Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Введение в информационную безопасность и защиту информации. Учебное пособие
.pdf
онные, транспортные, сетевые, логические. Основной особенностью
данного этапа стало появление электронных субъектов информационного обмена в сетях (процессов) и проблемы их правильной идентификации и аутентификации.
При этом качественно увеличилась эффективность использования
всех каналов связи, включая традиционные, за счет скачкообразного
роста объема передаваемой и хранимой информации. В этой связи
очевидным образом
возросло разнообразие и степень угроз информа-
ции, возникающих на всех этапах ее существования.
Эти угрозы можно разделить на два основных класса:
1) угрозы раскрытия информации;
2) угрозы изменения информации.
Причем к первой угрозе относятся как синтаксическое раскрытие
(буквальное считывание, подслушивание, копирование), так и семан-
тическое раскрытие (раскрытие смысла) информации.
К изменению
данных относятся как непосредственное изменение
данных, которое может быть скрытым или открытым (явным), так и
такое изменение, которое известно – в основном в защите компьютерной информации – под названием отказ в обслуживании.
Реализация этих угроз осуществляется через несанкционированный
доступ к информации (НСД). При этом не следует забывать о возможности НСД
через открытую информацию с помощью семантического
анализа, который использует связность информации для ее математического преобразования и анализа средствами математической логики.
Следовательно, основной класс методов защиты информации обра-
зуют методы ограничения НСД.
В заключение выделим основные положения данного раздела.
Объектом защиты информации является информация, имеющая
семантику и ценность, которые выражены в
связности двух множеств:
пользователей и данных.
Предметом задачи защиты информации являются методы структуризации взаимосвязанных множеств пользователей и данных, и разработка алгоритмов поддержания такой структуризации, т. е. политики
безопасности.
Основным способом решения задачи защиты информации является
проектно-экспертный метод.
Для защиты информации могут использоваться технические, процедурные (организационные) и
программные средства и их сочетания.
Основными методами защиты информации является методы ограничения НСД.
21
5.2. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Большинство методов защиты компьютерной информации в той
или иной степени построены на методах криптографии [19–21].
Криптографические методы защиты информации – это формализо-
ванная группа методов защиты информации, имеющая собственную
количественную меру защищённости информации, называемую стойкостью шифра. Изучением данных методов занимается наука крипто-
логия, подразделяющаяся на криптографию
и криптоанализ. К криптографии относятся вопросы шифрования и расшифрования информации с использованием ключей, к криптоанализу – методы вскрытия
шифров без знания ключа. Под шифром понимается совокупность обратимых преобразований открытых данных на множество зашифрованных данных, задаваемых ключом и алгоритмом преобразования.
Ключ – это конкретное секретное состояние параметров преобразова-
обеспечивающее выбор только одного варианта из всех возмож-
ния,
ных для данного алгоритма.
При этом сам алгоритм шифрования в криптографии не считается
секретным. Фундамент современной криптологии заложил К.Шеннон
в своей работе середины прошлого века «Теория связи в секретных
системах» [19].
Криптографические преобразования имеют две цели:
1) обеспечить сокрытие смысла сообщения от лиц,
не имеющих
ключа – т. е. собственно защиту информации путем закрытия ее семантики;
2) обеспечить обнаружение искажения исходной информации –
т. е. проверку аутентичности информации и ее идентификацию.
Следует различать три способа преобразования информации: коди-
рование, шифрование и тайнопись.
Кодирование устанавливает взаимооднозначное соответствие меж-
ду сигналом, несущим информацию о реальном физическом объекте,
и
его кодом. Следовательно, каждый раз, когда повторяется исходный
объект, повторяется и его код. Закодированное сообщение полностью
сохраняет семантику и свойства исходного сообщения.
Цель кодирования - сохранить максимально полно и точно информацию об объектах кодирования в процессах её передачи, хранения и
воспроизведения.
Шифрование устанавливает многозначное соответствие между
объектом и его (шифро-) кодами, которое становится однозначным
22
только при наличии ключа. Одному и тому же исходному объекту при
шифровании соответствуют разные (шифро-) коды.
Тайнопись – это невоспроизводимость части или всей информации
при использовании стандартного для неё способа отображения. Например, если предполагается, что текст воспроизводится в лучах отраженного белого цвета, то не будут воспроизводиться сообщения, нанесённые термочернилами
, краска, проявляющаяся в особых частях спектра,
и т. д.
Если стандартный способ чтения текста – последовательный просмотр текста слева направо и сверху вниз (или другой), то например
анаграмма – это тайнопись относительно этого способа; другой пример – использование «решеток» для фиксированного текста, «25 кадр» –
для кино- и видеофильмов. В современных компьютерных системах
тайнопись часто использует запись информации в аудио-, видеофайлах
и других форматах, не требующих битовой точности представления информации.
Примем следующие соглашения по использованию терминов.
1) Недопустимо использовать термин «кодирование» вместо тер-
мина «шифрование». Только «шифровать/расшифровать».
2) Использование термина «код», «шифрокод» применительно к
отдельному символу – оправдано. Применительно ко всему тексту
следует
использовать термин «шифротекст».
3) Для тайнописи не следует использовать термин «закрытие информации», так как на самом деле речь идет о сокрытии информации.
4) Будем говорить, что шифрование вырождается в кодирование,
если между кодами открытого текста и шифротекста существует взаимооднозначное соответствие.
5) Будем говорить, что кодирование вырождается в копирование,
если кодируемый
объект и его код совпадают.
Все шифры делятся на 2 большие группы: шифры с симметричным
ключом, или симметричные шифры, и шифры с открытым ключом,
называемые иногда ассиметричными. Первые используют для шифрования и расшифрования информации один и тот же ключ. Вторые – два
ключа: один для шифрования, второй – для расшифрования информации.
Симметричные
шифры в свою очередь подразделяются на шифры
перестановки и шифры замены. Шифры перестановки переставляют
знаки текста в пределах выделенного блока текста. Шифры замены
осуществляют замену знаков текста на другие знаки того же или дру-
23
гих алфавитов. И в том, и другом случае преобразования выполняются
с помощью ключа.
В основу шифров с открытым ключом положен принцип, предложенный К. Шенноном в работе [19]. Он предложил строить шифр таким образом, чтобы его раскрытие было эквивалентно решению математической задачи, превосходящей возможности современных ЭВМ.
Иными словами, использовать при
формировании шифров известную в
теории алгоритмов проблему вычислительной неразрешимости. Тогда
ключевым становится понятие «современных ЭВМ», в то время как
метод решения (алгоритм, алгоритмическая разрешимость) объявляется известным.
В настоящее время используются два алгоритма, построенные на
данном принципе. Один из них – метод RSA – основан на задаче дискретной факторизации, второй – метод Эль
Гамаля – на задаче дискретного логарифмирования. Задача дискретной факторизации заключается в разложении целого числа на простые сомножители. Задача
дискретного логарифмирования связана с определением показателя
степени, в которую необходимо возвести заданное число, чтобы получить другое, тоже заданное. Современные требования к алгоритмам
рекомендуют применять числа (т. е. ключи), содержащие не менее
300
десятичных знаков.
Различия в системах секретной связи, построенных на основе симметричных шифров и шифров с открытым ключом, приведены на
рис. 4. Как видно из рис. 4, при использовании шифров с открытым
ключом необходимость в закрытом канале связи для распространения
ключей шифрования отпадает.
Шифры могут быть совершенно стойкими или совершенными, иде-
ально
стойкими и абсолютно стойкими [19].
Шифр называется совершенно секретным, или совершенным, если
апостериорное распределение вероятностей исходного случайного сообщения совпадает с априорным распределением вероятностей, т. е.
шифротекст не добавляет никакой информации о переданном сообщении.
Шифр называется идеально стойким, если невозможно однозначно
определить открытый текст при известном шифротексте сколь угодно
большой длины
.
Совершенный шифр является идеально стойким.
Для конечных сообщений существует возможность не уменьшения
стойкости шифра с ростом длины сообщения. Шифры, реализующие
24
это свойство, называются абсолютно стойкими. Такое свойство достигается при выполнении следующих условий:
1) полной случайностью ключа;
2) равенством размера ключа размеру текста;
3) однократным использованием ключа.
Рис. 4. Системы связи на основе симметричных
и ассиметричных шифров
Обобщая эти понятия, Шеннон ввел понятие расстояния единственности для шифров, и на его основе определил, что стойкость
шифра – это тот минимальный объем зашифрованного текста, статистическим анализом которого можно вскрыть исходный текст.
В настоящее время существует большое количество стандартных и
доступных алгоритмов шифрования. Основным вопросом при использовании криптографических методов
защиты информации становится
не разработка новых шифров, а их использование.
25
5.3. МЕТОДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
И АУТЕНТИФИКАЦИИ
Методы идентификации и аутентификации предназначены для
контроля границ защиты и допуска к защищаемой информации [21].
Принципиальное отличие идентификации от аутентификации заключается в том, что множество идентифицирующих признаков является внешним по отношению к реальному объекту (его дополнением),
в то время как аутентифицирующие признаки являются неотъемлемой
(вплоть до нарушения его целостности) частью объекта (рис. 5).
Рис. 5. Идентифицирующие
и аутентифицирующие признаки
Для каждого из объектов множеств пользователей и данных
(рис. 3) должен быть определен свой аутентификатор, назовем их,
предположим, m и d для электронного документа (данных) и человека
соответственно. Будем под электронным документом (ЭД) и данными
понимать последовательность бит «1» и «0».
Аутентификатор m в компьютерных системах выделяется с помощью хэш-функции. Общим
характеристическим свойством класса хэшфункций (от англ. hash – измельчать, перемешивать) является переменная длина аргумента и фиксированная длина значения функции.
Так как ЭД (данные) имеют различную, неизвестную заранее длину,
использование хэш-функции напрашивается само собой. Но при этом
она должна в обязательном порядке выделять аутентификатор ЭД
(данных), для чего удовлетворять следующим
дополнительным требо-
ваниям:
1) для двух различных (хотя бы на 1 бит) электронных документов
должны формироваться различные хэш-значения,
2) восстановление по хэш-значению исходного документа (т. е. об-
ратное преобразование) должно быть невозможным.
26
В литературе можно встретить более широкий (иногда и значительно) список дополнительных свойств, но при внимательном рассмотрении они либо являются следствием свойств (1) или (2), либо
просто избыточны.
Хэш-функции, отвечающие требованиям (1) и (2), могут быть построены непосредственно на основе стандартных симметричных криптографических алгоритмов. В вычислительном плане более эффективны специальные
алгоритмы: MD5, SHA, ГОСТ Р 34.11–94 (базируется
на ГОСТ 28147–89).
Максимальное количество подписываемых электронных документов очевидным образом связано с длиной хэш-значения.
Возникает вопрос – если хэш-функция выделяет аутентификатор
документа (данных), то какой реальный (и неотделимый) признак реального объекта она представляет. Помочь может аналогия с рисунком
папиллярных линий – именно он является аутентифицирующим
признаком, отпечаток пальцев – его копией. В случае с электронным документом или данными аутентифицирующим признаком является дво-
ичный рисунок электронного документа (данных), а хэш-значение –
«отпечатком» такого рисунка.
Для аутентификации человека в компьютерных системах используются биометрические устройства, непосредственно выделяющие
следующие признаки:
1) узор радужной оболочки и сетчатки глаз;
2)
рисунком папиллярных линий (отпечатки) пальцев;
3) геометрическую форму руки;
4) форму и размеры лица;
5) термограмму лица;
6) форму ушей;
7) особенности голоса;
8) биомеханические характеристики рукописной подписи;
9) биомеханические характеристики клавиатурного подчерка.
Эти признаки различаются вероятностью повторения и технологичностью определения.
В качестве альтернативы биометрическим устройствам в компьютерных системах используются также шифры
с открытым ключом.
Секретный ключ d известен только его владельцу, в то время как отрытый ключ доступен всем. Так как последовательность использования
ключей не имеет значения, шифрование на закрытом ключе выделяет
(не раскрывая) аутентификатор субъекта (а именно – состояние памя-
27
ти, хранящей значение d), подтверждаемый расшифрованием на от-
А
крытом ключе. Следовательно, пока закрытый ключ не покидает головы человека, он является таким же аутентификатором, как и остальные
аутентификаторы – рисунки кровеносных сосудов сетчатки, радужной
оболочки, папиллярных линий, формы лица, ушей и т. д.
Обычно методы идентификации и аутентификации используются
парно: ФИО – фото
, пароль – отзыв и т. д. Основными методами идентификации/аутентификации являются метод запроса – ответа и так
называемый временной штемпель.
Суть метода запроса – ответа заключается в следующем. Если
пользователь А хочет быть уверен в истинности сообщения от пользователя В, то в запрос помещается случайное число Х. Пользователь В
должен
выполнить над Х некоторое заранее оговоренное действие
(операцию) F и отправить результат к А. Получив ответ, А может сравнить F(X) от В с вычисленным самостоятельно значением и прийти к
выводу, является ли сообщение от В подлинным или ложным.
Временной штемпель подразумевает фиксацию промежутка време-
ни между запросом и
ответом. Тогда можно определить, насколько
устарело каждое сообщение и не принимать его, поскольку оно может
быть ложным. Основные проблемы здесь заключаются в определении
допустимого интервала задержки сообщений и синхронизации часов
пользователей.
Взаимная проверка подлинности на основании рассмотренных механизмов носит название процедуры рукопожатия. В таких процедурах используют механизм шифрования для
того, чтобы доказать, что
другая сторона обладает правильными ключами. Процедура может
быть построена на основе симметричных алгоритмов шифрования, однако в таком случае каждая из сторон должна использовать одинако-
вый ключ
K
.
В
При использовании шифров с открытым ключом появляется возможность аутентификации пользователя на основе секретного ключа
без его раскрытия. Такие методы аутентификации и рукопожатия получили название доказательства с нулевой передачей знаний.
Шифры с открытым ключом позволяют также сформировать
аутентификатор одновременно для данных и человека, известный как
электронная цифровая подпись (ЭЦП).
Два имеющихся аутентификатора: m и d объединяются в одно целое, для чего полученное хэшзначение электронного документа (хэш) шифруется с использованием
секретного ключа.
28
Рассмотрим две простейшие типовые схемы идентификации и
E
E
E
аутентификации пользователя в вычислительной системе. Пусть в системе хранится информация:(№ п/п, идентификатор
,
тор
), причем
i
FIDK
iii
, где F – функция шифрования,
ID
, аутентифика-
i
K
–
i
ключ.
Протокол идентификации и аутентификации может быть следую-
щим.
.
ID
1) Пользователь предъявляет свой идентификатор
2) Проверяется наличие
нет, то доступ прекращается. Если
ID
в базе. Если такого идентификатора
U
ID
в базе есть, то пользователь
U
U
прошел идентификацию, протокол переходит к шагу 3.
K
3) У пользователя запрашивается его ключ
4) Вычисляется
Е FID K
UUU
5) Полученное значение Е
,.
сравнивается со значением, хранимым
U
.
U
в системе. Если значения совпадают, то пользователь допускается к
работе, в противном случае пользователь не прошел аутентификацию
и доступ прекращается.
Данную схему доступа можно модифицировать следующим обра-
зом. Вместе с идентификатором хранится случайный вектор
(, )
FS K
iii
тификатора. На этапе идентификации вектор
, который может быть сформирован при создании иден-
S
выделяется, и затем
i
проводится аутентификация на его основе и основе ключа. Такой подход применяется, в частотности, в ОС Unix.
К группе методов идентификации и аутентификации следует отнести и методы управления доступом, реализующими связи между пользователями и данными. Таких методов всего два – дискреционный метод и мандатный.
Дискреционный метод
управления доступом заключается в том,
что индивидуальный пользователь или программа имеют возможность
устанавливать типы доступа, которые могут осуществлять другие
пользователи или программы к информации, имеющейся в ведении
данного пользователя. Важная особенность дискреционного доступа
заключается в том, что при неправильном распределении информации
зафиксированные отношения доступа могут быть нарушены через до-
новой информации.
ступ к
,iS
29
При мандатном методе доступа доступ пользователя к информации
осуществляется на основании результатов сравнения независимо установленных и предписанных уровней доступа пользователя и степени
конфиденциальности информации, которые носят название ярлыков
или мандатов.
Первый метод доступа отличается от второго тем, что он реализует
решения по управлению доступом, принятые пользователем.
Механизмы управления доступом могут
поддерживать разную степень детализации управления доступом как на уровне категории пользователя (владелец информации, группа пользователей и т. д.) так и на
уровне данных (отдельные файлы, каталоги и т. д.).
В заключение выделим основные положения данного раздела.
Множество идентифицирующих признаков является внешним по
отношению к реальному объекту (его дополнением),
в то время как
аутентифицирующие признаки являются неотъемлемой (вплоть до
нарушения его целостности) частью объекта.
Аутентификация данных в компьютерных системах осуществляется с помощью хэш-функции. Они строятся на основе симметричных
криптографических алгоритмов по итеративной схеме шифрования с
обратной связью.
Аутентификация пользователей в компьютерных системах осуществляется с помощью шифров с
открытым ключом. Объединение
аутентификаторов пользователей и данных образует электронную
цифровую подпись.
Обычно методы идентификации используются парно: ФИО – фото,
пароль – отзыв и т. д. Основным методами идентификации / аутентификации являются метод запроса – ответа и так называемый времен-
ной штемпель.
При использовании шифров с открытым ключом появляется возможность аутентификации пользователя
на основе секретного ключа
без его раскрытия. Такие методы аутентификации получили название
методов доказательства с нулевой передачей знаний.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]