Глава 2методология построения систем защиты информации в ас

2.1 Построение систем защиты от угрозы нарушения конфиденциальности информации Организационно-режимные меры защиты носителей информации в ас

Проблема защиты машинных носителей информации (МНИ) в АС, решается в основном за счет организационно-режимных мер, делающих невозможным или существенно ограничивающим доступ злоумышленников к МНИ и документальным материалам АС. Методы несанкционированного доступа к МНИ по сути дела совпадают с методами преодоления обычных средств защиты от физического проникновения в локализованное защищаемое пространство. В связи с этим одним из наиболее надежных подходов к защите НИИ является их физическая защита. В то же время защита МНИ имеет специфику, определяемую их реализацией и организацией.

Независимо от типа носителя, данные на носителях хранятся блоками (секторами, кластерами и т.п.). Как известно, для доступа к данным МНИ существуют два основных способа:

• последовательный доступ, когда блоки записываются друг за другом и для чтения следующего нужно пройти все предыдущие;

• прямой (произвольный) доступ, отличающийся тем, что блоки записываются и читаются в произвольном порядке.

Например, дисковые накопители являются устройствами произвольного доступа, накопители на магнитной ленте - последовательного доступа.

Кроме этого, МНИ характеризуются:

• различными физическими принципами реализации;

• широким спектром объемов хранимой информации-от единиц до десятков тысяч мегабайт,

• многообразием конкретных реализаций носителей различными производителями.

В силу данных условий задача получения злоумышленником доступа к информации на машинном носителе может быть представлена как последовательность следующих подзадач:

1) выбор соответствующего заданному носителю привода-наиболее значимого для обеспечения доступа элемента;

2) запуск соответствующего приводу комплекта программ (операционная система, драйверы привода и т.п.);

3) обеспечение порядка использования программ и привода для считывания в память компьютерной системы содержимого носителя информации.

Злоумышленник не может получить доступ к информации на машинном носителе в двух случаях:

• когда злоумышленнику недоступен сам носитель;

• когда злоумышленнику доступен носитель, но отсутствуют соответствующие средства взаимодействия с носителем.

Следует отметить, что в настоящее время разработаны МНИ (например, Zip фирмы Iomega) с встроенными в сам носитель (!) средствами защиты, т.е. для обращения к такому накопителю задается пароль доступа, и в результате прочитать или вообще получить доступ к содержимому носителя нельзя ни на каком другом приводе.

Однако наиболее типична ситуация, когда в защищаемой АС используются распространенные МНИ, а значит, у потенциального злоумышленника существует возможность получить на своем приводе доступ к битовому представлению данных защищаемого носителя. В этом случае практически единственным выходом являются организационные меры защиты-меры общего характера, затрудняющие доступ злоумышленников к конфиденциальной информации вне зависимости от способа обработки информации и каналов утечки (каналов воздействия).

Основными задачами обеспечения информационной безопасности АС от угрозы раскрытия конфиденциальности на уровне МНИ являются [3]:

• исключение прохождения носителей по технологическим участкам, не обусловленным производственной необходимостью;

• предупреждение непосредственного доступа к носителям персонала, не отвечающего за операции с носителями (минимизация доступа), предупреждение утраты или хищения носителей информации.

Первая задача решается за счет рациональной организации производственного процесса движения носителей информации, обеспечивающего целенаправленное распределение носителей по технологическим участкам, вторая-за счет четкой и обоснованной регламентации порядка обращения с носителями.

Регламентация порядка обращения с носителями предусматривает выполнение комплекса мер:

• Запись информации (создание носителей с информацией) на рабочих местах, обеспечивающих условия для предотвращения утечки по техническим каналам и физической сохранности носителей.

• Постановку на учет МНИ с простановкой соответствующей маркировки на зарегистрированном носителе. Одним из элементов маркировки должен быть гриф секретности информации, хранящейся на данном носителе.

• Передачу МНИ между подразделениями организации, эксплуатирующей АС, под расписку.

• Вынос МНИ за пределы организации только с разрешения уполномоченных лиц.

• Хранение МНИ в условиях, исключающих несанкционированный доступ посторонних. Для хранения рекомендуется использовать надежно запираемые и опечатываемые шкафы. Надлежащие условия хранения должны быть обеспечены для всех учтенных носителей, независимо от того, находятся ли они в эксплуатации или нет

• Уничтожение МНИ, которые утратили свои эксплуатационные характеристики или не используются из-за перехода на новый тип носителя, специально организованными комиссиями согласно актам, утверждаемым уполномоченными лицами. Уничтожение носителей должно проводиться путем их физического разрушения, не допускающего восстановление и повторное использование носителей. Перед уничтожением конфиденциальная информация должна быть по возможности гарантированно удалена.

• Передачу в ремонт средств вычислительной техники без МНИ, которые могут содержать конфиденциальную информацию (без накопителей на жестких дисках и т.п.). В случае ремонта МНИ конфиденциальная информация на них должна быть гарантированно удалена. Если удалить информацию невозможно, решение о ремонте принимается руководителем соответствующего подразделения или коллегиально, а ремонт осуществляется в присутствии лица, ответственного за сохранность информации на данном носителе.

• Периодический контроль контролирующими подразделениями соблюдения установленных правил обращения с носителями и их физической сохранности.

В соответствии сданными условиями можно установить требования, выдвигаемые к обслуживающему персоналу АС. Лицам, эксплуатирующим и обслуживающим АС, запрещается:

• Сообщать кому бы то ни было в какой бы ни было форме, если это не вызвано служебной необходимостью, любые сведения о характере работы, выполняемой в АС; о порядке защиты, учета и хранения МНИ, о системе охраны и пропускном режиме объекта.

• Использовать для работы с конфиденциальной информацией незарегистрированные МНИ.

• Хранить на МНИ информацию с более высокой степенью секретности, чем определено для него в момент регистрации.

• Работать с неучтенными экземплярами конфиденциальных документов, полученных в ходе обращений в АС, и передавать их другим сотрудникам.

• Выносить из помещений, где установлены средства вычислительной техники (СВТ) АС, без разрешения ответственных за режим в этих помещениях: МНИ, содержащие конфиденциальные данные, подготовленные в АС документы, а также другую документацию, отдельные блоки, аппаратуру и иное оборудование.

• Вносить в помещения, где расположены СВТ АС, постороннее имущество и материалы, в том числе кинофотоаппаратуру и радиоаппаратуру.

• Принимать и передавать МНИ и документы без соответствующей расписки в учетных документах, знакомить с ними других сотрудников без разрешения соответствующих должностных лиц.

• Делать на этикетках МНИ или на их упаковках пометки и надписи, раскрывающие содержание этих носителей.

• Уничтожать МНИ и документы без санкции соответствующего должностного лица и оформления в установленном порядке.

. • Проводить в АС обработку конфиденциальной информации и выполнять другие работы, не обусловленные заданиями, поступающими запросами и инструкциями по эксплуатации АС, а также знакомиться с содержанием МНИ и документами по вопросам, не имеющим отношения к служебным обязанностям.

Парольные системы для защиты от несанкционированного доступа к информации

Под несанкционированным доступом к информации (НСД) согласно руководящим документам Гостехкомиссии будем понимать доступ к информации, нарушающий установленные правила разграничения доступа и осуществляемый с использованием штатных средств, предоставляемых СВТ или АС (подробнее см. гл. 5). НСД может носить случайный или преднамеренный характер.

Можно выделить несколько обобщенных категорий методов защиты от НСД, в частности:

• организационные;

• технологические;

• правовые.

К первой категории относятся меры и мероприятия, регламентируемые внутренними инструкциями организации, эксплуатирующей информационную систему. Пример такой защиты-присвоение грифов секретности документам и материалам, хранящимся в отдельном помещении, и контроль доступа к ним сотрудников. Вторую категорию составляют механизмы защиты, реализуемые на базе программно-аппаратных средств, например систем идентификации и аутентификации или охранной сигнализации. Последняя категория включает меры контроля за исполнением нормативных актов общегосударственного значения, механизмы разработки и совершенствования нормативной базы, регулирующей вопросы защиты информации. Реализуемые на практике методы, как правило, сочетают в себе элементы нескольких из перечисленных категорий. Так, управление доступом в помещения может представлять собой взаимосвязь организационных (выдача допусков и ключей) и технологических (установку замков и систем сигнализации) способов защиты.

Рассмотрим подробнее такие взаимосвязанные методы защиты от НСД, как идентификация, аутентификация и используемое при их реализации криптографическое преобразование информации.

Идентификация -это присвоение пользователям идентификаторов (понятие идентификатора будет определено ниже) и проверка предъявляемых идентификаторов по списку присвоенных.

Аутентификация -это проверка принадлежности пользователю предъявленного им идентификатора. Часто аутентификацию также называют подтверждением или проверкой подлинности.

Под безопасностью (стойкостью) системы идентификации и аутентификации будем понимать степень обеспечиваемых ею гарантий того, что злоумышленник не способен пройти аутентификацию от имени другого пользователя. В этом смысле, чем выше стойкость системы аутентификации, тем сложнее злоумышленнику решить указанную задачу. Система идентификации и аутентификации является одним из ключевых элементов инфраструктуры защиты от НСД любой информационной системы. Различают три группы методов аутентификации, основанных на наличии у каждого пользователя:

• индивидуального объекта заданного типа;

• знаний некоторой известной только ему и проверяющей стороне информации;

• индивидуальных биометрических характеристик.

К первой группе относятся методы аутектификации, использующие удостоверения, пропуска, магнитные карты и другие носимые устройства, которые широко применяются для контроля доступа в помещения, а также входят в состав программно-аппаратных комплексов защиты от НСД к средствам вычислительной техники.

Во вторую группу входят методы аутентификации, использующие пароли. По экономическим причинам они включаются в качестве базовых средств защиты во многие программно-аппаратные комплексы защиты информации. Все современные операционные системы и многие приложения имеют встроенные механизмы парольной защиты.

Последнюю группу составляют методы аутентификации, основанные на применении оборудования для измерения и сравнения с эталоном заданных индивидуальных характеристик пользователя: тембра голоса, отпечатков пальцев, структуры радужной оболочки глаза и др. Такие средства позволяют с высокой точностью аутентифицировать обладателя конкретного биометрического признака, причем "подделать" биометрические параметры практически невозможно. Однако широкое распространение подобных технологий сдерживается высокой стоимостью необходимого оборудования.

Если в процедуре аутентификации участвуют только две стороны, устанавливающие подлинность друг друга, такая процедура называется непосредственной аутентификацией (direct password authentication). Если же в процессе аутентификации участвуют не только эти стороны, но и другие, вспомогательные, говорят об аутентификации с участием доверенной стороны (trusted third party authentication). При этом третью сторону называют сервером аутентификации (authentication server) или арбитром (arbitrator).

Общие подходы к построению парольных систем

Наиболее распространенные методы аутентификации основаны на применении многоразовых или одноразовых паролей. Из-за своего широкого распространения и простоты реализации парольные схемы часто в первую очередь становятся мишенью атак злоумышленников. Эти методы включают следующие разновидности способов аутентификации:

• по хранимой копии пароля или его свёртке (plaintext-equivalent);

• по некоторому проверочному значению (verifier-based);

• без непосредственной передачи информации о пароле проверяющей стороне (zero-knowledge);

• с использованием пароля для получения криптографического ключа (cryptographic).

В первую разновидность способов входят системы аутентификации, предполагающие наличие у обеих сторон копии пароля или его свертки. Для организации таких систем требуется создать и поддерживать базу данных, содержащую пароли или сверки паролей всех пользователей. Их слабой стороной является то, что получение злоумышленником этой базы данных позволяет ему проходить аутентификацию от имени любого пользователя.

Способы, составляющие вторую разновидность, обеспечивают более высокую степень безопасности парольной системы, так как проверочные значения, хотя они и зависят от паролей, не могут быть непосредственно использованы злоумышленником для аутентификации.

Наконец, аутентификация без предоставления проверяющей стороне какой бы то ни было информации о пароле обеспечивает наибольшую степень защиты. Этот способ гарантирует безопасность даже в том случае, если нарушена работа проверяющей стороны (например, в программу регистрации в системе внедрен "троянский конь"). Пример системы парольной защиты ("доказательство с нулевым разглашением"), построенной по данному принципу, будет рассмотрен ниже.

Особым подходом в технологии проверки подлинности являются криптографические протоколы аутентификации. Такие протоколы описывают последовательность действий, которую должны совершить стороны для взаимной аутентификации, кроме того, эти действия, как правило, сочетаются с генерацией и распределением криптографических ключей для шифрования последующего информационного обмена. Корректность протоколов аутентификации вытекает из свойств задействованных в них математических и криптографических преобразований и может быть строго доказана.

Обычные парольные системы проще и дешевле для реализации, но менее безопасны, чем системы с криптографическими протоколами. Последние обеспечивают более надежную защиту и дополнительно решают задачу распределения ключей. Однако используемые в них технологии могут быть объектом законодательных ограничений.

Для более детального рассмотрения принципов построения парольных систем сформулируем несколько основных определений.

Идентификатор пользователя - некоторое уникальное количество информации, позволяющее различать индивидуальных пользователей парольной системы (проводить их идентификацию). Часто идентификатор также называют именем пользователя или именем учетной записи пользователя.

Пароль пользователя - некоторое секретное количество информации, известное только пользователю и парольной системе, которое может быть запомнено пользователем и предъявлено для прохождения процедуры аутентификации. Одноразовый пароль дает возможность пользователю однократно пройти аутентификацию. Многоразовый пароль может быть использован для проверки подлинности повторно,

Учетная запись пользователя-совокупность его идентификатора и его пароля.

База данных пользователей парольной системы содержит учетные записи всех пользователей данной парольной системы.

Под парольной системой будем понимать программно-аппаратный комплекс, реализующий системы идентификации и аутентификации пользователей АС на основе одноразовых или многоразовых паролей. Как правило, такой комплекс функционирует совместно с подсистемами разграничения доступа и регистрации событий. В отдельных случаях парольная система может выполнять ряд дополнительных функций, в частности генерацию и распределение кратковременных (сеансовых) криптографических ключей.

Основными компонентами парольной системы являются:

• интерфейс пользователя;

• интерфейс администратора;

• модуль сопряжения с другими подсистемами безопасности;

• база данных учетных записей.

Парольная система представляет собой "передний край обороны" всей системы безопасности. Некоторые ее элементы (в частности, реализующие интерфейс пользователя) могут быть расположены в местах, открытых для доступа потенциальному злоумышленнику. Поэтому парольная система становится одним из первых объектов атаки при вторжении злоумышленника в защищенную систему. Ниже перечислены типы угроз безопасности парольных систем.

1. Разглашение параметров учетной записи через:

• подбор в интерактивном режиме;

• подсматривание;

• преднамеренную передачу пароля его владельцем другому лицу;

• захват базы данных парольной системы (если пароли не хранятся в базе в открытом виде, для их восстановления может потребоваться подбор или дешифрование);

• перехват переданной по сети информации о пароле;

• хранение пароля в доступном месте.

2. Вмешательство в функционирование компонентов парольной системы через:

• внедрение программных закладок;

• обнаружение и использование ошибок, допущенных на стадии разработки;

• выведение из строя парольной системы.

Некоторые из перечисленных типов угроз связаны с наличием так называемого человеческого фактора, проявляющегося в том, что пользователь может:

• выбрать пароль, который легко запомнить и также легко подобрать;

• записать пароль, который сложно запомнить, и положить запись в доступном месте;

• ввести пароль так. что его смогут увидеть посторонние;

• передать пароль другому лицу намеренно или под влиянием заблуждения.

В дополнение к з.ыше сказанному необходимо отметить существование "парадокса человеческого фактора". Заключается он в том, что пользователь нередко стремится выступать скорее противником парольной системы, как, впрочем, и любой системы безопасности, функционирование которой влияет на его рабочие условия, нежели союзником системы защиты, тем самым ослабляя ее. Защита от указанных угроз основывается на ряде перечисленных ниже организационно-технических мер и мероприятий.Выбор паролей

В большинстве систем пользователи имеют возможность самостоятельно выбирать пароли или получают их от системных администраторов. При этом для уменьшения деструктивного влияния описанного выше человеческого фактора необходимо реализовать ряд требований к выбору и использованию паролей (табл.2.1).

Таблица 2.1

Требование к выбору пароля	Получаемый эффект
Установление минимальной длины пароля	Усложняет задачу злоумышленника при попытке подсмотреть пароль или подобрать пароль методом "тотального опробования"
Использование в пароле различных групп символов	Усложняет задачу злоумышленника при попытке подобрать пароль методом "тотального опробования"
Проверка и отбраковка пароля по словарю	Усложняет задачу злоумышленника при попытке подобрать пароль по словарю
Установление максимального срока действия пароля	Усложняет задачу злоумышленника по подбору паролей методом тотального опробования, в том числе без непосредственного обращения к системе защиты (режим off-line)
Установление минимального срока действия пароля	роль на старый после его смены по предыдущему требованию
Ведение журнала истории паролей	Обеспечивает дополнительную степень защиты по предыдущему требованию
Применение эвристического алгоритма, бракующего пароли на основании данных журнала	добрать пароль по словарю или с использованием эвристического алгоритма
Ограничение числа попыток ввода пароля	Препятствует интерактивному подбору паролей злоумышленником
Поддержка режима принудительной смены пароля пользователя	Обеспечивает эффективность требования, ограничивающего максимальный срок действия пароля
Использование задержки при вводе неправильного пароля	Препятствует интерактивному подбору паролей злоумышленником
Запрет на выбор пароля самим пользователем и автоматическая генерация паролей	Исключает возможность подобрать пароль по словарю. Если алгоритм генерации паролей не известен злоумышленнику, последний может подбирать пароли только методом "тотального опробования"
Принудительная смена пароля при первой регистрации пользователя в системе	Защищает от неправомерных действий системного администратора, имеющего доступ к паролю в момент создания учетной записи

Параметры для количественной оценки стойкости парольных систем

приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Параметр	Способ определения
Мощность алфавита паролей А	Могут варьироваться для обеспечения заданного значения S(S=AL )
Длина пароля L
Мощность пространства паролей S	Вычисляется на основе заданных значений Р, Т или V
Скорость подбора паролей V: • Для интерактивного режима определяется как скорость обработки одной попытки регистрации проверяющей стороной. • Для режима off-line (на основе свертки пароля) определяется как скорость вычисления значения свертки для одного пробного пароля	• Может быть искусственно увеличена для защиты от данной угрозы. • Задается используемым алгоритмом вычисления свертки. Алгоритм, имеющий медленные реализации, повышает стойкость по отношению к данной угрозе
Срок действия пароля (задает промежуток времени, по истечении которого пароль должен быть обязательно сменен) Т	Определяется исходя из заданной вероятности Р, или полагается заданным для дальнейшего определения S
Вероятность подбора пароля в течение его срока действия (подбор продолжается непрерывно в течение всего срока действия пароля)Р	Выбирается заранее для дальнейшего определения S или Т

В качестве иллюстрации рассмотрим задачу определения минимальной мощности пространства паролей (зависящей от параметров А и L) в соответствии с заданной вероятностью подбора пароля в течение его срока действия.

Задано Р=10"⁶. Необходимо найти минимальную длину пароля, которая обеспечит его стойкость в течение одной недели непрерывных попыток подобрать пароль. Пусть скорость интерактивного подбора паролей 1/=10 паролей/мин. Тогда в течение недели можно перебрать

10*60*24*7=100800 паролей.

Далее, учитывая, что параметры S, V. Т и Р связаны соотношением Р P=V*T/S, получаем

S=100*800/10^-6=1,008*10¹¹ ≈ 10¹¹.

Полученному значению S соответствуют пары: А= 26, L= 8 и А= 36. L= 6.

Хранение паролей

Другим важным аспектом стойкости парольной системы, является способ хранения паролей в базе данных учетных записей. Возможны следующие варианты хранения паролей:

• в открытом виде;

• з виде свёрток (хеширование):

• зашифрованными на некотором ключе.

Наибольший интерес представляют второй и третий способы, которые имеют ряд особенностей.

Хеширование не обеспечивает защиту от подбора паролей по словарю в случае получения базы данных злоумышленником. При выборе алгоритма хеширования, который будет использован для вычисления сверток паролей, необходимо гарантировать несовпадение значений сверток, полученных на основе различных паролей пользователей. Кроме того, следует предусмотреть механизм, обеспечивающий уникальность сверток в том случае, если два пользователя выбирают одинаковые пароли. Для этого при вычислении каждой свертки обычно используют некоторое количество "случайной" информации, например, выдаваемой генератором псевдослучайных чисел

При шифровании паролей особое значение имеет способ генерации и хранения ключа шифрования базы данных учетных записей. Перечислим некоторые возможные варианты:

• ключ генерируется программно и хранится в системе, обеспечивая возможность ее автоматической перезагрузки;

• ключ генерируется программно и хранится на внешнем носителе, с которого считывается при каждом запуске;

• ключ генерируется на основе выбранного администратором пароля. который вводится в систему при каждом запуске.

Во втором случае необходимо обеспечить невозможность автоматического перезапуска системы, даже если она обнаруживает носитель с ключом. Для этого можно потребовать от администратора подтверждать продолжение процедуры загрузки, например, нажатием клавиши на клавиатуре.

Наиболее безопасное хранение паролей обеспечивается при их хешировании и последующем шифровании полученных сверток, т.е. при комбинации второго и третьего способов.

Введение перечисленных зыше количественных характеристик парольной системы (см. табл.2.2) позволяет рассмотреть вопрос о связи стойкости парольной системы с криптографической стойкостью шифров s двух аспектах: при хранении паролей в базе данных и при их передаче по сети. В первом случае стойкость парольной системы определяется ее способностью противостоять атаке злоумышленника, завладевшего базой данных учетных записей и пытающегося восстановить пароли, и зависит от скорости "максимально быстрой" рьализации используемого алгоритма хеширования. Во втором случае стойкость парольной системы зависит от криптографических свойств алгоритма шифрования или хеширования паролей. Если потенциальный злоумышленник имеет возможность перехватывать передаваемые по сети преобразованные значения паролей, при выборе алгоритма необходимо обеспечить невозможность ;с, заданной вероятностью) восстановить пароль при наличии достаточного количества перехваченной информации.

Проиллюстрируем приведенные рассуждения на конкретном примере. Для шифрования паролей в системах UNIX до середины 1970-х го/дов использовался алгоритм, эмулирующий шифратор М-209 американской армии времён второй мировой войны. Это был надёжный алгоритм, но он имел очень быструю для тех лет реализацию. На компьютере PDP-11/70 можно было зашифровать 800 паролей в секунду, и словарь из 250000 слов мог быть проверен менее чем за 5 минут.

С конца 70-х для этих целей стал применяться алгоритм шифрования DES. Пароль использовался для генерации ключа, на котором шифровалась некоторая постоянная для всех паролей величина (как правило, строка, состоящая из одних нулей). Для предотвращения одинаковых свёрток от одинаковых паролей в качестве дополнительного параметра на вход алгоритма вычисления свертки подавалось значение, вырабатываемое генератором псевдослучайных чисел. Реализации алгоритма DES работали значительно медленнее. На компьютере ц VAX-11 (более быстром, чем PDP-11/70) можно было сделать в среднем 3,6 операций шифрования в секунду. Проверка словаря из 250000 слов длилась бы 19 часов, а проверка паролей для 50 пользователей-40 дней. В последнее время в некоторых UNIX-системах используется алгоритм MD5, ещё более медленный по сравнению с DES.

Однако современные реализации криптографических алгоритмов позволяют производить сотни тысяч итераций алгоритма в секунду. Учитывая, что пользователи нередко выбирают недостаточно стойкие пароли, можно сделать вывод, что получение базы данных учетных записей или перехват переданного по сети значения свертки пароля представляют серьёзную угрозу безопасности парольной системы.