Персональная кибербезопасность. Учебное пособие (курс лекций)

16. Средства восстановления.

Восстановление ‒ это возвращение в нормальное состояние. Восстановительные средства разграничения доступа предназначены для восстановления ресурсов, функций и возможностей после нарушения политики безопасности. Средства восстановления могут устранить повреждения и предотвратить дальнейший ущерб. Возможности этих средств шире, чем возможности корректирующих средств контроля и разграничения доступа.

17. Компенсирующие средства контроля.

Компенсировать – это значит возместить недостаток. Компенсирующие средства разграничения доступа расширяют возможности других средств для более строгого контроля за соблюдением политики безопасности.

Компенсирующее средство может применяться вместо другого средства, которое невозможно использовать в данных условиях [14].

4.3. Скрытие данных

Скрытие данных обеспечивается различными методами, например маскирование, стенография, стегоанализ и обфускация.

Технология маскирования данных защищает данные, заменяя конфиденциальную информацию на ее неконфиденциальную версию. Вариант, не носящий конфиденциального характера, выглядит как оригинал и выполняет его функции. То есть в бизнес-процессах могут использоваться неконфиденциальные данные и не требуется изменять вспомогательные приложения или системы хранения данных. В большинстве сценариев использования маскирование позволяет ограничить распространение конфиденциальных данных внутри информационных систем, заменяя их на суррогатные для тестирования и анализа. Информация может маскироваться динамически, если система или приложение определяет запрос пользователя на получение конфиденциальной информации как рискован-

ный [2, 10].

Маскирование данных может заменять конфиденциальные данные в непроизводственной среде для защиты базовой информации.

Существует несколько методов маскирования данных, которые гарантируют, что данные сохраняют значение, но изменяются достаточно для защиты конфиденциальности:

61

подстановка заменяет данные достоверно выглядящими значениями для сохранения анонимности записей;

перетасовка создает замещающий набор из данных того же набора данных, который пользователь хочет замаскировать;

обнуление применяет нулевое значение к выбранному полю, что полностью предотвращает мониторинг данных.

Стеганография позволяет скрыть данные (сообщение) в другом файле, таком как графическое изображение, аудиозапись или другой текстовой файл. Преимущество стеганографии над криптографией состоит в том, что скрытое сообщение не привлекает к себе внимания. При просмотре файла электронным способом или в физическом виде понять, что изображение содержит скрытое послание, невозможно.

В сокрытии данных участвует несколько компонентов. Во-пер- вых, есть внедренные данные, то есть скрытое сообщение. Текстовый контейнер (или изображение-контейнер, или аудиоконтейнер) скрывает внедренные данные, образуя стеготекст (или стегоизображение, или стегоаудио). Стегоключ определяет процесс сокрытия.

Для внедрения данных в изображение-контейнер применяется метод замены младших битов (LSB). В этом методе используются биты каждого пикселя в изображении. Пиксель является основной единицей программирования цвета в компьютерном изображении. Цвет конкретного пикселя представляет собой смесь трех цветов: красного, зеленого и синего (RGB). Три байта данных определяют цвет пикселя (один байт для каждого цвета). Восемь бит составляют байт. 24-битная цветовая система использует все три байта. Метод LSB использует один бит каждого из компонентов красного, зеленого и синего цвета. Каждый пиксель может хранить 3 бита.

В среднем требуется изменить не более половины битов в изображении, чтобы эффективно скрыть сообщение.

Социальная стеганография скрывает информацию, находящуюся на виду. Для этого создаются сообщения, скрытую часть которых могут понять только посвященные. Те, кто просто прочитает сообщение, не увидят скрытого послания. Подростки в социальных сетях пользуются этой тактикой для общения с близкими друзьями, при этом остальные, в том числе родители, не знают истинного смысла сообщений.

62

Стегоанализ ‒ это обнаружение скрытой информации. Цель стегоанализа заключается в том, чтобы обнаружить скрытые сведения.

Сравнивая исходное изображение со стегоизображением, аналитик может различить повторяющиеся структуры на глаз.

Обфускация данных ‒ практическое использование методов маскирования данных и стеганографии в сферах кибербезопасности и электронной разведки. В результате обфускации смысл сообщения становится неясным или неоднозначным, или понять это сообщение становится сложнее. Система может намеренно кодировать сообщения для предотвращения несанкционированного доступа к конфиденциальной информации.

Технология цифровых водяных знаков защищает программное обеспечение от несанкционированного доступа или модификации. Технология защиты программного обеспечения с помощью цифровых водяных знаков предполагает вложение в исполняемый код скрытого сообщения, которое служит доказательством права собственности. Скрытое сообщение является цифровым водяным знаком, с помощью которого защищается программное обеспечение. При попытке удаления цифрового водяного знака код станет неработоспособным.

Обфускация программного обеспечения преобразует его в версию, эквивалентную исходной, но более сложную для анализа. Программа по-прежнему будет работать, но при попытке декомпиляции будет выдавать нечитаемые результаты.

Выводы

Важно обеспечивать конфиденциальность данных как при хранении, так и при передаче. В обоих случаях предпочтение отдается симметричному шифрованию из-за скорости и простоты алгоритма. Во многих организациях возникает все больше проблем с используемыми данными. Во время использования данные не защищены, так как пользователю необходимо открывать и изменять их. В системной памяти могут храниться конфиденциальные данные, например ключ шифрования. Вскрывая используемые данные, преступники получают несанкционированный доступ к хранящимся и перемещаемым данным.

63

Вопросы для самопроверки

1.Какие способы создания криптограммы Вы знаете?

2.Что понимается под криптографией?

3.Дайте характеристику алгоритмам шифрования?

4.Назовите основные протоколы шифрования.

5.Какие системы управления доступом Вы знаете?

6.Какие методы сокрытия данных Вы знаете?

Литература: 2, 3, 8, 9, 10.

64

5. СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ДАННЫХ

План лекции

5.1.Виды средств контроля целостности.

5.2.Цифровые подписи.

5.3.Обеспечение целостности данных.

Средства обеспечения целостности гарантируют неизменность и достоверность данных на всем протяжении жизненного цикла. Проверке целостности принадлежит важнейшая роль в эксплуатации любой системы хранения, обработки и передачи данных. При проектировании и реализации таких систем обязательно учитываются требования к целостности.

5.1. Виды средств контроля целостности

Во многих случаях требуется механизм, гарантирующий неизменность данных при их передаче и хранении. Именно эту функцию выполняют системы хеширования. На вход такой системы подаются двоичные данные (сообщение). В результате обработки этих данных формируется выходное значение фиксированной длины ‒ так называемую хеш-сумму или дайджест сообщения, по которой можно проверить целостность данных [7, 19].

В системах хеширования применяются криптографически стойкие хеш-функции, которые, собственно, и обеспечивают проверку и гарантию целостности данных. Эти функции также подходят для целей аутентификации. Незашифрованные пароли и ключи шифрования можно заменить соответствующими хеш-функциями. Ведь при хешировании одного и того же пароля с помощью конкретного алгоритма хеширования всегда получается одна и та же хеш-сумма. Вероятность совпадения хеш-сумм двух различных входных значений ничтожно мала. Кроме того, хеш-функции являются необратимыми. Хеш-сумма меняется при любом изменении входных данных. В связи с этим криптографические хеш-суммы часто называют цифровыми отпечатками. Хеш-суммы используются для решения таких задач, как поиск дубликатов файлов, контроль изменения версий и др. Хеширование помогает исключить случайное и намеренное изменение или повреждение данных. Кроме того, хеширование отличается высокой эффективностью. Хеш-сумма как

65

большого файла, так и содержимого целого дискового накопителя будет иметь одинаковую длину [14].

Хеширование реализуется односторонней математической функцией, которая относительно легко вычисляется, но найти аргумент по ее значению гораздо труднее. Криптографическая хешфункция обладает следующими свойствами:

‒длина входных данных произвольна;

‒длина выходных данных фиксирована;

‒хеш-функция является односторонней и необратимой;

‒вероятность совпадения хеш-сумм двух различных входных значений крайне мала.

С помощью хеш-функций можно выявить случайное изменение данных, возникшее из-за ошибочных действий пользователей или ошибок в процессе передачи.

Одним из первых алгоритмов хеширования стал алгоритм расчета 8-разрядной контрольной суммы, который представляет собой простейшую хеш-функцию. При расчете хеш-суммы по этому алгоритму сообщение преобразуется в двоичные числа. Полученная последовательность двоичных чисел делится на группы длиной в 8 бит. Далее 8-разрядные значения суммируются. После этого результат преобразуется во второй дополнительный код. Преобразование во второй дополнительный код выполняется следующим образом: разряды двоичного числа инвертируются, после чего к числу прибавляется единица. То есть единицы преобразуются в нули, а нули – в единицы. В самом конце к числу прибавляется единица. Полученный результат – это и есть 8-разрядная хеш-сумма.

В настоящее время широко используется множество современных алгоритмов хеширования. MD5 и SHA являются двумя наиболее популярными алгоритмами.

Автором алгоритма хеширования MD5 является Рон Ривест. Этот алгоритм применяется в Интернете для решения определенного круга задач. Алгоритм MD5 представляет собой необратимую хеш-функцию ‒ хеш-сумма входных данных любого объема рассчитывается легко, при этом восстановить входные данные по хешсумме, напротив, сложно [4].

Алгоритм безопасного хеширования (Secure Hash Algorithm, SHA) разработан в Национальном институте по стандартам и технологиям США (NIST) и включен в стандарт безопасного хеширования (SHS). Алгоритм SHA-1 был опубликован институтом NIST

66

в 1994 г. На смену алгоритму SHA-1 пришло семейство алгоритмов SHA-2 с четырьмя дополнительными хеш-функциями:

‒SHA-224 (224 бита);

‒SHA-256 (256 бит);

‒SHA-384 (384 бита);

‒SHA-512 (512 бит).

Алгоритмы семейства SHA-2 обладают более высокой стойкостью и применяются вместо MD5. SHA-256, SHA-384 и SHA-512 – это алгоритмы следующего поколения.

С помощью механизма проверки целостности можно убедиться, что данные не претерпели никаких изменений на пути от отправителя к получателю. Уверенность в целостности данных важна при загрузке файлов из Интернета или, например, при криминалистическом исследовании цифровых носителей.

Алгоритмы хеширования формируют хеш-сумму (цифровой отпечаток) фиксированной длины на основе входных данных любого объема. Злоумышленник не может восстановить исходные данные по хеш-сумме. Любые изменения входных данных влекут за собой изменение хеш-суммы. Такой набор свойств хорошо подходит для защиты паролей. Пароли, хранящиеся в системе, должны быть надежно защищены, но при этом система должна иметь возможность сравнить вводимый при входе пароль с паролем, хранящимся в системе.

Система никогда не записывает сам пароль на жесткий диск. Вместо пароля сохраняется цифровая хеш-сумма.

Криптографические хеш-функции применяются в следующих целях:

‒доказательство подлинности;

‒аутентификация путем формирования одноразовых и односторонних ответов на запросы протокола аутентификации;

‒доказательство проверки целостности сообщения.

Вкачестве алгоритма хеширования рекомендуется использовать наиболее надежные алгоритмы – как минимум SHA-256.

Чтобы получить хеш-код для входа в систему, необходимо угадать пароль. Пароли чаще всего взламывают двумя методами: методом грубой силы и методом перебора по словарю.

Ватаках методом перебора по словарю применяется файл с наиболее распространенными словами, фразами и паролями.

67

В файле содержатся заранее вычисленные хеш-суммы. Перебор по словарю сводится к сравнению хеш-сумм, содержащихся в этом файле, с хеш-суммами фактических паролей. Обнаружив совпадение хеш-сумм, хакер определяет группу потенциально верных паролей.

Атака методом грубой силы ‒ это перебор всех возможных сочетаний символов при заданной максимальной длине пароля. Такие атаки требуют мощных вычислительных ресурсов, но при наличии достаточного запаса времени позволяют определить пароль со стопроцентной точностью. При большой длине пароля атака методом грубой силы требует огромных затрат времени и поэтому не имеет смысла. В результате хеширования паролей для злоумышленника усложняется задача угадывания.

При добавлении соли хеширование обеспечивает более надежную защиту пароля. Если два пользователя используют одинаковый пароль, то у них будут одинаковые хеши паролей. Соль, представляющая собой строку из случайных символов, добавляется к паролю перед хешированием. Благодаря этому хеширование двух паролей дает разные результаты (рисунок 2). В базе данных сохраняются как хеш, так и соль.

Рисунок 2. Добавление соли

68

Добавление соли не позволяет отгадать пароль методом перебора по словарю. Кроме того, при наличии соли невозможен взлом паролей с помощью радужных таблиц и таблиц поиска.

В таблицах поиска содержатся заранее рассчитанные хешсуммы паролей, взятых из соответствующих словарей, а также сами эти пароли. С помощью таблицы поиска можно проверять сотни хеш-сумм в секунду.

С помощью реверсивных таблиц поиска киберпреступники реализуют атаку методом грубой силы или перебором по словарю с проверкой множества хеш-сумм без предварительно построенной таблицы поиска. Пользуясь похищенной базой данных учетных записей, киберпреступник составляет таблицу поиска, которая содержит список хеш-сумм всех верных паролей и список пользователей. Киберпреступник хеширует каждый предполагаемый пароль и с помощью таблицы поиска отбирает пользователей, чьи пароли совпали с предполагаемыми. Такая атака эффективна, поскольку многие пользователи имеют одинаковые пароли.

По сравнению с обычными таблицами поиска радужные таблицы имеют меньший объем. Сокращение объема достигается ценой снижения скорости взлома. Сократив объем таблицы, злоумышленник может проверить больше хеш-сумм при том же объеме памяти.

Криптографически стойкий генератор псевдослучайных чисел (КСГПСЧ) является наилучшим средством для генерирования соли. Такой генератор выдает числа высокой степени случайности, которые невозможно предсказать, что обеспечивает криптографическую стойкость [3].

Защиту можно также усилить с помощью растяжения ключа. Растяжение ключа существенно замедляет хеш-функцию, что снижает эффективность атак на основе мощного аппаратного обеспечения, рассчитывающего миллиарды хеш-сумм в секунду.

Следующий уровень защиты от атак методом грубой силы или перебора по словарю обеспечивается за счет сочетания секретного ключа и хеш-суммы. При такой схеме пароль может проверить только тот, кто знает хеш-сумму. Например, можно включить секретный ключ в хеш-сумму с помощью специального алгоритма хеширования, именуемого кодом аутентификации сообщений с ис-

пользованием хеш-функции (hash message authentication code –

69

HMAC). В HMAC используется дополнительный секретный ключ, который принимает хеш-функция. Код HMAC не только позволяет проверить целостность информации, но и обеспечивает аутентификацию. Механизм HMAC использует специальный алгоритм, объединяющий криптографическую хеш-функцию с секретным ключом.

Секретный ключ известен только отправителю и получателю, при этом результат хеш-функции зависит как от входных данных, так и от секретного ключа. Таким образом, вычислить корректную хеш-сумму HMAC может только обладатель секретного ключа. Это свойство позволяет исключить атаку через посредника и аутентифицировать источник данных.

Механизм HMAC можно также использовать для аутентификации интернет-пользователей. На многих веб-сервисах применяется базовая аутентификация, при которой имя пользователя и пароль передаются в незашифрованном виде. Если же аутентификация проводится с помощью механизма HMAC, то пользователь обязан передать идентификатор частного ключа и хеш-сумму HMAC. Сервер находит частный ключ пользователя и рассчитывает хеш-сумму HMAC. Рассчитанная сервером хеш-сумма должна совпасть с хешсуммой HMAC, которая была получена от пользователя.

С помощью функций HMAC производится аутентификация источника каждого пакета и проверка целостности данных в сетях VPN на основе протоколов IPsec.

5.2. Цифровые подписи

Рукописные подписи и печати на документах служат доказательством авторства. Ту же функцию выполняют и цифровые подписи.

Внести изменения в незащищенный цифровой документ очень легко. Это может сделать кто угодно. Если же документ содержит цифровую подпись, то любые изменения, внесенные в документ после его подписания, будут обнаружены. Цифровая подпись ‒ это математический способ проверки подлинности и ценности сообщения, цифрового документа или программного обеспечения.

Во многих странах цифровые подписи имеют ту же юридическую силу, что и рукописные. Электронная подпись, стоящая под электронным контрактом, договором или любым другим документом, который в бумажном виде требует рукописной подписи, имеет

70