ПАМЗИ практикум

получить ключ k*. Для полного цикла преобразования (зашифрования и расшифрования) необходимы оба ключа. Если информация была зашифрована на ключе k, то расшифровать ее можно только с помощью ключа k*, и наоборот. Один из ключей (например, k) называется открытым (несекретным), другой (k*) — закрытым (секретным).

Каждый участник информационного обмена (например, Соколов) может синтезировать для себя пару ключей и один из них (открытый) разослать по открытым каналам связи всем своим партнерам. Далее все, кто имеет открытый ключ Соколова k, могут зашифровать для него сообщение. Расшифровать криптотекст может только владелец закрытого ключа k*, т. е. Соколов. Для того чтобы Соколову стать полноправным участником информационного обмена, ему необходимо получить по открытым каналам связи индивидуальные открытые ключи всех своих предполагаемых абонентов. Тем самым решается проблема распространения ключей шифрования.

Идея асимметричных алгоритмов тесно связана с теорией односторонних функций и с теорией сложности математических преобразований. Для обеспечения криптостойкости схем шифрования с открытым ключом требуются длинные ключевые последовательности. Кроме того, асимметричные алгоритмы включают в себя громоздкие операции возведения в степень и умножения больших чисел, поэтому они работают существенно медленней симметричных.

Наиболее распространенный асимметричный криптоалгоритм RSA (по фамилиям авторов, Rivest, Shamir, Adleman) был впервые опубликован в 1978 году и впоследствии принят в качестве стандарта в США. В стандарте RSA используется алгебраическое разложение больших целых чисел на множители, криптостойкость алгоритма базируется на сложности их факторизации. Кроме RSA известны алгоритм Эль-Гамаля, основанный на дискретном логарифмировании больших чисел, алгоритм на основе эллиптических кривых и др.

Асимметричная схема шифрования, безусловно, удобна при организации шифрованной связи. Однако в криптографических аппаратно-программных СЗИ сетевого действия часто применяется «гибридная» схема шифрования. Ярким примером такого СЗИ является американская система шифрования PGP, которая при инициализации встраивается в оболочку Windows, в Microsoft Outlook и Microsoft Outlook Express. Пользователи генерируют асимметричные ключевые последовательности и обмениваются открытыми ключами со своими партнерами. При отправлении каждого сообщения система PGP генерирует «сеансовый» симметричный ключ для шифрования данных и зашифровывает его на основе открытого ключа получателя. Передаваемое сообщение зашифровывается на основе симметричного ключа. Зашифрованные сообщение и сеансовый ключ в виде единого пакета направляются (например, посредством сервисов Internet) абоненту-получателю, где PGP на основе закрытого ключа расшифровывает симметричный ключ шифрования данных, а затем на его основе расшифровывает само сообщение.

СКЗИ предназначены для защиты конфиденциальной информации, хранящейся и обрабатываемой на персональных компьютерах, работающих, как

30

правило, под управлением ОС семейства Microsoft Windows в многопользовательском режиме, когда организация доверенной загрузки АС нецелесообразна.

Аппаратно-программные СЗИ, противодействующие НСД и предназначенные для обеспечения безопасности данных, хранящихся на локальном компьютере, используют классические симметричные алгоритмы шифрования. Это вполне разумно: охраняемые данные не предназначены для передачи по открытым каналам связи, и проблемы распространения ключей в этом случае просто не существует. Каждый пользователь формирует для себя личный симметричный ключ и сам несет ответственность за его сохранность. Применение классической схемы шифрования при этом целесообразно, т. к. обеспечивает большую скорость при меньшей длине ключа.

СЗИ предлагают несколько вариантов шифрования информации. При шифровании «по требованию» — сообщения, документы, базы данных и т. д. редактируются в открытом виде. Готовый документ, каталог или подкаталог зашифровывается, например, для того, чтобы обеспечить его безопасное хранение на жестком диске ПЭВМ. Пользователь может поставить под таким зашифрованным документом свою цифровую подпись.

При шифровании «на лету» — в открытом виде информация существует только в оперативной памяти (в идеальном случае — в видеопамяти) ПЭВМ. Сохранение документа автоматически вызывает программу его шифрования. Такой метод называется «прозрачным шифрованием», поскольку процессы криптографического преобразования протекают независимо от желания пользователя, скрытно (прозрачно) и удобно для него.

Удачным решением защиты информации является организация виртуального зашифрованного диска, который создается внутри дискового пространства ПЭВМ и «подключается» только при необходимости работы с конфиденциальными данными. О существовании такого диска, не говоря уже о процедуре его подключения, не знает никто кроме владельца. Виртуальный диск представляет собой специальным образом организованный файл и располагается в любом из каталогов файловой системы. После «подключения» виртуального диска операционная система может работать с ним как с любым другим логическим диском: создавать и удалять документы и каталоги, форматировать и т. д. Вся информация, размещаемая на виртуальном диске, автоматически зашифровывается. Такое шифрование принято называть «прозрачным с организацией виртуального диска». СЗИ, работающие с виртуальными дисками (например, «Secret Disk», «StrongDisk»), называют менеджерами секретных файлов.

Стандартный механизм шифрования шифрованных дисков приведен на рис. 2.1. Структура файла-образа виртуального диска содержит заголовок, непосредственно данные и ключ шифрования данных, который в свою очередь хранится в зашифрованном виде. При подключении диска пользователь должен ввести «ключевую информацию» в виде простого пароля и кодовых последовательностей, раздельно хранящихся в специальном файл-ключе и/или во внешней памяти. Введенная пользователем информация суммируется по схеме «И». Совокупная ключевая последовательность (комплексный пароль) подвергается операции ХЭШ-преобразования, в результате которой формируется «ключ ко-

31

дирования ключа». С помощью полученного «ключа кодирования ключа» и стойкого медленного алгоритма шифрования вычисляется ключ кодирования данных. Данные шифруются на основе быстрого симметричного алгоритма и ключа, который не хранится в компьютере в открытом виде, а формируется каждый раз при подключении логического диска.

Для формирования стойкого ключа СЗИ поддерживают программно и/или аппаратно достаточное количество различных вариантов внешних носителей ключевой информации. Среди них ключевые дискеты, пластиковые карты памяти различной технологии (электронные и с магнитной полосой), про- ксими-карты и ключи Touch Memory.

Кроме шифрования данных СЗИ могут шифровать и таблицы расположения данных. Конечно, существуют специальные программы, которые восстанавливают файловую систему на основании анализа дискового пространства. Однако, даже если злоумышленник «готов» к такой работе, восстановление таблиц расположения данных потребует от него определенного времени и обязательно оставит следы на атакуемом компьютере.

ключ

Данные алгоритмбыстрый кодирования

данных

Рис. 2.1. Структура файла-образа виртуального шифрованного диска

СКЗИ кроме непосредственно шифрования данных гарантируют недоступность личных данных пользователей для остальных легальных субъектов, зарегистрированных в АС, и обеспечивают:

•защиту от несанкционированного доступа к зашифрованным данным (в том числе со стороны системного администратора);

32

•двухфакторную аутентификацию пользователя для доступа к защищенным данным (на основе ввода парольной информации и сканирования внешних устройств памяти);

•разграничение и контроль доступа к зашифрованной информации;

•многопользовательскую и коллективную работу с защищенными данными;

•безопасное надежное «уничтожение» документов, в которых может храниться остаточная информация, при их удалении;

•очистку критичных областей памяти (свободных областей диска и хвостов файлов, файлов виртуальной памяти);

•организацию безопасного хранения «временных файлов», создаваемых ОС, путем переадресации каталога «ТЕМР» на шифруемый налету диск;

•защитные действия при возникновении «экстренных» ситуаций.

При шифровании информации СКЗИ применяют встроенные в ОС симметричные алгоритмы криптопреобразования (например, RC4) или имеющиеся в составе самого средства стандартные алгоритмы шифрования (3DES; CAST128; SAFER; Blowfish). СКЗИ предоставляют пользователю возможность подключать внешние программные модули, реализующие наиболее криптостойкие алгоритмы, в том числе по российскому ГОСТ 28147–89, например, эмулятор криптографической платы «Криптон» фирмы «Анкад».

Типичными представителями СКЗИ являются аппаратно-программные средства защиты информации «StrongDisk» (ООО «Физтех-Софт», г. Санкт-

Петербург) и «Secret Disk» (компания ALADDIN Software Security R.D.,

г. Москва), предназначенные для создания на дисковом пространстве локаль-

ной рабочей станции (Strong Disk Pro, Secret Disk NG) и сервера (Strong Disk Server, Secret Disk Server) защищенных дисков с ограниченным (многопользовательским) доступом. СКЗИ «Strong Disk» предоставляет пользователю возможность шифровать данные на лету с организацией виртуального диска. В состав средства входят удобные встраиваемые в оболочку Windows утилиты очистки остаточной информации: безопасного удаления файлов, очистки неиспользуемых областей жестких дисков, очистки «хвостов» файлов и файла виртуальной памяти (win386.swp). «Strong Disk» предлагает расширенные возможности при возникновении «форс-мажорных» ситуаций. Одна из последних разработок ООО «Физтех-Софт» обеспечивает криптографическую защиту информации на «карманных» персональных компьютерах (КПК). Средство рассчитано на индивидуальное пользование зашифрованными логическими дисками но, к сожалению, не использует отечественный ГОСТ шифрования.

СКЗИ «Secret Disk» (рис. 2.2) ориентировано на многопользовательский режим обработки приватных данных, хранящихся на зашифрованных виртуальных дисках или разделах винчестеров. «Secret Disk» реализует ролевую модель разграничения доступа. Средство позволяет зашифровывать «по требованию» отдельные каталоги и документы. «Secret Disk» имеет свой собственный встроенный алгоритм шифрования на основе 128-битного ключа и позволяет подключать внешние криптомодули.

33

Ключи зашифрования и расшифрования данных СКЗИ формируются только при подключении виртуального диска на основании пароля, вводимого пользователем, ключевой информации, хранящейся в файле-ключе и во внешнем носителе (электронные ключи Touch memory — «Strong Disk», ключи eToken — «Secret Disk»). Ключ шифрования хранится только в оперативной памяти ПЭВМ и никогда не выгружается на устройства постоянной памяти.

СКЗИ зашифровывают разделы винчестера целиком или организовывают виртуальные логические диски в виде непрерывного файла-образа. Прочитать файловую структуру таких дисков, не вводя ключевой информации, невозможно. Поэтому средства криптографической защиты не скрывают своего присутствия в компьютерной системе, но обеспечивают сокрытие наличия в ней конфиденциальных данных.

Рис. 2.2. СЗИ «Secret Disk»

При выборе СЗИ, осуществляющего шифрование данных, необходимо учитывать стойкость применяемого криптографического преобразования. Современные ПЭВМ имеют высокую производительность и могут обеспечить шифрование на основе мощных алгоритмов, например по ГОСТ 28147–89, в реальном масштабе времени. Однако в большинстве СЗИ эти алгоритмы не применяются, что можно объяснить сложной и дорогостоящей процедурой сертификации СЗИ. Некоторые СЗИ («Панцирь», «Secret Disk») позволяют подключать внешние программные модули шифрования, в т. ч. по ГОСТ 28147–89.

34

2.2. Система защиты конфиденциальной информации PGP

2.2.1.Основные характеристики системы PGP

PGP объединяет в себе лучшие стороны симметричной криптографии и криптографии с открытым ключом. PGP – это гибридная криптосистема. Средство защиты встраивается в оболочку операционной системы, предоставляет пользователю возможность зашифровывать файлы по требованию через контекстное меню проводника или специальных клавиш, появляющихся в окнах почтовых программ после инициализации программы.

При шифровании файлов или почтовых сообщений PGP создаёт одноразовый симметричный ключ, применяемый для единственного сеанса связи. Сеансовый ключ представляет собой псевдослучайное число, сгенерированное от случайных движений мышки и нажатий клавиш. Сеансовый ключ используется надёжным и быстрым симметричным алгоритмом, которым PGP зашифровывает сообщение, превращая его в шифртекст. Для повышения криптостойкости, снижения нагрузки на каналы связи и экономии дискового пространства в системе применяется сжатие информации. Сеансовый ключ зашифровывается открытым ключом получателя. Зашифрованный открытым ключом получателя сеансовый ключ «прикрепляется» к шифртексту и передаётся вместе с ним получателю, образуя так называемый «цифровой конверт» (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Формирование цифрового конверта

Расшифрование цифрового конверта происходит в обратном порядке. На приемной стороне система PGP использует закрытый ключ получателя для извлечения из сообщения сеансового ключа. Полученный сеансовый ключ PGP, использует для преобразования исходного послания в открытый текст.

35

функций, устанавливаемый на рабочую станцию. На рис. 2.6 приведен набор компонентов, предлагаемый системой1.

Рис. 2.5. Выбор «типа» пользователя

При инициализации системы в режиме «No, I’m a New User» осуществляется генерация пары симметричных ключей для нового пользователя. По умолчанию система PGP устанавливает размер персональных ключей пользователя, равный 2048 бит, алгоритм несимметричного шифрования – RSA и срок действия сигнатур (ключей) – один год. Индивидуальные параметры шифрования можно установить, если в окне «Key Generation Wizard» нажать кнопку «Expert» (рис. 2.7). При этом откроется окно выбора параметров шифрования

«Expert Key Parameter Selection» (рис. 2.8), в котором нужно ввести полное имя пользователя, почтовый адрес и выбрать требуемые параметры ключей и алгоритм шифрования. Если информация о пользователе не будет введена в окне «Expert Key Parameter Selection», то система предложит ее ввести в специаль-

ном окне «Name and E-mail Assignment».

В следующем окне «Passphrase Assignment» задается (и подтверждается) пароль пользователя (рис. 2.9), на основе которого генерируются секретный и открытый ключи. PGP не ограничивает снизу количество символов в пароле, но рекомендует, чтобы их было не менее восьми. В окне «Passphrase Assignment» индуцируется качество «Passphrase Quality» вводимой ключевой фразы. После подтверждения ввода пароля осуществляется пошаговая генерация пары ключей (Key Generation и Generation Subkey), что сопровождается соответствующей индикацией в окне «Key Generation Progress». Для завершения инициализации PGP на рабочую станцию необходимо перегрузить компьютер, установив пере-

ключатель «Yes, I want to restart my computer now» во включенное состояние.

1 Во избежание конфликтов с имеющимся сетевым программным обеспечением, следует отключить персональный сетевой фильтр «PGP net Personal Firewall», а так же менеджер за-

щищенных дисков «PGP disk Volume Security».

37