Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы построения защищенных инфокоммуникационных систем. Учебно-методическое пособие
.pdf
- техническое (аппаратное) обеспечение, предполагающее широкое ис-
пользование технических средств как для защиты информации, так и для обеспечения функционирования системы ИБ;
- программное обеспечение, включающее различные информационные,
учетные, статистические и расчетные программы, обеспечивающие оценку
наличия и опасности различных каналов утечки и способов несанкционированного доступа к информации;
- математическое обеспечение – это математические методы, использу-
емые для различных расчетов, связанных с оценкой опасности технических
средств, которыми располагают злоумышленники, зон и норм необходимой
защиты;
- лингвистическое обеспечение, представляющее совокупность специ-
альных языковых средств общения специалистов и пользователей в сфере
обеспечения информационной безопасности;
- нормативно-методическое обеспечение, содержащее нормы и регламенты деятельности органов, служб, средств, реализующих функции защиты
информации; различного рода методики, обеспечивающие деятельность пользователей при выполнении своей работы в условиях жестких требований соблюдения конфиденциальности.
Средства информационной защиты
Препятствие — метод физического преграждения пути злоумышленни-
ку к защищаемой информации (к аппаратуре, носителям информации и т.д.).
Управление доступом — методы защиты информации регулированием
использования всех ресурсов ИС и ИТ. Эти методы должны противостоять
всем возможным путям несанкционированного доступа к информации. Управление доступом включает следующие функции защиты:
- идентификацию пользователей, персонала и ресурсов системы (присвоение каждому объекту персонального идентификатора);
- опознание (установление подлинности) объекта или субъекта по предъявленному им идентификатору;
- проверку полномочий (проверка соответствия дня недели, времени суток, запрашиваемых ресурсов и процедур установленному регламенту);
- разрешение и создание условий работы в пределах установленного регламента;
- регистрацию (протоколирование) обращений к защищаемым ресурсам;
- реагирование (сигнализация, отключение, задержка работ, отказ в за-
просе и т.п.) при попытках несанкционированных действий.
Шифрование — криптографическое (секретное) закрытие информации
(подробнее об этом средстве информационной защиты говорится в следующем
разделе).
Противодействие атакам вредоносных программ предполагает ком-
плекс разнообразных мер организационного характера и использование анти-
11
вирусных программ. Цели принимаемых мер — это уменьшение вероятности
инфицирования АИС, выявление фактов заражения системы; уменьшение последствий информационных инфекций, локализация или уничтожение вирусов; восстановление информации в ИС.
Регламентация — создание таких условий автоматизированной обра-
ботки, хранения и передачи защищаемой информации, при которых нормы и
стандарты по защите выполняются в наибольшей степени.
Принуждение — метод защиты, при котором пользователи и персонал
ИС вынуждены соблюдать правила обработки, передачи и использования защищаемой информации под угрозой материальной, административной или
уголовной ответственности.
Побуждение — метод защиты, побуждающий пользователей и персонал
ИКС не нарушать установленные порядки за счет соблюдения сложившихся
моральных и этических норм.
Вся совокупность технических средств подразделяется на аппаратные и
физические.
Аппаратные средства — устройства, встраиваемые непосредственно в
вычислительную технику, или устройства, которые сопрягаются с ней по
стандартному интерфейсу.
Физические средства включают различные инженерные устройства и
сооружения, препятствующие физическому проникновению злоумышленников на объекты защиты и осуществляющие защиту персонала (личные средства безопасности), материальных средств и финансов, информации от противоправных действий. Примеры физических средств: замки на дверях, решетки
на окнах, средства электронной охранной сигнализации и т.п.
Программные средства — это специальные программы и программные
комплексы, предназначенные для защиты информации в ИКС. Как отмечалось, многие из них слиты с ПО самой ИКС. Из средств ПО системы защиты
необходимо выделить еще программные средства, реализующие механизмы
шифрования (криптографии). Криптография — это наука об обеспечении секретности и/или аутентичности (подлинности) передаваемых сообщений.
Организационные средства осуществляют своим комплексом регламен-
тацию производственной деятельности в ИС и взаимоотношений исполнителей на нормативно-правовой основе таким образом, что разглашение, утечка и
несанкционированный доступ к конфиденциальной информации становится
невозможным или существенно затрудняется за счет проведения организационных мероприятий. Комплекс этих мер реализуется группой информационной безопасности, но должен находиться под контролем первого руководителя.
Законодательные средства защиты определяются законодательными
актами страны, которыми регламентируются правила пользования, обработки
и передачи информации ограниченного доступа и устанавливаются меры ответственности за нарушение этих правил.
12
Криптографические методы и средства ИЗ
Такая защита реализуется следующим образом. Готовое к передаче ин-
формационное сообщение, первоначально открытое и незащищенное, зашифровывается и тем самым преобразуется в шифротекст, т.е. в закрытые текст
или графическое изображение документа. В таком виде сообщение передается
по каналу связи, даже и не защищенному. Санкционированный пользователь
после получения сообщения дешифрует его (т.е. раскрывает) посредством обратного преобразования шифротекста, вследствие чего получается исходный,
открытый вид сообщения, доступный для восприятия санкционированным
пользователям.
Методу преобразования в криптографической системе соответствует использование специального алгоритма. Действие такого алгоритма запускается
уникальным числом (последовательностью бит), обычно называемым шифрующим ключом.
Для большинства систем шифрования процесс формирования ключа
может представлять собой набор инструкций и команд либо узел аппаратуры,
либо компьютерную программу, либо все это вместе, но в любом случае процесс шифрования (дешифрования) реализуется только этим специальным ключом. Чтобы обмен зашифрованными данными проходил успешно, как отправителю, так и получателю необходимо знать правильную ключевую установку
и хранить ее в тайне.
Стойкость любой системы закрытой связи определяется степенью секретности используемого в ней ключа. Тем не менее, этот ключ должен быть
известен другим пользователям сети, чтобы они могли свободно обмениваться
зашифрованными сообщениями. В этом смысле криптографические системы
также помогают решить проблему аутентификации (установления подлинности) принятой информации. Взломщик в случае перехвата сообщения будет
иметь дело только с зашифрованным текстом, а истинный получатель, принимая сообщения, закрытые известным ему и отправителю ключом, будет
надежно защищен от возможной дезинформации.
Современная криптография знает два типа криптографических алгоритмов: классические алгоритмы, основанные на использовании закрытых, секретных ключей, и новые алгоритмы с открытым ключом, в которых используются один открытый и один закрытый ключ (эти алгоритмы называются также
асимметричными). Кроме того, существует возможность шифрования информации и более простым способом — с использованием генератора псевдослучайных чисел.
Использование генератора псевдослучайных чисел заключается в генерации гаммы шифра с помощью генератора псевдослучайных чисел при определенном ключе и наложении полученной гаммы на открытые данные обратимым способом. Надежность шифрования с помощью генератора псевдослучайных чисел зависит как от характеристик генератора, так и, причем в боль-
13
шей степени, от алгоритма получения гаммы. Этот метод криптографической
защиты реализуется достаточно легко и обеспечивает довольно высокую скорость шифрования, однако недостаточно стоек к дешифрованию и поэтому неприменим для таких серьезных информационных систем, каковыми являются,
например, банковские системы.
Для классической криптографии характерно использование одной секретной единицы — ключа, который позволяет отправителю зашифровать сообщение, а получателю расшифровать его. В случае шифрования данных, хранимых на магнитных или иных носителях информации, ключ позволяет зашифровать информацию при записи на носитель и расшифровать при чтении с
него.
Существует довольно много различных алгоритмов криптографической
защиты информации. Среди них можно назвать алгоритмы DES (Data Encryp-
tion Standard) и RC4; алгоритм ГОСТ 28147-89 (Россия) и наиболее совершенные – AES (Advanced Encryption Standard) и IPSec (IP security) [1-3].
Наиболее перспективными системами криптографической защиты данных сегодня считаются асимметричные криптосистемы, называемые также системами с открытым ключом. Их суть состоит в том, что ключ, используемый
для зашифровывания, отличен от ключа расшифровывания. При этом ключ
зашифровывания не секретен и может быть известен всем пользователям системы. Однако расшифровывание с помощью известного ключа зашифровывания невозможно. Для расшифровывания используется специальный, секретный ключ. Знание открытого ключа не позволяет определить ключ секретный.
Таким образом, расшифровать сообщение может только его получатель, владеющий этим секретным ключом.
Суть криптографических систем с открытым ключом сводится к тому,
что в них используются так называемые необратимые функции (иногда их
называют односторонними или однонаправленными), которые характеризуются следующим свойством: для данного исходного значения с помощью некоторой известной функции довольно легко вычислить результат, но рассчитать
по этому результату исходное значение чрезвычайно сложно.
Известно несколько криптосистем с открытым ключом. Наиболее разработана на сегодня система RSA. RSA — это система коллективного пользования, в которой каждый из пользователей имеет свои ключи зашифровывания и
расшифровывания данных, причем секретен только ключ расшифровывания.
Специалисты считают, что системы с открытым ключом больше подходят для шифрования передаваемых данных, чем для защиты данных, хранимых на носителях информации. Существует еще одна область применения этого алгоритма — цифровые подписи, подтверждающие подлинность передаваемых документов и сообщений.
Асимметричные криптосистемы наиболее перспективны, так как в них
не используется передача ключей другим пользователям и они легко реализу-
14
ются как аппаратным, так и программным способами. Однако системы типа
RSA работают приблизительно в тысячу раз медленнее, чем классические, и
требуют длины ключа порядка 300–600 бит. Поэтому все их достоинства сводятся на нет низкой скоростью работы. Кроме того, для ряда функций найдены
алгоритмы инвертирования, т.е. доказано, что они не являются необратимыми.
Для функций, используемых в системе RSA, такие алгоритмы не найдены, но
нет и строгого доказательства необратимости используемых функций.
Ниже приводится краткая информация по основным стандартным протоколам шифрования.
Алгоритм DES - это старый "стандарт шифрования данных" с семидесятых. Его размер ключа слишком короток для правильной безопасности
(56 эффективных бит, это может быть грубым, как было показано более десяти
лет назад). Кроме того, DES использует 64-битные блоки, что вызывает некоторые потенциальные проблемы при шифровании нескольких гигабайт данных
с одним и тем же ключом (гигабайт в наши дни не такой уж большой).
Алгоритм AES является преемником DES как стандартного симметричного алгоритма шифрования для федеральных организаций США (и, как стандарт для почти всех остальных). AES принимает ключи из 128, 192 или
256 бит (128 бит уже очень нерушимы), использует 128-битные блоки
(поэтому нет проблем) и эффективен как для программного обеспечения, так и
для аппаратного обеспечения. Он был выбран в рамках открытого конкурса с
участием сотен криптографов в течение нескольких лет. В принципе, у вас не
может быть лучшего.
Алгоритм ГОСТ 28147-89 аналогичен алгоритму DES, но отличается
длиной секретного ключа (256 против 56), количеством раундов (циклов)
шифрования (32 вместо 16), а также используемыми математическими
операциями. Криптостойкость этого алгоритма существенно выше, чем у DES,
и составляет 2
силовой атаки).
Алгоритм RC4 был создан Рональдом Ривестом, сотрудником компа-
256
(полное число ключей, подлежащих перебору в случае
нии RSA Security, в 1987 году. Сокращение «RC4» официально обозначает
«Rivest cipher 4» или «шифр Ривеста» («4» — номер версии) или «Ron’s code»
(«код Рона»). Алгоритм RC4, как и любой потоковый шифр, строится на основе генератора псевдослучайных битов. На вход генератора записывается ключ,
а на выходе читаются псевдослучайные биты. Длина ключа может составлять
от 40 до 2048 бит. Генерируемые биты имеют равномерное распределение.
Основные преимущества шифра: высокая скорость работы; переменный размер ключа. RC4 довольно уязвим, если используются не случайные или связанные ключи или один ключевой поток используется дважды.
Алгоритм IPSec – это набор протоколов, состоящий из основных частей,
которые определяют два режима его работы (AH и ESP):
15
- AH (Authentication Header – аутентификации) обеспечивает аутенти-
фикацию источника данных, целостность и защиту от воспроизведения;
- ESP (Encapsulating security Payload – обеспечивает инкапсуляцию за-
шифрованных данных, аутентификацию источника данных, целостность, конфиденциальность;
- IKE (Internet Key Exchange – схема обмена ключами через Интернет)
предоставляет средства согласования криптографического алгоритма и отвечает за распределение секретных ключей, используемых в режимах AH и ESP.
В последнее время все чаще возникает вопрос о замене в системах передачи и обработки информации рукописной подписи, подтверждающей подлинность того или иного документа, ее электронным аналогом — электронной
цифровой подписью (ЭЦП). Ею могут скрепляться всевозможные электронные
документы, начиная с различных сообщений и кончая контрактами. ЭЦП может применяться также для контроля доступа к особо важной информации. К
ЭЦП предъявляются два основных требования: высокая сложность фальсификации и легкость проверки. Для реализации ЭЦП можно использовать как
классические криптографические алгоритмы, так и асимметричные, причем
именно последние обладают всеми свойствами, необходимыми для ЭЦП.
1.6. Контрольные вопросы по разделу 1
1. Что такое защита информации?
2. Назовите основные принципы обеспечения ИЗ в ИКС.
3. Что такое средства ИЗ?
4. Что такое криптозащита?
5. Что такое шифрование?
6. Что такое ИБ?
7. Назовите основные стандарты ИЗ.
8. Назовите основные алгоритмы шифрования.
9. Что такое уязвимость ИКС? Приведите пример уязвимости.
10. Что такое несанкционированный доступ?
11. Назовите основные алгоритмы шифрования.
12. Чем отличается криптоалгоритм DES от криптоалгоритма ГОСТ 28147-89?
13. Что такое AES?
16
2. ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ В ИКС
2.1. Обобщенная модель защищенной ИКС
На рис. 2.1 приведена структурная схема обобщенной модели защищенной ИКС (ЗИКС).
Рисунок 2.1 – Структурная схема обобщенной
модели защищенной ИКС
Модель ЗИКС состоит из двух частей: 1) ОИКС – открытая ИКС (то есть
без информационной защиты); 2) СОИЗА + СОИЗ
– система обеспечения ин-
Б
формационной защиты на входе/выходе ИКС, включающая все составляющие
информационной безопасности. Данная модель отображает структуру дуплексной (то есть двунаправленной) ЗИКС, в которой информация одновременно передается слева направо (направление А) и справа налево (направление Б).
При этом, как правило, СОИЗА и СОИЗБ функционируют независимо друг от
друга.
На рис. 2.1 имеются следующие дополнительные обозначения:
- СИЗпдА и СИЗпрА – средства информационной защиты в передающей и
приемной части направления А, соответственно;
- СИЗпдБ и СИЗпр
– средства информационной защиты в передающей
АБ
и приемной части направления Б, соответственно;
- П
1А
и П
– виртуальные выключатели средств информационной защи-
2А
ты направления А на передаче и приеме синхронно;
- П
1А
и П
– виртуальные выключатели средств информационной защи-
2А
ты направления Б на передаче и приеме синхронно;
- ПЭЗ – параметры энергетической защиты, с помощью которых уста-
навливается качество передачи информации в ОИКС.
Можно отметить, что целью энергетической защиты является снижение
до приемлемого уровня ухудшающего влияния на качество передачи информации в ОИКС внутренних и внешних помех. При этом предполагается, что в
ОИКС могут использоваться как стандартные, так и нестандартные средства
энергетической защиты [14; 15].
17
2.2. Эффективность защиты информации в ИКС
Целью построения ЗИКС (а также и ОИКС) является создание такой
ИКС, характеристики функционирования которой оптимальны по всем критериям. С научно-практической точки зрения процесс создания такой ИКС
называется оптимизацией, а точнее обобщенной оптимизацией, которая выполняется с использованием одного или нескольких критериев [10].
В качестве единого критерия обобщенной оптимизации ИКС используется показатель – эффективность функционирования (Э) [14; 17]. Для оптимизации ЗИКС используется расширенный критерий Э, адаптированный к условиям данной проблемы, то есть критерию, учитывающему влияние на Э применения средств информационной защиты.
Эффективность – генеральная характеристика и основа генерального
принципа построения ИКС, т.к. это мера соответствия реализованных показателей ИКС их идеальным или эталонным значениям. Э является обобщенной
характеристикой, учитывающей все влияющие частные/полуобобщенные характеристики ИКС и показывающей, насколько хорошо (полно) используются
ресурсы связи и материальные ресурсы данной ИКС. К числу основных учитываемых полуобобщенных характеристик (их также называют частными
эффективностями) относятся: частотная эффективность (ЧЭ), энергетическая
эффективность (ЭЭ), информационная эффективность (ИЭ), стоимостная
эффективность (СтЭ), эффективность качества обслуживания (ЭО),
надежностные характеристики (НЭ). В ряде случаев в этот список можно
включить еще такие частные эффективности как: массо-габаритные характеристики, эргономические характеристики, экологические характеристики и др.
В соответствии с общей теорией оптимизации критерий Э должен быть как
можно более простым и понятным физически, но в то же время в любом варианте он должен быть адекватным решаемой задаче [14; 17].
Математическое описание критерия оптимизации ЗИКС
Все приведенные выше критерии оценки эффективности ИКС не учитывают степень сложности аппаратуры и, следовательно, ее стоимость. Возникает вопрос, нельзя ли предложить единый, достаточно универсальный критерий
эффективности ИКС, охватывающий как частотную, так и энергетическую
эффективность, а также характеризующий стоимость аппаратуры данной ИКС.
Представляется, что в достаточной мере поставленным условиям удовлетворяет следующий критерий
Э
где Э
– эффективность ОИКС; Э
оикс
Э
(2.2)
= Эи·Эч·Ээ·Эс·Эо·Эн·Э
оикс
зикс
= Э
оикс·Эиз
– эффективность информационной защиты.
из
, (2.1)
эрг
,
где Эи – информационная эффективность; Эч – частотная эффективность;
Э
– энергетическая эффективность; Эс – стоимостная эффективность;
э
18
Э
– эффективность обслуживания; Э
о
Э
– эргономическая эффективность.
эрг
– надежностная эффективность;
н
Информационная эффективность
Этот критерий характеризует степень использования пропускной способности всей ИКС или одного из ее радиоканалов, если данная ИКС включает
в себя несколько радиоканалов. Информационная эффективность СМС
(удельная, то есть на один радиоканал) определяется выражением [10]:
Э
где Nкт – число каналов трафика (КТ); R
= Nкт·R
и
/ C0 , (2.3)
аб1
– скорость передачи информацион-
аб1
ного сигнала от одного абонента, Мбит/с; С0 – пропускная способность ИКС,
Мбит/с.
Пропускная способность (потенциальная) ИКС определяется на основании формулы Шеннона, имеющей вид [8]
С
(2.4)
где N
– число радиоканалов ; Δf
рк
нала, МГц; Q
шп доп
= Nрк·Δf
0
рк1
·log2(1+Q
рк1
шп доп
) , Мбит/c ,
– ширина полосы частот одного радиока-
– допустимое отношение сигнал-(шум+помеха) (ОСШП) на
входе канального радиоприемника, раз.
Ширина полосы частот радиоканала определяется известным соотношением [7]
Δf
= [(1,1…1,2)(1+α)·R
рк1
]/(rпк·log2M) , (2.5)
рк
в котором α – коэффициент скругления цифрового сигнала; α = 0,2…0,4;
R
– скорость передачи по радиоканалу; rпк – скорость помехоустойчивого
рк
кода; M – число позиций модуляции радиосигнала.
Частотная эффективность
Этот критерий определяется в соответствии с выражением [8]
Э
= Nкт·R
ч
/ (Nрк·Δf
аб1
) . (2.6)
рк1
Критерий Эч характеризует удельную (приходящуюся на единицу полосы радиочаcтот одного радиоканала) скорость передачи информации в данной
ИКС, который также часто называют спектральной эффективностью. С течением времени важность этого критерия постоянно возрастает из-за увеличения
количества систем радиосвязи и уменьшения соответственно числа рабочих
частот в выделенных для работы ИКС диапазонах.
Энергетическая эффективность
Этот критерий эффективности определяется следующим выражением,
подобным предложенному в [14]
Э
= Nкт·R
э
цс1
/ Q
шп доп
. (2.7)
Критерий Ээ характеризует необходимую степень превышения шума
сигналом для достижения заданной скорости передачи информации и позволяет сравнивать различные СПР с энергетической точки зрения.
Однако, следует отметить, что в данной формулировке Э
соотношение
э
(2.7) не полностью согласуется с требованием нормирования показателя эф-
19
фективности (Ээ ≤ 1), что не позволяет его агрегировать с другими частными
показателями эффективности с целью комплексной оценки эффективности
СПР. В связи со сказанным целесообразно в качестве данного показателя использовать эквивалентную форму Ээ, подчиняющуюся условию нормировки
Э
≤ 1. Используем в качестве такого следующее очевидное соотношение
э
Э
в котором Qш
– допустимое значение ОСШ для идеальной СПР.
доп 0
= Qш
э
доп 0
/ Q
шп доп
, (2.8)
Можно отметить, что показатель Ээ в виде (2.8) имеет физический смысл
коэффициента, взаимнообратного коэффициенту энергетических потерь системы радиосвязи [14], и достаточно полно характеризует реальную СПР.
Эффективность обслуживания определяется соотношением
где Т
Э
– вероятность нарушения связи в абонентском канале (АК); Т
нc
= 1-[Т
о
+ Тбл] , (2.9)
нc
– веро-
бл
ятность блокировки АК [18].
Надежностная эффективность определяется соотношением
где T
Э
– вероятность (коэффициент) неготовности АК [16; 17].
нг
Эргономическая эффективность Э
= 1-T
н
, (2.10)
нг
учитывает качество условий при-
эрг
менения средств информационной защиты и в целом выполнения правил политики информационной безопасности.
Эффективность информационной защиты может быть определена на основании соотношения
(2.11)
где Э
эффективности; δЭ
Э
– эффективность (применения) СИЗ; δЭи – потери информационной
сиз
= Э
из
– потери частотной эффективности; δЭ
ч
сиз
/ [δЭи·δЭч·δЭэ·δЭс·δЭо·δЭн·δЭ
эрг
– потери энерге-
э
]
тической эффективности; δЭс – потери стоимостной эффективности; δЭо – по-
,
тери эффективности обслуживания; δЭн – потери надежностной эффективности; δЭ
– потери эргономической эффективности.
эрг
Входящие в (2.11) потери частных эффективностей δЭ
обусловлены
i
негативным (“обратная сторона медали”) влиянием применения СИЗ на основные показатели ОИКС.
Эффективность применения средств информационной защиты может
быть определена из соотношения
где t
Э
- вероятное время взлома; t
взл
сиз
= t
ци
/ t
, (2.12)
взл
– время сохранности ценности информа-
ци
ции при передаче по ИКС.
Параметр t
t
можно примерно оценить по формуле
взл
взл
= ∑ t
20
, (2.13)
сиз n
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]