное значение PIN-кода должно быть известно только держателю карты.

Процессы аутентификации можно классифицировать по уровню обеспечиваемой безопасности:

–простая аутентификация (на основе использования паролей);

–строгая аутентификация (на основе криптографических методов

исредств);

–процессы (протоколы) аутентификации, обладающие свойством «доказательство с нулевым знанием». Это пока чисто теоретический подход, практическое использование которого может быть осуществлено в будущем.

6

Аутентификация должна применяться не только для установления подлинности пользователей, но и для проверки целостности сообщений и подлинности их источника. После того, как произошла успешная взаимная аутентификация абонентов, приходит очередь аутентификации передаваемых по защищённому каналу данных.

Для защиты информации при обмене сообщениями необходимо выполнять следующие требования:

1)получатель должен быть уверен в подлинности источника данных;

2)получатель должен быть уверен в подлинности передаваемых данных;

3)отправитель должен быть уверен в доставке данных получателю;

4)отправитель должен быть уверен в подлинности доставленных данных.

Применительно к первому и второму требованиям в качестве средства защиты выступает цифровая подпись. Для выполнения последних двух условий отправитель должен получить уведомление о вручении. Средством защиты в такой процедуре является цифровая подпись подтверждающего ответного сообщения, которое, в свою очередь, служит доказательством пересылки исходного сообщения.

7

2. АБСТРАКТНЫЕ МОДЕЛИ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Безопасность обработки информации обеспечивается путём решения задачи управления доступом субъектов к объектам информации в соответствии с определённым набором правил и ограничений. используемых в политике безопасности. Правила управления доступом и ограничения на него могут быть использованы для построения моделей безопасности информации. Все существующие в настоящее время модели безопасности основаны на следующих базовых представлениях:

1.Общий подход для всех моделей заключается в разделении множества сущностей, образующих систему, на множество субъектов и объектов.

2.Все взаимодействия в системе моделируются установлением отношений в виде набора операций субъектов над объектами.

3.Все операции субъектов над объектами разрешаются в соответствии с правилами политики безопасности.

4.Взаимодействия, приводящие к нарушению установленных правил, пресекаются средствами контроля доступа и не могут быть осуществлены.

В качестве примера рассмотрим модели из области теории защиты данных. В таких моделях излагаются общие идеи по этому вопросу и формируются наборы ограничений, связывающих субъект и прочие категории.

Рассмотрим следующие абстрактные модели защиты данных:

– модель Биба (Biba);

– модель Гогена–Мезигера (Goguen-Meseguer);

– Сазерлендская модель (Sutherland);

– модель Кларка–Вильсона (Clark-Wilson).

2.1. Модель Биба

Модель Биба (Biba), описаная в 1977 г. является одной из первых моделей для защиты информации. В этой модели все субъекты и объекты предварительно разделяются по нескольким уровням доступа, а затем на их взаимодействия накладываются следующие ограничения:

– субъект не может вызывать на исполнение объект с более низким уровнем доступа;

8

– субъект не может модифицировать объекты с более высоким уровнем доступа.

Эта модель очень напоминает ограничения, введённые в защищённом режиме микропроцессоров Intel 80386+ относительно уровней привилегий.

2.2. Модель Гогена–Мезигера

Модель Гогена–Мезигера (Goguen-Meseguer), основанная на теории автоматов, была предложена в 1982 г. Согласно модели система может при каждом действии переходить из одного разрешённого состояния в несколько разрешённых других.

Субъекты и объекты в данной модели защиты разбиваются на группы – домены, и переход системы из одного состояния в другое выполняется только в соответствии с так называемой таблицей разрешений, в которой указано, какие операции может выполнять субъект, скажем, из домена С над объектом из домена D.

2.3. Сазерлендская модель

Сазерлендская (Sutherland) модель, опубликованная в 1986 г., делает акцент на взаимодействие субъектов и потоков информации. Так же как и в предыдущей модели, здесь используется машина состояний с множеством разрешённых комбинаций состояний и некоторым выбором начальных позиций. В данной модели исследуется поведение множественных функций перехода из одного состояния в другое.

2.4. Модель Кларка–Вильсона

Важную роль в теории защиты информации играет модель Клар- ка–Вильсона (Clark-Wilson), предложенная в 1987 г. и модифицированная в 1989 г. Она основана на повсеместном использовании транзакций и тщательном оформлении прав доступа субъектов к объектам.

В данной модели впервые исследована защищённость третьей стороны в данной проблеме – стороны, поддерживающей саму систему безопасности. Эту роль в современных информационных системах обычно играет программа-супервизор.

Кроме того, в модели впервые идентификация субъекта производится не только перед выполнением команды от него, но и повторно

9

после выполнения. Это позволяет снять проблему подмены автора в момент между его идентификацией и собственно командой.

Модель Кларка–Вильсона считается одной из самых совершенных в отношении поддержания целостности информационных систем.

10