Введение в специальность «Защита информационных технологий». Учебное пособие

ваниемэтогосообщения,атакжепринятьмерыдляустранения последствий и причин возникшего нарушения безопасности. Следовательно, подлинность и целостность передаваемых сообщений обеспечиваются не только за счет защиты от модификации и от возможности осуществления подлога данных в процессе их передачи, но и за счет проверки целостности и подлинности сообщений сразу же после их приема.

Конфиденциальность, целостность и подлинность сообщений обладают рядом особенностей. Нарушение конфиденциальности данных чаще всего является преднамеренным. Оно не предполагает обязательного нарушения целостности и подлинности сообщений. В ряде случаев злоумышленнику важно лишь проникнуть в содержание и получить передаваемую по сети информацию. Мотивом нарушения конфиденциальности может быть также намерение несанкционированной модификации и навязывания законному получателю фальсифицированных сообщений.

Нарушение целостности сообщений может быть как случайным, так и преднамеренным. Причиной случайных искажений передаваемых данных являются сбои и отказы в работе элементов компьютерной сети, в частности каналов передачи информации.

Преднамеренная несанкционированная модификация передаваемых данных в большинстве случаев выполняется при необходимости нарушения их подлинности, что во многих случаях требует предварительного нарушения конфиденциальности этих данных.

Нарушение подлинности передаваемых данных, как и нарушение их конфиденциальности, чаще всего выполняется преднамеренно с целью обмана законного получателя. В большинстве случаев нарушение подлинности сообщений приводит и к нарушению их целостности. Исключением в данном случае является отправка изначально фальшивого сообщения, что соответствует попытке обмана законного получателя со стороны законного отправителя. Этот случай должен быть предусмотрен при использовании способов аутентификации информации в условиях взаимного недоверия абонентов.

11

Рис. 2.1. Цели и способы защиты передаваемых данных

Таким образом, обеспечение конфиденциальности, целостности и подлинности циркулирующих в сети данных связано с непосредственнойзащитойинформациивпроцессепередачи(рис.2.1), а для обеспечения целостности и подлинности сообщений необходима еще и проверка целостности и подлинности этих сообщений сразу же после их приема.

Защита информации в процессе передачи достигается на основе защиты каналов передачи данных, а также криптографического закрытия передаваемых сообщений. По причине большой протяженности каналов связи, а также возможной недоступности их отдельных участков, например, при беспроводной связи, защита каналов передачи данных от несанкционированных действий экономически неэффективна, а в ряде случаев невозможна. Поэтому реально защита каналов передачи данных строится на основе защиты от нарушений их работоспособности.

12

Основным надежным способом защиты информации в процессе ее передачи от преднамеренных угроз нарушения конфиденциальностиявляетсякриптографическоезакрытиепередаваемых данных. Зашифрованные данные становятся доступными только для того, кто знает, как их расшифровать. Соответственно похищение зашифрованной информации не позволяет нарушителю получить доступ к ее содержанию. Криптография предоставляет также наиболее эффективные способы проверки целостности и подлинности сообщений. Таким образом, конфиденциальность, целостность и подлинность циркулирующих по сети данных обеспечивается прежде всего правильным использованием криптографических способов и средств защиты информации. Криптография является методологической основой современных систем обеспечения безопасности информации в компьютерных сетях.

3. ОСНОВНЫЕ УГРОЗЫ БЕЗОПАСНОСТИ ИНФОРМАЦИИ

C позиции злоумышленника безопасность – это цепочка, идляатакиемуважноопределитьлишьееслабоезвено.Перечень имеющихся угроз информации, а также описание типов и возможностейнарушителяпоихреализациисоставляютосновуформирования модели потенциального нарушителя.

Под угрозой информации понимается возможность реализации любого случайного или преднамеренного действия, которое можетпривестикнарушениюбезопасностиинформации.Всоответствии с целями защиты нарушение безопасности информации состоит в нарушении ее конфиденциальности, целостности, подлинности или доступности.

В общем случае угрозы информационно-компьютерной безопасности можно разделить на случайные и преднамеренные.

К случайным угрозам относятся угрозы случайных потерь данных и нарушений работоспособности вычислительных средств.

13

В отличие от преднамеренных реализация случайных угроз не планируется, и причинами таких угроз являются:

–оставшиеся ошибки в программных и аппаратных средствах, не выявленные в процессе отладки и испытаний;

–нарушения, возникающие в работе программных и аппаратных средств из-за их неправильного использования;

–ошибки конфигурирования программных и аппаратных средств;

–ошибки,связанныеснесовместимостьюсовместногоиспользования программных и аппаратных средств;

–нарушения физической и логической целостности хранящихся в оперативной и внешней памяти структур данных, возникающие по причине некорректного использования компьютерных ресурсов;

–нарушения физической и логической целостности хранящихся в оперативной и внешней памяти структур данных, возникающие по причине старения или преждевременного износа их носителей;

–ошибки, возникающие в работе аппаратных средств из-за их старения или преждевременного износа.

В зависимости от способа реализации можно выделить следующие основные виды преднамеренных угроз:

–угрозы несанкционированного использования компьютерных ресурсов;

–угрозы безопасности сетевого взаимодействия;

–угрозы нанесения ущерба физическим способом.

Таккакдляиспользованиякакого-либокомпьютерногоресур- са первоначально нужно осуществить к нему доступ, угроза преднамеренного действия в большинстве случаев включает две фазы своей реализации:

–фазу проникновения, заключающуюся в попытке несанкционированного доступа к ресурсам сети;

–фазу воздействия, заключающуюся в несанкционированном использовании компьютерных ресурсов после успешного доступа к ним.

14

4.ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

ВВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

Информация может быть непрерывной (или аналоговой) и дискретной.

Непрерывная информация описывает непрерывные величины, которые могут принимать любые значения, близкие по величине, но отличающиеся друг от друга. Таких значений может быть бесконечно много.

Дискретная информация описывает величины, которые могут принимать не любые, а только определенные значения из некоторого множества. Количество таких значений конечно, их можно пронумеровать.

При дискретной форме представления информации отдельным ее элементам могут быть присвоены числовые (цифровые) значения. В таких случаях говорят о цифровой информации, а вычислительные машины и системы, использующие цифровую форму представления информации, называются также цифровыми. Элементы, из которых состоит дискретное сообщение, называют буквами или символами. Набор этих букв или символов образует алфавит. В данном случае под буквами

вотличие от обычного представления понимаются любые знаки (обычные буквы, цифры, знаки препинания, математические и прочие знаки, цвета сигнальных ламп и др.). Число символов

валфавите называется объемом алфавита. Он определяет количество информации, доставляемой одним символом сообщения. Дискретное сообщение можно разбить на группы символов и назватьэтигруппысловами.Длинасловаопределяетсяколичеством содержащихся в нем символов.

Ввычислительной технике широко используется однородное представление информации, при котором в вычислительной системе или отдельных ее частях все слова имеют определенную длину. Однородное представление информации упрощает обмен ею и конструкцию устройств вычислительной системы.

15

Неравномерность появления символов, наличие взаимной зависимости символов в сообщении, как это имеет место, например, при передаче смысловых сообщений (текста), является причиной того, что количество информации в одном символе уменьшается.

Связь между символами сообщения создает избыточность информации. В языке избыточность носит естественный характер. Однако в вычислительных системах широко применяется искусственная избыточность при кодировании сообщений, которая позволяет контролировать и устранять ошибки при передаче информации по линиям связи, а также между отдельными устройствами цифровой вычислительной системы.

В цифровых вычислительных машинах и системах широко употребляется двоичный алфавит, имеющий лишь два символа – 0 и 1. Его применение упрощает техническую реализацию устройств вычислительной техники.

При помощи восьмиразрядного слога можно кодировать 256 различных символов. Несколько байтов образуют слова. ЭВМ производит обработку информации, состоящую в ее запоминании, передаче из одних устройств в другие, выполнении над информацией арифметических и логических преобразований. Процесс обработки информации автоматизирован при помощи программного управления. Программа представляет собой алгоритм переработки информации, записанной в виде последовательности команд, которые должны быть выполнены машиной для получения искомого результата.

Информация может быть представима в различных системах счисления, наиболее применяемыми являются: двоичная, десятичная, шестнадцатеричная и восьмеричная системы счисления.

При передаче информации по некачественным каналам связи возможно появление искажений передаваемой информации. Эти искажения требуют выявления и исправления. Контроль приемника может осуществляться побайтно и пакетно.

Побайтный метод означает, что каждый передаваемый байт дополняется битом четности или нечетности. В случае, когда количество единиц, передаваемых информационным байтом, четное, бит

16

четности равен нулю, если нечетное – единице или наоборот. При использовании такого метода вероятность необнаружения ошибки довольно велика, такая ситуация возможна при наличии четкого количества ошибок в информационных битах или при одновременном искажении информационного и контрольного битов.

Пакетный метод заключается в том, что в конец каждого передаваемого пакета добавляется контрольная сумма длиной, как правило, 8,16 или 32 бита, которая включает в себя информацию обо всех битах пакета. Метод подсчета контрольной суммы выбирается таким образом, чтобы она надежно выявляла ошибки и при этом ее вычисления были бы не слишком сложными. Обычноиспользуются контрольные суммы следующих видов:

Суммы по модулю всех байтов пакета (при этом однократные ошибки обнаруживаются с вероятностью 100 %, двукратные – с вероятностью 88 %). Искажение нескольких битов выявляется при помощи такого метода сложно. Достоинство метода контрольной суммы – простота вычисления.

Арифметическая сумма всех байтов или слов пакета вычисляется отбрасыванием старших разрядов для сохранения разрядности контрольной суммы (8 или 16). Однократные ошибки обнаруживаются с вероятностью 100 %, двукратные – с вероятностью 97 % (в худшем случае). Такая наихудшая ситуация наблюдается, когдавкаждомизвосьмиразрядоввсехбайтовпакетаприсутствует половина логических нулей и половина логических единиц, двукратная ошибка не выявляется, если в одном разряде один из битов переходит из нуля в единицу, а другой бит в этом же разряде – из единицы в ноль, что не меняет общей суммы. Арифметическая сумма также легко вычисляется программным методом.

Циклическая контрольная сумма применяется для повышения вероятности обнаружения ошибки. При вычислении циклической контрольной суммы весь пакет рассматривается как двоичное числоразрядностиN,гдеN –количествобитвпакете.Длявычисления контроля суммы это число делится по модулю двух на некоторое постоянное число, выбранное специальным образом. Частное от деления отбрасывается, а остаток используется в качестве контроля

17

суммы. Этот метод выявляет однократные ошибки с вероятностью100%,алюбоедругоеколичествоошибоксвероятностью,где n – количество разрядов контрольной суммы. В качестве делителя выбирается простое число, а его разрядность берется на единицу больше, чем требуемая разрядность контрольной суммы.

5. НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

Носитель информации – некоторая материальная субстанция, посредствомкоторойинформация(сообщение)можетбытьпередана от источника к получателю.

Для хранения цифровой информации используются физические носители следующих типов:

–ленточные носители;

–дисковые носители;

–магнитные носители;

–флеш-носители;

–оптические носители;

–магнитно-оптические носители.

Ленточный носитель (стример) – запоминающее устройство, работающее по принципу магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным. При использовании этого метода записи данные записываются на ленту в виде нескольких параллельных дорожек. Считывающая магнитная головка во время чтения неподвижна, как и записывающая во время записи. После достижения конца ленты считывающая/записывающая головка сдвигается на следующую дорожку, а лента начинает двигаться в противоположном направлении.

Дисковые носители информации относятся к машинным носителям с прямым доступом. Понятие «прямой доступ» означает, что компьютер может «обратиться» к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию.

Магнитный диск – носитель информации в виде диска с ферромагнитным покрытием для записи. Магнитные диски делятся на жесткие и гибкие (дискеты).

18

Флеш-память (англ. flash-memory) – разновидность твердотельной полупроводниковой энергонезависимой перезаписываемой памяти. Она может быть прочитана сколько угодно раз (в пределах срока хранения данных, примерно 10–100 лет), но записывать в такую память можно лишь ограниченное число раз (максимально – около миллиона циклов). Не содержит подвижных частей, поэтому (в отличие от жестких дисков) более надежна и компактна.

Оптический диск – собирательное название носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведется с помощью оптического (лазерного) излучения. Диск обычно плоский, его основа сделана из поликарбоната, на который нанесенспециальныйслой,которыйислужитдляхраненияинформации.Длясчитыванияинформацииобычноиспользуетсялучлазера, который направляется на специальный слой и отражается от него. При отражении луч модулируется мельчайшими выемками (питами) на специальном слое. На основании декодирования этих изменений устройством чтения восстанавливается записанная на диск информация.

Магнитооптические накопители информации относятся к внешним запоминающим устройствам и предназначены для долговременного хранения относительно больших объемов информации (до нескольких гигабайт). Магнитооптические накопители информации также относятся к запоминающим устройствамспрямым(произвольным)доступомкданным,хранящимся на магнитооптическом диске. Магнитооптические накопители информации подразделяются на внутренние, устанавливаемые всистемныйблоккомпьютера,ивнешние(переносные)поотношению к системному блоку. Преимущество внешних накопителей состоит в том, что нагревание дисковода накопителя во время работы не повышает температуру внутри корпуса системного блока компьютера. Подключаются накопители информации на магнитооптических дисках к системной шине компьютера через соответствующий интерфейс.

19

6. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА

Сигнал–сообщение,передаваемоеспомощьюносителя.Это изменяющийся во времени физический процесс. Характеристики процесса могут быть различны в зависимости от его природы (напряжение, сила тока, давление, цвет).

Материальными носителями информации являются сигналы различной физической природы. В узком смысле сигналами называют колебания электрического тока, напряжения, электромагнитные волны, механические колебания некоторой упругой среды. Информационные сигналы формируются посредством изменения тех или иных параметров носителя по определенному закону. Таким образом, информационным сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого способны изменяться в зависимости от передаваемой информации. Процесс изменения параметров носителя принято называть модуляцией, а параметры – информационными.

При прохождении сигнала по физической среде на него воздействуют различные дестабилизирующие факторы, в результате чего возникают шумы и помехи различной природы. При регистрации сигналаосновнойзадачейявляетсявыделениеизобщегосигналаполезнойсоставляющейимаксимальноеподавлениешумовипомех.

Чтобы анализировать, исследовать и обрабатывать сигналы, необходимо использовать математическую модель сигнала, которая представляет собой математическое описание сигнала. Как правило, описание сигнала задается функциональной зависимостью его значений от независимой переменной (например,s(t)).

Простейшими сигналами являются одномерные сигналы, т. е. значение сигнала зависит от одного параметра (например, звуковые сигналы). В общем случае сигналы являются многомерными функциями пространственных, временных и прочих координат. Пример – интенсивность компьютерного изображения.

По форме представления сигналы бывают двух типов – аналоговыеицифровые(дискретные).Аналоговыйсигналопределендля любогозначениянезависимогопараметра,т.е.являетсянепрерывной функцией непрерывного аргумента. Источниками аналоговых

20