Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы защиты информации. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. И. Петренко
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Направление подготовки 10.03.01 –
Информационная безопасность
Ставрополь
2015
УДК 004.56(06) (075.8)
ББК 32.973.26-018.2 я73
П 29
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2015
Рецензенты:
доктор физико-математических наук, доцент Ф. Б. Тебуева,
кандидат технических наук, доцент В. Е. Рачков
Петренко В. И.
П 29 Теоретические основы защиты информации: учебное
пособие. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2015. – 222 с.
Пособие соответствует федеральному государственному
образовательному стандарту высшего образования по данному
направлению. В нем раскрыты основные методологические принципы формирования защиты информации, описаны стратегии защиты информации. Понятийный аппарат пособия изложен в соответствии с принятой научной терминологией в области информационной безопасности на основе действующей нормативной базы.
Предназначено для студентов, обучающихся по направле-
нию 10.03.01 – Информационная безопасность.
УДК 004.56(06) (075.8)
ББК 32.973.26-018.2 я73
2
ВВЕДЕНИЕ
Информационные технологии испытывают постоянный бур-
ный рост. В последнее время наблюдается особенно стремительное
их развитие, проявляющееся в регулярном появлении новых и модернизации старых программных и аппаратных средств. В свою
очередь, такой бурный рост сопряжён с появлением новых уязвимостей в продуктах информационных технологий и новых угроз
информационной безопасности. Для построения эффективных решений в области систем защиты информации требуются глубокие
знания теории защиты информации.
Теория защиты информации определяется как система основных идей, относящихся к защите информации в современных системах ее обработки, дающая целостное представление о сущности
проблемы защиты, закономерностях ее развития и существенных
связях с другими отраслями знания, формирующаяся и развивающаяся на основе опыта практического решения задач защиты и
определяющая основные ориентиры в направлении совершенствования практики защиты информации.
В данном пособии раскрыты основные методологические
принципы формирования защиты информации, описаны стратегии
защиты информации. Пособие состоит из 14 глав.
В первой главе приведены основные свойства информации как
предмета защиты, дано определение информации, сформулированы свойства меры количества информации и энтропии.
Во второй главе раскрыто современное состояние защиты информации, ретроспектива и перспектива защиты информации,
приведены понятия информационной системы, канала и сети передачи.
В третьей главе даны определения и основные понятия теории
защиты информации, раскрыты общеметодологические принципы
формирования теории защиты информации, приведены стратегии
защиты информации.
В четвертой главе дана классификация угроз информационной
безопасности, описаны случайные и преднамеренные угрозы, приведены угрозы безопасности информационных и телекоммуника-
3
ционных средств и систем, описаны цели и механизмы реализации
информационных атак.
В пятой главе детально рассмотрен процесс разработки политики безопасности, приведено формальное и неформальное описание политики безопасности.
В шестой главе рассмотрены основные модели безопасности,
описывающие дискреционный (произвольный) контроль и управление доступом, а также механизмы, которые необходимо реализовать в вычислительных системах для его поддержки.
В седьмой главе основное внимание уделяется определению
условий, при которых в системе возможно распространение прав
доступа с использованием модели Take-Grant, а также рассмотрены условия реализации способа санкционированного получения
прав доступа и способа похищения прав доступа.
В восьмой главе рассмотрены основные модели безопасности,
описывающие мандатный (нормативный) контроль доступом,
а также механизмы, которые необходимо реализовать в вычислительных системах для его поддержки.
В девятой главе рассмотрены вопросы реализации различных
моделей контроля целостности, приведен их сравнительный анализ, а также рассмотрены их достоинства и недостатки.
В десятой главе рассмотрены основные ролевые модели доступа. Контроль доступа, базирующийся на ролях (role based access
control) (КДБР), рассматривает всю информацию, обрабатывающуюся в вычислительной системе организации, как принадлежащую данной организации.
В одиннадцатой главе подробно рассмотрены такие основные
методы аутентификации как: аутентификация, основанная на обладании предметом; аутентификация, основанная на воплощенных
характеристиках и аутентификация, основанная на знании.
В двенадцатой главе сформулированы требования к подсистемам аудита, показан пример реализации подсистемы аудита в операционной системе Windows и рассмотрены основные вопросы
реализации аудита информационной безопасности предприятия.
Тринадцатая глава посвящена описанию уязвимостей информационных систем, ошибок, приводящих к уязвимостям, технике
4
поиска уязвимостей в процессе разработки, анализа и функционирования систем.
В четырнадцатой главе приведены основные схемы реализации атак и простейших сценариев вторжения, а также рассмотрено
в качестве примера современных средств атак использование компьютерных вирусов и червей.
5
1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ
КАК ПРЕДМЕТА ЗАЩИТЫ
Основу любой деятельности людей составляет ее информационное обеспечение. Информация становится одним из основных
средств решения проблем и задач государства, политических партий и деятелей, различных коммерческих структур и отдельных
людей. Так как получение информации путем проведения собственных исследований становится все более дорогостоящим делом, то расширяется сфера добывания информации более дешевым, но незаконным путем. Для эффективной защиты информации
специалист должен овладеть понятийным аппаратом, дающим подробное представление о защищаемой информации, в том числе о
видах защищаемой информации и ее основных свойствах.
1.1. Количество информации
В нормативно-правовом поле в области защиты информации
дается следующее определение информации.
Информация – сведения (сообщения, данные) независимо от
формы их представления.
Информация может быть:
– акустическая (речевая) информация;
– видовая информация;
– информация, обрабатываемая (циркулирующая) в ИС, в виде
электрических, электромагнитных, оптических сигналов;
– информация, обрабатываемая в ИС, представленная в виде
бит, байт, IP-протоколов, файлов и других логических структур.
Без информации не может существовать жизнь в любой форме
и не могут функционировать созданные человеком любые информационные системы. Без нее биологические и искусственные системы представляют груду химических элементов. Опыты по изоляции органов чувств человека, затрудняющие информационный
обмен человека с окружающей средой, показали, что информационный голод (дефицит информации) по своим последствиям не
менее разрушителен, чем голод физический. Несмотря на определенные достижения прикладной области науки – информатики,
6
занимающейся информационными процессами, достаточно четкого понимания сущности информации наука пока не имеет.
Разные области и отрасли требуют разных способов измерения такого сложного феномена, как информация. Информационная
емкость библиотек измеряется количеством томов, полиграфисты
измеряют информацию печатными листами. На радио и телевидении информацию измеряют минутами эфирного времени. Наиболее конструктивна и традиционна мера, используемая в теории и
технике передачи информации, – это количество информации по
Шеннону. Эта мера связана с условием выбора конкретного сообщения s из ансамбля s S:
I = log Pps(s)-logPpr(s), (1.1)
где Pps(s) – апостериорная вероятность того, что принятый сигнал
содержит именно сообщение s; Ppr(s) – априорная вероятность сообщения s. Если сообщение при передаче не искажено, Pps(s) = 1 и
I = -log Pps(s).
Если логарифм берется по основанию 2, информация и энтропия измеряются в двоичных единицах, или битах (Binary digIT).
Один бит – это количество информации, содержащееся в неискаженном при передаче сообщении, которое априори может принимать два равновероятных значения Ppr(s0) = Ppr(s1) = Ѕ. Действи-
тельно, из (1.1) следует: I = -log2 Ѕ. Кратные одному биту величи-
ны количества информации – 1 байт = 23 = 8 бит, 1 Кбайт = 210 байт
= 213 бит и т. д.
Источник информации может формировать разные сообщения, у которых могут отличаться априорные вероятности. Поэтому
кроме величины количества информации I (1.1) в сообщении рассматривается еще и среднее количество информации на одно сообщение, которое может быть сформировано источником:
(1.2)
где К – объем полного ансамбля сообщений sk, к 1: К, которые
может формировать источник.
Как видно из формулы (1.2), энтропия – это математическое
ожидание величины log Ppr(s). Чем больше энтропия источника,
тем больше, в среднем, степень априорной неопределенности формируемого им сообщения.
7
После приема сообщения неопределенность уменьшается (во
всяком случае, не увеличивается). Поэтому количество информации
(1.1) можно трактовать как меру уменьшения неопределенности.
Энтропия, как видно из (1.2), неотрицательна и равна нулю
только для вырожденного ансамбля, содержащего только одно сообщение, что Pps(si) = 1, Pps(Sj) = 0; i, j 1: К.
Энтропия аддитивна: для совокупности источников информации или для ансамбля из нескольких сигналов энтропия равна
сумме энтропий каждого:
(1.3)
Из (1.2) также видно, что энтропия имеет ту же размерность,
что и количество информации и эта размерность зависит от выбора
основания логарифма в (1.1) и (1.2). Так, например, для такого источника информации, как запоминающее устройство (ЗУ), объем
(энтропия) в 1 Мбайт означает, что ЗУ может формировать сообщения общим суммарным объемом до 220*23 бит, или, что то же
самое, может запоминать и сохранять информационные массивы
общим объемом до 220 * 23 бит. Разумеется, это верхнее, потенциальное значение. Если ЗУ не заполнено (или заполнено данными,
не содержащими информации) энтропия такого источника будет
меньше.
Другая важная для оценки информативности сообщений величина – взаимная информация. Это информация, которую содержит
один ансамбль данных относительно другого. Например, ансамбль
принятых сообщений относительно ансамбля сообщений переданных или ансамбль шифровок относительно породившего его ансамбля открытых сообщений. Пусть имеется два ансамбля А и В
дискретных сообщений ак А и bl В. Совместная вероятность
сообщений ак и b
– это Р(ак, bl). Совместная энтропия ансамблей А
l
и В будет, по определению, математическим ожиданием логариф-
ма совместного распределения:
(1.4)
Для условного распределения аналогичным образом можно
определить условную энтропию:
8
(1.5)
Используя теорему Байеса
Для (1.5) можно установить, что
(1.7)
(1.6)
Нетрудно также установить, что для данной энтропии справедливо двойное неравенство
(1.8)
Равенство P(A|B)=0 выполняется тогда, когда ансамбль В содержит всю информацию об ансамбле А. В другом случае
H(A|B)=H(A) означает, что ансамбли А и В содержат независимые
сообщения, т.е. В не содержит информацию об А.
Поскольку, как видно из (1.8), условная энтропия H(A|B) никогда не бывает больше Н(А), можно утверждать, что значение В
уменьшается (в среднем) априорную неопределенность относительно А. Поэтому разность
(1.9)
называется количеством взаимной информации в ансамбле В относительно А.
Используя определения энтропии (1.4), (1.5) и (1.9), можно
установить, что взаимная информация может быть определена (измерена) как
(1.10)
Если условная вероятность того, что был передан
сигнал при условии, что принят сигнал , а априорная
вероятность событий , то I(A,B) показывает, сколько в среднем информации об А воспроизводится на выходе информационной системы, воспроизводящей сообщение из ансамбля В. Иначе
говоря, I(A|B) показывается, сколько в среднем получается бит информации о сообщении из ансамбля А при наблюдении реализации
сообщения из ансамбля В. При этом совершенно неважно, форми-
руется это сообщение абонентом системы (сети) передачи информации, радионавигационным маяком или возникает в пространстве
9
вследствие взаимодействия специальным образом организованного
электромагнитного поля с радиолокационной целью.
Соотношения (1.1)...(1.10) позволяют сформулировать следу-
ющие свойства меры количества информации и энтропии.
1. Информация — неотрицательная величина I(А,В) > 0, при-
чем равенство соответствует независимым ансамблям сообщений,
т.е. случаю, когда информация в В об А полностью разрушена.
2. I(А,В) < H(А) и I(А,В) < H(В), причем равенство соответ-
ствует однозначной связи (тождественности) элементов массивов
А и В.
3. Поскольку очевидно, что Н(А|А) = 0, из (9) следует, что
I(А,А) = Н(А ), т.е. энтропия источника информации есть ни что
иное, как его собственная информация (информация о самом себе).
Перечисленные свойства информации и энтропии подсказы-
вают вывод, важный для объяснения деструктивных свойств помех, сопровождающих работу информационных систем: если А -
ансамбль исходных сообщений, а В - ансамбль сообщений, воспроизводимых информационной системой, то I(А, В) = H(А) в том
и только в том случае, когда преобразование А→В однозначно и
обратимо. Иначе I(А,В) < H(А) и разность
H(A)-I(A, B)=H(A|B) (1.11)
есть потеря информации об А при воспроизведении В.
1.2. Основные свойства информации, влияющие
на возможность ее защиты
С точки зрения защиты информация обладает рядом свойств,
основные из которых следующие:
1. Объектом защиты информации являются ее носители.
Информация доступна человеку, если она содержится на материальном носителе. Так как с помощью материальных средств
можно защищать только материальный объект, то объектами защиты являются материальные носители информации, которые различают трех видов:
– носители – источники информации, например, чертеж;
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]