Персональная кибербезопасность. Учебное пособие (курс лекций)

В каждом методе шифрования используется специальный алгоритм, называемый шифром, для шифрования и расшифровки сообщений. Шифр представляет собой последовательность четко определенных шагов, используемых для шифрования и расшифровки сообщений. Существует несколько способов создания криптограммы:

перестановка ‒ буквы меняются местами;

подстановка ‒ буквы заменяются;

одноразовый блокнот ‒ обычный текст в сочетании с секретным ключом образует новый символ, который затем объединяется

собычным текстом для получения криптограммы.

Встарых алгоритмах шифрования, таких как шифр Цезаря или Энигма, конфиденциальность обеспечивалась секретностью самого алгоритма. С современными технологиями обратная разработка часто не представляет сложности, поэтому используются общедоступные алгоритмы. В большинстве современных алгоритмов для успешной расшифровки необходимо знать соответствующие криптографические ключи. Это означает, что безопасность шифрования зависит от секретности ключей, а не алгоритма.

Внекоторых современных алгоритмах шифрования по-преж- нему частично используется перестановка.

Управление ключами является самым сложным аспектом проектирования криптографической системы. Многие криптосистемы были взломаны из-за ошибок в управлении ключами. Все современные криптографические алгоритмы содержат обязательные процедуры управления ключами. На практике большинство атак на криптографические системы направлено на систему управления ключами, а не сам алгоритм шифрования.

Криптографическое шифрование может обеспечивать конфиденциальность сочетанием различных инструментов и протоколов.

Существует два подхода к обеспечению безопасности данных при использовании шифрования. Первый заключается в том, чтобы защитить алгоритм. Если надежность системы шифрования зависит от секретности самого алгоритма, то важнее всего любой ценой сохранять тайну алгоритма. В случае если кому-либо станут известны подробности работы алгоритма, то всем участникам необходимо будет сменить алгоритм. Такой подход выглядит плохо управляемым и не слишком безопасным. Второй подход заключается в том, чтобы защитить ключи. В современной криптографии алгоритмы

51

открыты. Секретность данных обеспечивают криптографические ключи. Криптографические ключи ‒ это пароли, которые являются частью входных данных для алгоритма шифрования вместе с данными, требующими зашифровки [2].

Алгоритмы шифрования подразделяются на два класса. Симметричные алгоритмы используют один и тот же общий

ключ для зашифровки и расшифровки данных. Перед началом передачи любого зашифрованного сообщения отправитель и получатель заранее определяют ключ. Симметричные алгоритмы используют один и тот же ключ для зашифровки и расшифровки обычного текста. Алгоритмы шифрования с общим ключом более простые и требуют меньше вычислительной мощности.

Асимметричные алгоритмы шифрования используют разные ключи для зашифровки и расшифровки данных. Один ключ является открытым, другой ‒ закрытым. В системе шифрования с открытым ключом любой человек может зашифровать сообщение, используя открытый ключ получателя, и только этот получатель сможет расшифровать сообщение с помощью своего закрытого ключа. Стороны обмениваются защищенными сообщениями без необходимости предварительно согласовывать общий ключ. Асимметричные алгоритмы более сложны. Эти алгоритмы являются ресурсоемкими

ивыполняются медленно.

Всимметричных алгоритмах используется один и тот же общий ключ для шифрования и расшифровки данных. Этот метод также известен как шифрование с закрытым ключом.

Наиболее распространенные типы криптографических преоб-

разований ‒ это блочное шифрование и поточные шифры. Эти ме-

тоды различаются способом группировки битов данных при шифровании.

С помощью блочного шифрования блок обычного текста фиксированной длины преобразуется в блок криптограммы размером 64 или 128 бит. Размер блока представляет объем данных, шифруемых за один раз. Для расшифровки следует применить к блоку криптограммы обратное преобразование, используя тот же секретный ключ.

При блочном шифровании выходных данных обычно получается больше, чем входных, поскольку размер криптограммы должен быть кратным размеру блока.

52

В отличие от блочного шифрования, поточные шифры обрабатывают обычный текст по одному байту или биту. Можно сказать, что поточные шифры представляют собой блочные с размером блока в один бит. В поточных шифрах преобразование мелких единиц обычного текста выполняется по-разному в зависимости от их расположения в потоке шифруемого текста. Поточные шифры могут работать гораздо быстрее блочного шифрования и, как правило, не увеличивают размер сообщения, поскольку шифруют произвольное число битов [3].

Сложные криптографические системы могут объединять блочную и потоковую обработку в одном процессе.

Во многих криптографических системах применяется симметричное шифрование. Ниже перечислены некоторые распространенные криптографические стандарты, использующие симметричное шифрование.

3DES (Triple DES) ‒ симметричный блочный шифр на основе алгоритма DES с размером блока 64 бита и длиной ключа 56 бит. В качестве входных данных используется блок обычного текста размером 64 бита, а на выходе получается блок криптограммы размером 64 бита. Алгоритм всегда работает с блоками одинакового размера и использует как перестановку, так и подстановку данных. При использовании 3DES данные шифруются трижды, и хотя бы в одном из трех проходов используется другой ключ. Таким образом, суммарный размер ключа составляет 112–168 бит. Алгоритм 3DES более устойчив к атакам, но работает гораздо медленнее DES.

IDEA ‒ международный алгоритм шифрования данных с размером блоков 64 бита и длиной ключа 128 бит. IDEA выполняет восемь раундов преобразований каждого из 16 блоков, которые появляются при делении каждого 64-битного блока. Алгоритм IDEA пришел на замену DES и теперь используется в PGP (Pretty Good Privacy). PGP – программа, которая обеспечивает конфиденциальность и аутентификацию при передаче данных.

AES ‒ симметричный алгоритм блочного шифрования с фиксированным размером блока 128 бит и длиной ключа 128, 192 или 256 бит. AES стойкий алгоритм, в котором используются более длинные ключи. AES работает быстрее, чем DES и 3DES, поэтому он применяется в решениях для программных приложений, а также в аппаратных межсетевых экранах и маршрутизаторах.

53

Васимметричном шифровании, которое также называется шифрованием с открытым ключом, для зашифровки и расшифровки сообщения используются разные ключи. Преступник не может в разумные сроки вычислить ключ дешифрования, зная ключ шифрования, и наоборот.

Васимметричных алгоритмах используются общедоступные формулы. Защиту в этих алгоритмах обеспечивает пара несвязанных ключей. Ниже перечислены асимметричные алгоритмы.

Система RSA (Ривеста-Шамира-Адлемана) использует произведение двух очень больших простых чисел с равной длиной от 100 до 200 цифр. RSA применяется в браузерах для создания безопасного подключения.

Протокол Диффи-Хеллмана предоставляет электронный метод получения секретного ключа. В защищенных протоколах, таких как

Secure Sockets Layer (SSL), Transport Layer Security (TLS), Secure

Shell (SSH) и Internet Protocol Security (IPsec), используется алго-

ритм Диффи-Хеллмана.

Алгоритм ElGamal использует стандарт правительства США для цифровых подписей. Этот алгоритм можно использовать бесплатно, поскольку он не был запатентован.

Эллиптическая криптография (ECC) использует в рамках алгоритма эллиптические кривые. Агентство национальной безопасности США использует ECC для создания цифровых подписей и обмена ключами.

Управление ключами подразумевает создание, обмен, хранение, использование и замену ключей, применяемых в алгоритме шифрования. Управление ключами является самым сложным аспектом проектирования криптографической системы. Многие криптосистемы были взломаны из-за ошибок в управлении ключами. На практике большинство атак на криптографические системы направлено на уровень управления ключами, а не на сам алгоритм шифрования [4].

Для описания ключей используются два термина:

 длина ключа, или размер ключа, ‒ это величина в битах;  пространство ключей ‒ это количество возможных вариан-

тов, которые может создать ключ определенной длины.

При увеличении длины ключа пространство ключей увеличи-

вается экспоненциально. Ключевое пространство алгоритма ‒ это набор всех возможных значений ключа. Длинные ключи надежнее,

54

однако требуют больше ресурсов. В пространстве ключей практически каждого алгоритма есть слабые ключи, которые позволяют злоумышленнику взломать шифр ускоренным методом.

Важно понимать различия между методами симметричного и асимметричного шифрования. Системы симметричного шифрования более эффективны и могут обрабатывать больше данных. Однако ключами таких систем сложнее управлять. Асимметричная криптография более эффективна для защиты конфиденциальности небольших объемов данных, например при обмене электронными ключами, в отличие от шифрования больших блоков данных.

Существует множество вариантов применения как симметричных, так и асимметричных алгоритмов.

4.2. Функции управления доступом

Существует большое количество систем управления доступом. Рассмотрим их более подробно.

1. Системы разграничения физического доступа.

Средства разграничения физического доступа ‒ это фактические барьеры, предназначенные для предотвращения прямого контакта с системами. Цель состоит в предотвращении физического доступа неавторизованных пользователей к объектам, оборудованию и другим ресурсам организации.

Разграничение физического доступа определяет, кто, в какие помещения и когда может войти (или выйти).

Примеры разграничения физического доступа:

охрана для мониторинга территории;

заборы для защиты периметра;

датчики движения для выявления движущихся объектов;

замки ноутбуков для защиты портативного оборудования;

запирающиеся двери для предотвращения несанкционированного доступа;

магнитные карты для доступа к закрытым зонам;

сторожевые собаки для охраны территории;

видеокамеры для мониторинга территории и записи изобра-

жения;

тамбуры-шлюзы для доступа к защищенной зоне после закрытия двери 1;

аварийные сигналы для обнаружения вторжений.

55

2.Системы разграничения логического доступа.

Разграничение логического доступа обеспечивают аппаратные

ипрограммные решения для управления доступом к ресурсам и системам. Эти технологические решения включают инструменты и протоколы, используемые компьютерными системами для идентификации, аутентификации, авторизации и отчетности.

К средствам логического разграничения доступа относятся:

‒ шифрование ‒ процесс преобразования обычного текста в криптограмму;

‒ смарт-карты оснащены встроенной микросхемой; ‒ пароли ‒ защищенные строки символов;

‒ биометрия ‒ физические характеристики пользователей;

‒ списки контроля доступа (ACL) определяют тип разрешенного трафика в сети;

‒ протоколы ‒ наборы правил, которые регулируют обмен данными между устройствами;

‒ межсетевые экраны блокируют нежелательный сетевой трафик;

‒ маршрутизаторы соединяют как минимум две сетевые инфраструктуры;

‒ системы обнаружения вторжений выполняют мониторинг сетевой инфраструктуры на предмет подозрительных действий;

‒ уровни отсечения ‒ разрешенные пороговые значения ошибок до срабатывания сигнала тревоги.

3.Средства административного контроля доступа.

Средства контроля административного доступа – это политики и

процедуры, определенные организацией для внедрения и укрепления всех аспектов контроля несанкционированного доступа. Средства административного контроля сосредоточены на персонале и деловых практиках. К средствам административного контроля относятся:

‒политики ‒ заявления о намерениях;

‒процедуры ‒ подробные инструкции по выполнению определенных действий;

‒практика найма сотрудников состоит из шагов, которые организация предпринимает для поиска квалифицированных сотрудников;

‒проверка биографии ‒ отборочная проверка информации о сотрудниках, в том числе сведений с прошлых мест работы, кредитной истории и наличия судимостей;

56

‒категоризация данных распределяет сведения по категориям

взависимости от секретности;

‒обучение по вопросам безопасности информирует сотрудников о политиках безопасности, принятых в организации;

‒проверки и ревизии позволяют оценить эффективность работы сотрудника.

4. Обязательное разграничение доступа.

Обязательное разграничение доступа (MAC) ограничивает действия, которые субъект может выполнить с объектом. Субъектом может быть пользователь или процесс. Объектом может быть файл, порт или устройство ввода-вывода. Правило авторизации указывает, может ли субъект получить доступ к объекту.

Организации используют MAC при наличии разных уровней секретности. У каждого объекта есть метка, а у каждого субъекта – допуск. Система MAC ограничивает доступ субъекта в соответствии с уровнем секретности объекта и меткой пользователя.

5. Дискреционное разграничение доступа.

Владелец объекта определяет, следует ли разрешить доступ к объекту с дискреционным разграничением доступа (DAC). DAC открывает или ограничивает доступ к объекту на основании решения владельца. Этот тип контроля называется избирательным, поскольку владелец, обладающий определенными разрешениями на доступ, может предоставлять эти права другому субъекту по собственному усмотрению.

В системах с дискреционным разграничением доступа владелец объекта может сам решать, какие субъекты будут иметь доступ к объекту и на каком уровне.

Списки контроля доступа ‒ это еще один распространенный механизм для реализации дискреционного разграничения доступа. В списках контроля доступа используются правила, которые определяют разрешенный входной и выходной трафик в сети.

6. Контроль доступа на основе ролей.

Контроль доступа на основе ролей (Role-based access control, RBAC) работает в зависимости от роли субъекта. Роли ‒ это должностные обязанности в организации. Для выполнения определенных операций в данной роли требуется разрешение. Пользователи получают разрешения в рамках своей роли.

Контроль доступа на основе ролей может работать в сочетании с DAC или MAC с применением соответствующих политик. RBAC

57

помогает администрировать системы безопасности в крупных организациях с сотнями пользователей и тысячами возможных разрешений. Организации широко используют RBAC для управления разрешениями компьютеров внутри системы или приложения.

7. Разграничение доступа на основе правил.

При контроле доступа на основе правил используются списки контроля доступа (ACL), которые определяют, следует ли предоставить доступ пользователю. В списке контроля доступа (ACL) содержится ряд правил. Возможность предоставления доступа зависит от этих правил. Как и в случае с MAC, пользователи не могут изменять правила доступа. Организации могут объединять разграничение доступа на основе правил с другими стратегиями для ограничения доступа.

8. Идентификация.

В процессе идентификации применяются правила, установленные политикой авторизации. Субъект запрашивает доступ к системному ресурсу. Каждый раз, когда субъект запрашивает доступ к ресурсу, решение о предоставлении или запрещении доступа принимается средствами контроля.

Связь между разрешенными действиями и субъектами обеспечивает уникальный идентификатор. Имя пользователя ‒ наиболее распространенный метод идентификации пользователя. Имя пользователя может представлять собой буквенно-цифровую комбинацию, персональный идентификационный номер (PIN-код), смарт карту или биометрические данные, такие как отпечатки пальцев, сканирование сетчатки или распознавание голоса.

Используемые средства контроля идентификации определяются с помощью политик обеспечения кибербезопасности. На основании степени конфиденциальности информации и информационных систем определяется, насколько строго должен контролироваться доступ.

9. Многофакторная аутентификация.

Многофакторная аутентификация включает как минимум два метода проверки. Хорошим примером будет ключ-брелок безопасности. Двумя факторами являются то, что вам известно, например, пароль, и то, что у вас имеется, например, ключ-брелок безопасности. Можно повысить безопасность, добавив биометрию, например, сканирование отпечатка пальца.

58

Многофакторная аутентификация может снизить частоту случаев кражи личной информации, поскольку знание пароля не даст киберпреступнику доступ к информации о пользователе.

10. Авторизация.

Средства контроля авторизации определяют, что пользователь может и чего не может делать в сети после успешной аутентификации. После подтверждения личности система проверяет, к каким сетевым ресурсам у пользователя есть доступ и какие действия он может выполнять с этими ресурсами.

При авторизации используется набор атрибутов, описывающий доступ пользователя к сетевой инфраструктуре. Система сравнивает эти атрибуты с информацией, содержащейся в базе данных аутентификации, определяет набор ограничений для этого пользователя и передает его на локальный маршрутизатор, к которому подключен пользователь.

Авторизация выполняется автоматически и не требует от пользователей дополнительных действий после аутентификации. Авторизация должна быть выполнена сразу после успешной аутентификации пользователя.

11. Отчетность.

Средства отчетности отслеживают действия пользователей и процессов по внесению изменений в систему, собирают эту информацию и сообщают данные об использовании. Организация может использовать такие данные, например, в целях аудита или выставления счетов. Собираются такие данные, как время входа того или иного пользователя в систему, сведения об удачных и неудачных попытках входа в систему, а также данные о сетевых ресурсах, к которым пользователь обращался. Таким образом организация может отслеживать действия, ошибки и отклонения во время аудита или расследования.

Отчетность обеспечивается за счет соответствующих технологий, политик, процедур и обучения. Из файлов журнала можно получить подробную информацию в соответствии с выбранными параметрами.

12. Превентивные средства контроля.

Превентивные средства означают предупредительные. Превентивные средства разграничения доступа предотвращают нежелательные или несанкционированные действия. Для авторизованного

59

пользователя превентивное разграничение доступа означает ограничения. Назначение конкретных прав пользователя в системе является примером превентивного контроля. Несмотря на то что пользователь является авторизованным, система ограничивает его права доступа для предотвращения несанкционированных действий. Межсетевой экран, блокирующий доступ к порту или сервису, которыми могут воспользоваться киберпреступники, также является средством превентивного контроля.

13. Сдерживающие средства контроля.

Сдерживающий фактор препятствует совершению неправильных действий. Сдерживающие средства разграничения препятствуют получению несанкционированного доступа к информационным системам и конфиденциальным данным, атакам на системы, краже данных и распространению вредоносного кода. Организации используют сдерживающие средства разграничения доступа для усиления политик кибербезопасности.

14. Распознавательные средства контроля.

Обнаружение ‒ это действие или процесс выявления чего-либо. Распознавательные средства разграничения доступа позволяют обнаружить различные несанкционированные действия. Системы обнаружения могут быть реализованы в очень простом виде, например, в виде датчика движения или в лице сотрудника службы охраны. Они могут быть и более сложными, например, система обнаружения вторжений (IDS). У всех систем обнаружения есть общие черты: они отслеживают необычные или запрещенные действия. Они также предоставляют методы регистрации событий и операторов системы оповещения при потенциальном несанкционированном доступе. Распознавательные средства контроля ничего не предотвращают, а работают больше по факту события.

15. Корректирующие средства контроля.

Корректирующие меры препятствуют нежелательным действиям. Организации внедряют корректирующие средства разграничения доступа, после того как система подверглась угрозе. Корректирующие меры позволяют восстановить конфиденциальность, целостность и доступность системы. С их помощью также можно вернуть системы в нормальное состояние после несанкционированных действий.

60