74. Механизмы защиты данных в сетях эвм. Аутентификация в сети на примере Kerberos.
Одним из основных механизмов защиты данных в сетях является шифорование информации. Основной принцип защиты данных с помощью шифрования - это зашифровывание данных. Зашифрованные данные для постороннего выглядят как "информационный мусор" - бессмысленный набор символов. Таким образом, если информация в зашифрованном виде попадет к злоумышленнику, он просто не сможет ей воспользоваться. Конфиденциальность передаваемой информации обеспечивается ее шифрованием. При помощи процедуры шифрования отправитель сообщения преобразует его из простого текста в набор символов, не поддающийся прочтению без применения специального ключа, известного получателю. Получатель сообщения, используя ключ, преобразует переданный ему набор символов обратно в текст.
Процесс преобразования с помощью ключа простого текста в зашифрованное сообщение и обратно называется алгоритмом шифрования. Обычно алгоритмы шифрования общеизвестны и не являются секретом. Конфиденциальность передачи и хранения зашифрованной информации обеспечивается за счет конфиденциальности ключа.
Ключ к шифру — конкретный набор символов и процедур, применяемых при шифровании и дешифровании сообщений. Обычно степень защищенности информации зависит не только от алгоритма шифрования, но и от длины ключа, измеряемой в битах. Чем длиннее ключ, тем лучше защита, но тем больше вычислительных процедур необходимо провести компьютеру для шифрования и дешифрования передаваемой информации, что замедляет передачу данных.
Существует два вида алгоритмов шифрования:
симметричные. В алгоритмах этого вида и для шифрования, и для дешифрования информации применяется один и тот же секретный ключ, известный и отправителю, и получателю информации;
асимметричные. Алгоритмы этого вида используют два ключа: один — для шифрования, другой — для дешифрования сообщения. Один из таких ключей является закрытым (секретным), другой — открытым (общедоступным).
Проблема защиты информации от несанкционированного доступа особо обострилась с широким распространением локальных и, особенно, глобальных компьютерных сетей. В компьютерных сетях при организации контроля доступа и разграничения полномочий пользователей чаще всего используются встроенные средства сетевых операционных систем (подробнее см., например, [7]). Так, крупнейший производитель сетевых ОС - корпорация Novell - в своем последнем продукте NetWare 4.1 предусмотрел помимо стандартных средств ограничения доступа, таких, как система паролей и разграничения полномочий, ряд новых возможностей, обеспечивающих первый класс защиты данных. Новая версия NetWare предусматривает, в частности, возможность кодирования данных по принципу "открытого ключа" (алгоритм RSA) с формированием электронной подписи для передаваемых по сети пакетов.
Оснастив сервер или сетевые рабочие станции, например, устройством чтения смарт-карточек и специальным программным обеспечением, можно значительно повысить степень защиты от несанкционированного доступа. В этом случае для доступа к компьютеру пользователь должен вставить смарт-карту в устройство чтения и ввести свой персональный код. Программное обеспечение позволяет установить несколько уровней безопасности, которые управляются системным администратором. Возможен и комбинированный подход с вводом дополнительного пароля, при этом приняты специальные меры против "перехвата" пароля с клавиатуры.
В UNIX-подобных ОС в качестве механизма защиты данных введено разделение пользователей на группы: владелец, группа пользователей, прочие.
Одним из удачных примеров создания комплексного решения для контроля доступа в открытых системах, основанного как на программных, так и на аппаратных средствах защиты, стала система Kerberos. В основе этой схемы авторизации лежат три компонента:
- База данных, содержащая информацию по всем сетевым ресурсам, пользователям, паролям, шифровальным ключам и т.д.
- Авторизационный сервер (authentication server), обрабатывающий все запросы пользователей на предмет получения того или иного вида сетевых услуг. Авторизационный сервер, получая запрос от пользователя, обращается к базе данных и определяет, имеет ли пользователь право на совершение данной операции. Примечательно, что пароли пользователей по сети не передаются, что также повышает степень защиты информации.
- Ticket-granting server (сервер выдачи разрешений) получает от авторизационного сервера "пропуск", содержащий имя пользователя и его сетевой адрес, время запроса и ряд других параметров, а также уникальный сессионный ключ. Пакет, содержащий "пропуск", передается также в зашифрованном по алгоритму DES виде. После получения и расшифровки "пропуска" сервер выдачи разрешений проверяет запрос и сравнивает ключи и затем дает "добро" на использование сетевой аппаратуры или программ.
Протокол Kerberos предлагает механизм взаимной аутентификации клиента и сервера перед установлением связи между ними, причём в протоколе учтён тот факт, что начальный обмен информацией между клиентом и сервером происходит в незащищённой среде, а передаваемые пакеты могут быть перехвачены и модифицированы. Другими словами, протокол идеально подходит для применения в Интернет и аналогичных сетях.
Основная концепция протокола Kerberos очень проста — если есть секрет, известный только двоим, то любой из его хранителей может с лёгкостью удостовериться, что имеет дело со своим напарником. Для этого ему достаточно проверить, знает ли его собеседник общий секрет. Простой протокол аутентификации с секретным ключом вступает в действие, когда кто-то стучится в сетевую дверь и просит впустить его. Чтобы доказать своё право на вход, пользователь предъявляет аутентификатор (authenticator) в виде набора данных, зашифрованного секретным ключом. Получив аутенитификатор, привратник расшифровывает его и проверяет полученную информацию, чтобы убедиться в успешности дешифрования. Разумеется, содержание набора данных должно постоянно меняться, иначе злоумышленник может просто перехватить пакет и воспользоваться его содержимым для входа в систему. Если проверка прошла успешно, то это значит, что посетителю известен секретный код, а так как этот код знает только он и привратник, следовательно, пришелец на самом деле тот, за кого себя выдаёт.
возникает одна важная проблема. В случае со Стасом и Ольгой мы ни слова не сказали о том, как и где они договаривались о секретном ключе для своей переписки. Конечно, люди могут просто встретиться в парке и обсудить все детали, но ведь в сетевых переговорах участвуют машины. Если под Ольгой понимать клиентскую программу, установленную на рабочей станции, а под Стасом — службу на сетевом сервере, то встретиться они никак не могут. Проблема ещё более осложняется в тех случаях, когда Ольге-клиенту нужно посылать сообщения на несколько серверов, в этом случае для каждого сервера её придётся обзавестись отдельным ключом. Да и службе по имени Стас потребуется столько секретных ключей, сколько у него клиентов. Если каждому клиенту для поддержания связи с каждой службой требуется индивидуальный ключ, и такой же ключ нужен каждой службе для каждого клиента, то проблема обмена ключами быстро приобретает предельную остроту. Необходимость хранения и защиты такого множества ключей на огромном количестве компьютеров создаёт невероятный риск для всей системы безопасности.
Само название протокола Kerberos говорит о том, как здесь решена проблема управления ключами. Кербер (или Цербер) — персонаж классической греческой мифологии. Этот свирепый пёс о трёх головах, по поверьям греков, охраняет врата подземного царства мёртвых. Трём головам Кербера в протоколе Kerberos соответствуют три участника безопасной связи: клиент, сервер и доверенный посредник между ними. Роль посредника здесь играет так называемый центр распределения ключей Key Distribution Center, KDC.
KDC представляет собой службу, работающую на физически защищённом сервере. Она ведёт базу данных с информацией об учётных записях всех главных абонентов безопасности своей области. Вместе с информацией о каждом абоненте безопасности в базе данных KDC сохраняется криптографический ключ, известный только этому абоненту и службе KDC. Этот ключ, который называют долговременным, используется для связи пользователя системы безопасности с центром распределения ключей. В большинстве практических реализаций протокола Kerberos долговременные ключи генерируются на основе пароля пользователя, указываемого при входе в систему.
Когда клиенту нужно обратиться к серверу, он прежде всего направляет запрос в центр KDC. В ответ на запрос клиента, который намерен подключиться к серверу, служба KDC направляет обе копии сеансового ключа клиенту. Сообщение, предназначенное клиенту, шифруется посредством долговременного ключа, общего для данного клиента и KDC, а сеансовый ключ для сервера вместе с информацией о клиенте вкладывается в блок данных, получивший название сеансового мандата (session ticket). Затем сеансовый мандат целиком шифруется с помощью долговременного ключа, который знают только служба KDC и данный сервер. После этого вся ответственность за обработку мандата, несущего в себе шифрованный сеансовый ключ, возлагается на клиента, который должен доставить его на сервер.
Обратите внимание, что в данном случае функции службы KDC ограничиваются генерацией мандата. Ей больше не нужно следить за тем, все ли отправленные сообщения доставлены соответствующим адресатам. Даже если какое-нибудь из них попадет не туда, – ничего страшного не случится. Расшифровать клиентскую копию сеансового ключа может только тот, кто знает секретный долговременный ключ данного клиента, а чтобы прочесть содержимое сеансового мандата, нужен секретный код сервера.
Получив ответ KDC, клиент извлекает из него мандат и свою копию сеансового ключа, которые помещает в безопасное хранилище (оно располагается не на диске, а в оперативной памяти). Когда возникает необходимость связаться с сервером, клиент посылает ему сообщение, состоящее из мандата, который по-прежнему зашифрован с применением долговременного ключа этого сервера, и собственного аутентификатора, зашифрованного посредством сеансового ключа. Этот мандат в комбинации с аутентификатором как раз и составляет удостоверение, по которому сервер определяет "личность" клиента.
Сервер, получив "удостоверение личности" клиента, прежде всего с помощью своего секретного ключа расшифровывает сеансовый мандат и извлекает из него сеансовый ключ, который затем использует для дешифрования аутентификатора клиента. Если все проходит нормально, делается заключение, что удостоверение клиента выдано доверенным посредником, то есть, службой KDC. Клиент может потребовать у сервера проведения взаимной аутентификации. В этом случае сервер с помощью своей копии сеансового ключа шифрует метку времени из аутентификатора клиента и в таком виде пересылает ее клиенту в качестве собственного аутентификатора.
Одно из достоинств применения сеансовых мандатов состоит в том, что серверу не нужно хранить сеансовые ключи для связи с клиентами. Они сохраняются в кэш-памяти удостоверений (credentials cache) клиента, который направляет мандат на сервер каждый раз, когда хочет связаться с ним. Сервер, со своей стороны, получив от клиента мандат, дешифрует его и извлекает сеансовый ключ. Когда надобность в этом ключе исчезает, сервер может просто стереть его из своей памяти.
Такой метод дает и еще одно преимущество: у клиента исчезает необходимость обращаться к центру KDC перед каждым сеансом связи с конкретным сервером. Сеансовые мандаты можно использовать многократно. На случай же их хищения устанавливается срок годности мандата, который KDC указывает в самой структуре данных. Это время определяется политикой Kerberos для конкретной области. Обычно срок годности мандатов не превышает восьми часов, то есть, стандартной продолжительности одного сеанса работы в сети. Когда пользователь отключается от нее, кэш-память удостоверений обнуляется и все сеансовые мандаты вместе с сеансовыми ключами уничтожаются.