Сетевая безопасность

Назад                                                        Начало                                                        Вперёд


ГЛАВА 11


Сетевая безопасность

При рассмотрении безопасности информационных систем обычно выделяют две группы проблем: безопасность компьютера и сетевая безопасность. К безопасности компьютера относят все проблемы защиты данных, хранящихся и обрабатывающихся компьютером, который рассматривается как автономная система. Эти проблемы решаются средствами операционных систем и приложений, таких как базы данных, а также встроенными аппаратными средствами компьютера. Под сетевой безопасностью понимают все вопросы, связанные с взаимодействием устройств в сети, это прежде всего защита данных в момент их передачи по линиям связи и защита от несанкционированного удаленного доступа в сеть. И хотя подчас проблемы компьютерной и сетевой безопасности трудно отделить друг от друга, настолько тесно они связаны, совершенно очевидно, что сетевая безопасность имеет свою специфику.

Автономно работающий компьютер можно эффективно защитить от внешних покушений разнообразными способами, например просто запереть на замок клавиатуру или снять жесткий накопитель и поместить его в сейф. Компьютер, работающий в сети, по определению не может полностью отгородиться от мира, он должен общаться с другими компьютерами, возможно, даже удаленными от него на большое расстояние, поэтому обеспечение безопасности в сети является задачей значительно более сложной. Логический вход чужого пользователя в ваш компьютер является штатной ситуацией, если вы работаете в сети. Обеспечение безопасности в такой ситуации сводится к тому, чтобы сделать это проникновение контролируемым — каждому пользователю сети должны быть четко определены его права по доступу к информации, внешним устройствам и выполнению системных действий на каждом из компьютеров сети.

Помимо проблем, порождаемых возможностью удаленного входа в сетевые компьютеры, сети по своей природе подвержены еще одному виду опасности — перехвату и анализу сообщений, передаваемых по сети, а также созданию «ложного» трафика. Большая часть средств обеспечения сетевой безопасности направлена на предотвращение именно этого типа нарушений.

Вопросы сетевой безопасности приобретают особое значение сейчас, когда при построении корпоративных сетей наблюдается переход от использования выделенных каналов к публичным сетям (Интернет, frame relay). Поставщики услуг публичных сетей пока редко обеспечивают защиту пользовательских данных при их транспортировке по своим магистралям, возлагая на пользователей заботы по их конфиденциальности, целостности и доступности.

Основные понятия безопасности

Конфиденциальность, целостность и доступность данных

Безопасная информационная система — это система, которая, во-первых, защищает данные от несанкционированного доступа, во-вторых, всегда готова предоставить их своим пользователям, а в-третьих, надежно хранит информацию и гарантирует неизменность данных. Таким образом, безопасная система по определению обладает свойствами конфиденциальности, доступности и целостности.

Требования безопасности могут меняться в зависимости от назначения системы, характера используемых данных и типа возможных угроз. Трудно представить систему, для которой были бы не важны свойства целостности и доступности, но свойство конфиденциальности не всегда является обязательным. Например, если вы публикуете информацию в Интернете на Web-сервере и вашей целью является сделать ее доступной для самого широкого круга людей, то конфиденциальность в данном случае не требуется. Однако требования целостности и доступности остаются актуальными.

Действительно, если вы не предпримете специальных мер по обеспечению целостности данных, злоумышленник может изменить данные на вашем сервере и нанести этим ущерб вашему предприятию. Преступник может, например, внести такие изменения в помещенный на Web-сервере прайс- лист, которые снизят конкурентоспособность вашего предприятия, или испортить коды свободно распространяемого вашей фирмой программного продукта, что безусловно скажется на ее деловом имидже.

Не менее важным в данном примере является и обеспечение доступности данных. Затратив немалые средства на создание и поддержание сервера в Интернете, предприятие вправе рассчитывать на отдачу: увеличение числа клиентов, количества продаж и т. д. Однако существует вероятность того, что злоумышленник предпримет атаку, в результате которой помещенные на сервер данные станут недоступными для тех, кому они предназначались. Примером таких злонамеренных действий может служить «бомбардировка» сервера IP-пакетами с неправильным обратным адресом, которые в соответствии с логикой работы этого протокола могут вызывать тайм-ауты, а в конечном счете сделать сервер недоступным для всех остальных запросов.

Понятия конфиденциальности, доступности и целостности могут быть определены не только по отношению к информации, но и к другим ресурсам вычислительной сети, например внешним устройствам или приложениям. Существует множество системных ресурсов, возможность «незаконного» использования которых может привести к нарушению безопасности системы. Например, неограниченный доступ к устройству печати позволяет злоумышленнику получать копии распечатываемых документов, изменять параметры настройки, что может привести к изменению очередности работ и даже к выводу устройства из строя. Свойство конфиденциальности, примененное к устройству печати, можно интерпретировать так, что доступ к устройству имеют те и только те пользователи, которым этот доступ разрешен, причем они могут выполнять только те операции с устройством, которые для них определены. Свойство доступности устройства означает его готовность к использованию всякий раз, когда в этом возникает необходимость. А свойство целостности может быть определено как свойство неизменности параметров настройки данного устройства. Легальность использования сетевых устройств важна не только постольку, поскольку она влияет на безопасность данных. Устройства могут предоставлять различные услуги: распечатку текстов, отправку факсов, доступ в Интернет, электронную почту и т. п., незаконное потребление которых, наносящее материальный ущерб предприятию, также является нарушением безопасности системы.

Любое действие, которое направлено на нарушение конфиденциальности, целостности и/или доступности информации, а также на нелегальное использование других ресурсов сети, называется угрозой. Реализованная угроза называется атакой. Риск — это вероятностная оценка величины возможного ущерба, который может понести владелец информационного ресурса в результате успешно проведенной атаки. Значение риска тем выше, чем более уязвимой является существующая система безопасности и чем выше вероятность реализации атаки.

Классификация угроз

Универсальной классификации угроз не существует, возможно, и потому, что нет предела творческим способностям человека, и каждый день применяются новые способы незаконного проникновения в сеть, разрабатываются новые средства мониторинга сетевого трафика, появляются новые вирусы, находятся новые изъяны в существующих программных и аппаратных сетевых продуктах. В ответ на это разрабатываются все более изощренные средства защиты, которые ставят преграду на пути многих типов угроз, но затем сами становятся новыми объектами атак. Тем не менее попытаемся сделать некоторые обобщения. Так, прежде всего угрозы могут быть разделены на умышленные и неумышленные.

Неумышленные угрозы вызываются ошибочными действиями лояльных сотрудников, становятся следствием их низкой квалификации или безответственности. Кроме того, к такому роду угроз относятся последствия ненадежной работы программных и аппаратных средств системы. Так, например, из-за отказа диска, контроллера диска или всего файлового сервера могут оказаться недоступными данные, критически важные для работы предприятия. Поэтому вопросы безопасности так тесно переплетаются с вопросами надежности, отказоустойчивости технических средств. Угрозы безопасности, которые вытекают из ненадежности работы программно-аппаратных средств, предотвращаются путем их совершенствования, использования резервирования на уровне аппаратуры (RAID-массивы, многопроцессорные компьютеры, источники бесперебойного питания, кластерные архитектуры) или на уровне массивов данных (тиражирование файлов, резервное копирование).

Умышленные угрозы могут ограничиваться либо пассивным чтением данных или мониторингом системы, либо включать в себя активные действия, например нарушение целостности и доступности информации, приведение в нерабочее состояние приложений и устройств. Так, умышленные угрозы возникают в результате деятельности хакеров и явно направлены на нанесение ущерба предприятию.

В вычислительных сетях можно выделить следующие типы умышленных угроз:

Незаконное проникновение может быть реализовано через уязвимые места в системе безопасности с использованием недокументированных возможностей операционной системы. Эти возможности могут позволить злоумышленнику «обойти» стандартную процедуру, контролирующую вход в сеть.

Другим способом незаконного проникновения в сеть является использование «чужих» паролей, полученных путем подглядывания, расшифровки файла паролей, подбора паролей или получения пароля путем анализа сетевого трафика. Особенно опасно проникновение злоумышленника под именем пользователя, наделенного большими полномочиями, например администратора сети. Для того чтобы завладеть паролем администратора, злоумышленник может попытаться войти в сеть под именем простого пользователя. Поэтому очень важно, чтобы все пользователи сети сохраняли свои пароли в тайне, а также выбирали их так, чтобы максимально затруднить угадывание.

Подбор паролей злоумышленник выполняет с использованием специальных программ, которые работают путем перебора слов из некоторого файла, содержащего большое количество слов. Содержимое файла-словаря формируется с учетом психологических особенностей человека, которые выражаются в том, что человек выбирает в качестве пароля легко запоминаемые слова или буквенные сочетания.

Еще один способ получения пароля — это внедрение в чужой компьютер «троянского коня». Так называют резидентную программу, работающую без ведома хозяина данного компьютера и выполняющую действия, заданные злоумышленником. В частности, такого рода программа может считывать коды пароля, вводимого пользователем во время логического входа в систему.

Программа - «троянский конь» всегда маскируется под какую-нибудь полезную утилиту или игру, а производит действия, разрушающие систему. По такому принципу действуют и программы-вирусы, отличительной особенностью которых является способность «заражать» другие файлы, внедряя в них свои собственные копии. Чаще всего вирусы поражают исполняемые файлы. Когда такой исполняемый код загружается в оперативную память для выполнения, вместе с ним получает возможность исполнить свои вредительские действия вирус. Вирусы могут привести к повреждению или даже полной утрате информации.

Нелегальные действия легального пользователя — этот тип угроз исходит от легальных пользователей сети, которые, используя свои полномочия, пытаются выполнять действия, выходящие за рамки их должностных обязанностей. Например, администратор сети имеет практически неограниченные права на доступ ко всем сетевым ресурсам. Однако на предприятии может быть информация, доступ к которой администратору сети запрещен. Для реализации этих ограничений могут быть предприняты специальные меры, такие, например, как шифрование данных, но и в этом случае администратор может попытаться получить доступ к ключу. Нелегальные действия может попытаться предпринять и обычный пользователь сети. Существующая статистика говорит о том, что едва ли не половина всех попыток нарушения безопасности системы исходит от сотрудников предприятия, которые как раз и являются легальными пользователями сети.

«Подслушивание» внутрисетевого трафика — это незаконный мониторинг сети, захват и анализ сетевых сообщений. Существует много доступных программных и аппаратных анализаторов трафика, которые делают эту задачу достаточно тривиальной. Еще более усложняется защита от этого типа угроз в сетях с глобальными связями. Глобальные связи, простирающиеся на десятки и тысячи километров, по своей природе являются менее защищенными, чем локальные связи (больше возможностей для прослушивания трафика, более удобная для злоумышленника позиция при проведении процедур аутентификации). Такая опасность одинаково присуща всем видам территориальных каналов связи и никак не зависит от того, используются собственные, арендуемые каналы или услуги общедоступных территориальных сетей, подобных Интернету.

Однако использование общественных сетей (речь в основном идет об Интернете) еще более усугубляет ситуацию. Действительно, использование Интернета добавляет к опасности перехвата данных, передаваемых по линиям связи, опасность несанкционированного входа в узлы сети, поскольку наличие огромного числа хакеров в Интернете увеличивает вероятность попыток незаконного проникновения в компьютер. Это представляет постоянную угрозу для сетей, подсоединенных к Интернету.

Интернет сам является целью для разного рода злоумышленников. Поскольку Интернет создавался как открытая система, предназначенная для свободного обмена информацией, совсем не удивительно, что практически все протоколы стека TCP/IP имеют «врожденные» недостатки защиты. Используя эти недостатки, злоумышленники все чаще предпринимают попытки несанкционированного доступа к информации, хранящейся на узлах Интернета.

Системный подход к обеспечению безопасности

Построение и поддержка безопасной системы требует системного подхода. В соответствии с этим подходом прежде всего необходимо осознать весь спектр возможных угроз для конкретной сети и для каждой из этих угроз продумать тактику ее отражения. В этой борьбе можно и нужно использовать самые разноплановые средства и приемы — морально-этические и законодательные, административные и психологические, защитные возможности программных и аппаратных средств сети.

К морально-этическим средствам защиты можно отнести всевозможные нормы, которые сложились по мере распространения вычислительных средств в той или иной стране. Например, подобно тому как в борьбе против пиратского копирования программ в настоящее время в основном используются меры воспитательного плана, необходимо внедрять в сознание людей аморальность всяческих покушений на нарушение конфиденциальности, целостности и доступности чужих информационных ресурсов.

Законодательные средства защиты — это законы, постановления правительства и указы президента, нормативные акты и стандарты, которыми регламентируются правила использования и обработки информации ограниченного доступа, а также вводятся меры ответственности за нарушения этих правил. Правовая регламентация деятельности в области защиты информации имеет целью защиту информации, составляющей государственную тайну, обеспечение прав потребителей на получение качественных продуктов, защиту конституционных прав граждан на сохранение личной тайны, борьбу с организованной преступностью.

Административные меры — это действия, предпринимаемые руководством предприятия или организации для обеспечения информационной безопасности. К таким мерам относятся конкретные правила работы сотрудников предприятия, например режим работы сотрудников, их должностные инструкции, строго определяющие порядок работы с конфиденциальной информацией на компьютере. К административным мерам также относятся правила приобретения предприятием средств безопасности. Представители администрации, которые несут ответственность за защиту информации, должны выяснить, насколько безопасным является использование продуктов, приобретенных у зарубежных поставщиков. Особенно это касается продуктов, связанных с шифрованием. В таких случаях желательно проверить наличие у продукта сертификата, выданного российскими тестирующими организациями.

Психологические меры безопасности могут играть значительную роль в укреплении безопасности системы. Пренебрежение учетом психологических моментов в неформальных процедурах, связанных с безопасностью, может привести к нарушениям защиты. Рассмотрим, например, сеть предприятия, в которой работает много удаленных пользователей. Время от времени пользователи должны менять пароли (обычная практика для предотвращения их подбора). В данной сиетеме выбор паролей осуществляет администратор. В таких условиях злоумышленник может позвонить администратору по телефону и от имени легального пользователя попробовать получить пароль. При большом количестве удаленных пользователей не исключено, что такой простой психологический прием может сработать.

К физическим средствам защиты относятся экранирование помещений для защиты от излучения, проверка поставляемой аппаратуры на соответствие ее спецификациям и отсутствие аппаратных «жучков», средства наружного наблюдения, устройства, блокирующие физический доступ к отдельным блокам компьютера, различные замки и другое оборудование, защищающие помещения, где находятся носители информации, от незаконного проникновения и т. д. и т. п.

Технические средства информационной безопасности реализуются программным и аппаратным обеспечением вычислительных сетей. Такие средства, называемые также службами сетевой безопасности, решают самые разнообразные задачи по защите системы, например контроль доступа, включающий процедуры аутентификации и авторизации, аудит, шифрование информации, антивирусную защиту, контроль сетевого трафика и много других задач. Технические средства безопасности могут быть либо встроены в программное (операционные системы и приложения) и аппаратное (компьютеры и коммуникационное оборудование) обеспечение сети, либо реализованы в виде отдельных продуктов, созданных специально для решения проблем безопасности.

Политика безопасности

Важность и сложность проблемы обеспечения безопасности требует выработки политики информационной безопасности, которая подразумевает ответы на следующие вопросы:

Специалисты, ответственные за безопасность системы, формируя политику безопасности, должны учитывать несколько базовых принципов. Одним из таких принципов является предоставление каждому сотруднику предприятия того минимально уровня привилегий на доступ к данным, который необходим ему для выполнения его должностных обязанностей. Учитывая, что большая часть нарушений в области безопасности предприятий исходит именно от собственных сотрудников, важно ввести четкие ограничения для всех пользователей сети, не наделяя их излишними возможностями.

Следующий принцип — использование комплексного подхода к обеспечению безопасности. Чтобы затруднить злоумышленнику доступ к данным, необходимо предусмотреть самые разные средства безопасности, начиная с организационно-административных запретов и кончая встроенными средствами сетевой аппаратуры. Административный запрет на работу в воскресные дни ставит потенциального нарушителя под визуальный контроль администратора и других пользователей, физические средства защиты (закрытые помещения, блокировочные ключи) ограничивают непосредственный контакт пользователя только приписанным ему компьютером, встроенные средства сетевой ОС (система аутентификации и авторизации) предотвращают вход в сеть нелегальных пользователей, а для . легального пользователя ограничивают возможности только разрешенными для него операциями (подсистема аудита фиксирует его действия). Такая система защиты с многократным резервированием средств безопасности увеличивает вероятность сохранности данных.

Используя многоуровневую систему защиты, важно обеспечивать баланс надежности защиты всех уровней. Если в сети все сообщения шифруются, но ключи легкодоступны, то эффект от шифрования нулевой. Или если на компьютерах установлена файловая система, поддерживающая избирательный доступ на уровне отдельных файлов, но имеется возможность получить жесткий диск и установить его на другой машине, то все достоинства средств защиты файловой системы сводятся на нет. Если внешний трафик сети, подключенной к Интернету, проходит через мощный брандмауэр, но пользователи имеют возможность связываться с узлами Интернета по коммутируемым линиям, используя локально установленные модемы, то деньги (как правило, немалые), потраченные на брандмауэр, можно считать выброшенными на ветер.

Следующим универсальным принципом является использование средств, которые при отказе переходят в состояние максимальной защиты. Это касается самых различных средств безопасности. Если, например, автоматический пропускной пункт в какое-либо помещение ломается, то он должен фиксироваться в таком положении, чтобы ни один человек не мог пройти на защищаемую территорию. А если в сети имеется устройство, которое анализирует весь входной трафик и отбрасывает кадры с определенным, заранее заданным обратным адресом, то при отказе оно должно полностью блокировать вход в сеть. Неприемлемым следовало бы признать устройство, которое бы при отказе пропускало в сеть весь внешний трафик.

Принцип единого контрольно-пропускного пункта — весь входящий во внутреннюю сеть и выходящий во внешнюю сеть трафик должен проходить через единственный узел сети, например через межсетевой экран (firewall). Только это позволяет в достаточной степени контролировать трафик. В противном случае, когда в сети имеется множество пользовательских станций, имеющих независимый выход во внешнюю сеть, очень трудно скоординировать правила, ограничивающие права пользователей внутренней сети по доступу к серверам внешней сети и обратно — права внешних клиентов по доступу к ресурсам внутренней сети.

Принцип баланса возможного ущерба от реализации угрозы и затрат на ее предотвращение. Ни одна система безопасности не гарантирует защиту данных на уровне 100 %, поскольку является результатом компромисса между возможными рисками и возможными затратами. Определяя политику безопасности, администратор должен взвесить величину ущерба, которую может понести предприятие в результате нарушения защиты данных, и соотнести ее с величиной затрат, требуемых на обеспечение безопасности этих данных. Так, в некоторых случаях можно отказаться от дорогостоящего межсетевого экрана в пользу стандартных средств фильтрации обычного маршрутизатора, в других же можно пойти на беспрецедентные затраты. Главное, чтобы принятое решение было обосновано экономически.

При определении политики безопасности для сети, имеющей выход в Интернет, специалисты рекомендуют разделить задачу на две части: выработать политику доступа к сетевым службам Интернета и выработать политику доступа к ресурсам внутренней сети компании.

Политика доступа к сетевым службам Интернета включает следующие пункты:

Политика доступа к ресурсам внутренней сети компании может быть выражена в одном из двух принципов:

В соответствии с выбранным принципом определяются правила обработки внешнего трафика межсетевыми экранами или маршрутизаторами. Реализация защиты на основе первого принципа дает более высокую степень безопасности, однако при этом могут возникать большие неудобства у пользователей, а кроме того, такой способ защиты обойдется значительно дороже. При реализации второго принципа сеть окажется менее защищенной, однако пользоваться ею будет удобнее и потребуется меньше затрат.

Базовые технологии безопасности

В разных программных и аппаратных продуктах, предназначенных для защиты данных, часто используются одинаковые подходы, приемы и технические решения. К таким базовым технологиям безопасности относятся аутентификация, авторизация, аудит и технология защищенного канала.

Шифрование

Шифрование — это краеугольный камень всех служб информационной безопасности, будь то система аутентификации или авторизации, средства создания защищенного канала или способ безопасного хранения данных.

Любая процедура шифрования, превращающая информацию из обычного «понятного» вида в «нечитабельный» зашифрованный вид, естественно, должна быть дополнена процедурой дешифрирования, которая, будучи примененной к зашифрованному тексту, снова приводит его в понятный вид. Пара процедур — шифрование и дешифрирование — называется криптосистемой.

Информацию, над которой выполняются функции шифрования и дешифрирования, будем условно называть «текст», учитывая, что это может быть также числовой массив или графические данные.

В современных алгоритмах шифрования предусматривается Наличие параметра — секретного ключа. В криптографии принято правило Керкхоффа: «Стойкость шифра должна определяться только секретностью ключа». Так, все стандартные алгоритмы шифрования (например, DES, PGP) широко известны, их детальное описание содержится в легко доступных документах, но от этого их эффективность не снижается. Злоумышленнику может быть все известно об алгоритме шифрования, кроме секретного ключа (следует отметить, однако, что существует немало фирменных алгоритмов, описание которых не публикуется).

Алгоритм шифрования считается раскрытым, если найдена процедура, позволяющая подобрать ключ за реальное время. Сложность алгоритма раскрытия является одной из важных характеристик криптосистемы и называется криптостойкостъю.

Существуют два класса криптосистем — симметричные и асимметричные. В симметричных схемах шифрования (классическая криптография) секретный ключ зашифровки совпадает с секретным ключом расшифровки. В асимметричных схемах шифрования (криптография с открытым ключом) открытый ключ зашифровки не совпадает с секретным ключом расшифровки.

Симметричные алгоритмы шифрования

На рис. 11.1 приведена классическая модель симметричной криптосистемы, теоретические основы которой впервые были изложены в 1949 году в работе Клода Шеннона. В данной модели три участника: отправитель, получатель, злоумышленник. Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу передать некоторое сообщение в защищенном виде. Для этого он на ключе k зашифровывает открытый текст X и передает шифрованный текст Y. Задача получателя заключается в том, чтобы расшифровать Y и прочитать сообщение X. Предполагается, что отправитель имеет свой источник ключа. Сгенерированный ключ заранее по надежному каналу передается получателю. Задача злоумышленника заключается в перехвате и чтении передаваемых сообщений, а также в имитации ложных сообщений.

Рис. 11.1. Модель симметричного шифрования

Модель является универсальной — если зашифрованные; данные хранятся в компьютере и никуда не передаются, отправитель и получатель совмещаются в одном лице, а в роли злоумышленника выступает некто, имеющий доступ к компьютеру в ваше отсутствие.

Наиболее популярным стандартным симметричным алгоритмом шифрования данных является DES (Data Encryption Standard). Алгоритм разработан фирмой IBM и в 1976 году был рекомендован Национальным бюро стандартов к использованию в открытых секторах экономики. Суть этого алгоритма заключается в следующем (рис. 11.2).

Данные шифруются поблочно. Перед шифрованием любая форма представления данных преобразуется в числовую. Эти числа получают путем любой открытой процедуры преобразования блока текста в число. Например, ими могли бы быть значения двоичных чисел, полученных слиянием ASCII-кодов последовательных символов соответствующего блока текста. На вход шифрующей функции поступает блок данных размером 64 бита, он делится пополам на левую (L) и правую (R) части. На первом этапе на место левой части результирующего блока помещается правая часть исходного блока. Правая часть результирующего блока вычисляется как сумма по модулю 2 (операция XOR) левой и правой частей исходного блока. Затем на основе случайной двоичной последовательности по определенной схеме в полученном результате выполняются побитные замены и перестановки. Используемая двоичная последовательность, представляющая собой ключ данного алгоритма, имеет длину 64 бита, из которых 56 действительно случайны, а 8 предназначены для контроля ключа.

Рис. 11.2. Схема шифрования по алгоритму DES

Вот уже в течение двух десятков лет алгоритм DES испытывается на стойкость. И хотя существуют примеры успешных попыток «взлома» данного алгоритма, в целом можно считать, что он выдержал испытания. Алгоритм DES широко используется в различных технологиях и продуктах безопасности информационных систем. Для того чтобы повысить криптостойкость алгоритма DES, иногда применяют его усиленный вариант, называемый «тройным DES», который включает троекратное шифрование с использованием двух разных ключей. При этом можно считать, что длина ключа увеличивается с 56 бит до 112 бит, а значит, криптостойкость алгоритма существенно повышается. Но за это приходится платить производительностью — «тройной DES» требует в три раза больше времени, чем «обычный» DES.

В симметричных алгоритмах главную проблему представляют ключи. Во-первых, криптостойкость многих симметричных алгоритмов зависит от качества ключа, это предъявляет повышенные требования к службе генерации ключей. Во-вторых, принципиальной является надежность канала передачи ключа второму участнику секретных переговоров. Проблема с ключами возникает даже в системе с двумя абонентами, а в системе с п абонентами, желающими обмениваться секретными данными по принципу «каждый с каждым», потребуется их(и-1)/2 ключей, которые должны быть сгенерированы и распределены надежным образом. То есть количество ключей пропорционально квадрату количества абонентов, что при большом числе абонентов делает задачу чрезвычайно сложной. Несимметричные алгоритмы, основанные на использовании открытых ключей, снимают эту проблему.

Несимметричные алгоритмы шифрования

В середине 70-х двое ученых — Винфилд Диффи и Мартин Хеллман — описали принципы шифрования с открытыми ключами.

Особенность шифрования на основе открытых ключей состоит в том, что одновременно генерируется уникальная пара ключей, таких, что текст, зашифрованный одним ключом, может быть расшифрован только с использованием второго ключа и наоборот.

В модели криптосхемы с открытым ключом также три участника: отправитель, получатель, злоумышленник (рис. 11.3). Задача отправителя заключается в том, чтобы по открытому каналу связи передать некоторое сообщение в защищенном виде. Получатель генерирует на своей стороне два ключа: открытый Е и закрытый D. Закрытый ключ D (часто называемый также личным ключом) абонент должен сохранять в защищенном месте, а открытый ключ Е он может передать всем, с кем он хочет поддерживать защищенные отношения. Открытый ключ используется для шифрования текста, но расшифровать текст можно только с помощью закрытого ключа. Поэтому открытый ключ передается отправителю в незащищенном виде. Отправитель, используя открытый ключ получателя, шифрует сообщение X и передает его получателю. Получатель расшифровывает сообщение своим закрытым ключом D.

Очевидно, что числа, одно из которых используется для шифрования текста, а другое — для дешифрирования, не могут быть независимыми друг от друга, а значит, есть теоретическая возможность вычисления закрытого ключа по открытому, но это связано с огромным количеством вычислений, которые требуют соответственно огромного времени. Поясним принципиальную связь между закрытым и открытым ключами следующей аналогией.

Рис. 11.3. Модель криптосхемы с открытым ключом

Пусть абонент 1 (рис. 11.4, а) решает вести секретную переписку со своими сотрудниками на малоизвестном языке, например санскрите. Для этого он обзаводится санскритско-русским словарем, а всем своим абонентам посылает русско-санскритские словари. Каждый из них, пользуясь словарем, пишет сообщения на санскрите и посылает их абоненту 1, который переводит их на русский язык, пользуясь доступным только ему санскритско-русским словарем. Очевидно, что здесь роль открытого ключа Е играет русско-санскритский словарь, а роль закрытого ключа D — санскритско-русский словарь. Могут ли абоненты 2, 3 и 4 прочитать чужие сообщения S2, S3, S4, которые посылает каждый из них абоненту 1? Вообще-то нет, так как, для этого им нужен санскритско-русский словарь, обладателем которого является только абонент 1. Но теоретическая возможность этого имеется, так как затратив массу времени, можно прямым перебором составить санскритско-русский словарь по русско-санскритскому словарю. Такая процедура, требующая больших временных затрат, является отдаленной аналогией восстановления закрытого ключа по открытому.

На рис. 11.4, б показана другая схема использования открытого и закрытого ключей, целью которой является подтверждение авторства (аутентификация или электронная подпись) посылаемого сообщения. В этом случае поток сообщений имеет обратное направление — от абонента 1, обладателя закрытого ключа D, к его корреспондентам, обладателям открытого ключа Е. Если абонент 1 хочет аутентифицировать себя (поставить электронную подпись), то он шифрует известный текст своим закрытым ключом D и передает шифровку своим корреспондентам. Если им удается расшифровать текст открытым ключом абонента 1, то это доказывает, что текст был зашифрован его же закрытым ключом, а значит, именно он является автором этого сообщения. Заметим, что в этом случае сообщения S2, S3, 84, адресованные разным абонентам, не являются секретными, так как все они — обладатели одного и того же открытого ключа, с помощью которого они могут расшифровывать все сообщения, поступающие от абонента 1.

Если же нужна взаимная аутентификация и двунаправленный секретный обмен сообщениями, то каждая из общающихся сторон генерирует собственную пару ключей и посылает открытый ключ своему корреспонденту.

Для того чтобы в сети все п абонентов имели возможность не только принимать зашифрованные сообщения, но и сами посылать таковые, каждый абонент должен обладать своей собственной парой ключей Е и D. Всего в сети будет 2п ключей: п открытых ключей для шифрования и n секретных ключей для дешифрирования. Таким образом решается проблема масштабируемости — квадратичная зависимость количества ключей от числа абонентов в симметричных алгоритмах заменяется линейной зависимостью в несимметричных алгоритмах. Исчезает и задача секретной доставки ключа. Злоумышленнику нет смысла стремиться завладеть открытым ключом, поскольку это не дает возможности расшифровывать текст или вычислить закрытый ключ.

Рис. 11.4. Две схемы использования открытого и закрытого ключей

Хотя информация об открытом ключе не является секретной, ее нужно защищать от подлогов, чтобы злоумышленник под именем легального пользователя не навязал свой открытый ключ, после чего с помощью своего закрытого ключа он может расшифровывать все сообщения, посылаемые легальному пользователю и отправлять свои сообщения от его имени. Проще всего было бы распространять списки, связывающие имена пользователей с их открытыми ключами широковещательно, путем публикаций в средствах массовой информации (бюллетени, специализированные журналы и т. п.). Однако при таком подходе мы снова, как и в случае с паролями, сталкиваемся с плохой масштабируемостью. Решением этой проблемы является технология цифровых сертификатов. Сертификат — это электронный документ, который связывает конкретного пользователя с конкретным ключом.

В настоящее время одним из наиболее популярных криптоалгоритмов с открытым ключом является криптоалгоритм RSA.

Криптоалгоритм RSA

В 1978 году трое ученых (Ривест, Шамир и Адлеман) разработали систему шифрования с открытыми ключами RSA (Rivest, Shamir, Adleman), полностью отвечающую всем принципам Диффи-Хеллмана. Этот метод состоит в следующем:

1. Случайно выбираются два очень больших простых числа р и q.

2. Вычисляются два произведения n=pxq и nr=(p-l)x(q-l).

3. Выбирается случайное целое число Е, не имеющее общих сомножителей с m.

4. Находится D, такое, что DE=1 по модулю m.

5. Исходный текст, X, разбивается на блоки таким образом, чтобы 0<Х<n.

6. Для шифрования сообщения необходимо вычислить С=ХЕ по модулю n.

7. Для дешифрирования вычисляется X=CD по модулю n.

Таким образом, чтобы зашифровать сообщение, необходимо знать пару чисел (Е,-п), а чтобы дешифрировать — пару чисел (D, n). Первая пара — это открытый ключ, а вторая — закрытый.

Зная открытый ключ (Е, n), можно вычислить значение закрытого ключа D. Необходимым промежуточным действием в этом преобразовании является нахождение чисел р и q, для чего нужно разложить на простые множители очень большое число n, а на это требуется очень много времени. Именно с огромной вычислительной сложностью разложения большого числа на простые множители связана высокая криптостойкость алгоритма RSA. В некоторых публикациях приводятся следующие оценки: для того чтобы найти разложение 200-значно-го числа, понадобится 4 миллиарда лет работы компьютера с быстродействием миллион операций в секунду. Однако следует учесть, что в настоящее время активно ведутся работы по совершенствованию методов разложения больших чисел, поэтому в алгоритме RSA стараются применять числа длиной более 200 десятичных разрядов.

Программная реализация криптоалгоритмов типа RSA значительно сложнее и менее производительна, чем реализация классических криптоалгоритмов типа DES. Вследствие сложности реализации операций модульной арифметики криптоалгоритм RSA часто используют только для шифрования небольших объемов информации, например для рассылки классических секретных ключей или в алгоритмах цифровой подписи, а основную часть пересылаемой информации шифруют с помощью симметричных алгоритмов.

В табл. 11.1 приведены некоторые сравнительные характеристики классического криптоалгоритма DES и криптоалгоритма RSA.

Таблица 11.1. Сравнительные характеристики алгоритмов шифрования

Характеристика

DES

RSA

Скорость шифрования

Высокая

Низкая

Используемая функция шифрования

Перестановка и подстановка

Возведение в степень

Длина ключа

56 бит

Более 500 бит

Наименее затратный криптоанализ (его сложность определяет стойкость алгоритма)

Перебор по всему ключевому пространству

Разложение числа на простые множители

Время генерации ключа

Миллисекунды

Минуты

Тип ключа

Симметричный

Асимметричный

Односторонние функции шифрования
Во многих базовых технологиях безопасности используется еще один прием шифрования — шифрование с помощью односторонней функции (one-way function), называемой также хэш-функцией (hash function), или дайджест-функцией (digest function).

Эта функция, примененная к шифруемым данным, дает в результате значение (дайджест), состоящее из фиксированного небольшого числа байт (рис. 11.5, а). Дайджест передается вместе с исходным сообщением. Получатель сообщения, зная, какая односторонняя функция шифрования (ОФШ) была применена для получения дайджеста, заново вычисляет его, используя незашифрованную часть сообщения. Если значения полученного и вычисленного дайджестов совпадают, то значит, содержимое сообщения не было подвергнуто никаким изменениям. Знание дайджеста не дает возможности восстановить исходное сообщение, но зато позволяет проверить целостность данных.

Дайджест является своего рода контрольной суммой для исходного сообщения. Однако имеется и существенное отличие. Использование контрольной суммы является средством проверки целостности передаваемых сообщений по ненадежным линиям связи. Это средство не направлено на борьбу со злоумышленниками, которым в такой ситуации ничто не мешает подменить сообщение, добавив к нему новое значение контрольной суммы. Получатель в таком случае не заметит никакой подмены.

В отличие от контрольной суммы при вычислении дайджеста требуются секретные ключи. В случае если для получения дайджеста использовалась односторонняя функция с параметром, который известен только отправителю и получателю, любая модификация исходного сообщения будет немедленно обнаружена.

Рис. 11.5. Односторонние функции шифрования

На рис. 11.5, б показан другой вариант использования односторонней функции . шифрования для обеспечения целостности данных. В данном случае односторонняя функция не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к сообщению, а к сообщению, дополненному секретным ключом. Получатель, извлекая исходное сообщение, также дополняет его тем же известным ему секретным ключом, после чего применяет к полученным данным одностороннюю функцию. Результат вычислений сравнивается с полученным по сети дайджестом.

Помимо обеспечения целостности сообщений дайджест может быть использован в качестве электронной подписи для аутентификации передаваемого документа.

Построение односторонних функций является трудной задачей. Такого рода функции должны удовлетворять двум условиям:

Наиболее популярной в системах безопасности в настоящее время является серия хэш-функций MD2, MD4, MD5. Все они генерируют дайджесты фиксированной длины 16 байт. Адаптированным вариантом MD4 является американский стандарт SHA, длина дайджеста в котором составляет 20 байт. Компания IBM поддерживает односторонние функции MDC2 и MDC4, основанные на алгоритме шифрования DES.


Аутентификация, авторизация, аудит

 Аутентификация

Аутентификация (authentication) предотвращает доступ к сети нежелательных лиц и разрешает вход для легальных пользователей. Термин «аутентификация» в переводе с латинского означает «установление подлинности». Аутентификацию следует отличать от идентификации. Идентификаторы пользователей используются в системе с теми же целями, что и идентификаторы любых других объектов, файлов, процессов, структур данных, но они не связаны непосредственно с обеспечением безопасности. Идентификация заключается в сообщении пользователем системе своего идентификатора, в то время как аутентификация — это процедура доказательства пользователем того, что он есть тот, за кого себя выдает, в частности, доказательство того, что именно ему принадлежит введенный им идентификатор.

В процедуре аутентификации участвуют две стороны: одна сторона доказывает свою аутентичность, предъявляя некоторые доказательства, а другая сторона — аутентификатор — проверяет эти доказательства и принимает решение. В качестве доказательства аутентичности используются самые разнообразные приемы:

Сетевые службы аутентификации строятся на основе всех этих приемов, но чаще всего для доказательства идентичности пользователя используются пароли. Простота и логическая ясность механизмов аутентификации на основе паролей в какой-то степени компенсирует известные слабости паролей. Это, во-первых, возможность раскрытия и разгадывания паролей, а во-вторых, возможность «подслушивания» пароля путем анализа сетевого трафика. Для снижения уровня угрозы от раскрытия паролей администраторы сети, как правило, применяют встроенные программные средства для формирования политики назначения и использования паролей: задание максимального и минимального сроков действия пароля, хранение списка уже использованных паролей, управление поведением системы после нескольких неудачных попыток логического входа и т. п. Перехват паролей по сети можно предупредить путем их шифрования перед передачей в сеть.

Легальность пользователя может устанавливаться по отношению к различным системам. Так, работая в сети, пользователь может проходить процедуру аутентификации и как локальный пользователь, который претендует на использование ресурсов только данного компьютера, и как пользователь сети, который хочет получить доступ ко всем сетевым ресурсам. При локальной аутентификации пользователь вводит свои идентификатор и пароль, которые автономно обрабатываются операционной системой, установленной на данном компьютере. При логическом входе в сеть данные о пользователе (идентификатор и пароль) передаются на сервер, который хранит учетные записи обо всех пользователях сети. Многие приложения имеют свои средства определения, является ли пользователь законным. И тогда пользователю приходится проходить дополнительные этапы проверки.

В качестве объектов, требующих аутентификации, могут выступать не только пользователи, но и различные устройства, приложения, текстовая и другая информация. Так, например, пользователь, обращающийся с запросом к корпоративному серверу, должен доказать ему свою легальность, но он также должен убедиться сам, что ведет диалог действительно с сервером своего предприятия. Другими словами, сервер и клиент должны пройти процедуру взаимной аутентификации'. Здесь мы имеем дело с аутентификацией на уровне приложений. При установлении сеанса связи между двумя устройствами также часто предусматриваются процедуры взаимной аутентификации на более низком, канальном уровне. Примером такой процедуры является аутентификация по протоколам РАР и CHAP, входящим в семейство протоколов РРР. Аутентификация данных означает доказательство целостности этих данных, а также того, что они поступили именно от того человека, который объявил об этом. Для этого используется механизм электронной подписи.

В вычислительных сетях процедуры аутентификации часто реализуются теми же программными средствами, что и процедуры авторизации. В отличие от аутентификации, которая распознает легальных и нелегальных пользователей, система авторизации имеет дело только с легальными пользователями, которые уже успешно прошли процедуру аутентификации. Цель подсистем авторизации состоит в том, чтобы предоставить каждому легальному пользователю именно те виды доступа и к тем ресурсам, которые были для него определены администратором системы.

Авторизация доступа

Средства авторизации (authorization) контролируют доступ легальных пользователей к ресурсам системы, предоставляя каждому из них именно те права, которые ему были определены администратором. Кроме предоставления прав доступа пользователям к каталогам, файлам и принтерам система авторизации может контролировать возможность выполнения пользователями различных системных функций, таких как локальный доступ к серверу, установка системного времени, создание резервных копий данных, выключение сервера и т. п.

Система авторизации наделяет пользователя сети правами выполнять определенные действия над определенными ресурсами. Для этого могут быть использованы различные формы предоставления правил доступа, которые часто делят на два класса:

Избирательные права доступа реализуются в операционных системах универсального назначения. В наиболее распространенном варианте такого подхода определенные операции над определенным ресурсом разрешаются или запрещаются пользователям или группам пользователей, явно указанным своими идентификаторами. Например, пользователю, имеющему идентификатор User_T, может быть разрешено выполнять операции чтения и записи по отношению к файлу Filet. Модификацией этого способа является использование для идентификации пользователей их должностей, или факта их принадлежности к персоналу того или иного производственного подразделения, или еще каких-либо других позиционирующих характеристик. Примером такого правила может служить следующее: файл бухгалтерской отчетности BUCH могут читать работники бухгалтерии и руководитель предприятия.

Мандатный подход к определению прав доступа заключается в том, что вся информация делится на уровни в зависимости от степени секретности, а все пользователи сети также делятся на группы, образующие иерархию в соответствии с уровнем допуска к этой информации. Такой подход используется в известном делении информации на информацию для служебного пользования, «секретно», «совершенно секретно». При этом пользователи этой информации в зависимости от определенного для них статуса получают различные формы допуска: первую, вторую или третью. В отличие от систем с избирательными правами доступа в системах с мандатным подходом пользователи в принципе не имеют возможности изменить уровень доступности информации. Например, пользователь более высокого уровня не может разрешить читать данные из своего файла пользователю, относящемуся к более низкому уровню. Отсюда видно, что мандатный подход является более строгим, он в корне пресекает всякий волюнтаризм со стороны пользователя. Именно поэтому он часто используется в системах военного назначения.

Процедуры авторизации реализуются программными средствами, которые могут быть встроены в операционную систему или в приложение, а также могут поставляться в виде отдельных программных продуктов. При этом программные системы авторизации могут строиться на базе двух схем:

В первой схеме сервер управляет процессом предоставления ресурсов пользователю. Главная цель таких систем — реализовать «принцип единого входа». В соответствии с централизованной схемой пользователь один раз логически входит в сеть и получает на все время работы некоторый набор разрешений по доступу к ресурсам сети. Система Kerberos с ее сервером безопасности и архитектурой клиент-сервер является наиболее известной системой этого типа. Системы TACACS и RADIUS, часто применяемые совместно с системами удаленного доступа, также реализуют этот подход.

При втором подходе рабочая станция сама является защищенной — средства защиты работают на каждой машине, и сервер не требуется. Рассмотрим работу системы, в которой не предусмотрена процедура однократного логического входа. Теоретически доступ к каждому приложению должен контролироваться

средствами безопасности самого приложения или же средствами, существующими в той операционной среде, в которой оно работает. В корпоративной сети администратору придется отслеживать работу механизмов безопасности, используемых всеми типами приложений — электронной почтой, службой каталогов локальной сети, базами данных хостов и т. п. Когда администратору приходится добавлять или удалять пользователей, то часто требуется вручную конфигурировать доступ к каждой программе или системе.

В крупных сетях часто применяется комбинированный подход предоставления пользователю прав доступа к ресурсам сети: сервер удаленного доступа ограничивает доступ пользователя к подсетям или серверам корпоративной сети, то есть к укрупненным элементам сети, а каждый отдельный сервер сети сам по себе ограничивает доступ пользователя к своим внутренним ресурсам: разделяемым каталогам, принтерам или приложениям. Сервер удаленного доступа предоставляет доступ на основании имеющегося у него списка прав доступа пользователя (Access Control List, ACL), а каждый отдельный сервер сети предоставляет доступ к своим ресурсам на основании хранящегося у него списка прав доступа, например ACL файловой системы.

Подчеркнем, что системы аутентификации и авторизации совместно выполняют одну задачу, поэтому необходимо предъявлять одинаковый уровень требований к системам авторизации и аутентификации. Ненадежность одного звена здесь не может быть компенсирована высоким качеством другого звена. Если при аутентификации используются пароли, то требуются чрезвычайные меры по их защите. Однажды украденный пароль открывает двери ко всем приложениям и данным, к которым пользователь с этим паролем имел легальный доступ.

Аудит

Аудит (auditing) — фиксация в системном журнале событий, связанных с доступом к защищаемым системным ресурсам. Подсистема аудита современных ОС позволяет дифференцирование задавать перечень интересующих администратора событий с помощью удобного графического интерфейса. Средства учета и наблюдения обеспечивают возможность обнаружить и зафиксировать важные события, связанные с безопасностью, или любые попытки создать, получить доступ или удалить системные ресурсы. Аудит используется для того, чтобы засекать даже неудачные попытки «взлома» системы.

Учет и наблюдение означает способность системы безопасности «шпионить» за выбранными объектами и их пользователями и выдавать сообщения тревоги, когда кто-нибудь пытается читать или модифицировать системный файл. Если кто-то пытается выполнить действия, определенные системой безопасности для отслеживания, то система аудита пишет сообщение в журнал регистрации, идентифицируя пользователя. Системный менеджер может создавать отчеты о безопасности, которые содержат информацию из журнала регистрации. Для «сверхбезопасных» систем предусматриваются аудио- и видеосигналы тревоги, устанавливаемые на машинах администраторов, отвечающих за безопасность.

Поскольку никакая система безопасности не гарантирует защиту на уровне 100 %, то последним рубежом в борьбе с нарушениями оказывается система аудита.

Действительно, после того как злоумышленнику удалось провести успешную атаку, пострадавшей стороне не остается ничего другого, как обратиться к службе аудита. Если при настройке службы аудита были правильно заданы события, которые требуется отслеживать, то подробный анализ записей в журнале может дать много полезной информации. Эта информация, возможно, позволит найти злоумышленника или по крайней мере предотвратить повторение подобных атак путем устранения уязвимых мест в системе защиты.

 

Технология защищенного канала

Как уже было сказано, задачу защиты данных можно разделить на две подзадачи: защиту данных внутри компьютера и защиту данных в процессе их передачи из одного компьютера в другой. Для обеспечения безопасности данных при их передаче по публичным сетям используются различные технологии защищенного канала.

Технология защищенного капала призвана обеспечивать безопасность передачи данных по открытой транспортной сети, например по Интернету. Защищенный канал подразумевает выполнение трех основных функций:

Совокупность защищенных каналов, созданных предприятием в публичной сети для объединения своих филиалов, часто называют виртуальной частной сетью (Virtual Private Network, VPN).

Существуют разные реализации технологии защищенного канала, которые, в частности, могут работать на разных уровнях модели OSI. Так, функции популярного протокола SSL соответствуют представительному уровню модели OSI. Новая версия сетевого протокола IP предусматривает все функции — взаимную аутентификацию, шифрование и обеспечение целостности, — которые по определению свойственны защищенному каналу, а протокол туннелирования РРТР защищает данные на канальном уровне.

В зависимости от места расположения программного обеспечения защищенного канала различают две схемы его образования:

В первом случае защищенный канал образуется программными средствами, установленными на двух удаленных компьютерах, принадлежащих двум разным локальным сетям одного предприятия и связанных между собой через публичную сеть. Преимуществом этого подхода является полная защищенность канала вдоль всего пути следования, а также возможность использования любых протоколов создания защищенных каналов, лишь бы на конечных точках канала поддерживался один и тот же протокол. Недостатки заключаются в избыточности и децентрализованности решения. Избыточность состоит в том, что вряд ли стоит создавать защищенный канал на всем пути прохождения данных: уязвимыми для злоумышленников обычно являются сети с коммутацией пакетов, а не каналы телефонной сети или выделенные каналы, через которые локальные сети подключены к территориальной сети. Поэтому защиту каналов доступа к публичной сети можно считать избыточной. Децентрализация заключается в том, что для каждого компьютера, которому требуется предоставить услуги защищенного канала, необходимо отдельно устанавливать, конфигурировать и администрировать программные средства защиты данных. Подключение каждого нового компьютера к защищенному каналу требует выполнения этих трудоемких работ заново.

Рис. 11.6. Два способа образования защищенного канала

Во втором случае клиенты и серверы не участвуют в создании защищенного канала — он прокладывается только внутри публичной сети с коммутацией пакетов, например внутри Интернета. Канал может быть проложен, например, между сервером удаленного доступа поставщика услуг публичной сети и пограничным маршрутизатором корпоративной сети. Это хорошо масштабируемое решение, управляемое централизованно как администратором корпоративной сети, так и администратором сети поставщика услуг. Для компьютеров корпоративной сети канал прозрачен — программное обеспечение этих конечных узлов остается без изменений. Такой гибкий подход позволяет легко образовывать новые каналы защищенного взаимодействия между компьютерами независимо от их места расположения. Реализация этого подхода сложнее — нужен стандартный протокол образования защищенного канала, требуется установка у всех поставщиков услуг программного обеспечения, поддерживающего такой протокол, необходима поддержка протокола производителями пограничного коммуникационного оборудования. Однако вариант, когда все заботы по поддержанию защищенного канала берет на себя поставщик услуг публичной сети, оставляет сомнения в надежности защиты: во-первых, незащищенными оказываются каналы доступа к публичной сети, во-вторых, потребитель услуг чувствует себя в полной зависимости от надежности поставщика услуг. И тем не менее, специалисты прогнозируют, что именно вторая схема в ближайшем будущем станет основной в построении защищенных каналов.


Технологии аутентификации

Сетевая аутентификация на основе многоразового пароля

В соответствии с базовым принципом «единого входа», когда пользователю достаточно один раз пройти процедуру аутентификации, чтобы получить доступ ко всем сетевым ресурсам, в современных операционных системах предусматриваются централизованные службы аутентификации. Такая служба поддерживается одним из серверов сети и использует для своей работы базу данных, в которой хранятся учетные данные (иногда называемые бюджетами) о пользователях сети. Учетные данные содержат наряду с другой информацией идентификаторы и пароли пользователей. Упрощенно схема аутентификации в сети выглядит следующим образом. Когда пользователь осуществляет логический вход в сеть, он набирает на клавиатуре своего компьютера свои идентификатор и пароль. Эти данные используются службой аутентификации — в централизованной базе данных, хранящейся на сервере, по идентификатору пользователя находится соответствующая запись, из нее извлекается пароль и сравнивается с тем, который ввел пользователь. Если они совпадают, то аутентификация считается успешной, пользователь получает легальный статус и те права, которые определены для него системой авторизации.

Однако такая упрощенная схема имеет большой изъян. А именно при передаче пароля с клиентского компьютера на сервер, выполняющий процедуру аутентификации, этот пароль может быть перехвачен злоумышленником. Поэтому в разных операционных системах применяются разные приемы, чтобы избежать передачи пароля по сети в незащищенном виде. Рассмотрим, как решается эта проблема в популярной сетевой ОС Windows NT.

В основе концепции сетевой безопасности Windows NT лежит понятие домена. Домен — это совокупность пользователей, серверов и рабочих станций, учетная информация о которых централизованно хранится в общей базе данных, называемой базой SAM (Security Accounts Manager database). Над этой базой данных реализована служба Directory Services, которая, как и любая централизованная справочная служба, устраняет дублирование учетных данных в нескольких компьютерах и сокращает число рутинных операций по администрированию. Одной из функций службы Directory Services является аутентификация пользователей. Служба Directory Services построена в архитектуре клиент-сервер. Каждый пользователь при логическом входе в сеть вызывает клиентскую часть службы, которая передает запрос на аутентификацию и поддерживает диалог с серверной частью.

Аутентификация пользователей домена выполняется на основе их паролей, хранящихся в зашифрованном виде в базе SAM (рис. 11.7). Пароли зашифровываются с помощью односторонней функции при занесении их в базу данных во время процедуры создания учетной записи для нового пользователя. Введем обозначение для этой односторонней функции — ОФШ1. Таким образом, пароль Р хранится в базе данных SAM в виде дайджеста d(P). (Напомним, что знание дайджеста не позволяет восстановить исходное сообщение.)

Рис. 11.7. Схема сетевой аутентификации на основе многоразового пароля

При логическом входе пользователь локально вводит в свой компьютер имя-идентификатор (ID) и пароль Р. Клиентская часть подсистемы аутентификации, получив эти данные, передает запрос по сети на сервер, хранящий базу SAM. В этом запросе в открытом виде содержится идентификатор пользователя ID, но пароль не передается в сеть ни в каком виде.

К паролю на клиентской станции применяется та же односторонняя функция ОФШ1, которая была использована при записи пароля в базу данных SAM, то есть динамически вычисляется дайджест пароля d(P).

В ответ на поступивший запрос серверная часть службы аутентификации генерирует случайное число S случайной длины, называемое словом-вызовом (challenge). Это слово передается по сети с сервера на клиентскую станцию пользователя. К слову-вызову на клиентской стороне применяется односторонняя функция шифрования ОФШ2. В отличие от функции ОФШ1 функция ОФШ2 является параметрической и получает в качестве параметра дайджест пароля d(P). Полученный в результате ответ d(S) передается по сети на сервер SAM.

Параллельно этому на сервере слово-вызов S аналогично шифруется с помощью той же односторонней функции ОФШ2 и дайджеста пароля пользователя d(P), извлеченного из базы SAM, а затем сравнивается с ответом, переданным клиентской станцией. При совпадении результатов считается, что аутентификация прошла успешно. Таким образом, при логическом входе пользователя пароли в сети Windows NT никогда не передаются по каналам связи.

Заметим также, что при каждом запросе на аутентификацию генерируется новое слово-вызов, так что перехват ответа d(S) клиентского компьютера не может быть использован в ходе другой процедуры аутентификации.


Аутентификация с использованием одноразового пароля

Алгоритмы аутентификации, основанные на многоразовых паролях, не очень надежны. Пароли можно подсмотреть или просто украсть. Более надежными оказываются схемы, использующие одноразовые пароли. С другой стороны, одноразовые пароли намного дешевле и проще биометрических систем аутентификации, таких как сканеры сетчатки глаза или отпечатков пальцев. Все это делает системы, основанные на одноразовых паролях, очень перспективными. Следует иметь в виду, что, как правило, системы аутентификации на основе одноразовых паролей рассчитаны на проверку только удаленных, а не локальных пользователей.

Генерация одноразовых паролей может выполняться либо программно, либо аппаратно. Некоторые реализации аппаратных устройств доступа на основе одноразовых паролей представляют собой миниатюрные устройства со встроенным микропроцессором, похожие на обычные пластиковые карточки, используемые для доступа к банкоматам. Такие карточки, часто называемые аппаратными ключами, могут иметь клавиатуру и маленькое дисплейное окно. Аппаратные ключи могут быть также реализованы в виде присоединяемого к разъему устройства, которое располагается между компьютером и модемом, или в виде карты (гибкого диска), вставляемой в дисковод компьютера.

Существуют и программные реализации средств аутентификации на основе одноразовых паролей (программные ключи). Программные ключи размещаются на сменном магнитном диске в виде обычной программы, важной частью которой является генератор одноразовых паролей. Применение программных ключей и присоединяемых к компьютеру карточек связано с некоторым риском, так как пользователи часто забывают гибкие диски в машине или не отсоединяют карточки от ноутбуков.

Независимо от того, какую реализацию системы аутентификации на основе одноразовых паролей выбирает пользователь, он, как и в системах аутентификации с использованием многоразовых паролей, сообщает системе свой идентификатор, однако вместо того, чтобы вводить каждый раз один и тот же пароль, он указывает последовательность цифр, сообщаемую ему аппаратным или программным ключом. Через определенный небольшой период времени генерируется другая последовательность — новый пароль. Аутентификационный сервер проверяет введенную последовательность и разрешает пользователю осуществить логический вход. Аутентификационный сервер может представлять собой отдельное устройство, выделенный компьютер или же программу, выполняемую на обычном сервере.

Рассмотрим подробнее две схемы, основанные на использовании аппаратных ключей.

Синхронизация по времени

Механизм аутентификации в значительной степени зависит от производителя. Одним из наиболее популярных механизмов является схема, разработанная компанией Security Dynamics (рис. 11.8). Схема синхронизации основана на алгоритме, который через определенный интервал времени (изменяемый при желании администратором сети) генерирует случайное число. Алгоритм использует два параметра:

Рис. 11.8. Аутентификация, основанная на временной синхронизации

Когда удаленный пользователь пытается совершить логический вход в сеть, то ему предлагается ввести его личный персональный номер (PIN), состоящий из 4 десятичных цифр, а также 6 цифр случайного числа, отображаемого в тот момент на дисплее аппаратного ключа. На основе PIN-кода сервер извлекает из базы данных информацию о пользователе, а именно его секретный ключ. Затем сервер выполняет алгоритм генерации случайного числа, используя в качестве параметров найденный секретный ключ и значение текущего времени, и проверяет, совпадает ли сгенерированное число с числом, которое ввел пользователь. Если они совпадают, то пользователю разрешается логический вход. Потенциальной проблемой этой схемы является временная синхронизация сервера и аппаратного ключа (ясно, что вопрос согласования часовых поясов решается просто). Гораздо сложнее обстоит дело с постепенным рассогласованием внутренних часов сервера и аппаратного ключа, тем более что .потенциально аппаратный ключ может работать несколько лет. Компания Security Dynamics решает эту проблему двумя способами. Во-первых, при производстве аппаратного ключа измеряется отклонение частоты его таймера от номинала. Далее эта величина учитывается в виде параметра алгоритма сервера. Во-вторых, сервер отслеживает коды, генерируемые конкретным аппаратным ключом, и если таймер данного ключа постоянно спешит или отстает, то сервер динамически подстраивается под него.

Существует еще одна проблема, связанная со схемой временной синхронизации. Случайное число, генерируемое аппаратным ключом, является достоверным паролем в течение определенного интервала времени. Теоретически возможно, что очень проворный хакер может перехватить PIN-код и случайное число и использовать их для доступа к какому-либо серверу сети".

Схема с использованием слова-вызова

Другая схема применения аппаратных ключей основана на идее, очень сходной с рассмотренной выше идеей сетевой аутентификации. В том и другом случаях используется слово-вызов. Такая схема получила название «запрос-ответ». Когда пользователь пытается осуществить логический вход, то аутентификационный сервер передает ему запрос в виде случайного числа (рис. 11.9). Аппаратный ключ пользователя зашифровывает это случайное число, используя алгоритм DES и секретный ключ пользователя. Секретный ключ пользователя хранится в базе данных сервера и в памяти аппаратного ключа. В зашифрованном виде слово-вызов возвращается на сервер. Сервер, в свою очередь, также зашифровывает сгенерированное им самим случайное число с помощью алгоритма DES и того же секретного ключа пользователя, а затем сравнивает результат с числом, полученным от аппаратного ключа. Как и в методе временной синхронизации, в случае совпадения этих двух чисел пользователю разрешается вход в сеть.

Рис. 11.9. Аутентификация по схеме «запрос-ответ»

Механизм слова-вызова имеет свои ограничения — он обычно требует наличия компьютера на каждом конце соединения, так как аппаратный ключ должен иметь возможность как получать, так и отправлять информацию. А схема временной синхронизации позволяет ограничиться простым терминалом или факсом. В этом случае пользователи могут даже вводить свой пароль с телефонной клавиатуры, когда звонят в сеть для получения голосовой почты.

Схема «запрос-ответ» уступает схеме временной синхронизации по простоте использования. Для логического входа по схеме временной синхронизации пользователю достаточно набрать 10 цифр. Схемы же «запрос-ответ» могут потребовать от пользователя выполнения большего числа ручных действий. В некоторых схемах «запрос-ответ» пользователь должен сам вводить секретный ключ, а затем набирать на клавиатуре компьютера полученное с помощью аппаратного ключа зашифрованное слово-вызов. В некоторых случаях пользователь должен вторично совершить логический вход в коммуникационный сервер уже после аутентификации.


Аутентификация на основе сертификатов

Аутентификация с применением цифровых сертификатов является альтернативой использованию паролей и представляется естественным решением в условиях, когда число пользователей сети (пусть и потенциальных) измеряется миллионами. В таких обстоятельствах процедура предварительной регистрации пользователей, связанная с назначением и хранением их паролей, становится крайне обременительной, опасной, а иногда и просто нереализуемой. При использовании сертификатов сеть, которая дает пользователю доступ к своим ресурсам, не хранит никакой информации о своих пользователях — они ее предоставляют сами в своих запросах в виде сертификатов, удостоверяющих личность пользователей. Сертификаты выдаются специальными уполномоченными организациями — центрами сертификации (Certificate Authority, СА). Поэтому задача хранения секретной информации (закрытых ключей) возлагается на самих пользователей, что делает это решение гораздо более масштабируемым, чем вариант с использованием централизованной базы паролей.

Схема использования сертификатов

Аутентификация личности на основе сертификатов происходит примерно так же, как на проходной большого предприятия. Вахтер пропускает людей на территорию на основании пропуска, который содержит фотографию и подпись сотрудника, удостоверенных печатью предприятия и подписью лица, выдавшего пропуск. Сертификат является аналогом пропуска и выдается по запросам специальными сертифицирующими центрами при выполнении определенных условий.

Сертификат представляет собой электронную форму, в которой содержится следующая информация:

Кроме того, сертификат содержит электронную подпись сертифицирующей организации — зашифрованные закрытым ключом этой организации данные, содержащиеся в сертификате.

Использование сертификатов основано на предположении, что сертифицирующих организаций немного и их открытые ключи могут быть всем известны каким-либо способом, например, из публикаций в журналах.

Когда пользователь хочет подтвердить свою личность, он предъявляет свой сертификат в двух формах — открытой (то есть такой, в которой он получил его в сертифицирующей организации) и зашифрованной с применением своего закрытого ключа (рис. 11.10). Сторона, проводящая аутентификацию, берет из открытого сертификата открытый ключ пользователя и расшифровывает с помощью него зашифрованный сертификат. Совпадение результата с открытым сертификатом подтверждает факт, что предъявитель действительно является владельцем закрытого ключа, парного с указанным открытым.

Рис. 11.10. Аутентификация пользователей на основе сертификатов

Затем с помощью известного открытого ключа указанной в сертификате организации проводится расшифровка подписи этой организации в сертификате. Если в результате получается тот же сертификат с тем же именем пользователя и его открытым ключом — значит, он действительно прошел регистрацию в сертификационном центре, является тем, за кого себя выдает, и указанный в сертификате открытый ключ действительно принадлежит ему.

Сертификаты можно использовать не только для аутентификации, но и для предоставления избирательных прав доступа. Для этого в сертификат могут вводиться дополнительные поля, в которых указывается принадлежность его владельцев той или иной категории пользователей. Эта категория назначается сертифицирующей организацией в зависимости от условий, на которых выдается сертификат. Например, организация, поставляющая через Интернет на коммерческой основе информацию, может выдавать сертификаты определенной категории пользователям, оплатившим годовую подписку на некоторый бюллетень, а Web-сервер будет предоставлять доступ к страницам бюллетеня только пользователям, предъявившим сертификат данной категории.

Подчеркнем тесную связь открытых ключей с сертификатами. Сертификат является не только удостоверением личности, но и удостоверением принадлежности открытого ключа. Цифровой сертификат устанавливает и гарантирует соответствие между открытым ключом и его владельцем. Это предотвращает угрозу подмены открытого ключа. Если некоторому абоненту поступает открытый ключ в составе сертификата, то он может быть уверен, что этот открытый ключ гарантированно принадлежит отправителю, адрес и другие сведения о котором содержатся в этом сертификате.

При использовании сертификатов отпадает необходимость хранить на серверах корпораций списки пользователей с их паролями, вместо этого достаточно иметь на сервере список имен и открытых ключей сертифицирующих организаций. Может также понадобиться некоторый механизм отображений категорий владельцев сертификатов на традиционные группы пользователей для того, чтобы можно было использовать в неизменном виде механизмы управления избирательным доступом большинства операционных систем или приложений.

Сертифицирующие центры

Сертификат является средством аутентификации Пользователя при его обращении к сетевым ресурсам, роль аутентифицирующей стороны играют при этом информационные серверы корпоративной сети или Интернета. В то же время и сама процедура получения сертификата включает этап аутентификации, здесь аутентификатором выступает сертифицирующая организация. Для получения сертификата клиент должен сообщить сертифицирующей организации свой открытый ключ и те или иные сведения, удостоверяющие его личность. Все эти данные клиент может отправить по электронной почте или принести на гибком диске лично. Перечень необходимых данных зависит от типа получаемого сертификата. Сертифицирующая организация проверяет доказательства подлинности, помещает свою цифровую подпись в файл, содержащий открытый ключ, и посылает сертификат обратно, подтверждая факт принадлежности данного конкретного ключа конкретному лицу. После этого сертификат может быть встроен в любой запрос на использование информационных ресурсов сети.

Практически важным вопросом является вопрос о том, кто может выполнять функции сертифицирующей организации. Во-первых, задачу обеспечения своих сотрудников сертификатами может взять на себя само предприятие. В этом случае упрощается процедура первичной аутентификации при выдаче сертификата. Предприятия уже достаточно осведомлены о своих сотрудниках, чтобы брать на себя задачу подтверждения их личности. Для автоматизации процесса генерации, выдачи и обслуживания сертификатов предприятия могут использовать готовые программные продукты, например компания Netscape Communications выпустила сервер сертификатов, который организации могут у себя устанавливать для выпуска своих собственных сертификатов.

Во-вторых, эти функции могут выполнять независимые центры по выдаче сертификатов, работающие на коммерческой основе, например сертифицирующий центр компании Verisign. Сертификаты компании Verisign выполнены в соответствии с международным стандартом Х.509 и используются во многих продуктах защиты данных, в том числе в популярном протоколе защищенного канала SSL. Любой желающий может обратиться с запросом на получение сертификата на Web-сервер этой компании. Сервер Verisign предлагает несколько типов сертификатов, отличающихся уровнем возможностей, которые получает владелец сертификата. 

Механизм получения пользователем сертификата хорошо автоматизируется в сети в модели клиент-сервер, когда браузер выполняет роль клиента, а в сертифицирующей организации установлен специальный сервер выдачи сертификатов. Браузер вырабатывает для пользователя пару ключей, оставляет закрытый ключ у себя и передает частично заполненную форму сертификата серверу. Для того чтобы неподписанный еще сертификат нельзя было подменить при передаче по сети, браузер ставит свою электронную подпись, зашифровывая сертификат выработанным закрытым ключом. Сервер сертификатов подписывает полученный сертификат, фиксирует его в своей базе данных и возвращает его каким-либо способом владельцу. Очевидно, что при этом может выполняться еще и неформальная процедура подтверждения пользователем своей личности и права на получение сертификата, требующая участия оператора сервера сертификатов. Это могут быть доказательства оплаты услуги, доказательства принадлежности к той или иной организации — все случаи жизни предусмотреть и автоматизировать нельзя. После получения сертификата браузер сохраняет его вместе с закрытым ключом и использует при аутентификации на тех серверах, которые поддерживают такой процесс.

В настоящее время существует уже большое количество протоколов и продуктов, использующих сертификаты. Например, компания Netscape Communications поддерживает сертификаты стандарта Х.509 в браузерах Netscape Navigator и своих информационных серверах. В технологиях Microsoft сертификаты также представлены очень широко. Microsoft реализовала поддержку сертификатов в своих браузерах Internet Explorer и в сервере Internet Information Server, разработала собственный сервер сертификатов, а также продукты, которые позволяют хранить сертификаты пользователя, его закрытые ключи и пароли защищенным образом.

Инфраструктура с открытыми ключами

Несмотря на активное использование технологии цифровых сертификатов во многих системах безопасности, эта технология еще не решила целый ряд серьезных проблем. Это прежде всего поддержание базы данных о выпущенных сертификатах. Сертификат выдается не навсегда, а на некоторый вполне определенный срок. По истечении срока годности сертификат должен либо обновляться, либо аннулироваться. Кроме того, необходимо предусмотреть возможность досрочного прекращения полномочий сертификата. Все заинтересованные участники информационного процесса должны быть вовремя оповещены о том, что некоторый сертификат уже не действителен. Для этого сертифицирующая организация должна оперативно поддерживать список аннулированных сертификатов.

Имеется также ряд проблем, связанных с тем, что сертифицирующие организации существуют не в единственном числе. Все они выпускают сертификаты, но даже если эти сертификаты соответствуют единому стандарту (сейчас это, как правило, стандарт Х.509), все равно остаются нерешенными многие вопросы. Все ли сертифицирующие центры заслуживают доверия? Каким образом можно проверить полномочия того или иного сертифицирующего центра? Можно ли создать иерархию сертифицирующих центров, когда сертифицирующий центр, стоящий выше, мог бы сертифицировать центры, расположенные ниже по иерархии? Как организовать совместное использование сертификатов, выпущенных разными сертифицирующими организациями?

Для решения упомянутых выше и многих других проблем, возникающих в системах, использующих технологии шифрования с открытыми ключами, оказывается необходимым комплекс программных средств и методик, называемый инфраструктурой с открытыми ключами (Public Key Infrastructure, РКГ). Информационные системы больших предприятий нуждаются в специальных средствах администрирования и управления цифровыми сертификатами, парами открытых/закрытых ключей, а также приложениями, функционирующими в среде с открытыми ключами.

В настоящее время любой пользователь имеет возможность, загрузив широко доступное программное обеспечение, абсолютно бесконтрольно сгенерировать себе пару открытый/закрытый ключ. Затем он может также совершенно независимо от администрации вести шифрованную переписку со своими внешними абонентами. Такая «свобода» пользователя часто не соответствует принятой на предприятии политике безопасности. Для обеспечения более надежной защиты корпоративной информации желательно реализовать централизованную службу генерации и распределения ключей. Для администрации предприятия важно иметь возможность получить копии закрытых ключей каждого пользователя сети, чтобы в случае увольнения пользователя или потери пользователем его закрытого ключа сохранить доступ к зашифрованным данным этого пользователя. В противном случае резко ухудшается одна из трех характеристик безопасной системы — доступность данных.

Процедура, позволяющая получать копии закрытых ключей, называется восстановлением ключей. Вопрос, включать ли в продукты безопасности средства восстановления ключей, в последние годы приобрел политический оттенок. В Соединенных Штатах Америки прошли бурные дебаты, тему которых можно примерно сформулировать так: обладает ли правительство правом иметь доступ к любой частной информации при условии, что на это есть постановление суда?

И хотя в такой широкой постановке проблема восстановления ключей все еще не решена, необходимость наличия средств восстановления в корпоративных продуктах ни у кого не вызывает никаких сомнений. Принцип доступности данных не должен нарушаться из-за волюнтаризма сотрудников, монопольно владеющих своими закрытыми ключами. Ключ может быть восстановлен при выполнении некоторых условий, которые должны быть четко определены в политике безопасности предприятия.

Как только принимается решение о включении в систему безопасности средств восстановления, возникает вопрос, как же быть с надежностью защиты данных, как обеспечить пользователю уверенность в том, что его закрытый ключ не используется с какими-либо другими целями, отличными от резервирования? Некоторую уверенность в секретности хранения закрытых ключей может дать технология депонирования ключей. Депонирование ключей — это предоставление закрытых ключей на хранение третьей стороне, надежность которой не вызывает сомнений. Этой третьей стороной может быть правительственная организация или группа уполномоченных на это сотрудников предприятия, которым оказывается полное доверие.

 

Аутентификация информации

Под аутентификацией информации в компьютерных системах понимают установление подлинности данных, полученных по сети, исключительно на основе информации, содержащейся в полученном сообщении.

Если конечной целью шифрования информации является обеспечение защиты от несанкционированного ознакомления с этой информацией, то конечной целью аутентификации информации является обеспечение защиты участников информационного обмена от навязывания ложной информации. Концепция аутентификации в широком смысле предусматривает установление подлинности информации как при условии наличия взаимного доверия между участниками обмена, так и при его отсутствии.

В компьютерных системах выделяют два вида аутентификации информации:

Цифровая подпись

Для решения задачи аутентификации информации используется концепция цифровой (или электронной) подписи. Согласно терминологии, утвержденной Международной организацией по стандартизации (ISO), под термином «цифровая подпись» понимаются методы, позволяющие устанавливать подлинность автора сообщения (документа) при возникновении спора относительно авторства этого сообщения. Основная область применения цифровой подписи — это финансовые документы, сопровождающие электронные сделки, документы, фиксирующие международные договоренности и т. п.

До настоящего времени наиболее часто для построения схемы цифровой подписи использовался алгоритм RSA. В основе этого алгоритма лежит концепция Диффи-Хеллмана. Она заключается в том, что каждый пользователь сети имеет свой закрытый ключ, необходимый для формирования подписи; соответствующий этому секретному ключу открытый ключ, предназначенный для проверки подписи, известен всем другим пользователям сети.

Рис. 11.11. Схема формирования цифровой подписи по алгоритму RSA

На рис. 11.11 показана схема формирования цифровой подписи по алгоритму RSA. Подписанное сообщение состоит из двух частей: незашифрованной части, в которой содержится исходный текст Т, и зашифрованной части, представляющей собой цифровую подпись. Цифровая подпись S вычисляется с использованием закрытого ключа (D, п) по формуле

S =Td mod n.

Сообщение посылается в виде пары (Т, S). Каждый пользователь, имеющий соответствующий открытый ключ (Е, n), получив сообщение, отделяет открытую часть Т, расшифровывает цифровую подпись S и проверяет равенство

Т = SE mod n.

Если результат расшифровки цифровой подписи совпадает с открытой частью сообщения, то считается, что документ подлинный, не претерпел никаких изменений в процессе передачи, а автором его является именно тот человек, который передал свой открытый ключ получателю. Если сообщение снабжено цифровой подписью, то получатель может быть уверен, что оно не было изменено или подделано по пути. Такие схемы аутентификации называются асимметричными. К недостаткам данного алгоритма можно отнести то, что длина подписи в этом случае равна длине сообщения, что не всегда удобно.

Цифровые подписи применяются к тексту до того, как он шифруется. Если помимо снабжения текста электронного документа цифровой подписью надо обеспечить его конфиденциальность, то вначале к тексту применяют цифровую подпись, а затем шифруют все вместе: и текст, и цифровую подпись (рис. 11.12).

Рис. 11.12. Обеспечение конфиденциальности документа с цифровой подписью

Другие методы цифровой подписи основаны на формировании соответствующей сообщению контрольной комбинации с помощью классических алгоритмов типа DES. Учитывая более высокую производительность алгоритма DES по сравнению с алгоритмом RSA, он более эффективен для подтверждения аутентичности больших объемов информации. А для коротких сообщений типа платежных поручений или квитанций подтверждения приема, наверное, лучше подходит алгоритм RSA.

Аутентификация программных кодов

Компания Microsoft разработала средства для доказательства аутентичности программных кодов, распространяемых через Интернет. Пользователю важно иметь доказательства, что программа, которую он загрузил с какого-либо сервера, действительно содержит коды, разработанные определенной компанией. Протоколы защищенного канала типа SSL помочь здесь не могут, так как позволяют удостоверить только аутентичность сервера. Microsoft разработала технологию аутентикода (Authenticode), суть которой сострит в следующем.

Организация, желающая подтвердить свое авторство на программу, должна встроить в распространяемый код так называемый подписывающий блок (рис. 11.13). Этот блок состоит из двух частей. Первая часть»— сертификат этой организации, полученный обычным  образом от какого-либо, сертифицирующего центра. Вторую часть образует зашифрованный дайджест, полученный в результате применения односторонней функции к распространяемому коду. Шифрование дайджеста выполняется с помощью закрытого ключа организации.

Рис. 11.13. Схема получения аутентикода


Система Kerberos


Kerberos — это сетевая служба, предназначенная для централизованного решения задач аутентификации и авторизации в крупных сетях. Она может работать в среде многих популярных ОС, например в последней версии Windows 2000 система Kerberos встроена как основной компонент безопасности.

В основе этой достаточно громоздкой системы лежит несколько простых принципов.

Сетевая служба Kerberos построена по архитектуре клиент-сервер, что позволяет ей работать в самых сложных сетях. Kerberos-клиент устанавливается на всех компьютерах сети, которые могут обратиться к какой-либо сетевой службе. В таких случаях Kerberos-клиент от лица пользователя передает запрос на Kerberos-сервер и поддерживает с ним диалог, необходимый для выполнения функций системы Kerberos.

Итак, в системе Kerberos имеются следующие участники: Kerberos-сервер, Кег-beros-клиенты, ресурсные серверы (рис. 11.14). Kerberos-клиенты пытаются получить доступ к сетевым ресурсам — файлам, приложениям, принтеру и т. д. Этот доступ может быть предоставлен, во-первых, только легальным пользователям, а во-вторых, при наличии у пользователя достаточных полномочий, определяемых службами авторизации соответствующих ресурсных серверов — файловым сервером, сервером приложений, сервером печати. Однако в системе Kerberos ресурсным серверам запрещается «напрямую» принимать запросы от клиентов, им разрешается начинать рассмотрение запроса клиента только тогда, когда на это поступает разрешение от Kerberos-сервера. Таким образом, путь клиента к ресурсу в системе Kerberos состоит из трех этапов:

1. Определение легальности клиента, логический вход в сеть, получение разрешения на продолжение процесса получения доступа к ресурсу.

2. Получение разрешения на обращение к ресурсному серверу.

3. Получение разрешения на доступ к ресурсу.

Рис. 11.14. Три этапа работы системы Kerberos

Для решения первой и второй задач клиент обращается к Kerberos-серверу. Каждая из этих двух задач решается отдельным сервером, входящим в состав Kerberos-сервера. Выполнение первичной аутентификации и выдача разрешения на продолжение процесса получения доступа к ресурсу осуществляется так называемым аутентификационным сервером (Authentication Server, AS). Этот сервер хранит в своей базе данных информацию об идентификаторах и паролях пользователей.

Вторую задачу, связанную с получением разрешения на обращение к ресурсному серверу, решает другая часть Kerberos-сервера — сервер квитанций (Ticket-Granting Server, TGS). Сервер квитанций для легальных клиентов выполняет дополнительную проверку и дает клиенту разрешение на доступ к нужному ему ресурсному серверу, Для чего наделяет его электронной формой-квитанцией. Для выполнения своих функций сервер квитанций использует копии секретных ключей всех ресурсных серверов, которые хранятся у него в базе данных. Кроме этих ключей сервер TGS имеет еще один секретный DES-ключ, который разделяет с сервером AS.

Третья задача — получение разрешения на доступ непосредственно к ресурсу — решается на уровне ресурсного сервера.

ПРИМЕЧАНИЕ

При описании протоколов взаимодействия Kerberos-клиента и Kerberos-сервера, а также Kerberos-клиента и ресурсного сервера использован термин «квитанция» (ticket), означающий в данном случае электронную форму, выдаваемую Kerberos-сервером клиенту, которая играет роль некоего удостоверения личности и разрешения на доступ к ресурсу.


Первичная аутентификация

Процесс доступа пользователя к ресурсам включает две процедуры: во-первых, пользователь должен доказать свою легальность (аутентификация), а во-вторых, он должен получить разрешение на выполнение определенных операций с определенным ресурсом (авторизация). В системе Kerberos пользователь один раз аутентифицируется во время логического входа в сеть, а затем проходит процедуры аутентификации и авторизации всякий раз, когда ему требуется доступ к новому ресурсному серверу.

Выполняя логический вход в сеть, пользователь, а точнее клиент Kerberos, установленный на его компьютере, посылает аутентификационному серверу AS идентификатор пользователя ID (рис. 11.15).

Вначале аутентификационный сервер проверяет в базе данных, есть ли запись о пользователе с таким идентификатором, затем, если такая запись существует, извлекает из нее пароль пользователя р. Данный пароль потребуется для шифрования всей информации, которую направит аутентификационный сервер Kerberos-клиенту в качестве ответа. А ответ состоит из квитанции TTGS на доступ к серверу квитанций Kerberos и ключа сеанса Ks. Под сеансом здесь понимается все время работы пользователя, от момента логического входа в сеть до момента логического выхода. Ключ сеанса потребуется для шифрования в процедурах аутентификации в течение всего пользовательского сеанса. Квитанция шифруется с помощью секретного DES-ключа К, который разделяют аутентификационный сервер и сервер квитанций. Все вместе — зашифрованная квитанция и ключ сеанса — еще раз шифруются с помощью пользовательского пароля р. Таким образом, квитанция шифруется дважды ключом К и паролем р. В приведенных выше обозначениях сообщение-ответ, которое аутентификационный сервер посылает клиенту, выглядит так: {{TTGS}K, Ks}p.

После того как такое ответное сообщение поступает на клиентскую машину, клиентская программа Kerberos просит пользователя ввести свой пароль. Когда пользователь вводит пароль, то Kerberos-клиент пробует с помощью пароля расшифровать поступившее сообщение. Если пароль верен, то из сообщения извлекается квитанция на доступ к серверу квитанций {TTGs}K (в зашифрованном виде) и ключ сеанса Ks (в открытом виде). Успешная расшифровка сообщения означает успешную аутентификацию. Заметим, что аутентификационный сервер AS аутентифицирует пользователя без передачи пароля по сети.

Рис. 11.15. Последовательность обмена сообщениями в системе Kerberos

Квитанция TTGS на доступ к серверу квитанций TGS является удостоверением легальности пользователя и разрешением ему продолжать процесс получения доступа к ресурсу. Эта квитанция содержит:

Как уже было сказано, клиент обладает квитанцией в зашифрованном виде. Шифрование повышает уверенность в том, что никто, даже сам клиент — обладатель данной квитанции, — не сможет квитанцию подделать, подменить или изменить. Только сервер TGS, получив от клиента квитанцию, сможет ее расшифровать, так как в его распоряжении имеется ключ шифрования К.

Время действия квитанции ограничено длительностью сеанса. Разрешенная длительность сеанса пользователя, содержащаяся в квитанции на доступ к серверу квитанций, задается администратором и может изменяться в зависимости от требований к защищенности сети. В сетях с жесткими требованиями к безопасности время сеанса может быть ограничено 30 минутами, в других условиях это время может составить 8 часов. Информация, содержащаяся в квитанции, определяет ее срок годности. Предоставление квитанции на вполне определенное время защищает ее от неавторизованного пользователя, который мог бы ее перехватить и использовать в будущем.


Получение разрешения на доступ к ресурсному серверу

Итак, следующим этапом для пользователя является получение разрешения на доступ к ресурсному серверу (например, к файловому серверу или серверу приложений). Но для этого надо обратиться к серверу TGS, который выдает такие разрешения (квитанции). Чтобы получить доступ к серверу квитанций, пользователь уже обзавелся квитанцией {TTGS}K, выданной ему сервером AS. Несмотря на защиту паролем и шифрование, пользователю, для того чтобы доказать серверу квитанций, что он имеет право на доступ к ресурсам сети, нужно кое-что еще, кроме квитанции.

Как уже упоминалось, первое сообщение от аутентификационного сервера содержало не только квитанцию, но и секретный ключ сеанса Ks, который разделяется с сервером квитанций TGS. Клиент использует этот ключ для шифрования еще одной электронной формы, называемой аутентификатором {А}К$. Аутентификатор А содержит идентификатор и сетевой адрес пользователя, а также собственную временную отметку. В отличие от квитанции {TTGS}K, которая в течение сеанса используется многократно, аутентификатор предназначен для одноразового использования и имеет очень короткое время жизни — обычно несколько минут. Kerberos-клиент посылает серверу квитанций TGS сообщение-запрос, содержащее квитанцию и аутентификатор: {ТТсз}К, {A}KS.

Сервер квитанций расшифровывает квитанцию имеющимся у него ключом К, проверяет, не истек ли срок действия квитанции, и извлекает из нее идентификатор пользователя.

Затем сервер TGS расшифровывает аутентификатор, используя ключ сеанса пользователя Ks, который он извлек из квитанции. Сервер квитанций сравнивает идентификатор пользователя и его сетевой адрес с аналогичными параметрами в квитанции и сообщении. Если они совпадают, то сервер квитанций получает уверенность, что данная квитанция действительно представлена ее законным владельцем.

Заметим, что простое обладание квитанцией на получение доступа к серверу квитанций не доказывает идентичность пользователя. Так как аутентификатор действителен только в течение короткого промежутка времени, то маловероятно украсть одновременно и квитанцию, и аутентификатор и использовать их в течение этого времени. Каждый раз, когда пользователь обращается к серверу квитанций для получения новой квитанции на доступ к ресурсу, он посылает многократно используемую квитанцию и новый аутентификатор.

Клиент обращается к серверу квитанций за разрешением на доступ к ресурсному серверу, который здесь обозначен как RS1. Сервер квитанций, удостоверившись в легальности запроса и личности пользователя, отсылает ему ответ, содержащий две электронных формы: многократно используемую квитанцию на получение доступа к запрашиваемому ресурсному серверу TRS1 и новый ключ сеанса KS1.

Квитанция на получение доступа шифруется секретным ключом KRS1> разделяемым только сервером квитанций и тем сервером, к которому предоставляется доступ, в данном случае — RS1. Сервер квитанций разделяет уникальные секретные ключи с каждым сервером сети. Эти ключи распределяются между серверами сети физическим способом или каким-либо иным секретным способом при установке системы Kerberos. Когда сервер квитанций передает квитанцию на доступ к какому-либо ресурсному серверу, то он шифрует ее, так что только этот сервер сможет расшифровать ее с помощью своего уникального ключа.

Новый ключ сеанса KS1 содержится не только в самом сообщении, посылаемом клиенту, но и внутри квитанции TRS1. Все сообщение шифруется старым ключом сеанса клиента Ks, так что его может прочитать только этот клиент. Используя введенные обозначения, ответ сервера TGS клиенту можно представить в следующем виде: {{TRS1}KRS1, KS1}KS.


Получение доступа к ресурсу

Когда клиент расшифровывает поступившее сообщение, то он отсылает серверу, к которому он хочет получить доступ, запрос, содержащий квитанцию на получение доступа и аутентификатор, зашифрованный новым ключом сеанса: {TRsi}KRsi, {А}К.

Это сообщение обрабатывается аналогично тому, как обрабатывался запрос клиента сервером TGS. Сначала расшифровывается квитанция ключом KRS1, затем извлекается ключ сеанса KSi и расшифровывается аутентификатор. Далее сравниваются данные о пользователе, содержащиеся в квитанции и аутентификаторе. Если проверка проходит успешно, то доступ к сетевому ресурсу разрешен.

На этом этапе клиент также может захотеть проверить аутентичность сервера перед тем, как начать с ним работать. Взаимная процедура аутентификации предотвращает любую возможность попытки получения неавторизованным пользователем доступа к секретной информации от клиента путем подмены сервера.

Аутентификация ресурсного сервера в системе Kerberos выполняется в соответствии со следующей процедурой. Клиент обращается к серверу с предложением, чтобы тот прислал ему сообщение, в котором повторил временную отметку из аутентификатора клиента, увеличенную на 1. Кроме того, требуется, чтобы данное сообщение было зашифровано ключом сеанса KS). Чтобы выполнить такой запрос клиента, сервер извлекает копию ключа сеанса из квитанции на доступ, использует этот ключ для расшифровки аутентификатора, наращивает значение временной отметки на 1, заново зашифровывает сообщение, используя ключ сеанса, и возвращает сообщение клиенту. Клиент расшифровывает это сообщение, чтобы получить увеличенную на единицу отметку времени.

При успешном завершении описанного процесса клиент и сервер удостоверяются в секретности своих транзакций. Кроме этого, они получают ключ сеанса, который могут использовать для шифрования будущих сообщений.


Достоинства и недостатки

Изучая довольно сложный механизм системы Kerberos, нельзя не задаться вопросом: какое влияние оказывают все эти многочисленные процедуры шифрования и обмена ключами на производительность сети, какую часть ресурсов сети они потребляют и как это сказывается на ее пропускной способности? Ответ весьма оптимистичный — если система Kerberos реализована и сконфигурирована правильно, она незначительно уменьшает производительность сети. Так как квитанции используются многократно, сетевые ресурсы, затрачиваемые на запросы предоставления квитанций, невелики. Хотя передача квитанции при аутентификации логического входа несколько снижает пропускную способность, такой обмен должен осуществляться и при использовании любых других систем и методов аутентификации. Дополнительные же издержки незначительны. Опыт внедрения системы Kerberos показал, что время отклика при установленной системе Kerberos существенно не отличается от времени отклика без нее — даже в очень больших сетях с десятками тысяч узлов. Такая эффективность делает систему Kerberos весьма перспективной.

Среди уязвимых мест системы Kerberos можно назвать централизованное хранение всех секретных ключей системы. Успешная атака на Kerberos-сервер, в котором сосредоточена вся информация, критическая для системы безопасности, приводит к крушению информационной защиты всей сети. Альтернативным решением могла бы быть система, построенная на использовании алгоритмов шифрования с парными ключами, для которых характерно распределенное хранение секретных ключей. Однако в настоящий момент еще не появились коммерческие продукты, построенные на базе несимметричных методов шифрования, которые бы обеспечивали комплексную защиту больших сетей. Еще одной слабостью системы Kerberos является то, что исходные коды тех приложений, доступ к которым осуществляется через Kerberos, должны быть соответствующим образом модифицированы. Такая модификация называется «керберизацией» приложения. Некоторые поставщики продают «керберизованные» версии своих приложений. Но если такой версии нет и нет исходного текста, то Kerberos не может обеспечить доступ к такому приложению.


Выводы

Задачи и упражнения

1. Поясните значения основных свойств безопасной системы: конфиденциальности, целостности и доступности.

2. Приведите примеры средств, обеспечивающих конфиденциальность, но не гарантирующих целостность данных.

3. Приведите примеры действий воображаемого злоумышленника, направленных на нарушение доступности данных.

4. Предложите какой-нибудь способ обеспечения целостности данных.

5. Что такое политика безопасности?

6. В чем заключаются психологические меры безопасности?

7. Поясните значение терминов «идентификация», «аутентификация», «авторизация».

8. Почему наличие удаленного доступа и других случаев использования глобальных связей делают систему более уязвимой?

9. Какая схема шифрования — симметричная или асимметричная — является более масштабируемой?

10. В каких случаях предпочтительнее использовать симметричные алгоритмы шифрования, а в каких — алгоритмы шифрования с открытым ключом?

11. Правильно ли утверждение: «Поскольку открытый ключ не является секретным, то его не нужно защищать»?

12. Что такое электронная подпись?

13. Период генерации одноразовых паролей является одним из настраиваемых параметров аппаратного ключа. Из каких соображений администратор может выбрать и назначить значение для этого параметра?

14. Нужна ли клавиатура набора цифр на карточке — аппаратном ключе, применяемом при аутентификации на основе одноразовых паролей по схеме «запрос-ответ»? А по схеме, использующей синхронизацию по времени?

15. В чем заключается масштабируемость метода аутентификации на основе сертификатов?

16. Какая информация содержится в сертификате?

17. Как убедиться в подлинности сертификата?

18. Опишите процедуру получения сертификата. На основание каких сведений о пользователе выдается сертификат?

19. В чем заключается проблема восстановления ключей?

20. Какими средствами можно Доказать пользователю, загрузившему программу из Интернета, что она действительно является продуктом той компании, об авторстве которой заявляют распространители кода?

21. Администратор сети, мотивируя свой отказ от использования системы Кеrberos, заявил, что эта система для своей работы требует слишком больших накладных расходов, а кроме того, защищаемые приложения придется переписывать. Согласны ли вы с его аргументами?


Назад                                                        Начало                                                        Вперёд