Петров А.А. Комп без-ть

272 Компьютерная безопасность и практическое применение криптографии

протоколам 1Р и/или 1РХ. Средства обеспечения информационной безо­ пасности трансформируют 1Р-пакеты, встраивая их внутрь других пакетов (так называемая инкапсуляция), которые затем маршрутизируются через М е т е ! . Таким образом, информационный поток трансформируется в дру­ гой информационный поток (так называемое туннелирование). При этом шифруются не только поля данных передаваемого 1Р пакета, но и адрес­ ная часть, и служебные поля данных.

Говоря о протоколах, используемых для передачи информации по сетям УРЫ, следует отметить, что основными в этих случаях являются четыре протокола: Ьауег 2 Рог^агсИп§ РгоШсо! (протокол трансляции канального уровня), Гауег 2 ТиппеНп^ Рго1юсо1 (протокол туннелирования канально­ го уровня), Р отШ о -Р оп й Типпе1т§ Рго1юсо1 (протокол туннелирования между узлами), а также протокол 1Р Зесигйу (1Р5ес), предложенный ко­ митетом 1ЕТЕ

Первые три спецификации известны под общим названием протоколов трансляции канального уровня, поскольку в соответствии с ними пакеты протоколов сетевого уровня (Арр1еТа1к, 1Р и 1РХ) сначала инкапсулиру­ ются в другие пакеты протокола канального уровня (Р Р Р ), а уже затем передаются адресату по 1Р-сети. Хотя эти спецификации и претендуют на решение проблемы безопасности в сетях УРЫ, они не обеспечивают шиф­ рования, аутентификации, проверки целостности каждого передаваемого пакета, а также средств управления ключами. На сегодняшний день наи­ более современным решением защиты сетей УРЫ является спецификация 1Р5ес. Поэтому в случае использования первых трех спецификаций для обеспечения безопасности информации при передаче в рамках УРЫ необ­ ходимо применение дополнительных средств ее защиты.

Основные подходы к обеспечению защиты информации в 1/РА/

Тема информационной безопасности при построении УРЫ освещает воп­ росы безопасности при объединении нескольких локальных сетей (то есть защита информационного канала и информационных ресурсов для соеди­ нения типа локальная сеть - локальная сеть (Л С - Л С )) и вопросы обеспе­ чения информационной безопасности при подключении к локальной сети удаленного пользователя (Л С -У П ). Каждый из представленных вопросов будет иметь свой спектр угроз и соответственно методов и средств защиты информации.

Для УРЫ, построенных по принципу Л С -Л С , характерны следующие угрозы:

•изменение, удаление или добавление части трафика или отдельных 1Рпакетов или их полей;

•анализ передаваемого трафика;

•инициация информационного обмена злоумышленником от имени од­ ного из сегментов У Р К

При этом целями нападения могут быть:

•получение доступа к конфиденциальной информации, передаваемой между сегментами УРЫ;

•получение несанкционированного доступа к информационным ресур­ сам, предоставляемым в сегментах УРЫ;

•нарушение бесперебойности работы УРЫ;

•нарушение достоверности и целостности передаваемой информации и предоставляемых информационных ресурсов;

•наработка статистики функционирования сегментов У Р И между собой.

Таким образом, при обеспечении защиты информации в рамках соеди­

нения типа Л С -Л С необходимо применять средства, которые смогли бы

обеспечить:

•шифрование трафика или отдельных пакетов; при этом должна быть обеспечена защита информации разного уровня конфиденциальности;

•двустороннюю аутентификацию участников информационного обмена;

•выработку ЭЦ П или контрольных сумм иа передаваемые 1Р-пакеты;

•имитозащиту передаваемой информации;

•маскировку передаваемой информации путем сжатия трафика при пе­ редаче, а также генерирование ложного трафика в ходе приостановки обмена информации в У Р К

Когда же безопасность информации обеспечивается в рамках соедине­ ния Л С -У П , очевидно, что большинство приведенных угроз и целей нару­ шителя будут сохраняться и в данном случае. При этом дополнительно следует обеспечить:

•разграничение доступа к предоставляемым локальной сетыо информа­ ционным ресурсам;

•аутентификацию передаваемой информации на уровне пользователя.

Выбираемые решения по обеспечению защиты информации в У Р И должны учитывать следующие требования, выдвигаемые современным уровнем построения информационных систем, а также специфическими аспектами построения УРЫ:

•защищаемая информация должна корректно маршрутизироваться и об­ рабатываться промежуточными системами, такими как маршрутизато­ ры и т.д.;

274Компьютерная безопасность и практическое применение криптографии

•система защиты должна быть масштабируема, то есть должны учиты­ ваться потребности защищаемой системы при ее росте и усложнении архитектуры построения;

•система защиты не должна накладывать ограничений иа производи­ тельность и обрабатываемую информацию прикладной системы; при этом интеграция защиты информации с подобной системой не должна приводить к ее существенной доработке;

•учитывая большой объем передаваемой информации между сегмента­ ми УРИ , необходимо реализовывать эффективные процедуры распре­ деления и управления ключевой информацией;

•построение системы защиты должно обеспечивать ее централизован­ ное администрирование и аудит;

•защищаемая локальная сеть в случае использования стандартных средств межсетевого обмена должна быть недоступна из глобальной сети.

Большинство систем защиты информации в УРЫ работают иа сетевом

уровне, это объясняется тем, что:

•применение защиты на сетевом уровне является прозрачным для при­ кладных систем;

•средства защиты сетевого уровня не ограничивают общую структуру и стратегию развития прикладной системы.

Среди применяемых решений защиты информации в У Р И следует от­ метить межсетевые экраны (в том числе и шифрующие), программно-ап­ паратные комплексы (П А К ) шифрования 1Р-трафика (далее - крипто­ маршрутизаторы) и программные средства, реализующие прозрачное шифрование 1Р-трафика.

Использование межсетевых экранов и П А К шифрования 1Р-трафика целесообразно для защиты соединений типа Л С -Л С в силу того, что для прохождения большого объема информации через данные соединения требуется высокая производительность подобных систем. Н о если межсе­ тевые экраны применяются в основном для фильтрации трафика с це­ лыо обеспечения защиты информационных ресурсов от несанкциониро­ ванного доступа и от негативного воздействия из внешних сетей передачи данных, то в криптомаршрутизаторе функции фильтрации являются вспо­ могательными, а упор делается на обеспечение конфиденциальности, це­ лостности и имитозащиты передаваемой информации. То есть основным является применение средств шифрования, выработки контрольных сумм и имитовставок с одновременным решением вопросов управления и рас­ пределения ключевой информации.

276Компьютерная безопасность и практическое применение криптографии

•схема с непосредственным подключением (рис. 3.116). Один П АК мо­ жет поддерживать несколько локальных сетей с разными политиками безопасности и разным уровнем конфиденциальности обрабатываемой информации;

•иерархическая схема (рис. 3.11 в). Используется при необходимости обеспечения защиты информации и разграничения доступа для боль­ ших локальных сетей с разными уровнями безопасности. Администри­ рование данной системы защиты также носит иерархический характер.

Программные же средства защиты информации применяются в основ­ ном для защиты соединений типа Л С -У П . В идеальном случае продукты защиты информации при построении УРЫ должны быть совместимы меж­ ду собой, чтобы средства защиты информации различного уровня (уда­ ленные пользователи, локальные сети произвольного масштаба и т.д.) могли быть объединены в рамках одной корпоративной сети. Совмести­ мость большинства средств защиты информации в УРЫ обеспечивается за счет применения при их создании унифицированных решений. В качестве такого решения можно отметить криптографический протокол 5К1Р (51шр1е Кеу тапа^етеп! 1ог 1п1егпе1; Рго1осо1), имеющий официальный статус проекта стандарта 1п1егпе1: (1п!егпе1: ЗгаЙ) и подвергшийся много­ численным испытаниям и апробации в ряде коммерческих продуктов. 5К1Р в рамках средств, обеспечивающих информационную безопасность, может быть применен и при построении УР1Ч, поскольку его реализация удовлетворяет требованиям, выдвинутым к продуктам подобного рода, кроме того, протокол ЗК1Р является 1Р-совместимым, поэтому защищае­ мая информация может беспрепятственно обрабатываться и передаваться системами, использующими реализацию стека протоколов Т С Р/1Р.

5К1Р реализован в таких продуктах, как «Шифратор 1Р-потоков» (Ш И П ), программный комплекс (П К ) «И гла», межсетевой экран ЗипЗсгееп ЗРР 100 и в ряде других.

Протокол 8К1Р

5К1Р является типичным примером протокола, обеспечивающего аутен­ тификационное распределение сеансовых ключей. В основе его создания лежит идея открытого распределения ключей Диффи-Хэлмаиа, что позво­ ляет строить средства защиты, рассчитанные на применение в глобальных сетях передачи данных, поскольку реализация идеи Диффи-Хэлмаиа не требует проведения сложных организационно-технических мероприятий по распределению ключевой информации; пользователю нужно иметь только пару ключей - секретный/открытый - и справочник открытых ключей других пользователей.

Основная идея ЗК1Р заключается в том, что ключ, вычисленный при помощи алгоритма Диффи-Хэлмана (К у , называемый мастер-ключом),

используется для шифрования пакетных ключей, создаваемых для каж­ дого 1Р-пакета, при этом сами пакетные ключи добавляются к зашифро­ ванному пакету в зашифрованном виде. Смысл применения пакетных ключей состоит в том, чтобы нарушитель не смог получить достаточного статистического материала для проведения криптоанализа; при этом из­ быточность, вносимая механизмами управления ключами, только для определенного вида трафика, не превышает 1-2% . При использовании трафика с короткими пакетами ЗК1Р-протокол вносит большую избы ­ точность в передаваемый трафик, и в некоторых случаях производитель­ ность канала может падать в четыре раза.

Сама схема работы протокола выглядит следующим образом:

•исходный 1Р-пакет шифруется с использованием пакетного ключа,

ина его основе формируется 5К1Р-пакет - зашифрованный 1Р-пакет

и5К1Р-заголовок (табл. 3.5);

•5К1Р-пакет включается в новый 1Р-пакет, другими словами, произ­ водится инкапсулирование; при этом заголовок нового 1Р-пакета может существенно отличаться от заголовка исходного (например, может быть изменена адресная часть 1Р-заголовка). Изменение ад­ ресной части позволяет реализовывать дополнительные механизмы защиты информационных ресурсов сети. Например, указывая в ад­ ресной части 1Р-адрес шифрующего П А К , можно сделать локаль­ ную сеть недоступной для обращения к ней из глобальной сети с по­ мощью стандартных средств. Фактически машину с реализованным иа ней 5К1Р-протоколом не будет видно из общей сети, в то время как в рамках защищаемой подсети она будет доступна. Иа получен ­ ный пакет вычисляется контрольная сумма с использованием па­ кетного ключа, при этом пропускаются только динамически изме­ няемые поля 1Р-заголовка.

В результате получается стандартный 1Р-пакет, который можно обра­ батывать и маршрутизировать в ходе его передачи по сети. Очевидным преимуществом программной реализации 5К1Р-протокола является воз­ можность производить (реализовывать) обработку как зашифрованной информации, так и открытой информации.

Существует три варианта применения 5К1Р-протокола:

•использование 5К1Р для аутентификации передаваемых 1Р-пакетов (А Н );

•использование 5К1Р для шифрования передаваемых 1Р-пакетов (Е З Р );

Применение совместного режима обеспечивает не только шифрова­ ние, но и аутентификацию передаваемого 1Р-пакета, при этом после 5К1Р-заголовка будет следовать АН -заголовок, а за ним - ЕЗР-заголо- вок. Но в данном случае по соображениям безопасности пакетный ключ Кр не может использоваться одновременно для шифрования и выработки МАС, поэтому на основе исходного Кр вычисляются пакетный ключ для аутентификации А_кр и пакетный ключ для шифрования Е_кр.

Использование ЗК1Р-протокола для защиты многоадресной доставки (ти1йсаз11Р)

Эта операция может быть рассмотрена в двух контекстах:

•многоадресная доставка для динамически меняющихся групп (имеют­ ся в виду группы, в которых пользователи меняют свои адреса со вре­ менем, например видеоконференции);

•многоадресная доставка для постоянных групп, пользователи в кото­ рых имеют фиксированные адреса.

Чтобы реализовать 5К1Р для первого контекста, применяется следую ­ щий подход: для динамической группы выделяется общий для всех участ­ ников 1Р-адрес, создается групповой ключ К& который имеет то же значе­ ние, что и мастер-ключ в случае применения 5К1Р для одиночной доставки. Но теперь, поскольку группы могут динамически создаваться и удаляться, существуют эффективные механизмы выработки и обновления общего для группы ключа К§.

В случае постоянных групп применение 5К1Р-протокола может быть сведено к описанному выше примеру с той только разницей, что группа бу­ дет иметь фиксированный К § и обновление данного ключа может проис­ ходить лишь при его компрометации. Поэтому для данного случая не тре­ буется наличие эффективных процедур обновления общего для группы ключа.

Рекомендации по распределению открытых ключей, используемых в 5К1Р-протоколе

5К1Р использует открытые ключи, и в основе его создания - идея ДиффиХэлмана, для которой уже продемонстрирована потенциальная уязвимость, приводящая к получению нарушителем доступа к конфиденциальной ин­ формации. При этом злоумышленнику нужно только иметь доступ к кана­ лам передачи информации и знать спецификации используемых протоколов.

280 Компьютерная безопасность и практическое применение криптографии

Защитой от данной атаки может служить сертификация открытых клю ­ чей. Поэтому значительная часть стандарта на 5К1Р посвящена органи­ зации служб сертификации, причем если для корпоративной сети мо­ жет использоваться один центр сертификации, то для применения 5К1Р в глобальных сетях передачи данных необходимо создание иерархичес­ ких структур подобных центров. В проекте стандарта на 5К1Р в качестве процедур сертификации и форматов представления сертификатов взяты рекомендации Х.509.

Средства, применяемые для защиты информации при построении УРЫ

Данный раздел рассказывает о применении и основных принципах пост­ роения средств защиты УРЫ на примере четырех криптографических про­ дуктов, которые, по мнению автора, являются наиболее типичными пред­ ставителями этого семейства, а именно:

•«Шифратор 1Р-потоков» (далее - «Ш и п ») и ФПСУ-1Р, предназначен­ ные для шифрования 1Р-трафика;

•программное средство «И гла -П », обеспечивающее защиту пользова­ тельских соединений;

•продукты «Застава».

Результаты тестирования «Шифратора 1Р-потонов», ФПСУ-1Р и «Заста­ вы», предоставленные коллективом авторов, в числе которых И. Гвоздев, В. Зайчиков, Н. Мошак, М. Пеленицин, С. Селезнев,Д. Шепелявый, - см. в при­ ложении «Сравнительные характеристики отечественных средств по­ строения ]/РИ».

Криптографический комплекс «Шифратор 1Р-потоков»

Этот комплекс выполнен в виде отдельного устройства, реализующего шифрование исходящего и входящего трафика локальной сети. К К (или криптомаршрутизатор) «Ш ифратор 1Р-потоков» (М О П Н И Э И ) постро­ ен на реализации 5К1Р-протокола. Зарубежные аналоги этого устрой­ ства, сконструированные иа сходных принципах, широко используются для защиты 1Шегпе1:-трафика. Среди подобных средств следует отметить 3\УАЫ (в 1996 году данное устройство обеспечивало защиту 5% трафика в кйегпеф, в качестве протокольной части которого реализованы реко­ мендации 1Р5ес.