Понятие и составляющие информационной безопасности.
Информационная безопасность – защищенность информации и поддерживание инфраструктуры от случайного или намеренного воздействия или искусственного характера, могут нанести неприемлемый ущерб субъектам информационных отношений.
Защита информации – комплекс мероприятий, направленный на обеспечение информационной безопасности.
Основные составляющие: конфиденциальность, доступность и целостность.
Безопасная информационная система – система, которая:
защищает данные от несанкционированного доступа.
всегда готова предоставить их своим пользователям (доступность)
надёжно хранит информацию и гарантирует целостность данных.
Конфиденциальность – защищенность от несанкционированного доступа или гарантия того что информация будет доступна только авторизированным пользователям.
Доступность – возможность за приемлемое время получить требуемую информацию, услугу или авторизацию пользователя.
Целостность – защищенность информации от разрушения и несанкционированно го изменения.
Классификация угроз.
Угроза – потенциальная возможность нарушить инф. безопасность.
Атака – реализованная угроза.
Окно опасности – промежуток времени от момента, когда появляется возможность использования слабого места до момента, когда этот пробел ликвидируется.
Угрозы:
по составляющим угрозы инф. безопасности, против которой направленная угроза.
по компонентам информационной системы, на которую направлена угроза.
по способу осуществления:
случайные
преднамеренные
природные
техногенные
по источнику(люди, техника и т.д.)
по расположению источника угроз.
внутри
вне инф. системы.
1.(источник)---норм. поток инф.-->(Адресат)
разъединение. Ресурс уничтожен, нет доступа. Угроза доступности, угроза на отказ обслуживания.
перехват. К ресурсу открывается неограниченный доступ. Нарушена конфиденциальность информации.
модификация. К ресурсу открывается неограниченный доступ. Данные изменены. Нарушена целостность.
фальсификация. Вносится ложный объект. угроза идентификации или атаки. Нарушается идентичность и аутентичность инф.
Наиболее распространенные угрозы доступности:
по компонентам инф. системы, на которые она направлена. Отказ пользователя, инф. системы. поддержки инфраструктуры.
Угрозы целостности:
использование программ-вирусов.
Угроза конфиденциальности
угрозы связанные с использованием паролей.
передача конфиденциальных данных в открытом виде.
Уровни информационной безопасности.
Для обеспечения информационной безопасности необходим комплексный системный подход.
Для защиты информационной системы требуется сочетать меры следующих уровней:
Законодательные меры обеспечения информационной безопасности – это законы, постановления, указы, нормативные акты и стандарты.
На законодательном уровне различают следующие группы мер:
направляющие и координирующие меры, направленные на повышение образованности общества в области информационной безопасности;
ограничивающие меры (создание и поддержка в обществе негативного отношения к нарушению информационной безопасности).
Законодательный уровень является важнейшим для обеспечения ИБ.
Административные меры – это действия, предпринимаемые руководством предприятия или организации для обеспечения информационной безопасности.
Процедурные меры – это меры безопасности, ориентированные на людей.
Физические средства защиты. Сюда относится экранирование помещений, проверка поставляемой аппаратуры, средства наружного наблюдения, замки, сейфы и т.д..
Программно-технические меры направлены на контроль компьютерных сущностей, реализуются программным и аппаратным обеспечением узлов и сети.
Основные законы и правовые акты Республики Беларусь в области ИБ.
Закон Республики Беларусь "Об информатизации" (1995 г.)
Закон Республики Беларусь " Об электронном документе" (2000 г.)
УК РБ Глава 31 Преступления против информационной безопасности ст. 349-355
Административные меры. Политика ИБ
К административному уровню ИБ относятся действия общего характера, предпринимаемые руководством организации.
Главная цель мер административного уровня – сформировать Политику ИБ и обеспечить ее выполнение, выделяя необходимые ресурсы и контролируя состояние дел.
Политика безопасности – это совокупность документированных решений, принимаемых руководством организации и направленных на защиту информации от заданного множества угроз безопасности.
Политика безопасности определяет:
какую информацию защищать и от кого;
какой ущерб принесет предприятию потеря или раскрытие определенных данных;
источники угроз, виды атак;
какие средства использовать для защиты каждого вида информации и т.д.
При выработке политики безопасности возможны два подхода:
запрещать все, что не разрешено в явной форме (высокая степень безопасности, дорого, неудобства пользователей);
разрешать все, что не запрещено в явной форме (менее защищенная сеть, дешевле, удобна для пользователей).
С практической точки зрения политику безопасности целесообразно рассматривать на трех уровнях детализации.
К верхнему уровню можно отнести решения, затрагивающие организацию в целом. На этом уровне цели организации в области ИБ формулируются в терминах доступности, целостности и конфиденциальности.
К среднему уровню можно отнести вопросы, касающиеся отдельных аспектов ИБ, но важные для различных эксплуатируемых организацией систем. Примеры таких вопросов – отношение к передовым технологиям, доступ в Интернет, использование домашних компьютеров, применение пользователями неофициального ПО и т.д..
Политика безопасности нижнего уровня относится к конкретным информационным сервисам. Она включает в себя два аспекта – цели и правила их достижения, поэтому ее порой трудно отделить от вопросов реализации. Примеры вопросов, на которые даются ответы в политике безопасности нижнего уровня:
кто имеет право доступа к объектам данного сервиса;
при каких условиях можно читать и модифицировать данные;
как организован удаленный доступ к сервису.
Программно-технические меры. Сервисы и базовые принципы ИБ.
Программно-технические меры - это меры, направленные на контроль компьютерных сущностей – оборудования, программ и данных, образуют последний и самый важный рубеж ИБ. Программно-технические меры реализуются программным и аппаратным обеспечением узлов и сети.
Ущерб наносят в основном действия легальных пользователей, главные враги – некомпетентность и неаккуратность.
К основным сервисам (или функциям) безопасности относятся:
идентификация и аутентификация;
управление доступом; протоколирование и аудит;
конфиденциальность; контроль целостности;
экранирование; анализ защищенности;
обеспечение отказоустойчивости;
обеспечение безопасного восстановления;
туннелирование; управление.
Программно-технические меры безопасности можно разделить на следующие виды:
превентивные, препятствующие нарушениям ИБ;
меры обнаружения нарушений;
локализующие, сужающие зону воздействия нарушений;
меры по выявлению нарушителя;
меры восстановления режима безопасности.
Базовые принципы архитектурной безопасности:
непрерывность защиты в пространстве и времени, невозможность миновать защитные средства;
принцип единого контрольно-пропускного пункта;
следование признанным стандартам, использование апробированных решений;
усиление самого слабого звена;
невозможность перехода в небезопасное состояние (использование средств, которые при отказе переходят в состояние максимальной защиты);
минимизация привилегий; разделение обязанностей;
эшелонированность обороны;
разнообразие защитных средств или использование комплексного подхода к обеспечению безопасности;
простота и управляемость ИС;
минимизация объема защитных средств, выносимых на клиентские системы, так как конфигурацию клиентских систем трудно или невозможно контролировать;
принцип баланса возможного ущерба от реализации угрозы и затрат на ее предотвращение.
Криптография как наука. Основные понятия.
Криптография - фундаментальная наука, изучающая методы преобразования информации, направленная на сокрытие ее содержимого
Криптоанализ – это наука, изучающая методы взлома шифра
Стеганография – это совокупность методов предназначенных для сокрытия фактов существования сообщения
Криптология = Криптография + Криптоанализ – наука, изучающая шифры и их стойкость.
Открытый текст – исходное сообщение, подвергающееся шифрованию
Шифротекст – зашифрованное сообщение
Криптосистема = шифрование + расшифрование
Модель традиционной криптосистемы. Правило Керкхоффа.
Правило Керкхоффа - стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа
Модель: Традиционное шифрование включает алгоритм шифрования и ключ. От ключа зависит результат шифрования. Надежность шифрования определяется следующим: сложностью алгоритма шифрования, секретностью ключа
Где X – сообщение открытого текста, состоящее из элементов X=[x1,x2,…,xn];
Все элементы открытого текста принадлежат некоторому алфавиту A, состоящий из m символов;
Для шифрования генерируется ключ К, состоящий из j элементов К=[k1,k2,…,kj];
С помощью алгоритма шифрования получаем зашифрованный текст Y=[y1,y2,…,yp], Y=Ek[X];
Дешифрование: X=Dk(Y);
Понятие криптосистемы. Типы систем.
Криптосистема = шифрование (традиционное, с открытым ключом ) + расшифрование.
Классификация систем на основе 3 признаков:
число применяемых ключей
-симметричные криптосистемы (система с секретным ключом или традиционное шифрование) - когда отправитель и получатель используют один и тот же ключ. Примеры: DES, RCS, AES, Blowfish, CAST;
-асимметричные (системы с 2 ключами или система с открытым ключом) - когда отправитель и получатель используют разные ключи. Примеры: RSA, Эль-Гамаля, Диффи - Хеллмана;
тип операции перевода открытого текста в шифрованный
Подстановочные шифры – шифрование основано на замещении элемента открытого текста другим элементом (Цезаря, Хилла, Блейфейера)
Перестановочные шифры– основано на изменении порядка следования элементов открытого текста. Пример: перестановка столбцов
Продукционные шифры – основаны на комбинации нескольких операций замены и перестановок. Пример: DES, шифр Файстеля
метод обработки открытого текста
Блочные – шифры, в которых логической единицей шифрования является блок открытого текста, после преобразования которого получается блок шифрованного текста той же длины. Пример: DES, RSA, Файстеля
Поточные – шифры, в которых используется шифрование всех элементов открытого текста последовательно один за другим. Пример: Виженера, Вернама.
Cети Файстеля.
Сеть Файстеля — блочный шифр, кот. использует последовательность подстановок или перестановок. Большинство симметричных блочных шифров являются сетями Файстеля: DES, BlowFish, CAST, ГОСТ и т.д.
Алгоритм шифрования Файстеля:
на входе алгоритма шифрования подается n-битовый блок открытого текста и ключ, затем блок открытого текста делится на 2 части — левую и правую. Если размер левой = размеру правой, то архитектуру называют классической или сбалансированной сетью Файстеля (иначе — несбалансированной)
1 раунд обработки сети Файстеля:
Ri
Li
Li+1
Li+1 = Ri
Ri+1
= Li
F(Ri,
Ki)
При расшифровании сети Файстеля применяется тот же алгоритм, только на вход подается шифртекст, а ключи применяются в обратном порядке.
Криптографическая стойкость шифра Файстеля зависит от:
размера блока шифрования
размер ключа
числа раундов обработки
алгоритма вычисления подключей
функции раунда
Блочные режимы работы шифров. Методы заполнения последн. блока
DES может использоваться в четырех режимах:
Режим электронной кодовой книги (ECB – Electronic Code Book). Обычное использование DES как блочного шифра.
Применяется для блочного шифрования. Последующий блок не зависит от предыдущего.
Режим сцепления блоков (CBC – Cipher Block Chaining). Каждый очередной блок Ci , i>=1, перед зашифровыванием складывается по модулю 2 со следующим блоком открытого текста Mi + 1. Вектор C0 - начальный вектор инициализации сохраняется в секрете.
Использует обратную связь для комбинирования шифротекста, сгенерированного ранее, с новым открытым текстом.
Режим обратной связи по шифротексту (CFB – Cipher Feed Back). В режиме CFB вырабатывается блочная "гамма"
Z0,
Z1,
... , Zi
= DESk(Ci
− 1)
.
Начальный вектор C0 сохраняется в секрете.
Применяется для побайтного шифрования данных
Режим обратной связи по выходу (OFB – Output Feed Back). В режиме OFB вырабатывается блочная "гамма"
Z0,
Z1,
...,
,
i>=1.
Применяется для шифрования потоков аудио- и видеоданных и для аутентификации
Достоинства и недостатки режимов:
Режим ECB прост в реализации, но возможно происходить проведение критоанализа.
В режимах ECB и OFB искажение при передаче одного 64-битового блока шифротекста Ci приводит к искажению после расшифрования только соответствующего открытого блока Mi , поэтому такие режимы используется для передачи по каналам связи с большим числом искажений.
В режимах CBC и CFB искажение при передаче одного блока шифрованного текста Сi приводит к искажению на приёмнике не более двух блоков открытого текста Mi,Mi +1 Изменение Mi приводит к изменению всех остальных блоковMi + 1,Mi + 2... Это свойство используется для выработки кода аутентификации сообщения.
Выбор режима шифрования:
Методы заполнения последн. блока
|
Число байтов в последнем блоке открытого текста |
Дополняющая последовательность байтов |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 |
7777777 666666 55555 4444 333 22 1 88888888 |
Т.о., последний байт открытого текста, полученного после расшифровки, указывает на то, сколько дополняющих байтов нужно из него удалить.
Поточные режимы работы блочных шифров. Преим., недост., применение
Поточные – шифры, в которых используется шифрование всех элементов открытого текста последовательно один за другим. Пример: Виженера, Вернама.
Использование поточного шифра избавляет от необходимости дополнять сообщение до целого числа блоков. Кроме того, с поточным шифром можно работать в режиме реального времени. Каждый символ можно шифровать и сразу же передавать адресату, не дожидаясь окончания шифрования остальной части сообщения.
Характеристика современных симметричных блочных шифров. Объединение блочных шифров.
В большинстве симметричных блочных алгоритмов шифрования используются следующие особенности:
табличные подстановки (S-матрицы, S-Box);
перестановки; сложение по модулю 2;
сложение 16 или 32; циклы сдвига.
Алгоритмы симметричного блочного шифрования м.б. применены для:
шифрования данных;
хеширования;
генерации случайных чисел.
Наиболее популярные шифры и их основные характеристики.
IDEA (блок 64 - бита, ключ – 128 бит);
Blowfish (блок 64 бита, ключ – до 448 бит);
RC – семейство симметричных блочных шифров, имеющих три переменных параметра (размер блока (в байтах), число рандов, число байтов в секретном ключе).
CAST(ключ от 40 до 128 бит с шагом 8);
2DES
Y = Ek1(Dk2(Ek1(X)))
3DES
Y = Ek3(Dk2(Ek1(X))) X = Dk1(Ek2(Dk3(Y)))
ГОСТ 28147-89 – (блок - 64 бита, ключ – 256 бит);
AES (Rijndael).
Для объединения блочных шифров применяется многократное использование блочных алгоритмов с различными ключами при шифровании одного и того же блока открытого текста.
3DES с 2 ключами
Y = Ek1(Dk2(Ek1(X)))
E DE 2n
3DES с 3 ключами
Y = Ek3(Dk2(Ek1(X)))
X = Dk1(Ek2(Dk3(Y)))
Блок разбивается на левую и правую часть.
Все раунды по 1 системы подключей.
Каждый S-блок переставляется числами от 0 до 15, затем циклический сдвиг влево на 11 бит.
Отличие от DES:число раундов больше (32 и 16);алгоритм быстрее;S-Box засекречена.
Алгоритм криптографического преобразования ГОСТ 28147-89.
ГОСТ 28147-89 — блочный шифр с 256-битнымключоми 32 циклами преобразования, оперирующий 64-битными блоками. Основаалгоритмашифра —Сеть Фейстеля. Базовым режимом шифрования по ГОСТ 28147-89 является режимпростой замены(определены также более сложные режимыгаммирование,гаммирование с обратной связьюи режимимитовставки). Для зашифрования в этом режимеоткрытый текстсначала разбивается на левую и правую половины (обозначены ниже как L и R). На i-ом цикле используется подключ ki:
Ri + 1 = Li
(
= двоичное «исключающее или»)
Для генерации подключей исходный 256-битный ключ разбивается на восемь 32-битных блоков: K1…K8.
Расшифрование выполняется так же, как и зашифрование, но инвертируется порядок подключей Ki.
Функция f(Li,Ki) вычисляется следующим образом:
Li и Ki складываются по модулю 232.
Результат разбивается на восемь 4-битовых подпоследовательностей, каждая из которых поступает на вход своего узла таблицы замен, называемого ниже S-блоком. Общее количество S-блоков ГОСТа — восемь, т. е. столько же, сколько и подпоследовательностей. Каждый S-блок представляет собой перестановку чисел от 0 до 15. Первая 4-битная подпоследовательность попадает на вход первого S-блока, вторая — на вход второго и т. д.
Если S-блок выглядит так:
1, 15, 13, 0, 5, 7, 10, 4, 9, 2, 3, 14, 6, 11, 8, 12
и на входе S-блока 0, то на выходе будет 1, если 5, то на выходе будет 7 и т. д.
Выходы всех восьми S-блоков объединяются в 32-битное слово, затем всё слово циклически сдвигается влево на 11 битов.
Достоинства ГОСТа:
бесперспективность силовой атаки(XSL-атаки в учёт не берутся, т.к. их эффективность на данный момент полностью не доказана);
эффективность реализации и соответственно высокое быстродействие на современных компьютерах.
наличие защиты от навязывания ложных данных (выработка имитовставки) и одинаковый цикл шифрования во всех четырех алгоритмах ГОСТа.
Основные проблемы ГОСТа:
связаны с неполнотой стандарта в части генерации ключей и таблиц замен. Ряд проблем: нельзя определить криптостойкость алгоритма, не зная заранее таблицы замен; потенциальная возможность (отсутствие запрета в стандарте) использования таблиц замены, в которых узлы не являются перестановками, что может привести к чрезвычайному снижению стойкости шифра.
13. Cтандарт шифрования aes.
Алгоритм шифрования AES (Advanced Encryption Standard – улучшенный стандарт шифрования) в настоящее время является стандартом блочного симметричного шифрования США(пришел на смену Des). Этот алгоритм представляет собой симметричный блочный шифр, который работает с блоками данных длиной 128 бит и использует ключи длиной 128, 192 и 256 бит , число раундов составляет соответственно 10, 12 и 14.
Преобразование выполняется слоями:
1) Табличная подстановка S-box 8х8 бит
2) сдвиг строк в двумерном массиве на различные смещения (линейное перемешивание)
3) линейное перемешивание столбцов
4) слой ключа (добавление материала ключа операцией XOR)
Преимущества:
1)Скорость работы
2) может быть реализован на смарт- картах с небольшим объемом памяти и небольшим числом циклов
3)Может быть использован в качестве функции описателя для хэш-функции
4)м.б. в качестве генератора случайных чисел
5)м.б. применен для вычисления кадн. Аутентификации
14. Модель криптосистемы с открытым ключом.
–система шифрования, при которой открытый ключ передаётся по каналу, и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации ЭЦП и для расшифрования сообщения используется секретный ключ.
При шифровании с открытым ключом :
1. Каждая конечная система в сети генерирует пару ключей.
2. Каждая из систем публикует свой ключ шифрования, размещая его в открытом каталоге или файле (называется открытым ключом).
3. Второй ключ из пары остается в личном владении (личный ключ).
Если пользователь А собирается послать сообщение пользователю В, то он шифрует его открытым ключом. Когда пользователь В получает сообщение, он расшифровывает его своим личным ключом.
15. Принципы построения и применения, недостатки криптосистем с открытым ключом.
Идея применения методов криптографии с открытым ключом возникла из попыток найти решение двух из наиболее сложных проблем, возникающих при использовании традиционного шифрования. Первой проблемой является распределение ключей, а второй проблемой является проблема “цифровых подписей”.
Алгоритмы шифрования с открытым ключом зависят от одного ключа для шифрования и другого, связанного с первым, ключа для шифрования. Эти алгоритмы имеют следующую важную особенность:
С точки зрения вычислений нереально определить ключ дешифрования, зная только используемый криптографический алгоритм и ключ шифрования.
Кроме того, некоторые алгоритмы (например, RSA) имеют следующее свойства:
Любой из этих двух связанных ключей может служить для шифрования, и тогда другой может применяться для дешифрования.
Рис Общая схема процесса шифрования с открытым ключом.
В зависимости от приложения отправитель использует либо свой личный ключ, либо открытый ключ получателя, либо же оба, если требуется выполнить какую-то специальную криптографическую функцию. В самых широких пределах использование криптосистем с открытым ключом можно отнести к трем категориям:
Шифрование/дешифрование. Отправитель шифрует сообщение с использованием открытого ключа получателя.
Цифровая подпись. Отправитель “подписывает” сообщение с помощью своего личного ключа. Подпись получателя в результате применения криптографического алгоритма к сообщению или к небольшому блоку данных, являющемуся функцией сообщения.
Обмен ключами. Две стороны взаимодействуют, чтобы обменяться сеансовым ключом. При этом возможно несколько различных подходов, предполагающих применение личных ключей одной или обеих сторон.
Недостатки:
- медленные алгоритмы;
- уязвимы к атакам на основе подобранного открытого текста.