Компьютерные сети. Методы защиты компьютерной информации

Криптографические системы с открытым ключом используют так называемые необратимые  или односторонние функции, которые обладают следующим свойством: при заданном значении x относительно просто вычислить значение f(x), однако если y=f(x), то нет простого пути для вычисления значения x.

Множество классов необратимых функций и порождает все разнообразие систем с открытым ключом. Однако не всякая необратимая функция годится для использования в реальных ИС.

В самом определении необратимости присутствует неопределенность. Под необратимостью понимается не теоретическая необратимость, а практическая невозможность вычислить обратное значение используя современные вычислительные средства за обозримый интервал времени.

Поэтому чтобы гарантировать надежную защиту информации, к системам с открытым ключом (СОК) предъявляются два важных и очевидных требования:

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

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

Алгоритмы шифрования с открытым ключом получили широкое распространение в современных информационных системах. Так, алгоритм RSA стал мировым стандартом де-факто для открытых систем и рекомендован МККТТ.

Вообще же все предлагаемые сегодня криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих  типов необратимых преобразований:

1. Разложение больших чисел на простые множители.
2. Вычисление логарифма в конечном поле.
3. Вычисление корней алгебраических уравнений.

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

1. Как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных.

2. Как средства для распределения ключей. Алгоритмы СОК более трудоемки, чем традиционные криптосистемы. Поэтому часто на практике рационально с помощью СОК распределять ключи, объем которых как информации незначителен. А потом с помощью обычных алгоритмов осуществлять обмен большими информационными потоками.

3. Средства аутентификации пользователей.

           8.1.2.Электронная подпись

В 1991 г. Национальный институт стандартов и технологии (NIST) предложил для появившегося тогда алгоритма цифровой подписи DSA (Digital Signature Algorithm) стандарт DSS (Digital Signature Standard), в основу которого положены алгоритмы Эль-Гамаля и RSA.

В чем состоит проблема аутентификации данных?

В конце обычного письма или документа исполнитель или ответственное лицо обычно ставит свою подпись. Подобное действие обычно преследует две цели. Во-первых, получатель имеет возможность убедиться в истинности письма, сличив подпись с имеющимся у него образцом. Во-вторых, личная подпись является юридическим гарантом авторства документа. Последний аспект особенно важен при заключении разного рода торговых сделок, составлении доверенностей, обязательств и т.д.

Если подделать подпись человека на бумаге весьма непросто, а установить авторство подписи современными криминалистическими методами - техническая деталь, то с подписью электронной дело обстоит иначе. Подделать цепочку битов, просто ее скопировав, или незаметно внести нелегальные исправления в документ сможет любой пользователь.

С широким распространением в современном мире электронных форм документов (в том числе и конфиденциальных) и средств их обработки особо актуальной стала проблема установления подлинности и авторства безбумажной документации.

В разделе криптографических систем с открытым ключом было показано, что при всех преимуществах современных систем шифрования они не позволяют обеспечить аутентификацию данных. Поэтому средства аутентификации должны использоваться в комплексе и криптографическими алгоритмами.

Иногда нет  необходимости зашифровывать передаваемое сообщение, но нужно его скрепить электронной подписью. В этом случае текст шифруется закрытым ключом отправителя и полученная цепочка символов прикрепляется к документу. Получатель с помощью открытого ключа отправителя расшифровывает подпись и сверяет ее с текстом В 1991 г. Национальный институт стандартов и технологии (NIST) предложил для появившегося тогда алгоритма цифровой подписи DSA (Digital Signature Algorithm) стандарт DSS (Digital Signature Standard), в основу которого положены алгоритмы Эль-Гамаля и RSA.

8.2.Методы защиты информации в Internet

Сегодня самая  актуальная для Internet тема - проблема защиты информации. Сеть стремительно развивается  в глобальных масштабах, и все большее распространение получают системы внутренних сетей (intranet, интрасети). Появление на рынке новой огромной ниши послужило стимулом как для пользователей, так и для поставщиков сетевых услуг к поиску путей повышения безопасности передачи информации через Internet.

Проблема безопасности в Internet подразделяется на две категории: общая безопасность и вопросы надежности финансовых операций. Успешное разрешение проблем в сфере финансовой деятельности могло бы открыть перед Internet необозримые перспективы по предоставлению услуг для бизнеса. В борьбу за решение этой проблемы включились такие гиганты в области использовани кредитных карточек, как MasterCard и Visa, а также лидеры компьютерной индустрии Microsoft и Netscape. Все это касается "денежных" дел; наша же статья посвящена проблеме общей безопасности.

Задача исследований в этой области - решение проблемы конфиденциальности. Рассмотрим для примера передачу сообщений электронной почты с одного SMTP-сервера на другой. В отдельных случаях эти сообщения просто переписываются с одного жесткого диска на другой как обыкновенные текстовые файлы, т. е. прочитать их смогут все желающие. Образно говоря, механизм доставки электронной почты через Internet напоминает ситуацию, когда постиранное белье вывешивается на улицу, вместо того чтобы отжать его в стиральной машине. Не важно, содержатся ли в послании какая-то финансовая информация или нет; важно следующее - любая пересылаемая по Internet информаци должна быть недоступна для посторонних.

Кроме конфиденциальности пользователей также волнует вопрос гарантий, с кем они сейчас "беседуют". Им необходима уверенность, что сервер Internet, с которым у них сейчас сеанс связи, действительно является тем, за кого себя выдает; будь то сервер World-Wide Web, FTP, IRC или любой другой. Не составляет особого труда имитировать (то ли в шутку, то ли с преступными намерениями) незащищенный сервер и попытаться собрать всю информацию о вас. И, конечно же, поставщики сетевых услуг также хотели бы быть уверенными, что лица, обращающиеся к ним за определенными ресурсами Internet, например, электронной почтой и услугами IRC, действительно те, за кого себя выдают.

         8.3.Метод парольной защиты

         Законность запроса пользователя определяется по паролю, представляющему собой, как правило, строку знаков. Метод паролей считается достаточно слабым, так как пароль может стать объектом хищения, перехвата, перебора, угадывания. Однако простота метода стимулирует поиск путей его усиления.

Для повышения  эффективности парольной защиты рекомендуется:

• выбирать пароль длиной более 6 символов, избегая распространенных, легко угадываемых слов, имен, дат и т.п.;
• использовать специальные символы;
• пароли, хранящиеся на сервере, шифровать при помощи односторонней функции;
• файл паролей размещать в особо защищаемой области ЗУ ЭВМ, закрытой для чтения пользователями;
• границы между смежными паролями маскируются;
• комментарии файла паролей следует хранить отдельно от файла;
• периодически менять пароли;
• предусмотреть возможность насильственной смены паролей со стороны системы через определенный промежуток времени;
• использовать несколько пользовательских паролей: собственно пароль, персональный идентификатор, пароль для блокировки/разблокировки аппаратуры при кратковременном отсутствии и т.п.

В качестве более  сложных парольных методов используется случайная выборка символов пароля и одноразовое использование паролей. В первом случае пользователю (устройству) выделяется достаточно длинный пароль, причем каждый раз для опознавания используется часть пароля, выбираемая случайно. При одноразовом использовании пароля пользователю выделяется не один, а большое количество паролей, каждый из которых используется по списку или по случайной выборке один раз. В действительно распределенной среде, где пользователи имеют доступ к нескольким серверам, базам данных и даже обладают правами удаленной регистрации, защита настолько осложняется, что администратор  все это может увидеть лишь в кошмарном сне.

           8.4.Административные меры защиты

Проблема защиты информации решается введением контроля доступа и разграничением полномочий пользователя.

Распространённым  средством ограничения доступа (или  ограничения полномочий) является система паролей. Однако оно ненадёжно. Опытные хакеры могут взломать эту защиту, «подсмотреть» чужой пароль или войти в систему путём перебора возможных паролей, так как очень часто для них используются имена, фамилии или даты рождения пользователей. Более надёжное решение состоит в организации контроля доступа в помещения или к конкретному ПК в ЛВС с помощью идентификационных пластиковых карточек различных видов.

Использование пластиковых карточек с магнитной  полосой для этих целей вряд ли целесообразно, поскольку, её можно  легко подделать. Более высокую степень надёжности обеспечивают пластиковые карточки с встроенной микросхемой – так называемые микропроцессорные карточки (МП – карточки, smart – card). Их надёжность обусловлена в первую очередь невозможностью копирования или подделки кустарным способом. Кроме того, при производстве карточек в каждую микросхему заносится уникальный код, который невозможно продублировать. При выдаче карточки пользователю на неё наносится один или несколько паролей, известных только её владельцу. Для некоторых видов МП – карточек попытка несанкционированного использования заканчивается её автоматическим «закрытием». Чтобы восстановить работоспособность такой карточки, её необходимо предъявить в соответствующую инстанцию.

Установка специального считывающего устройства МП – карточек возможна не только на входе в помещения, где расположены компьютеры, но и непосредственно на рабочих станциях и серверах сети.

9. Защита корпоративной информации.

Однако при  решении этой проблемы предприятия  часто идут на поводу у компаний-подрядчиков, продвигающих один или несколько продуктов, решающих, как правило, частные задачи. Ниже рассмотрим наиболее общие подходы к комплексному решению задачи обеспечения безопасности информации.

Наиболее типичной ошибкой при построении системы  защиты является стремление защитить всё и от всего сразу. На самом деле определение необходимой информации (файлов, каталогов, дисков) и иных объектов информационной структуры, которые требуется защитить – первый шаг в построении системы информационной безопасности. С определения этого перечня и следует начать: следует оценить, во сколько может обойтись потеря (удаление или кража) той или иной базы данных или, например, простой одной рабочей станции в течение дня.

Второй шаг  – определение источников угроз. Как правило, их несколько. Выделить источник угроз – значит, оценить его цели (если источник преднамеренный) или возможное воздействие (непреднамеренный), вероятность (или интенсивность) его появления. Если речь идет о злоумышленных действиях лица (или группы лиц), то требуется оценить его организационные и технические возможности для доступа к информации (ведь злоумышленник может быть и сотрудником фирмы).

После определения  источника угроз можно сформулировать угрозы безопасности информации. То есть что с информацией может произойти. Как правило, принято различать следующие группы угроз:

• несанкционированный доступ к информации (чтение, копирование или изменение информации, ее подлог и навязывание);
• нарушение работоспособности компьютеров и прикладных программ
• уничтожение информации.

В каждой из этих трех групп можно выделить десятки  конкретных угроз, однако пока на этом остановимся. Заметим только, что  угрозы могут быть преднамеренными и случайными, а случайные, в свою очередь, естественными (например, стихийные бедствия) и искусственными (ошибочные действия персонала). Случайные угрозы, в которых отсутствует злой умысел, обычно опасны только в плане потери информации и нарушения работоспособности системы, от чего достаточно легко застраховаться. Преднамеренные же угрозы более серьезны с точки зрения потери для бизнеса, ибо здесь приходится бороться не со слепым (пусть и беспощадным в своей силе) случаем, но с думающим противником.

Построение  системы защиты полезно проводить  с принципами защиты, которые достаточно универсальны для самых разных предметных областей (инженерное обеспечение в армии, физическая безопасность лиц и территорий , и т. д.)

• Адекватность (разумная достаточность). Совокупная стоимость защиты (временные, людские и денежные ресурсы) должна быть ниже стоимости защищаемых ресурсов. Если оборот компании составляет 10 тыс. долларов в месяц, вряд ли есть смысл развертывать систему на миллион долларов (так, же как и наоборот).
• Системность. Важность этого принципа особо проявляется при построении крупных систем защиты. Он состоит в том, что система защиты должна строиться не абстрактно (защита от всего), а на основе анализа угроз, средств защиты от этих угроз, поиска оптимального набора этих средств и построения системы. 
• Прозрачность для легальных пользователей. Введение механизмов безопасности (в частности аутентификации пользователей) неизбежно приводит к усложнению их действий. Тем не менее, никакой механизм не должен требовать невыполнимых действий (например, еженедельно придумывать 10-значный пароль и нигде его не записывать) или затягивать процедуру доступа к информации.
• Равностойкость звеньев. Звенья – это элементы защиты, преодоление любого из которых означает преодоление всей защиты. Понятно, что нельзя слабость одних звеньев компенсировать усилением других. В любом случае, прочность защиты (или ее уровня, см. ниже) определяется прочностью самого слабого звена. И если нелояльный сотрудник готов за 100 долларов «скинуть на дискету» ценную информацию, то злоумышленник вряд ли будет выстраивать сложную хакерскую атаку для достижения той же цели.
• Непрерывность. В общем-то, та же равностойкость, только во временной области. Если мы решаем, что будем что-то и как-то защищать, то надо защищать именно так в любой момент времени. Нельзя, например, решить по пятницам делать резервное копирование информации, а в последнюю пятницу месяца устроить «санитарный день». Закон подлости неумолим: именно в тот момент, когда меры по защите информации будут ослаблены, произойдет то, от чего мы защищались. Временный провал в защите, так же, как и слабое звено, делает ее бессмысленной.
• Многоуровневость. Многоуровневая защита встречается повсеместно, достаточно побродить по руинам средневековой крепости. Зачем защита строится в несколько уровней, которые должен преодолевать как злоумышленник, так и легальный пользователь (которому, понятно, это делать легче)? К сожалению, всегда существует вероятность того, что какой-то уровень может быть преодолен либо в силу непредвиденных случайностей, либо с ненулевой вероятностью. Простая математика подсказывает: если один уровень гарантирует защиту в 90%, то три уровня (ни в коем случае не повторяющих друг друга) дадут вам 99,9%. Это, кстати, резерв экономии: путем эшелонирования недорогих и относительно ненадежных средств защиты можно малой кровью добиться очень высокой степени защиты.