Введение в специальность «Защита информационных технологий». Учебное пособие

сигналов, как правило, являются физические процессы и явления, непрерывные в своем развитии во времени, в пространстве или по любой другой независимой переменной, при этом регистрируемый сигнал подобен порождающему его процессу.

Признак защищаемого сигнала, позволяющий обнаруживать и распознавать его среди других сигналов, называется демаскирующим. Признаки сигналов описывают параметры полей и электрических сигналов, генерируемых объектом защиты: мощность, частота, вид сигнала, ширина спектра и т. п.

Аналоговый сигнал описывается набором параметров, являющихся его признаками. К ним относятся параметры, рассмотренные нами ранее:

–частота и диапазон частот;

–амплитуда (и мощность) сигнала;

–фаза сигнала;

–длительность сигнала;

–вид модуляции;

–ширина спектра сигнала;

–динамический диапазон сигнала.

К демаскирующим признакам сигналов можно отнести и время их проявления, в зависимости от которого сигналы делятся на регулярные (получателю известно время появления) и случайные (время появления неизвестно). Вид информации, содержащийся в сигнале, изменяет его демаскирующие признаки. Например, сигнал стандартной речи, передаваемой по телефонной линии, имеет ширину спектра 300–3400 Гц, звуковой – 16–20 000 Гц, телевизионный – 6–8 МГц и т. д.

У дискретных сигналов амплитуда имеет конечный, заранее определенный набор значений. Наиболее распространенным сигналом, применяемым, в частности, в вычислительной машине, является бинарный сигнал. Он имеет два уровня амплитуды: низкий и высокий.

Дискретный сигнал в общем случае характеризуется следующими параметрами: амплитудой, мощностью, длительностью импульса, периодом, шириной спектра сигнала, скважностью импульсов (отношение периода к длительности одного импульса).

21

Модуляцией называется процесс изменения одного или несколькихпараметровнесущеговысокочастотногоколебаниявсоответствии с изменением параметров передаваемого сигнала.

Суть модуляции заключается в том, что один из параметров высокочастотногогармоническогоколебания(егоназываютнесущим колебанием, а частоту – несущей частотой) изменяется по закону низкочастотного (управляющего) сигнала, содержащего передаваемое сообщение.

Для передачи сигналов на большие расстояния с помощью электромагнитных волн необходимо перенести спектр низкочастотного сигнала в область высоких частот (радиочастот). Этот перенос спектра называют модуляцией, которая осуществляется с помощью модулятора.

Амплитудная модуляция (АМ) – модуляция, при которой незатухающие колебания изменяются по амплитуде в соответствии с модулирующими колебаниями более низкой частоты.

Частотная модуляция (ЧМ) – модуляция, при которой несущая частота сигнала изменяется в соответствии с модулирующим колебанием.

Частотная модуляция обладает большей помехоустойчивостью по сравнению с амплитудной. Это объясняется тем, что помехи на входе приемного устройства приводят, как правило, к случайному изменению амплитуды, т. е. искажают информационный параметр. При частотной модуляции влияние помех на амплитуду сигналов не приводит к изменению информационного параметра – частоты.

Сигналы, передающие защищаемую информацию, которые могут быть перехвачены злоумышленником с последующим извлечением этой информации, называются опасными. Опасные сигналы подразделяются на два вида: функциональные и случайные. Функциональные сигналы создаются техническим средством обработки информации для выполнения заданных функций.

К основным источникам функциональных сигналов относятся:

–источники систем связи;

–передатчики радиотехнических систем;

22

–излучатели акустических сигналов;

–люди.

Принципиальным отличием функциональных сигналов от случайных является то, что владелец информации знает о возможныхрискахнарушениябезопасностиинформациииможетих принять.

Однако работа современных средств по обработке, хранению и передаче информации сопровождается явлениями и физическими процессами, которые могут создавать побочные радио- или электрические сигналы. Такие сигналы называются случайными опасными сигналами. Эти сигналы возникают вне зависимостиотжеланиявладельцаинформацииичастобезпроведения специальных исследований, выявить их практически невозможно.

К техническим средствам, которые могут быть источниками случайных опасных сигналов, относятся:

–средства телефонной проводной связи;

–средства мобильной связи и радиосвязи;

–средства электронной почты;

–аудиоаппаратура и средства звукоусиления;

–радиоприемные устройства;

–видеоаппаратура;

–телевизионные средства;

–средства линейной радиотрансляции и оповещения. Случайные опасные сигналы могут создаваться следующими

электрическими приборами:

–средства системы электрочасофикации;

–средства охранной сигнализации;

–средства пожарной сигнализации;

–оргтехника (в частности, принтеры);

–средства системы кондиционирования и вентиляции;

–бытовые приборы и другая техника, имеющая в составе элементы преобразования акустической информации в электрические сигналы;

–электропроводящие коммуникации здания, проходящие

через контролируемую зону.

23

7. КЛАССИФИКАЦИЯ КАНАЛОВ УТЕЧКИ ИНФОРМАЦИИ

Известно, что информация передается полем или веществом. Это либо акустическая волна (звук), либо электромагнитное излучение,либолистбумагистекстом.Нонипереданнаяэнергия, ни посланное вещество сами по себе никакого значения не имеют, они служат лишь носителями информации. Человек не рассматривается как носитель информации. Он выступает субъектом отношений или источником.

Основываясь на этом, можно утверждать, что по физической природе возможны следующие средства переноса информации:

–световые лучи;

–звуковые волны;

–электромагнитные волны;

–материалы и вещества.

Используя в своих интересах те или иные физические поля, человек создает определенную систему передачи информации. Такие системы принято называть системами связи. Любая система связи (система передачи информации) состоит из источника информации, передатчика, канала передачи информации, приемникаиполучателясведений.Однакосуществуютопределенные условия, при которых возможно образование системы передачи информации из одной точки в другую независимо от желания объекта и источника.

При этом такой канал в явном виде не должен себя проявлять. По аналогии с каналом передачи информации данный канал называют каналом утечки информации. Канал утечки информации – физический путь от источника конфиденциальной информации к злоумышленнику, по которому возможна утечка или несанкционированноеполучениеохраняемыхсведений.

Для возникновения (образования, установления) канала утечки информации необходимы определенные пространственные, энергетические и временные условия, а также соответствующие средства восприятия и фиксации информации на стороне злоумыш-

24

ленника. Применительно к практике с учетом физической природы образования каналы утечки информации можно разделить наследующие группы:

–визуально-оптические;

–акустические;

–электромагнитные;

–материально-вещественные.

Визуально-оптические каналы утечки – это, как правило, непо-

средственное или удаленное наблюдение, в том числе фото- и видеосъемка. Переносчиком информации выступает свет, испускаемый источником конфиденциальной информации или отраженный от него в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах.

Акустические каналы утечки. Для человека слух является вторым по информативности после зрения. Поэтому одним из распространенных каналов утечки информации является акустический канал. В акустическом канале переносчиком информации выступает звук, лежащий в полосе ультра, слышимого и инфразвукового диапазонов. Диапазон звуковых частот, слышимых че- ловекомисодержащихсявчеловеческойречи,–от100до6000Гц, лежит в пределах от 16 до 20 000 Гц.

Когдаввоздухераспространяетсяакустическаяволна,частицы воздухаприобретаютколебательныедвижения,передаваяколебательную энергию друг другу. Если на пути звука нет препятствия, он распространяется равномерно во все стороны. Если на пути звуковой волны возникают какие-либо препятствия в виде перегородок, стен, окон, дверей, потолков и т. п., то звуковые волны оказывают на них соответствующее давление, приводя их также в колебательный режим. Эти воздействия звуковых волн являются одной из основных причин образования акустического канала утечки информации.

В свободном воздушном пространстве акустические каналы образуются в помещениях при ведении переговоров в случае открытых дверей, окон, форточек. Кроме того, такие каналы образуются системой воздушной вентиляции помещений. В этом случае образование каналов существенно зависит от геометрических

25

размеровиформывоздуховодов,акустическиххарактеристикфасонныхэлементовзадвижек,воздухораспределителейиподобных элементов.

Под структурным звуком понимают механические колебания в твердых средах. Механические колебания стен, перекрытий или трубопроводов, возникающие в одном месте, передаются на значительныерасстояния,почтинезатухая.Опасностьтакогоканала утечки состоит в неконтролируемой дальности распространения звука.

Электромагнитные каналы утечки.Переносчикоминформации являются электромагнитные волны в диапазоне от сверхдлинных сдлинойволны10000м(частотыменее30Гц)досубмиллиметровых с длиной волны 1–0,1 мм (частоты от 300 до 3000 ГГц). Каждый из этих видов электромагнитных волн обладает специфическими особенностями распространения как по дальности, так и в пространстве. Длинные волны, например, распространяются на весьма большие расстояния, миллиметровые, наоборот, – на удаление лишь прямой видимости в пределах единиц и десятков километров. Кроме того, различные телефонные и иные провода и кабели связи создают вокруг себя магнитное и электрическое поля, которые также выступают элементами утечки информации засчетнаводокнадругиепроводаиэлементыаппаратурывближней зоне их расположения. Этот эффект еще называют побочными электромагнитными излучениями и наводками (ПЭМИН). Побочные электромагнитные излучения и наводки присущи любым электронным устройствам, системам, изделиям по природе проявления.

Такимобразом,техническиесредстваисистемымогутнетолько непосредственно излучать в пространство сигналы, содержащие обрабатываемую информацию, но и улавливать за счет своих микрофонных или антенных свойств акустические или магнитные (электромагнитные) излучения, преобразовывать их в электрические сигналы и передавать по своим линиям связи, как правило, бесконтрольно, что в еще большей степени повышает опасность утечки информации.

26

Причинами образования источников появления побочных электромагнитных излучений и наводок также являются несовершенство схемных решений и эксплуатационный износ элементов изделия.

Материально-вещественными каналами утечки информации яв-

ляются различные материалы в твердом, жидком, газообразном или корпускулярном (радиоактивные элементы) видах (различные отходы производства, бракованные изделия, черновые материалы и др.).

8. ОСНОВНЫЕ СТАНДАРТЫ В ОБЛАСТИ КРИПТОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Исторически криптография (в пер. с греч. данный термин означает «тайнопись») возникла как способ скрытой передачи сообщений без сокрытия факта их передачи. Для этой цели сооб- щение,написанноесиспользованиемкакого-либообщепринято- го языка, преобразовывалось под управлением некоторой дополнительной информации, называемой ключом. Преобразованное сообщение, называемое еще криптограммой или шифртекстом, содержит исходную информацию в полном объеме, однако последовательность знаков в нем внешне представляется случайной и не позволяет восстановить исходную информацию без знания ключа.

Рассмотрим основные понятия и определения:

–шифрование – процедура осуществления криптографического преобразования, применяемая для хранения важной информации в ненадежных источниках или передачи ее по незащищенным каналам связи;

–ключ шифрования – в качестве ключа может использоваться и алгоритм шифрования, однако в настоящее время общепринятым является использование открытых алгоритмов криптографического преобразования, а в секрете держится некоторая случайная последовательность битов, которая и является ключом шифрования;

27

–криптостойкость – основная характеристика алгоритмов шифрования, которая указывает прежде всего на степень сложности получения исходного текста из зашифрованного без ключа.

В зависимости от структуры используемых ключей методы шифрования подразделяются:

–на симметричное шифрование: для зашифрования и расшифрования используется один и тот же (секретный) ключ;

–асимметричное шифрование: для зашифрования используется один ключ (открытый), а для расшифрования – другой (закрытый, секретный); данный вид шифрования также называют шифрованиемсоткрытымключом;различныевидышифрования обладают различной криптостойкостью.

Все криптоалгоритмы основаны на использовании ключевой информации, под которой понимается совокупность действующих в информационной системе ключей. По своему назначению последние делятся на ключи для шифрования ключей и ключи дляшифрованияданных.Повременижизниделятсянадолговременные и кратковременные. Примером последних являются так называемые «сеансовые ключи», действующие в течение только одного сеанса связи.

Сеансовые (сессионные) ключи – ключи, вырабатываемые между двумя пользователями, для защиты канала связи. Сеансовым ключом является общий секрет – информация, которая вырабатывается на основе секретного ключа одной стороны и открытого ключа другой стороны.

Электронная цифровая подпись (ЭЦП) защищает документ/ сообщение от изменений или подмены и гарантирует тем самым его достоверность. Она представляет собой строку, в которой

взакодированном виде отражены атрибуты документа (контрольная сумма файла и т. д.) и его содержание так, что всякое изменение файла при неизменной подписи обнаруживается. Передается вместе с сообщением. ЭЦП работает на асимметричном шифровании, только алгоритм выполняется наоборот: для создания подписи используется закрытый ключ, а для проверки – открытый.

28

9. ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КРИПТОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ

По количеству и способу применения ключей шифрования различают два базовых типа криптографических систем – симметричные и асимметричные.

Особенности симметричных криптосистем. Первыми появи-

лись симметричные криптографические системы. В них для зашифрованияирасшифрованияинформациииспользуетсяодин

итот же ключ (рис. 9.1). С целью предотвратить несанкционированное раскрытие зашифрованной информации все ключи шифрования в симметричных системах должны держаться в секрете. Поскольку стороны информационного обмена разделяют общий секретный ключ, то минимум двум пользователям известен один

итот же ключ шифрования.

Симметричные системы называют еще одноключевыми криптографическими системами (или системами с закрытым ключом). Данные системы характеризуются наиболее высокой скоростью шифрования, с их помощью обеспечиваются как конфиденциальность и подлинность, так и целостность передаваемой информации. Конфиденциальность информации достигается ее криптографическим закрытием. При взаимном доверии участников информационного обмена подлинность обеспечивается

Секретный ключ

Зашифрованное сообщение

Рис. 9.1. Схема использования симметричной криптографической системы

29

за счет того, что без предварительного расшифрования практически невозможно осуществить смысловую модификацию и подлог криптографическизакрытогосообщения.Фальшивоесообщение не может быть правильно зашифровано без знания секретного ключа.

Целостность данных обеспечивается присоединением к передаваемым данным специального кода (имитовставки), вырабатываемого по секретному ключу. Алгоритм формирования имитовставки должен обеспечивать ее зависимость по некоторому сложному криптографическому закону от каждого бита сообщения. Имитовставка вычисляется с помощью функции хеширования и является разновидностью контрольной суммы (эталонной характеристикойсообщения)покоторойосуществляетсяпроверка целостности последнего.

Обладая высокой скоростью шифрования, одноключевые криптосистемы позволяют решать многие важные задачи защиты информации. Но автономное использование данных криптосистем в компьютерных сетях порождает проблему распределения ключей шифрования между пользователями. С одной стороны, для обеспечения эффективной защиты циркулирующих в сети сообщений необходимо огромное количество часто меняющихся ключей (один ключ – на каждую пару пользователей). С другой стороны, при передаче ключей пользователям необходимо обеспечить конфиденциальность, подлинность и целостность ключей шифрования, что требует больших дополнительных затрат. Дополнительные затраты связаны с необходимостью передачи ключей по закрытым каналам связи или распределением ключей с помощью специальной службы доставки (например, передача ключей с помощью курьеров в опечатанных конвертах). Получая конверт, принимающая сторона проверяет печати и подписи, что позволяет ей с высоким уровнем достоверности убедиться в принадлежности полученныхсекретныхключейотправляющейстороны.

Проблемараспределениясекретныхключейприбольшомчисле пользователей является трудоемкой и сложной задачей. В секретной сети наN пользователей необходимо распределитьN (N – 1)/2

30