Криптографическая защита ЛВС

Шифрование   обычно   используется   для    обеспечения  конфиденциальности,  но  может  быть  также,   использоваться другими   средствами   секретности.   Необходимость    этого возникает  из-за  того,  что  шифрование   имеет   следующее свойство - любая модификация зашифрованного текста  приводит к  непредсказуемым  изменениям  в   исходном   тексте.   При использовании таких технологий обеспечивается хорошая основа для механизмов аутентификации и целостности на этом  же  или более высоких уровнях. Генерация, распределение  и  хранение криптографических  ключей,  используемые   при   шифровании, являются чистыми функциями управления секретностью.

2. Генерация траффика

Генерация траффика - это механизм, который может использоваться для предоставления некоторой конфиденциальности потока траффика на уровне, большем, чем физический (например, на сетевом или прикладном уровнях). Генерация  траффика  может  включать  генерацию   подложного траффика, дополнения для обычных пакетов, и передачу пакетов назначениям,  отличным  от  требуемого.  Как  обычные, так  и подложные   пакеты   могут   дополняться    до    постоянной максимальной длины,  или  могут  дополняться  до  случайной, меняющейся     длины.     Для      скрытия      взаимосвязей источник-получатель  следует  передавать  подложный  траффик большому  числу  назначений,  что  делает   эту   технологию дорогостоящей и редко используемой. Конечно,  этот  механизм не будет эффективным без предоставления конфиденциальности.

3. Управление  маршрутизацией

     Другим механизмом  для  обеспечения  конфиденциальности  является  управление  маршрутизацией.  Оно  используется  на сетевом  или прикладном уровнях  для   ограничения  путей,  по которым  передаются данные от источника  к  назначению.  Выбор маршрутов   может   явно    управляться    пользовательскими системами, например  маршрутизация источника (опция  в IP), или выполняться на промежуточных  системах, например на основании  отметок секретности, записанных  в пакеты на пользовательских  системах. Этот механизм явно  требует доверия к промежуточным  системам, и  поэтому  более   уязвим,  чем  шифрование  между конечными  системами.  Этот  механизм   может   быть   также использован   для   поддержки   средства    целостности    с восстановлением, например выбирая альтернативные пути  после атак, повредивших пути взаимодействия.

4. Цифровая  сигнатура

Механизмы  цифровой   сигнатуры   обычно   реализуются, используя асимметричную криптографию,  хотя  был  разработан ряд  технологий,  использующих  симметричную   криптографию. Цифровая  сигнатура  генерируется   источником   данных,   и проверяется     приемником.     Используя асимметричную криптографию (с открытым ключом)   можно   сгенерировать сигнатуру, вычислив контрольную сумму для нужных  данных,  а затем зашифровав полученное значение закрытым ключом из пары ключей  при  шифровании  с  открытыми  ключами  отправителя. Получатель  проверяет  сигнатуру,   расшифровывая   значение сигнатуры,  используя   открытый   ключ   из   пары   ключей отправителя,  а  затем  сравнивая  результат  со   значением контрольной суммы, вычисленным на приемном конце.

При  использовании  шифрования  с   открытыми   ключами генерация  и  проверка  цифровой   сигнатуры   подразумевает использование   криптографических   ключей,   связанных    с отправителем, но не с получателем. Поэтому,  отправителю  не нужно знать, кто будет позднее  верифицировать его сигнатуру, что   делает   этот   механизм    особенно    удобным    для широковещательных приложений . Если используется  корректная форма  контрольной суммы(например, с помощью  кэширования), то этот механизм может  обеспечить средство контроля  участников взаимодействия.  Он  может   также   обеспечить   реализацию средства  аутентификации  и  целостности,  в  которых  нужно проверять тождество сущности с помощью  специальных  данных, не известных заранее.

Помимо перечисленных методов  существует ещё много других, не рассматриваемых в данном курсовом проекте.

3. Начальные условия выбора системы криптографии

Для выбора системы криптографии необходимо будет определиться с масштабами сети и ограничивающими факторами. Использование определённых методов криптографии требует помимо высоких производительных мощностей дополнительной аппаратной базы. Так что за начальное условие примем факт, что сеть представляет из себя клиент-сервер архитектуру на базе топологии звезда с 8-и входовыми концентраторами и пропускной способностью канала 100 Мегабит в секунду. В качестве проводного носителя будет использоваться витая пара категории CAT-5. Для устранения возможности считывания информации из кабеля со стороны, а также исключением влияния помех, будет использоваться экранированная STP витая пара. Это, несомненно, увеличит стоимость сети, зато обеспечит необходимую устойчивость к воздействию внешних факторов на среду передачи данных. Все машины сети расположены в пределах одного этажа и потребностей в повторителях (репитерах) не возникает.

Для выполнения работы по криптографической  защите данных будет использоваться программный комплекс, установленный  на всех ПК сети, функционирующий в  реальном масштабе времени и позволяющий  лишь незначительно снижать производительность сети засчёт небольшого избыточного  кода функционирующего резидентно. Ключи  на «отпирание» закрытой информации находятся на каждом ПК и доступ к ним есть только у пользователей, допущенных до работы на этих ПК.

Протоколы взаимодействия в  сети допускают выход всей этой сети в Интернет, однако выход осуществляется исключительно через модем, установленном  на сервере и используется в масштабах  сети исключительно для передачи e-mail.

Для удовлетворения всем этим требованиям в качестве системы  криптографии был выбран программный  комплекс WinCrypt, подходящий в использовании как для Windows 9х так и для более поздних версий, в том числе и Windows 2000.

Схема 1. Общая организация  использования программного и аппаратного обеспечения в сети.

Для достижения наиболее высокопроизводительной работы в сети и обеспечения сохранения прав и паролей в сети используется операционная система Windows 2000.

В выполнении своих функциональных задач WinCrypt использует ряд функций, которые будут описаны ниже. Каждая из них даёт возможность провести определённую обработку данных для последующей их передачи в канал связи. WinCrypt был разработан в МО ПНИЭИ на базе типовых ПЭВМ для различных масштабов использования.

WinCrypt обеспечивает:

• Шифрование и проверку целостности с использованием имитовставки данных, передаваемых между узлами сети;
• Одностороннюю аутентификацию узлов защищенной сети на основе имитовставки;
• Управление ключевой системой защищенной сети из одного или нескольких центров управления.

WinCrypt  позволяет защищать не только данные, передаваемые непосредственно по протоколу IP, но и данные, передаваемые по протоколу IPX/SPX, с предварительной инкапсуляцией их в протокол IP в соответствии с рекомендациями RFC-1234.

Любой абонент защищенной сети, подсоединенный к криптографическому комплексу WinCrypt, может обмениваться данными с любым другим абонентом сети, причем шифрование передаваемых данных для абонентов является прозрачным. Кроме того, применение WinCrypt позволяет скрыть трафик между абонентами защищенных локальных сетей. Это определяется тем, что обмен данными в сети происходит между WinCrypt, имеющими собственные сетевые адреса, а адреса абонентов передаются по каналам связи только в зашифрованном виде.

Управление ключами, используемыми  в системе, выполняется из WinCrypt. При управлении ключевой системой производятся:

• формирование и распространение по сети справочников соответствия, определяющих, какие именно абоненты ЛВС имеют доступ в виртуальную приватную сеть;
• периодическая (плановая) смена ключей шифрования, используемых в системе;
• оповещение (WinCrypt) о компрометации ключей;
• сбор и хранение информации о всех нештатных событиях в сети, которые возникают при аутентификации узлов, передаче зашифрованной информации, ограничении доступа абонентов ЛВС.

В комплексе WinCrypt используется симметричная ключевая система с использованием парных ключей шифрования.

WinCrypt - высокопроизводительный (100 - 600 Мбит/сек) программно комплекс шифрования трафика IP для линий связи Ethernet, Frame Relay, X.25 и асинхронным линиям (возможно ATM). Так же реализован ряд дополнительных возможностей:

• защиту протокола SNMP;
• управление и конфигурация комплекса по протоколу SNMP из продукта HP OpenView;
• поддержка защищённых протоколов динамической маршрутизации;
• повышенная отказоустойчивость;
• предоставление ЦУКС услуг защищённого DNS (система наименования доменов).

Существует ещё множество  других программных продуктов, позволяющих  реализовать криптографическую  защиту данных, однако программный  комплекс WinCrypt обладает широким спектром функций, и поэтому основной задачей остаётся только выбрать те, которые наиболее полно будут удовлетворять требованиям пользователя или (как в рассматриваемом случае) требованиям «золотой середины» – минимальные потери производительных мощностей при максимально высоком уровне защиты информации.

1. Обоснование отказа от аппаратной составляющей

Жёсткой необходимости отказа от аппаратного обеспечения криптографической  защиты нет, однако необходимости её использовать нет по следующим причинам:

1. Размеры сети не столь обширны, так что огромных вычислений, направленных на обработку функций криптографической защиты не будет, а следовательно, нет необходимости устанавливать дорогостоящие комплексы, требующие помимо всего остального ещё и дополнительные затраты на их обслуживание и выводящее из строя засекреченную работу всей сети при поломке.
2. Производительные мощности сети позволяют использовать программное обеспечение, направленное на криптографическую защиту информации без существенных потерь производительных мощностей.
3. Введение нового устройства в сеть негативно повлияет на её работоспособность, что выразится в понижении её быстродействия, росту коллизий и увеличение занимаемой площади, что в некоторых условиях недопустимо.
4. И, пожалуй,  самым последним аргументом будет выступать тот, что такого рода комплексы разрабатывались для применения на производстве или, по крайней мере, в корпоративных сетях, но никак не в локальных сетях.

2. Обоснование выбора и настройка системы

Для ответа на вопрос, какую  же настройку предпочесть, следует  учесть некоторые данные, приведённые в таблице 1. Согласно выбору ряда критериев динамически изменяется и сама структура ядра комплекса, позволяя определить параметры сети.

Таблица 1 – Соотношение  методов, защищенности и избыточности

Эти два параметра каждого  из методов не позволяют составить  полной картины о методе, однако на данном этапе дают возможность  сформировать мнение о том, какими возможностями  обладает тот или иной метод. Следует  иметь в виду, что эти методы разрабатывались в разное время  и поэтому некоторые хуже, некоторые  лучше. Однако есть ещё ряд параметров, позволяющих использовать эти методы в различных ситуациях, однако я сознательно выделил те параметры, которые рассматриваются для данных условий рассматриваемой сети.

Другие характеристики методов  в поставленных условиях нас интересовать не будут.

Теперь основной задачей  остаётся выбор метода, на который  следует настроить комплекс. Наиболее оптимальным сочетанием качества обладают шифрование и обмен аутентификацией. Порядок работы шифрования рассматривался ранее, а вот обмен аутентификацией  будет рассмотрен ниже: