125 Кібербезпека / 4 Курс / 4.2_Управління інформаційною безпекою / Лiтература / V_P_Babak_A_A_Kliuchnykov-Teoreticheskye_osnovy_zashchity_informat..

ПРЕДИСЛОВИЕ

Как известно, на смену индустриальному обществу, сформировавшемуся во второй половине ХХ столетия, приходит общество нового типа – информационное. Его создание чрезвычайно ускорилось благодаря развитию сети Интернет и новых информационных технологий.

Информация заполнила современный мир, стала коммерческим продуктом, вошла во все сферы жизнедеятельности человека, и при этом, естественно, требования к методам и системам получения, передачи, приема и обработки информации резко возросли. Появилось мощное направление, связанное с защитой и безопасностью информации, во многом изменились требования к подготовке специалистов в направлениях электроники и информатики, радиотехники и информационной безопасности и т.д.

Поэтому возникла необходимость создания базового учебника по защите информации. При его написании авторы руководствовались афоризмом Бертрана Рассела: «Книга должна быть или ясной, или строгой; объединить эти два требования - невозможно», а материал старались преподнести в наиболее простой форме.

Учебник практически охватывает весь круг проблем защиты и безопасности информации, базирующихся на крипто- и стеганографии, цифровой подписи и математическом аппарате преобразования и исследования информационных сигналов, технологиях измерения, передачи и обработки информации, сигналов и данных, на помехоустойчивом кодировании, использовании современных телекоммуникационных и спутниковых каналов связи.

Наряду с алгоритмическими и техническими методами рассмотрены организационно – правовые методы законодательного обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, вопросы защиты интеллектуальной собственности, а также международные стандарты в сфере защиты информации. После каждого раздела помещены основные выводы, вопросы для самоконтроля, а также ключевые слова на русском и английском языках.

Обращаясь к читателям, отметим, что Вы можете всегда критиковать эту книгу за отсутствие в ней ваших любимых сюжетов. Но мы ни в коем случае не склонны просить за это прощение. По этому случаю мы выбрали в качестве девиза слова из песни Рикки Нельсона «Вечеринка в саду»: «Ты не можешь угодить всем, так что угоди самому себе».

Учебник основывается на курсах лекций, которые читались студентам Национального авиационного университета (г. Киев).

Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам - академику

– секретарю НАН Украины Б. С. Стогнию и доктору технических наук, профессору Ю. М. Тузу за замечания, рекомендации и помощь в формировании рукописи. Особая благодарность за техническую поддержку при подготовке рукописи доценту С. В. Бабаку и инженеру Л.Мелащенко.

10

11

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

____________________________________________________________________________________________

1.1.Термины и определения

Вшироком смысле информация (от лат. information - разъяснение, высказывание) – это совокупность сведений о внешнем мире, получаемая нами

врезультате взаимодействия с ним. Информация – одна из важнейших категорий природоведения наряду с веществом и энергией.

Можно выделить три основных вида информации в обществе: личная, специальная и массовая. Личная информация касается тех или иных аспектов личной жизни человека. К специальной относится научно – техническая, интеллектуальная, деловая (коммерческая), производственная и другая информация. Массовая информация предназначена для большой группы людей и распространяется средствами массовой информации, такими, как газеты, журналы, радио, телевидение.

Информация в любой форме является объектом хранения, передачи и преобразования или обработки. Передают информацию в виде сообщений.

Сообщение – это способ представления информации, или выраженная конкретным образом информация, предназначенная для передачи от источника к потребителю.

Это условные знаки, при помощи которых мы получаем те или иные новости (информацию). Например, о ходе футбольной встречи можно узнать из рассказа очевидца (устное сообщение) или прочитать в газете (письменное сообщение). При передаче телеграммы сообщение – это текст в виде последовательности разных букв и знаков; при беседе – это последовательность звуков; во время телевизионных передач – изменение яркости и цветности элементов изображения, последовательность звуков. Но сообщения в таком виде не могут быть переданы в системах связи и потому преобразовываются

всигналы.

Сигнал (от лат. signum - знак) – это процесс изменения во времени состояния некоторого объекта, используемый для отображения, регистрации или передачи сообщений. Сигнал – это материальный носитель сообщений (информации).

В современной технике используются электрические, электромагнитные, световые, ультразвуковые и другие носители. В целом, для передачи сообщения необходимо применить такой носитель, который наилучшим образом может преодолеть расстояние от источника к пользователю.

То есть, сама по себе информация может быть отнесена к абстрактным категориям, подобным, например, математическим формулам. Но проявляется она всегда в материально – энергетической форме в виде сигнала. Методологическая схема формирования и материализации информации и возникновения сигналов приведена на рис.1.1.

В повседневной жизни миллионов людей и функционировании большинства предприятий и организаций широко используются средства компьютерной техники и соответствующие сети. В административном управлении

12

Глава 1. Основные понятия защиты информации

____________________________________________________________________________________________

и предпринимательской деятельности ведущее место заняли информационно - коммуникационные системы и компьютерные технологии. Стремительное распространение современных методов обработки, передачи, накопления и сохранения информации способствовало возникновению проблемы, связанной с возможностью потери информации, раскрытия и модификации данных, принадлежащим конечным пользователям.

Рис. 1.1. Методологическая схема формирования и материализации информации

Данные - это сообщения в виде цифровых сигналов.

Упомянутая проблема получила название информационной безопасно-

сти, под которой понимают состояние защищенности информации (сигналов), обрабатываемой, передаваемой или сберегаемой от незаконного (несанкционированного) доступа, преобразования и уничтожения, а также состояние защищенности информационных технических средств от действий, направленных на нарушение их работоспособности.

Основной задачей защиты информации является обеспечение конфиденциальности, целостности, достоверности, оперативности доступа и юридической значимости.

Конфиденциальность – свойство информации быть доступной только ограниченному количеству лиц – пользователей той или иной информационной системы, в которой циркулирует данная информация

Целостность - свойство информации или программного обеспечения сохранять структуру и содержание в процессе функционирования системы.

Достоверность - свойство принадлежности информации некоторому объекту (субъекту), являющемуся ее источником, или тому объекту, от которого эта информация принята.

Оперативность доступа – способность информации или информационных средств быть доступными для конечного пользователя в соответствии с его потребностями.

Юридическая значимость информации означает, что документ, содержащий эту информацию, имеет юридическую силу (например, электронная подпись).

Кроме перечисленных задач защиты информации есть еще одна – задача специальной защиты, состоящая в предоставлении пользователям возможно-

13

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

____________________________________________________________________________________________

сти исполнять действия в информационных системах незаметно (скрытно) для других пользователей. Особенно это актуально для электронных платежных систем. Обеспечение конфиденциальности платежных операций – защита от тотального контроля над пользователями информационных систем.

Задачи защиты информационных технических средств, решаемые в рамках информационной безопасности систем, направлены на обеспечение их работоспособности путем предотвращения:

воздействия на информационные каналы, средства сигнализации и управления, удаленную аппаратуру загрузки баз данных, на системное и прикладное программное обеспечение;

несанкционированного доступа к техническим средствам информационных систем, приводящего к нарушению их целостности, утечки информации, изменению параметров, обеспечивающих недоступность баз данных;

нарушения функционирования или вскрытия встроенных и внешних средств защиты;

неправомерных действий как пользователей, так и обслуживающего персонала.

Для решения заданий обеспечения безопасности информационно - коммуникационных систем необходимо выполнить ряд действий (рис. 1.2).

Задача обеспечения безопасности информационно - коммуникационных систем

Рис. 1.2. Схема действий для решения задач безопасности информационно - коммуникационных систем

14

Глава 1. Основные понятия защиты информации

____________________________________________________________________________________________

В связи с необходимостью разделения передаваемого сообщения и помех, используется понятие обработки сигналов (рис. 1.3).

Действующая система

Сообщение

Рис.1.3. Схема пояснения принципа обработки сигналов

Одновременно, в процессе передачи от источника к пользователю, сообщение претерпевает ряд изменений, которые можно проиллюстрировать схемой передачи и принятия сообщений. Так называемая симплексная (однонаправленная) система передачи сообщений изображена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Обобщенная структурная схема передачи и принятия сообщений

Более распространенной является дуплексная (двунаправленная) система передачи сообщений, в которой на каждом конце канала передачи и прие-

15

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

____________________________________________________________________________________________

ма устанавливается как передатчик, так и приемник сообщений. При этом, обычно, преобразователь «сообщение – сигнал» (модулятор) и преобразователь «сигнал – сообщение» (демодулятор) объединяются в единое физическое устройство, называемое модем.

Сигнал передающей части (передатчика сигнала) от источника сообщений поступает на вход принимающей части (приемника сигналов) по линии связи. Линей связи может быть обычная пара электрических проводов, а материальным (физическим) носителем сообщения (информации) – низкочастотный электрический сигнал.

В системе радио - или мобильной связи линия связи – это пространство между передатчиком и приемником. Физическим носителем информации в этом случае есть высокочастотное электромагнитное колебание (электромагнитные волны).

Сигнал, проходя через линию связи, подвергается влиянию внешних помех. На электромагнитные волны накладываются помехи, созданные атмосферными электрическими разрядами, искрениями промышленных установок и т.д. Итак, сигнал на выходе линии связи отличается от сигнала на ее входе так же, как и сообщение, доставляемое получателю, отличается от сообщения, формируемого источником сообщений. Искажение сообщений обусловливается также влиянием на сигнал внутренних помех в передающей и принимающей частях системы. Источниками внутренних помех может быть тепловой шум (так называемый дробный эффект), создаваемый физическими элементами приемника-передатчика при прохождении по ним электрического тока, и шум, создаваемый за счет нестабильности источников питания и т.д.

С точки зрения обеспечения необходимой помехоустойчивости важным элементом является электромагнитная совместимость, под которой по-

нимают способность радиоэлектронных приборов одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с надлежащим качеством во время действия неслучайных помех и не создавать недопустимых помех другим радиоэлектронным средствам.

На приемное устройство влияют полезное электромагнитное поле сигнала и электромагнитное поле помех. Последние создаются разными радиоэлектронными средствами, размещенными на различных расстояниях от приемника. Некоторые из этих электромагнитных полей помех вообще не влияют на качество принятия сигнала. Такие поля называются совместимыми с электромагнитным полем сигнала.

Но некоторые из полей помех при любых условиях влияют на принятие сигнала. Такие поля помех называют несовместимыми с полем сигнала. Большинство электромагнитных полей помех могут влиять на принятие сигнала в определенных условиях, тогда как при других условиях эти поля будут совместимыми с полем полезного сигнала. Такие поля помех называют условно совместимыми. Общую электромагнитную совместимость полей определяют по их отдельным совместимостям. Различают три вида совме-

16

Глава 1. Основные понятия защиты информации

____________________________________________________________________________________________

стимостей: амплитудную (или энергетическую), частотную и временную.

Электромагнитные поля сигнала и помехи будут совместимыми, если обеспечивается хотя бы одна (любая) отдельная совместимость. Поля тогда несовместимы, когда они несовместимы сразу по трем отдельным совместимостям. Например, электромагнитные поля сигнала и помехи совместимы по частоте, если они занимают разные частотные интервалы, поскольку в этом случае обеспечивается прием сигналов с заданным качеством при наличии электромагнитных полей помех.

Конечная цель задач обеспечения электромагнитной совместимости – обеспечение совместного функционирования комплекса средств связи и другого электро- и радиооборудования. Эту цель можно реализовать, определив основные группы помех, формирующих электромагнитную обстановку, и найдя пути и способы обеспечения электромагнитной совместимости в конкретной электромагнитной обстановке.

Острейшей проблемой телекоммуникационных систем является необходимость учета взаимных помех, наиболее влияющих на электромагнитную совместимость. Это обусловлено рядом причин (рис. 1.5).

Причины влияния на электромагнитную совместимость

Прогрессирующее возрастание количества средств радиосвязи и других радиоэлектронных средств, работающих одновременно

Повышение концентрации радиоэлектронных средств в ограниченных точках пространства

Повышение мощности передатчика и чувствительности приемника

Ограниченность диапазона используемых рабочих частот

Рис. 1.5. Причины влияния внешних факторов на электромагнитную совместимость

Обеспечение электромагнитной совместимости требует:

поиска наиболее эффективных методов использования радиочастотного диапазона (регламентированное распределение рабочих частот между або-

17

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

____________________________________________________________________________________________

нентами, порядок их изменений и т.д.); рационального создания аппаратуры с учетом обеспечения электромаг-

нитной совместимости (уменьшение уровня излучения, экранирование излучающих блоков, целесообразное размещение этих блоков, борьба с нелинейными искажениями и т.д.);

рациональной регламентации размещения и использования радиосредств (например, рациональное размещение их на одном объекте и на местности, порядок размещения излучающей аппаратуры и т.д.).

Под помехозащищенностью системы передачи понимают ее способность предупреждать действие случайных помех. Под случайными помехами понимают специальные помехи, создаваемые системой радиоэлектронного глушения.

В общем случае радиоэлектронное глушение содержит два последовательных этапа – радиотехническая разведка и радиопротиводействие. Цель радиотехнической разведки – установление факта работы (излучения) системы и определение ее параметров, необходимых для организации радиопротиводействия. Цель радиопротиводействия - создание помех, действие которых максимально усложнит работу системы или приведет к нарушению ее нормального функционирования. Очевидно, создание помех будет тем эффективнее, чем больше информации собрано на этапе разведки о системе, подлежащей глушению. В соответствии с функциями радиоэлектронного глушения помехозащищенность системы передачи определяется ее секретностью и помехоустойчивостью.

Секретность системы передачи – ее способность противостоять дей-

ствию радиоразведки. Радиотехническая разведка предусматривает последовательное выполнение трех основных задач (рис. 1.6).

Задачи радиотехнической разведки

Выявление факта работы системы передачи (выявленне сигнала)

Определение структуры выявленного сигнала и его основных параметров

Раскрытие информации, содержащейся в сигнале

Рис. 1.6. Основные задачи радиотехнической разведки

В соответствии с этими задачами можно определить три вида секретности: энергетическую, структурную и информационную.

18

Глава 1. Основные понятия защиты информации

____________________________________________________________________________________________

Помехоустойчивость – способность системы передачи противосто-

ять вредному действию помех. Анализ помехоустойчивости проводят независимо от причин появления помех в системе передачи. Для повышения помехоустойчивости систем передачи нужно повышать их секретность и помехоустойчивость (рис. 1.7).

Методы повышения энергетической и структурной секретности базируются на использовании

Частотно-адаптивных линий связи

Рис. 1.7. Методы обеспечения повышения энергетической и структурной секретности

Для решения проблемы информационной секретности с целью предотвращения несанкционированного доступа к информационному содержанию сообщения используют засекречивание (шифрование) сообщений, рассматриваемое в следующих разделах.

Для того чтобы сигналы стали объектами теоретического изучения и расчетов, нужно указать способы их математического описания, то есть построить математическую модель исследуемого объекта. Математическая модель сигнала – функциональная зависимость, адекватно описывающая изменение во времени физического состояния некоторого объекта.

Таким образом, математическая модель сигнала – это функциональная зависимость, в которой аргументом есть время. В дальнейшем математическую модель сигналов будем обозначать символами латинского алфавита: s(t), u(t), f(t) и др.

Описание сигнала при помощи математической модели дает возможность абстрагироваться от конкретной природы носителя сигнала. Например, в электроили радиотехнике одна и та же математическая модель равнозначно описывает ток, напряжение, сопротивление и т.д. Кроме этого, математическая модель дает возможность описывать именно те свойства сигнала, которые объективно наиважнейшие. При этом пренебрегают численными вто-

19