3.2 Анализ технологий криптографической защиты

Криптография (от др.-греч. κρυπτός — скрытый и γράφω — пишу) — наука о методах обеспечения конфиденциальности (невозможности прочтения информации посторонним), целостности данных (невозможности незаметного изменения информации), аутентификации (проверки подлинности авторства или иных свойств объекта), а также невозможности отказа от авторства.

Изначально криптография изучала методы шифрования информации — обратимого преобразования открытого (исходного) текста на основе секретного алгоритма или ключа в шифрованный текст (шифротекст). Традиционная криптография образует раздел симметричных криптосистем, в которых зашифрование и расшифрование проводится с использованием одного и того же секретного ключа. Помимо этого раздела современная криптография включает в себя асимметричные криптосистемы, системы электронной цифровой подписи (ЭЦП), хеш-функции, управление ключами, получение скрытой информации, квантовую криптографию.

Криптография не занимается защитой от обмана, подкупа или шантажа законных абонентов, кражи ключей и других угроз информации, возникающих в защищённых системах передачи данных.

Криптография - это совокупность технических, математических, алгоритмических и программных методов преобразования данных (шифрование данных), которая делает их бесполезными для любого пользователя, у которого нет ключа для расшифровки. Криптографические преобразования обеспечивают решение следующих базовых задач защиты - конфиденциальности (невозможности прочитать данные и извлечь полезную информацию) и целостности (невозможность модифицировать данные для изменения смысла или внесения ложной информации).

Технологии криптографии позволяют реализовать следующие процессы информационной защиты:

- идентификация (отождествление) объекта или субъекта сети или информационной системы;

- аутентификация (проверка подлинности) объекта или субъекта сети;

- контроль/разграничение доступа к ресурсам локальной сети или внесетевым сервисам;

- обеспечение и контроль целостности данных.

В соответствии с политиками безопасности используемые в компании технологии криптографии и специализированное программно-аппаратное обеспечение для защиты данных и документов, шифрования файлов и дисков реализуют следующие аспекты информационной защиты:

- шифруемые электронные письма и соединения VPN скрывают передаваемые данные от вирусов и сканеров содержимого;

- шифрование дисков не должно затруднять автоматическое резервное сохранение данных или управление файлами;

- сетевой администратор может не иметь права доступа к защищаемым файлам, содержащим конфиденциальную информацию, если это вызвано производственной необходимостью;

- когда сотрудник покидает предприятие, у его работодателя должна быть возможность доступа к зашифрованным данным, связанным с производственной деятельностью этого сотрудника;

- надежность шифрования и доступа должна быть обеспечена на длительное время;

если при шифровании применяется метод открытого ключа, то помимо программного обеспечения необходимо построение инфраструктуры управления ключами или сертификатами;

- в случае попытки взлома системы или утечки секретной информации систему можно быстро перенастроить;

- широкое применение шифрования возможно лишь при условии простоты его обслуживания.

Криптографический протокол (англ. Cryptographic protocol) — это абстрактный или конкретный протокол, включающий набор криптографических алгоритмов. В основе протокола лежит набор правил, регламентирующих использование криптографических преобразований и алгоритмов в информационных процессах.

Функции криптографических протоколов

- Аутентификация источника данных

- Аутентификация сторон

- Конфиденциальность данных

- Невозможность отказа

- Невозможность отказа с доказательством получения

- Невозможность отказа с доказательством источника

- Целостность данных

- Обеспечение целостности соединения без восстановления

- Обеспечение целостности соединения с восстановлением

- Разграничение доступа

Классификация протоколов

- Протоколы шифрования / расшифрования

- Протоколы электронной цифровой подписи (ЭЦП)

- Протоколы идентификации / аутентификации

- Протоколы аутентифицированного распределения ключей

Задачи

- Обеспечение различных режимов аутентификации

- Генерация, распределение и согласование криптографических ключей

- Защита взаимодействий участников

- Разделение ответственности между участниками

- Разновидности атак на протоколы

- Атаки, направленные против криптографических алгоритмов

- Атаки против криптографических методов, применяемых для реализации протоколов

- Атаки против самих протоколов (активные или пассивные)

Требования к безопасности протокола

1. Аутентификация (нешироковещательная):

- аутентификация субъекта

- аутентификация сообщения

- защита от повтора

2. Аутентификация при рассылке по многим адресам или при подключении к службе подписки/уведомления:

неявная (скрытая) аутентификация получателя

аутентификация источника

3. Авторизация (доверенной третьей стороной)

4. Свойства совместной генерации ключа:

- аутентификация ключа

- подтверждение правильности ключа

- защищенность от чтения назад

- формирование новых ключей

- защищенная возможность договориться о параметрах безопасности

5. Конфиденциальность

6. Анонимность:

- защита идентификаторов от прослушивания (несвязываемость)

- защита идентификаторов от других участников

7. Ограниченная защищенность от атак типа «отказ в обслуживании»

8. Инвариантность отправителя

9. Невозможность отказа от ранее совершенных действий:

- подотчётность

- доказательство источника

- доказательство получателя

10. Безопасное временное свойство

Средства криптографической защиты информации

Криптографические методы защиты информации - это специальные методы шифрования, кодирования или иного преобразования информации, в результате которого ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования. Криптографический метод защиты, безусловно, самый надежный метод защиты, так как охраняется непосредственно сама информация, а не доступ к ней (например, зашифрованный файл нельзя прочесть даже в случае кражи носителя). Данный метод защиты реализуется в виде программ или пакетов программ.

Требования к криптосистемам

Процесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании. Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:

- зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа;

- число операций, необходимых для определения использованного ключа шифрования по фрагменту шифрованного сообщения и соответствующего ему открытого текста, должно быть не меньше общего числа возможных ключей;

- число операций, необходимых для расшифровывания информации путем перебора всевозможных ключей должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности использования сетевых вычислений);

- знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты;

незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения даже при использовании одного и того же ключа;

структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными;

- дополнительные биты, вводимые в сообщение в процессе шифрования, должен быть полностью и надежно скрыты в шифрованном тексте;

- длина шифрованного текста должна быть равной длине исходного текста;

- не должно быть простых и легко устанавливаемых зависимостью между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования;

- любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;

- алгоритм должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию, при этом изменение длины ключа не должно вести к качественному ухудшению алгоритма шифрования.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

1. Симметричные криптосистемы. В симметричных криптосистемах и для шифрования, и для дешифрования используется один и тот же ключ. (Шифрование - преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом, дешифрование - обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный);

2. Криптосистемы с открытым ключом. В системах с открытым ключом используются два ключа - открытый и закрытый, которые математически связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.( Ключ - информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.);

3. Электронная подпись. Системой электронной подписи. называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения.

4. Управление ключами. Это процесс системы обработки информации, содержанием которых является составление и распределение ключей между пользователями.

Симметричные криптосистемы

Исторически первыми появились симметричные криптографические системы. В симметричной криптосистеме шифрования используется один и тот же ключ для зашифровывания и расшифровывания информации. Это означает, что любой, кто имеет доступ к ключу шифрования, может расшифровать сообщение.

Соответственно с целью предотвращения несанкционированного раскрытия зашифрованной информации все ключи шифрования в симметричных криптосистемах должны держаться в секрете. Именно поэтому симметричные криптосистемы называют криптосистемами с секретным ключом — ключ шифрования должен быть доступен только тем, кому предназначено сообщение. Симметричные криптосистемы называют еще одноключевыми криптографическими системами, или криптосистемами с закрытым ключом.

Данные криптосистемы характеризуются наиболее высокой скоростью шифрования, и с их помощью обеспечиваются как конфиденциальность и подлинность, так и целостность передаваемой информации. Конфиденциальность передачи информации с помощью симметричной криптосистемы зависит от надежности шифра и обеспечения конфиденциальности ключа шифрования.

Обычно ключ шифрования представляет собой файл или массив данных и хранится на персональном ключевом носителе, например дискете или смарт-карте; обязательно принятие мер, обеспечивающих недоступность персонального ключевого носителя кому-либо, кроме его владельца.

Подлинность обеспечивается за счет того, что без предварительного расшифровывания практически невозможно осуществить смысловую модификацию и подлог криптографически закрытого сообщения. Фальшивое сообщение не может быть правильно зашифровано без знания секретного ключа.

Целостность данных обеспечивается присоединением к передаваемым данным специального кода (имитовставки), вырабатываемой по секретному ключу. Имитовставка является разновидностью контрольной суммы, т. е. некоторой эталонной характеристикой сообщения, по которой осуществляется проверка целостности последнего. Алгоритм формирования имитовставки должен обеспечивать ее зависимость по некоторому сложному криптографическому закону от каждого бита сообщения. Проверка целостности сообщения выполняется получателем сообщения путем выработки по секретному ключу имитовставки, соответствующей полученному сообщению, и ее сравнения с полученным значением имитовставки. При совпадении делается вывод о том, что информация не была модифицирована на пути от отправителя к получателю.

Симметричное шифрование идеально подходит для шифрования информации «для себя», например, с целью предотвращения НСД к ней в отсутствие владельца. Это может быть как архивное шифрование выбранных файлов, так и прозрачное (автоматическое) шифрование целых логических или физических дисков.

Обладая высокой скоростью шифрования, одноключевые криптосистемы позволяют решать многие важные задачи защиты информации. Однако автономное использование симметричных криптосистем в компьютерных сетях порождает проблему распределения ключей шифрования между пользователями.

Перед началом обмена зашифрованными данными необходимо обменяться секретными ключами со всеми адресатами. Передача секретного ключа симметричной криптосистемы не может быть осуществлена по общедоступным каналам связи, секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищенному каналу. Для обеспечения эффективной защиты циркулирующих в сети сообщений необходимо огромное число часто меняющихся ключей (один ключ на каждую пару пользователей). При передаче ключей пользователям необходимо обеспечить конфиденциальность, подлинность и целостность ключей шифрования, что требует больших дополнительных затрат. Эти затраты связаны с необходимостью передачи секретных ключей по закрытым каналам связи или распределением таких ключей с помощью специальной службы доставки, например с помощью курьеров.

Проблема распределения секретных ключей при большом числе пользователей является весьма трудоемкой и сложной задачей. В сети на N пользователей необходимо распределить N(N- 1)/2 секретных ключей, т. е. число распределяемых секретных ключей растет по квадратичному закону с увеличением числа абонентов сети.

Существует множество (не менее двух десятков) алгоритмов симметричных шифров, существенными параметрами которых являются:

- стойкость

- длина ключа

- число раундов

- длина обрабатываемого блока

- сложность аппаратной/программной реализации

- сложность преобразования

Распространенные алгоритмы:

AES (Advanced Encryption Standard) - американский стандарт шифрования

ГОСТ 28147-89 — отечественный стандарт шифрования данных

DES (Data Encryption Standard) - стандарт шифрования данных в США до AES

3DES (Triple-DES, тройной DES)

RC6 (Шифр Ривеста )

Twofish

IDEA (International Data Encryption Algorithm)

SEED - корейский стандарт шифрования данных

Camellia - сертифицированный для использовании в Японии шифр

CAST (по инициалам разработчиков Carlisle Adams и Stafford Tavares)

XTEA - наиболее простой в реализации алгоритм

Достоинства

- скорость

- простота реализации (за счёт более простых операций)

- меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости

- изученность (за счёт большего возраста)

Недостатки

- сложность управления ключами в большой сети

- сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надёжной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам

Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная (гибридная) криптографическая схема, где с помощью асимметричного шифрования передаётся сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования.

Важным недостатком симметричных шифров является невозможность их использования в механизмах формирования электронной цифровой подписи и сертификатов, так как ключ известен каждой стороне.

Криптосистемы с открытым ключом

Как бы ни были сложны и надежны криптографические системы - их слабое мест при практической реализации - проблема распределения ключей. Для того, чтобы был возможен обмен конфиденциальной информацией между двумя субъектами ИС, ключ должен быть сгенерирован одним из них, а затем каким-то образом опять же в конфиденциальном порядке передан другому. Т.е. в общем случае для передачи ключа опять же требуется использование какой-то криптосистемы. Для решения этой проблемы на основе результатов, полученных классической и современной алгеброй, были предложены системы с открытым ключом. Суть их состоит в том, что каждым адресатом ИС генерируются два ключа, связанные между собой по определенному правилу. Один ключ объявляется открытым, а другой закрытым. Открытый ключ публикуется и доступен любому, кто желает послать сообщение адресату. Секретный ключ сохраняется в тайне. Исходный текст шифруется открытым ключом адресата и передается ему. Зашифрованный текст в принципе не может быть расшифрован тем же открытым ключом. Дешифрование сообщения возможно только с использованием закрытого ключа, который известен только самому адресату. Криптографические системы с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции, которые обладают следующим свойством: при заданном значении x относительно просто вычислить значение f(x), однако если y=f(x), то нет простого пути для вычисления значения x. Множество классов необратимых функций и порождает все разнообразие систем с открытым ключом. Однако не всякая необратимая функция годится для использования в реальных ИС. В самом определении необратимости присутствует неопределенность. Под необратимостью понимается не теоретическая необратимость, а практическая невозможность вычислить обратное значение используя современные вычислительные средства за обозримый интервал времени. Поэтому чтобы гарантировать надежную защиту информации, к системам с открытым ключом (СОК) предъявляются два важных и очевидных требования:

Преобразование исходного текста должно быть необратимым и исключать его восстановление на основе открытого ключа.

Определение закрытого ключа на основе открытого также должно быть невозможным на современном технологическом уровне. При этом желательна точная нижняя оценка сложности (количества операций) раскрытия шифра.

Алгоритмы шифрования с открытым ключом получили широкое распространение в современных информационных системах. Так, алгоритм RSA стал мировым стандартом де-факто для открытых систем. Вообще же все предлагаемые сегодня криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований:

- Разложение больших чисел на простые множители;

- Вычисление логарифма в конечном поле;

- Вычисление корней алгебраических уравнений.

Здесь же следует отметить, что алгоритмы криптосистемы с открытым ключом (СОК) можно использовать в следующих назначениях:

- Как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных.

- Как средства для распределения ключей.

Алгоритмы СОК более трудоемки, чем традиционные криптосистемы. Поэтому часто на практике рационально с помощью СОК распределять ключи, объем которых как информации незначителен. А потом с помощью обычных алгоритмов осуществлять обмен большими информационными потоками. Один из наиболее распространенных - система с открытым ключом - RSA. Криптосистема RSA, разработанная в 1977 году и получила название в честь ее создателей: Рона Ривеста, Ади Шамира и Леонарда Эйдельмана. Они воспользовались тем фактом, что нахождение больших простых чисел в вычислительном отношении осуществляется легко, но разложение на множители произведения двух таких чисел практически невыполнимо. Доказано (теорема Рабина), что раскрытие шифра RSA эквивалентно такому разложению. Поэтому для любой длины ключа можно дать нижнюю оценку числа операций для раскрытия шифра, а с учетом производительности современных компьютеров оценить и необходимое на это время. Возможность гарантированно оценить защищенность алгоритма RSA стала одной из причин популярности этой СОК на фоне десятков других схем. Поэтому алгоритм RSA используется в банковских компьютерных сетях, особенно для работы с удаленными клиентами (обслуживание кредитных карточек).

Инфраструктура открытых ключей (ИОК, англ. PKI - Public Key Infrastructure) — набор средств (технических, материальных, людских и т. д.), распределённых служб и компонентов, в совокупности используемых для поддержки криптозадач на основе закрытого и открытого ключей. В основе PKI лежит использование криптографической системы с открытым ключом и несколько основных принципов:

- закрытый ключ (private key) известен только его владельцу;

- удостоверяющий центр создает электронный документ — сертификат открытого ключа, таким образом удостоверяя факт того, что закрытый (секретный) ключ известен эксклюзивно владельцу этого сертификата, открытый ключ (public key) свободно передается в сертификате;

- никто не доверяет друг другу, но все доверяют удостоверяющему центру;

- удостоверяющий центр подтверждает или опровергает принадлежность открытого ключа заданному лицу, которое владеет соответствующим закрытым ключом.

PKI реализуется в модели клиент-сервер, то есть проверка какой-либо информации, предоставляемой инфраструктурой, может происходить только по инициативе клиента.

Основные компоненты PKI:

- Удостоверяющий центр (УЦ) является основной структурой, формирующей цифровые сертификаты подчиненных центров сертификации и конечных пользователей. УЦ является главным компонентом PKI:

он является доверенной третьей стороной (trusted third party)

это сервер, который осуществляет управление жизненным циклом сертификатов (не их непосредственным использованием).

- Сертификат открытого ключа (чаще всего просто сертификат) — это данные пользователя и его открытый ключ, скреплённые электронной подписью удостоверяющего центра. Выпуская сертификат открытого ключа, удостоверяющий центр тем самым подтверждает, что лицо, поименованное в сертификате, владеет секретным ключом, который соответствует этому открытому ключу.

- Регистрационный центр (РЦ) — необязательный компонент системы, предназначенный для регистрации пользователей. Для этих целей РЦ обычно предоставляет веб-интерфейс. Удостоверяющий центр доверяет регистрационному центру проверку информации о субъекте. Регистрационный центр, проверив правильность информации, подписывает её своим ключом и передаёт удостоверяющему центру, который, проверив ключ регистрационного центра, выписывает сертификат. Один регистрационный центр может работать с несколькими удостоверяющими центрами (то есть состоять в нескольких PKI), один удостоверяющий центр может работать с несколькими регистрационными центрами. Иногда, удостоверяющий центр выполняет функции регистрационного центра.

- Репозиторий — хранилище, содержащее сертификаты и списки отозванных сертификатов (СОС) и служащее для распространения этих объектов среди пользователей. В Федеральном Законе РФ № 63 «Об электронной подписи» он называется реестр сертификатов ключей подписей.

- Архив сертификатов — хранилище всех изданных когда-либо сертификатов (включая сертификаты с закончившимся сроком действия). Архив используется для проверки подлинности электронной подписи, которой заверялись документы.

- Центр запросов — необязательный компонент системы, где конечные пользователи могут запросить или отозвать сертификат.

- Конечные пользователи — пользователи, приложения или системы, являющиеся владельцами сертификата и использующие инфраструктуру управления открытыми ключами.

Применение

Алгоритмы криптосистемы с открытым ключом можно использовать

- как самостоятельное средство для защиты передаваемой и хранимой информации,

- как средство распределения ключей (обычно с помощью алгоритмов криптосистем с открытым ключом распределяют ключи, малые по объёму, а саму передачу больших информационных потоков осуществляют с помощью других алгоритмов),

- как средство аутентификации пользователей.

Преимущества асимметричных шифров перед симметричными:

- Не нужно предварительно передавать секретный ключ по надёжному каналу.

- Только одной стороне известен ключ дешифрования, который нужно держать в секрете (в симметричной криптографии такой ключ известен обеим сторонам и должен держаться в секрете обеими).

- В больших сетях число ключей в асимметричной криптосистеме значительно меньше, чем в симметричной.

Недостатки

- Недостатки алгоритма несимметричного шифрования в сравнении с симметричным:

- В алгоритм сложнее внести изменения.

- Более длинные ключи.

- Шифрование-расшифрование с использованием пары ключей проходит на два-три порядка медленнее, чем шифрование-расшифрование того же текста симметричным алгоритмом.

- Требуются существенно большие вычислительные ресурсы, поэтому на практике асимметричные криптосистемы используются в сочетании с другими алгоритмами:

Для ЭЦП сообщение предварительно подвергается хешированию, а с помощью асимметричного ключа подписывается лишь относительно небольшой результат хеш-функции.

Для шифрования они используются в форме гибридных криптосистем, где большие объёмы данных шифруются симметричным шифром на сеансовом ключе, а с помощью асимметричного шифра передаётся только сам сеансовый ключ.

Электронная цифровая подпись на основе алгоритмов с открытым ключом

Электронная цифровая подпись (ЭЦП) - это данные, добавляемые к исходному блоку информации, полученные в результате его криптографического преобразования (зависящего от секретного ключа и исходного блока информации). ЭЦП обеспечивает целостность сообщений (документов) с гарантированной идентификацией ее автора (лица, подписавшего документ), передаваемых чаще всего по незащищенным телекоммуникационным каналам общего пользования.

В информационных системах зачастую требуется обеспечить и целостность данных, и гарантию подлинности авторов тех или иных документов или сообщений, задействованных в процессе эксплуатации этих систем. Поэтому целесообразно применять методы ЭЦП. Проверка электронной цифровой подписи блока информации производится с помощью криптографического преобразования и открытого ключа, соответствующего секретному ключу, участвовавшего в процессе установки ЭЦП.

Практическая невозможность подделки электронной цифровой подписи опирается на очень большой объем определенных математических вычислений (например, невозможность подделки подписи может быть основана на сложности решения задачи дискретного логарифмирования в поле из р-элементов - схема подписи Эль Гамаля). Проставление подписи под документом не меняет самого документа, она только дает возможность проверить подлинность и авторство полученной информации.

Принятие 10 января 2002 года закона "Об электронной цифровой подписи" обеспечило правовые условия использования ЭЦП в электронных документах, при соблюдении которых ЭЦП в электронном документе признается равнозначной собственноручной подписи в документе на бумажном носителе и заложило основы для создания юридически значимого электронного документооборота.

Сертификаты в криптосистемах с открытым ключом

Сертификаты обеспечивают механизм надежной связи между открытым ключом и субъектом, которому принадлежит соответствующий личный ключ. Сертификат - это цифровой документ, который содержит открытый ключ субъекта (subject public key) и подписан электронной цифровой подписью его издателя (issuer). Сертификат также содержит сведения о владельце открытого ключа, например, информацию, которая его дополнительно идентифицирует. Таким образом, выдавая сертификат, издатель удостоверяет подлинность связи между открытым ключом субъекта и информацией, его идентифицирующей.

В настоящее время наиболее часто используются сертификаты на основе стандарта Международного союза телекоммуникаций ITU-T X.509 версии 3 и рекомендаций IETF (Internet Engineering Task Force) RFC 2459. Это базовая технология, используемая в инфраструктуре открытых ключей операционной системы Windows 2000, не единственный вид сертификатов. Например, система защиты сообщений электронной почты PGP (Pretty Good Privacy) использует свою специфическую форму сертификатов.

Центры сертификации

Центр сертификации (ЦС) - это служба, которая выдает сертификаты. Центр сертификации является гарантом связи между открытым ключом субъекта и содержащейся в сертификате информацией по идентификации этого субъекта. Различные ЦС устанавливают и гарантируют эту связь различными способами, поэтому прежде чем доверять сертификатам того или иного ЦС, следует ознакомиться с его политикой и регламентом.

Иерархия центров сертификации имеет также административные преимущества, в том числе следующие:

- Гибкая настройка среды безопасности ЦС (степень защиты ключа, физическая защищенность, защита от сетевых атак и так далее) для достижения компромиса между степенью защиты и удобством применения. Например, для корневого ЦС можно использовать специализированное криптографическое оборудование, эксплуатируемое в физически защищенном месте и не подключенное к сети. Такой ЦС нецелесообразно использовать для выдачи сертификатов конечным объектам, поскольку это было бы слишком сложно с практической точки зрения.

- Возможность часто обновлять ключи и сертификаты, выдаваемые выдающими ЦС, которые находятся в условиях риска компрометации, и при этом не изменять установленные отношения доверия с корневым ЦС.

- Возможность отключить часть иерархии ЦС, не затрагивая установленные отношения доверия. Например, можно закрыть выдающий ЦС какого-либо отдельно расположенного подразделения и отозвать его сертификаты без отрицательных последствий для остальной части организации.

В общем случае желательно, чтобы иерархия ЦС не менялась, но это не является обязательным условием. Добавление и удаление подчиненных ЦС выполняется без особых затруднений. Можно также объединить существующие иерархии ЦС, сделав один из корневых ЦС промежуточным - он будет сертифицироваться другим корневым ЦС. Перед этим, однако, следует тщательно рассмотреть вопрос о том, не вызовет ли это противоречия политик и не нарушит ли ограничение на глубину вложенности, которое может быть заложено в существующие сертификаты.

Управление ключами

Управление ключами состоит из процедур, обеспечивающих:

- включение пользователей в систему;

- выработку, распределение и введение в аппаратуру ключей;

- контроль использования ключей;

- смену и уничтожение ключей;

- архивирование, хранение и восстановление ключей.

Управление ключами играет важнейшую роль в криптографии как основа для обеспечения конфиденциальности обмена информацией, идентификации и целостности данных. Важным свойством хорошо спроектированной системы управления ключами является сведение сложных проблем обеспечения безопасности многочисленных ключей к проблеме обеспечения безопасности нескольких ключей, которая может быть относительно просто решена путём обеспечения их физической изоляции в выделенных помещениях и защищенном от проникновения оборудовании. В случае использования ключей для обеспечения безопасности хранимой информации субъектом может быть единственный пользователь, который осуществляет работу с данными в последовательные промежутки времени. Управление ключами в сетях связи включает, по крайней мере, двух субъектов — отправителя и получателя сообщения.

Целью управления ключами является нейтрализация таких угроз, как:

- компрометация конфиденциальности закрытых ключей;

- компрометация аутентичности закрытых или открытых ключей. При этом под аутентичностью понимается знание или возможность проверки идентичности корреспондента, для обеспечения конфиденциальной связи с которым используется данный ключ;

- несанкционированное использование закрытых или открытых ключей, например использование ключа, срок действия которого истек.

Управление ключами обычно осуществляется в контексте определенной политики безопасности. Политика безопасности прямо или косвенно определяет те угрозы, которым должна противостоять система. Кроме того, она определяет:

- правила и процедуры, которыми необходимо руководствоваться и которые необходимо выполнять в процессе автоматического или ручного управления ключами,

- ответственность и подотчетность всех субъектов, участвующих в управлении, а также все виды записей, которые должны сохраняться для подготовки необходимых сообщений и проведения проверки действий, связанных с безопасностью ключей.

Одним из инструментов, используемых для обеспечения конфиденциальности ключей, является разделение ключей по уровням следующим образом.

Главный ключ — высший ключ в иерархии, который не защищается криптографически. Его защита осуществляется с помощью физических или электронных средств.

Ключи для шифрования ключей — закрытые или открытые ключи, используемые для засекречивания перед передачей или при хранении других шифровальных ключей. Эти ключи сами могут быть зашифрованы с помощью других ключей.

Ключи для шифрования данных — используются для защиты данных пользователей.

Ключи более высоких уровней используются для защиты ключей или данных на более низких уровнях, что уменьшает ущерб при раскрытии ключей и объём необходимой информации, нуждающейся в физической защите.

Генерация ключей

В самом начале разговора о криптографических методах было сказано, что не стоит использовать неслучайные ключи с целью легкости их запоминания. В серьезных ИС используются специальные аппаратные и программные методы генерации случайных ключей. Как правило используют датчики ПСЧ. Однако степень случайности их генерации должна быть достаточно высоким. Идеальным генераторами являются устройства на основе “натуральных” случайных процессов. Например случайным математическим объектом являются десятичные знаки иррациональных чисел, которые вычисляются с помощью стандартных математических методов. Накопление ключей.

Под накоплением ключей понимается организация их хранения, учета и удаления. Поскольку ключ является самым привлекательным для злоумышленника объектом, открывающим ему путь к конфиденциальной информации, то вопросам накопления ключей следует уделять особое внимание. Секретные ключи никогда не должны записываться в явном виде на носителе, который может быть считан или скопирован. В достаточно сложной ИС один пользователь может работать с большим объемом ключевой информации, и иногда даже возникает необходимость организации мини-баз данных по ключевой информации. Такие базы данных отвечают за принятие, хранение, учет и удаление используемых ключей. Итак, каждая информация об используемых ключах должна храниться в зашифрованном виде. Ключи, зашифровывающие ключевую информацию называются мастер-ключами. Желательно, чтобы мастер-ключи каждый пользователь знал наизусть, и не хранил их вообще на каких-либо материальных носителях. Очень важным условием безопасности информации является периодическое обновление ключевой информации в ИС. При этом переназначаться должны как обычные ключи, так и мастер-ключи. В особо ответственных ИС обновление ключевой информации желательно делать ежедневно. Вопрос обновления ключевой информации связан и с третьим элементом управления ключами - распределением ключей.

Распределение ключей

Распределение ключей - самый ответственный процесс в управлении ключами. К нему предъявляются два требования:

- Оперативность и точность распределения;

- Скрытность распределяемых ключей.

В последнее время заметен сдвиг в сторону использования криптосистем с открытым ключом, в которых проблема распределения ключей отпадает. Тем не менее распределение ключевой информации в ИС требует новых эффективных решений. Распределение ключей между пользователями реализуются двумя разными подходами:

Путем создания одного ли нескольких центров распределения ключей. Недостаток такого подхода состоит в том, что в центре распределения известно, кому и какие ключи назначены и это позволяет читать все сообщения, циркулирующие в ИС. Возможные злоупотребления существенно влияют на защиту.

Прямой обмен ключами между пользователями информационной системы. В этом случае проблема состоит в том, чтобы надежно удостоверить подлинность субъектов. Для обмена ключами можно использовать криптосистемы с открытым ключом, используя тот же алгоритм RSA.

В качестве обобщения сказанного о распределении ключей следует сказать следующее. Задача управления ключами сводится к поиску такого протокола распределения ключей, который обеспечивал бы:

- возможность отказа от центра распределения ключей;

- взаимное подтверждение подлинности участников сеанса;

- подтверждение достоверности сеанса механизмом запроса-ответа, использование для этого программных или аппаратных средств;

- использование при обмене ключами минимального числа сообщений.

Реализация криптографических методов

Проблема реализации методов защиты информации имеет два аспекта:

- разработку средств, реализующих криптографические алгоритмы;

- методику использования этих средств.

Каждый из рассмотренных криптографических методов могут быть реализованы либо программным, либо аппаратным способом. Возможность программной реализации обуславливается тем, что все методы криптографического преобразования формальны и могут быть представлены в виде конечной алгоритмической процедуры. При аппаратной реализации все процедуры шифрования и дешифрования выполняются специальными электронными схемами. Наибольшее распространение получили модули, реализующие комбинированные методы. Большинство зарубежных серийных средств шифрования основано на американском стандарте DES. Отечественные же разработки, такие как, например, устройство КРИПТОН, использует отечественный стандарт шифрования. Основным достоинством программных методов реализации защиты является их гибкость, т.е. возможность быстрого изменения алгоритмов шифрования. Основным же недостатком программной реализации является существенно меньшее быстродействие по сравнению с аппаратными средствами (примерно в 10 раз). В последнее время стали появляться комбинированные средства шифрования, так называемые программно-аппаратные средства. В этом случае в компьютере используется своеобразный “криптографический сопроцессор” - вычислительное устройство, ориентированное на выполнение криптографических операций (сложение по модулю, сдвиг и т.д.). Меняя программное обеспечения для такого устройства, можно выбирать тот или иной метод шифрования. Такой метод объединяет в себе достоинства программных и аппаратных методов.

Таким образом, выбор типа реализации криптозащиты для конкретной ИС в существенной мере зависит от ее особенностей и должен опираться на всесторонний анализ требований, предъявляемых к системе защиты информации.

Идентификация и аутентификация

Идентификацию и аутентификацию можно считать основой программно-технических средств безопасности. Идентификация и аутентификация - это первая линия обороны, "проходная" информационного пространства организации.

Идентификация позволяет субъекту - пользователю или процессу, действующему от имени определенного пользователя, назвать себя, сообщив свое имя. Посредством аутентификации вторая сторона убеждается, что субъект действительно тот, за кого себя выдает. В качестве синонима слова "аутентификация" иногда используют сочетание "проверка подлинности". Субъект может подтвердить свою подлинность, если предъявит по крайней мере одну из следующих сущностей:

- нечто, что он знает: пароль, личный идентификационный номер, криптографический ключ и т.п.;

- нечто, чем он владеет: личную карточку или иное устройство аналогичного назначения;

- нечто, что является частью его самого: голос, отпечатки пальцев и т.п., то есть свои биометрические характеристики;

- нечто, ассоциированное с ним, например координаты.

Главное достоинство парольной аутентификации - простота и привычность. Пароли давно встроены в операционные системы и иные сервисы. При правильном использовании пароли могут обеспечить приемлемый для многих организаций уровень безопасности. Тем не менее по совокупности характеристик их следует признать самым слабым средством проверки подлинности. Надежность паролей основывается на способности помнить их и хранить в тайне. Ввод пароля можно подсмотреть. Пароль можно угадать методом грубой силы, используя, быть может, словарь. Если файл паролей зашифрован, но доступен на чтение, его можно перекачать к себе на компьютер и попытаться подобрать пароль, запрограммировав полный перебор.

Пароли уязвимы по отношению к электронному перехвату - это наиболее принципиальный недостаток, который нельзя компенсировать улучшением администрирования или обучением пользователей. Практически единственный выход - использование криптографии для шифрования паролей перед передачей по линиям связи.

Тем не менее, следующие меры позволяют значительно повысить надежность парольной защиты:

- наложение технических ограничений (пароль должен быть не слишком коротким, - он должен содержать буквы, цифры, знаки пунктуации и т.п.);

- управление сроком действия паролей, их периодическая смена;

- ограничение доступа к файлу паролей;

- ограничение числа неудачных попыток входа в систему, что затруднит применение метода грубой силы;

- обучение и воспитание пользователей;

- использование программных генераторов паролей, которые, основываясь на несложных правилах, могут порождать только благозвучные и, следовательно, запоминающиеся пароли.

Перечисленные меры целесообразно применять всегда, даже если наряду с паролями используются другие методы аутентификации, основанные, например, на применении токенов.

Токен - это предмет или устройство, владение которым подтверждает подлинность пользователя. Различают токены с памятью (пассивные, которые только хранят, но не обрабатывают информацию) и интеллектуальные токены (активные).

Самой распространенной разновидностью токенов с памятью являются карточки с магнитной полосой. Для использования подобных токенов необходимо устройство чтения, снабженное также клавиатурой и процессором. Обычно пользователь набирает на этой клавиатуре свой личный идентификационный номер, после чего процессор проверяет его совпадение с тем, что записано на карточке, а также подлинность самой карточки. Таким образом, здесь фактически применяется комбинация двух способов защиты, что существенно затрудняет действия злоумышленника.

Необходима обработка аутентификационной информации самим устройством чтения, без передачи в компьютер - это исключает возможность электронного перехвата.

Иногда (обычно для физического контроля доступа) карточки применяют сами по себе, без запроса личного идентификационного номера.

Как известно, одним из самых мощных средств в руках злоумышленника является изменение программы аутентификации, при котором пароли не только проверяются, но и запоминаются для последующего несанкционированного использования.

Интеллектуальные токены характеризуются наличием собственной вычислительной мощности. Они подразделяются на интеллектуальные карты, стандартизованные ISO и прочие токены. Карты нуждаются в интерфейсном устройстве, прочие токены обычно обладают ручным интерфейсом (дисплеем и клавиатурой) и по внешнему виду напоминают калькуляторы. Чтобы токен начал работать, пользователь должен ввести свой личный идентификационный номер.

По принципу действия интеллектуальные токены можно разделить на следующие категории:

Статический обмен паролями: пользователь обычным образом доказывает токену свою подлинность, затем токен проверяется компьютерной системой;

Динамическая генерация паролей: токен генерирует пароли, периодически изменяя их. Компьютерная система должна иметь синхронизированный генератор паролей. Информация от токена поступает по электронному интерфейсу или набирается пользователем на клавиатуре терминала;

Запросно-ответные системы: компьютер выдает случайное число, которое преобразуется криптографическим механизмом, встроенным в токен, после чего результат возвращается в компьютер для проверки. Здесь также возможно использование электронного или ручного интерфейса. В последнем случае пользователь читает запрос с экрана терминала, набирает его на клавиатуре токена (возможно, в это время вводится и личный номер), а на дисплее токена видит ответ и переносит его на клавиатуру терминала.

Управление доступом

Средства управления доступом позволяют специфицировать и контролировать действия, которые субъекты - пользователи и процессы могут выполнять над объектами - информацией и другими компьютерными ресурсами. Речь идет о логическом управлении доступом, который реализуется программными средствами. Логическое управление доступом - это основной механизм многопользовательских систем, призванный обеспечить конфиденциальность и целостность объектов и, до некоторой степени, их доступность путем запрещения обслуживания неавторизованных пользователей. Задача логического управления доступом состоит в том, чтобы для каждой пары (субъект, объект) определить множество допустимых операций, зависящее от некоторых дополнительных условий, и контролировать выполнение установленного порядка. Простой пример реализации таких прав доступа ‑ какой-то пользователь (субъект) вошедший в информационную систему получил право доступа на чтение информации с какого-то диска(объект), право доступа на модификацию данных в каком-то каталоге(объект) и отсутствие всяких прав доступа к остальным ресурсам информационной системы.

Контроль прав доступа производится разными компонентами программной среды - ядром операционной системы, дополнительными средствами безопасности, системой управления базами данных, посредническим программным обеспечением (таким как монитор транзакций) и т.д.

Протоколирование и аудит

Под протоколированием понимается сбор и накопление информации о событиях, происходящих в информационной системе. Например - кто и когда пытался входить в систему, чем завершилась эта попытка, кто и какими информациоными ресурсами пользовался, какие и кем модифицировались информационные ресурсы и много других.

Аудит - это анализ накопленной информации, проводимый оперативно, почти в реальном времени, или периодически.

Реализация протоколирования и аудита преследует следующие главные цели:

- обеспечение подотчетности пользователей и администраторов;

- обеспечение возможности реконструкции последовательности событий;

- обнаружение попыток нарушений информационной безопасности;

- предоставление информации для выявления и анализа проблем.