Основные понятия и методы защиты данных

Интерес к вопросам защиты информации в последнее время вырос, что связывают с возрастанием роли информационных ре­сурсов в конкурентной борьбе, расширением использования се­тей, а следовательно, и возможностью несанкционированного до­ступа к хранимой и передаваемой информации. Развитие средств, методов и форм автоматизации процессов хранения и обработки информации и массовое применение персональных компьютеров делают информацию гораздо более уязвимой. Информация, цир­кулирующая в них, может быть незаконно изменена, похищена или уничтожена. Основными факторами, способствующими по­вышению ее уязвимости, являются следующие:

· увеличение объемов информации, накапливаемой, хранимой и обрабатываемой с помощью компьютеров и других средств автоматизации;

· сосредоточение в единых базах данных информации различного назначения и принадлежности;

· расширение круга пользователей, имеющих непосредственный доступ к ресурсам вычислительной системы и информацион­ной базы;

· усложнение режимов работы технических средств вычисли­ тельных систем: широкое внедрение мультипрограммного режима, а также режима разделения времени;

· автоматизация межмашинного обмена информацией, в том числе на больших расстояниях.

Поэтому основной проблемой, которую должны решить про­ектировщики при создании системы защиты данных в ИБ, явля­ется проблема обеспечения безопасности хранимых данных, пре­дусматривающая разработку системы мер обеспечения безопас­ности, направленных на предотвращение несанкционированного получения информации, физического уничтожения или модифи­кации защищаемой информации. Вопросы разработки способов и методов защиты данных в информационной базе являются толь­ко частью проблемы проектирования системы защиты в ЭИС и в настоящее время получили большую актуальность. Этим вопро­сам посвящено много работ, но наиболее полно и системно они изложены в работах [2,12,38,41,59,68].

Чтобы разработать систему защиты, необходимо, прежде все­го определить, что такое «угроза безопасности информации», вы­явить возможные каналы утечки информации и пути несанкцио­нированного доступа к защищаемым данным. В литературе пред­ложены различные определения угрозы в зависимости от ее специфики, среды проявления, результата ее воздействия, при­носимого ею ущерба и т. д. Так, в работе [2 ] под, угрозой понима­ется целенаправленное действие, которое повышает уязвимость накапливаемой, хранимой и обрабатываемой в системе информа­ции и приводит к ее случайному или предумышленному измене­нию или уничтожению.

В работе [12 ] предлагается под «угрозой безопасности ин­формации» понимать «действие или событие, которое может при­вести к разрушению, искажению или несанкционированному ис­пользованию информационных ресурсов, включая хранимую, передаваемую и обрабатываемую информацию, а также про­граммные и обрабатываемые средства».

Случайные угрозы включают в себя ошибки, пропуски и т. д., а также события, не зависящие от человека, например природ­ные бедствия. Бедствия бывают природными или вызванными деятельностью. Меры защиты от них в основном организацион­ные. К ошибкам аппаратных и программных средств относятся повреждения компьютеров и периферийных устройств (дисков, лент и т. д.), ошибки в прикладных программах и др.

К ошибкам по невниманию, довольно часто возникающим во время технологического цикла обработки, передачи или хране­ния данных, относятся ошибки оператора или программиста, вмешательство во время выполнения тестовых программ, повреж­дение носителей информации и др.

Преднамеренные угрозы могут реализовать как внутренние для системы участники процесса обработки данных (персонал организации, сервисное звено и т. д.), так и люди, внешние по отношению к системе, так называемые «хакеры».

Авторы на примере практической деятельности коммерчес­ких банков перечисляют основные виды угроз безопасности храни­мой информации, к которым они относят:

• копирование и кражу программного обеспечения;
• несанкционированный ввод данных;
• изменение или уничтожение данных на магнитных носителях;
• саботаж;
• кражу информации;
• раскрытие конфиденциальной информации, используя несан­кционированный доступ к базам данных, прослушивание ка­налов и т.п.;
• компрометацию информации посредством внесения несанк­ционированных изменений в базы данных, в результате чего ее потребитель вынужден либо отказаться от нее, либо пред­принимать дополнительные усилия для выявления изменений и восстановления истинных сведений;
• несанкционированное использование информационных ресур­сов, которое может нанести определенный ущерб, и этот ущерб может варьироваться от сокращения поступления фи­нансовых средств до полного выхода ЭИС из строя;
• ошибочное использование информационных ресурсов, кото­рое может привести к их разрушению, раскрытию или комп­рометации, что является следствием ошибок, имеющихся в программном обеспечении ЭИС;
• несанкционированный обмен информацией между абонента­ми, который может привести к получению одним из них све­дений, доступ к которым ему запрещен, что по своим послед­ствиям равносильно раскрытию содержания хранимой инфор­мации;
• отказ в обслуживании, представляющий собой угрозу, источ­ником которой может являться ЭИС, особенно опасен в ситу­ациях, когда задержка с предоставлением информацион­ных ресурсов, необходимых для принятия решения, может
  стать причиной нерациональных действий руководителей предприятия.

Под несанкционированным доступом понимается нарушение установленных правил разграничения доступа, последовавшее в результате случайных или преднамеренных действий пользова­телей или других субъектов системы разграничения, являющейся составной частью системы защиты информации. Субъекты, со­вершившие несанкционированный доступ к информации, назы­ваются нарушителями. Нарушителем может быть любой человек из следующих категорий: штатные пользователи ЭИС; сотруд­ники-программисты, сопровождающие системное, общее и прикладное программное обеспечение системы; обслуживающий пер­сонал (инженеры); другие сотрудники, имеющие санкционирован­ный доступ к ЭИС.

С точки зрения защиты информации несанкционированный доступ может иметь следующие последствия: утечка обрабаты­ваемой конфиденциальной информации, а также ее искажение или разрушение в результате умышленного разрушения работоспо­собности ЭИС.

Под каналом несанкционированного доступа к информации понимается последовательность действий лиц и выполняемых ими технологических процедур, которые либо выполняются несанк­ционированно, либо обрабатываются неправильно в результате ошибок персонала или сбоя оборудования, приводящих к несан­кционированному доступу. Действия нарушителя можно разде­лить на четыре основные категории.

1. Прерывание - прекращение нормальной обработки инфор­мации, например, вследствие разрушения вычислительных средств. Отметим, что прерывание может иметь серьезные послед­ствия даже в том случае, когда сама информация никаким воз­действиям не подвергается.

2. Кража, или раскрытие, - чтение или копирование инфор­мации с целью получения данных, которые могут быть исполь­зованы либо злоумышленником, либо третьей стороной.

3. Видоизменение информации.

4. Разрушение - необратимое изменение информации, напри­мер стирание данных с диска.

К основным способам несанкционированного получения информации, сформулированным по данным зарубежной печа­ти, относят:

· применение подслушивающих устройств (закладок);

· дистанционное фотографирование;

· перехват электронных излучений;

· принудительное электромагнитное облучение (подсветка) ли­ний связи с целью осуществления паразитной модуляции не­сущей;

· мистификация (маскировка под запросы системы);

· перехват акустических излучений и восстановление текста принтера;

· хищение носителей информации и производственных отходов;

· считывание данных из массивов других пользователей;

· чтение остаточной информации из памяти системы после вы­полнения санкционированных запросов;

· копирование носителей информации с преодолением мер за­щиты;

· маскировка под зарегистрированного пользователя;

· использование программных ловушек;

· незаконное подключение к аппаратуре и линиям связи;

· вывод из строя механизмов защиты.

Для обеспечения защиты хранимых данных используется не­сколько методов и механизмов их реализации. В литературе вы­деляют следующие способы защиты:

· физические (препятствие);

· законодательные;

· управление доступом;

· криптографическое закрытие.

Физические способы защиты основаны на создании физичес­ких препятствий для злоумышленника, преграждающих ему путь к защищаемой информации (строгая система пропуска на терри­торию и в помещения с аппаратурой или с носителями информа­ции). Эти способы дают защиту только от «внешних» злоумыш­ленников и не защищают информацию от тех лиц, которые обла­дают правом входа в помещение.

Законодательные средства защиты составляют законодатель­ные акты, которые регламентируют правила использования и обработки информации ограниченного доступа и устанавлива­ют меры ответственности за нарушение этих правил.

Управление доступом представляет способ защиты информа­ции путем регулирования доступа ко всем ресурсам системы (тех­ническим, программным, элементам баз данных). В автоматизи­рованных системах для информационного обеспечения должны быть регламентированы порядок работы пользователей и персо­нала, право доступа к отдельным файлам в базах данных и т. д. Управление доступом предусматривает следующие функции защиты:

· идентификацию пользователей, персонала и ресурсов системы (присвоение каждому объекту персонального идентификато­ра: имени, кода, пароля и т.п.);

· аутентификацию - опознание (установление подлинности) объекта или субъекта по предъявляемому им идентифика­тору;

· авторизацию - проверку полномочий (проверку соответствия дня недели, времени суток, запрашиваемых ресурсов и про­цедур установленному регламенту);

· разрешение и создание условий работы в пределах установлен­ного регламента;

· регистрацию (протоколирование) обращений к защищаемым ресурсам;

· реагирование (сигнализация, отключение, задержка работ, отказ в запросе) при попытках несанкционированных дей­ствий.

Самым распространенным методом установления подлинно­сти является метод паролей. Пароль представляет собой строку символов, которую пользователь должен ввести в систему каким-либо способом (напечатать, набрать на клавиатуре и т. п.)- Если введенный пароль соответствует хранящемуся в памяти, то пользователь получает доступ ко всей информации, защищенной этим паролем. Пароль можно использовать и независимо от пользователя для защиты файлов, записей, полей данных внутри записей и т.д. Используют различные виды паролей.

1. Простой пароль. Пользователь вводит такой пароль с клавиатуры после запроса, а компьютерная программа (или специальная микросхема) кодирует его и сравнивает с хранящимся в памяти эталоном. Преимущество простого пароля в том, что его не нужно записывать, а недостаток - в относительной легкости снятия защиты. Простой пароль рекомендуется использовать для защиты данных небольшого значения и стоимости.

2. Пароль однократного использования. Пользователю выдается список из N паролей, которые хранятся в памяти ком­пьютера в зашифрованном виде. После использования пароль стирается из памяти и вычеркивается из списка, так что перехват пароля теряет смысл. Такой пароль обеспечивает более высо­кую степень безопасности, но более сложен. Имеет он и другие недостатки. Во-первых, необходимо где-то хранить список паролей, так как запомнить его практически невозможно, а в случае ошибки в процессе передачи пользователь оказывается в затруднительном положении: он не знает, следует ли ему снова
передать тот же самый пароль или послать следующий. Во- вторых, возникают чисто организационные трудности: список может занимать много места в памяти, его необходимо постоян­но изменять и т. д.

3. Пароль па основе выборки символов. Пользователь выводит из пароля отдельные символы, позиции которых задаются с помощью преобразования случайных чисел или генератора псевдослучайных чисел. Очевидно, пароль следует менять доста­точно часто, поскольку постороннее лицо может в конце концов составить пароль из отдельных символов.

4. Метод «запрос-ответ». Пользователь должен дать правиль­ные ответы на набор вопросов, хранящихся в памяти компьютера и управляемых операционной системой. Иногда пользователю задается много вопросов, и он может сам выбрать те из них, на
которые он хочет ответить. Достоинство этого метода состоит в том, что пользователь может выбрать вопросы, а это дает весьма высокую степень безопасности в процессе включения в работу.

5. Пароль на основе алгоритма. Пароль определяется на осно­ве алгоритма, который хранится в памяти компьютера и извес­тен пользователю. Система выводит на экран случайное число, а пользователь, с одной стороны, и компьютер - с другой, на его
основе вычисляют по известному алгоритму пароль. Такой тип пароля обеспечивает более высокую степень безопасности, чем многие другие типы, но более сложен и требует дополнительных

6. затрат времени пользователя.

7. Пароль на основе персонального физического ключа. В памяти компьютера хранится таблица паролей, где они записаны как в зашифрованном, так и в открытом виде. Лицам, допущенным к работе в системе, выдается специальная магнитная карточка, на которую занесена информация, управляющая процессом шифревания. Пользователь должен вставить карточку в считывающее устройство и ввести свой пароль в открытом виде. Введенный пароль кодируется с использованием информации, записанной на карточке, и ищется соответствующая точка входа в таблицу паролей. Если закодированный пароль соответствует хранящемуся эталону, подлинность пользователя считается установленной. Для такого типа пароля существует угроза того, что на основе анализа
пары «шифрованный пароль - открытый пароль» злоумышленник сможет определить алгоритм кодирования. Поэтому рекомендуется применять стойкие схемы шифрования.

Парольная защита широко применяется в системах защита информации и характеризуется простотой и дешевизной реализации, малыми затратами машинного времени, не требует больших объемов памяти. Однако парольная защита часто не дает достаточного эффекта по следующим причинам.

1. Обычно задают слишком длинные пароли. Будучи не в состоянии запомнить пароль, пользователь записывает его на клочке бумаги, в записной книжке и т. п., что сразу делает пароль уязвимым.

2. Пользователи склонны к выбору тривиальных паролей, которые можно подобрать после небольшого числа попыток.

3. Процесс ввода пароля в систему поддается наблюдению даже в том случае, когда вводимые символы не отображаются на экране.

4. Таблица паролей, которая входит обычно в состав програм­ много обеспечения операционной системы, может быть изменена, что нередко и происходит. Поэтому таблица паролей должна быть закодирована, а ключ алгоритма декодирования должен нахо­диться только у лица, отвечающего за безопасность информации.

5. В систему может быть внесен «троянский конь», перехва­тывающий вводимые пароли и записывающий их в отдельный файл, поэтому при работе с новыми программными продуктами необходима большая осторожность.

При работе с паролями рекомендуется применение следующих правил и мер предосторожности:

· не печатать пароли и не выводить их на экран;

· часто менять пароли - чем дольше используется один и тот же пароль, тем больше вероятность его раскрытия;

· каждый пользователь должен хранить свой пароль и не позволять посторонним узнать его;

· всегда зашифровывать пароли и обеспечивать их защиту недорогими и эффективными средствами;

· правильно выбирать длину пароля (чем она больше, тем более высокую степень безопасности будет обеспечивать система), так как труднее будет отгадать пароль.

Основным методом защиты информации от несанкциониро­ванного доступа является метод обеспечения разграничения функ­циональных полномочий и доступа к информации, направленный на предотвращение не только возможности потенциального на­рушителя «читать» хранящуюся в ПЭВМ информацию, но и воз­можности нарушителя модифицировать ее штатными и нештат­ными средствами.

Требования по защите информации от несанкционированно­го доступа направлены на достижение (в определенном сочета­нии) трех основных свойств защищаемой информации:

• конфиденциальность (засекреченная информация должна быть доступна только тому, кому она предназначена);

• целостность (информация, на основе которой принимаются важные решения, должна быть достоверной и точной и долж­на быть защищена от возможных непреднамеренных и зло­умышленных искажений);

• готовность (информация и соответствующие информацион­ные службы должны быть доступны, готовы к обслуживанию всегда, когда в этом возникает необходимость).

Вторым методом, дополняющим основной, является разра­ботка процедуры контроля доступа к данным, которая призвана для решения двух задач:

• сделать невозможным обход системы разграничения доступа действиями, находящимися в рамках выбранной модели;

• гарантировать идентификацию пользователя, осуществляю­щего доступ к данным.

Одним из основных методов увеличения безопасности ЭИС яв­ляется регистрация пользователей и всех их действий, для чего не­обходимо разработать «Систему регистрации и учета», ответствен­ную за ведение регистрационного журнала, которая позволяет про­следить за тем, что происходило в прошлом, и соответственно перекрыть каналы утечки информации. В «Регистрационном жур­нале» фиксируются все осуществленные и неосуществленные по­пытки доступа к данным или программам и ведется список всех контролируемых запросов, осуществляемых пользователями сис­темы.

Одним из потенциальных каналов несанкционированного доступа к информации является несанкционированное изменение прикладных и специальных программ нарушителем с целью по­лучения конфиденциальной информации. Эти нарушения могут преследовать цель - изменение правил разграничения доступа или обхода их (при внедрении в прикладные программы системы за­щиты) либо организацию незаметного канала получения конфи­денциальной информации непосредственно из прикладных про­грамм (при внедрении в прикладные программы). Например, в работе [68] приводятся следующие виды вредительских программ.

1. Лазейки (trapdoors). Лазейка представляет собой точку вхо­да в программу, благодаря чему открывается непосредственный доступ к некоторым системным функциям. Лазейки обычно встав­ляют во время проектирования системы. Системные программисты организуют их при отладке программы, но по завершении ее разработки их надо устранить. Обнаружить лазейки можно пу­тем анализа работы программ.

2. Логические бомбы (logic bombs). Логическая бомба – это компьютерная программа, которая приводит к повреждению файлов или компьютеров. Повреждение варьируется от искаже­ния данных до полного стирания всех файлов и/или поврежде­ния компьютера. Логическую бомбу, как правило, вставляют во время разработки программы, а срабатывает она при выполне­нии некоторого условия (время, дата, кодовое слово).

3. Троянские кони (trojan horses). «Троянский конь» - это про­грамма, которая приводит к неожиданным (и обычно нежелатель­ным) последствиям в системе. Особенностью троянского коня является то, что пользователь обращается к этой программе, счи­тая ее полезной. «Троянские кони» способны раскрыть, изменить или уничтожить данные или файлы. Их встраивают в програм­мы широкого пользования, например в программы обслужива­ния сети, электронной почты и др. Антивирусные средства не обнаруживают эти программы, но системы управления доступом в больших компьютерах обладают механизмами идентификации
и ограничения их действия. В «Оранжевой книге» Национально­го центра защиты компьютеров США ведется постоянно обнов­ляемый список известных программ этого рода.

4. Червяки (worms). Червяк - это программа, которая распро­страняется в системах и сетях по линиям связи. Такие программы подобны вирусам в том отношении, что они заражают другие программы, а отличаются от них тем, что они не способны само­воспроизводиться. В отличие от троянского коня червяк входит в систему без ведома пользователя и копирует себя на рабочих станциях сети.

5. Бактерии (bacteria). Этот термин вошел в употребление недавно и обозначает программу, которая делает копии самой себя и становится паразитом, перегружая память и процессор.

6. Вирусы (viruses). Определения вируса весьма разнообраз­ны, как и сами вирусы. Утвердилось определение доктора Фредерика Коуэна (Frederick Cohen): «Компьютерный вирус – это программа, которая способна заражать другие программы, мо­дифицируя их так, чтобы они включали в себя копию вируса (или его разновидность)». Объектами вируса являются: операционная система, системные файлы, секторы начальной загрузки дисков, командный файл, таблица размещения файлов (FAT), файлы типа СОМ или EXE, файл CONFIG.SYS. В зависимости от области распространения и воздействия вирусы делятся на разрушитель­ные и неразрушительные, резидентные и нерезидентные, заража­ющие сектор начальной загрузки, системные файлы, прикладные программы и др.

К числу методов противодействия этому относится метод контроля целостности базового программного обеспечения специ­альными программами. Однако этот метод недостаточен, по­скольку предполагает, что программы контроля целостности не могут быть подвергнуты модификации нарушителем.

Надежность защиты может быть обеспечена правильным под­бором основных механизмов защиты, некоторые из них рассмот­рим ниже.

Механизм регламентации, основанный на использовании ме­тода защиты информации, создает такие условия автоматизиро­ванной обработки, хранения и передачи защищаемой информа­ции, при которых возможности несанкционированного доступа к ней сводились бы к минимуму.

Механизм аутентификации. Различают одностороннюю и взаимную аутентификацию. В первом случае один из взаимодей­ствующих объектов проверяет подлинность другого, тогда как во втором случае проверка является взаимной.

Криптографические методы защиты информации. Эти мето­ды защиты широко применяются за рубежом как при обработке, так и при хранении информации, в том числе на дискетах. Для реализации мер безопасности используются различные способы шифрования (криптографии), суть которых заключается в том, что данные, отправляемые на хранение, или сообщения, готовые для передачи, зашифровываются и тем самым преобразуются в шифрограмму или закрытый текст. Санкционированный пользо­ватель получает данные или сообщение, дешифрует их или рас­крывает посредством обратного преобразования криптограммы, в результате чего получается исходный открытый текст. Методу преобразования в криптографической системе соответствует ис­пользование специального алгоритма. Действие такого алгорит­ма запускается уникальным числом (или битовой последователь­ностью), обычно называемым шифрующим ключом.

В современной криптографии существуют два типа крипто­графических алгоритмов:

1) классические алгоритмы, основанные на использовании закрытых, секретных ключей (симметричные);

2) алгоритмы с открытым ключом, в которых используются один открытый и один закрытый ключ (асимметричные). В на­стоящее время находят широкое практическое применение в сред­ствах защиты электронной информации алгоритмы с секретным ключом.

Рассмотрим кратко особенности их построения и применения.

1. Симметричное шифрование, применяемое в классической криптографии, предполагает использование одной секретной единицы - ключа, который позволяет отправителю зашифровать сообщение, а получателю расшифровать его. В случае шифрова­ния данных, хранимых на магнитных или иных носителях инфор­мации, ключ позволяет зашифровать информацию при записи на носитель и расшифровать при чтении с него. Секретные ключи представляют собой основу криптографических преобразований, для которых, следуя правилу Керкхофа, стойкость хорошей шиф­ровальной системы определяется лишь секретностью ключа.

Все многообразие существующих криптографических мето­дов специалисты сводят к следующим классам преобразований.

Moнo- и многоалфавитные подстановки - наиболее простой вид преобразований, заключающийся в замене символов исход­ного текста на другие (того же алфавита) по более или менее слож­ному правилу. Для обеспечения высокой криптостойкости тре­буется использование больших ключей.

Перестановки - несложный метод криптографического пре­образования, используемый, как правило, в сочетании с другими методами.

Гаммирование - метод, который заключается в наложении на открытые данные некоторой псевдослучайной последовательно­сти, генерируемой на основе ключа.

Блочные шифры - представляют собой последовательность (с возможным повторением и чередованием) основных методов преобразования, применяемую к блоку (части) шифруемого тек­ста. Блочные шифры на практике встречаются чаще, чем чистые преобразования того или иного класса в силу их более высокой криптостойкости. Российский и американский стандарты шиф­рования основаны именно на этом классе шифров.

Самым простым способом шифрования является способ, ко­торый заключается в генерации гаммы шифра с помощью гене­ратора псевдослучайных чисел при определенном ключе и нало­жении полученной гаммы на открытые данные обратимым способом. Под гаммой шифра понимается псевдослучайная двоич­ная последовательность, вырабатываемая по заданному алгорит­му, для шифрования открытых данных и расшифровывания за­шифрованных данных.

Для генерации гаммы применяют программы для ЭВМ, ко­торые называются генераторами случайных чисел. При этом тре­буется, чтобы, даже зная закон формирования, но не зная ключа в виде начальных условий, никто не смог бы отличить числовой ряд от случайного.

В работе [47] формулируются три основных требования к крип­тографически стойкому генератору псевдослучайной последова­тельности или гамме.

1. Период гаммы должен быть достаточно большим для шиф­рования сообщений различной длины.

2. Гамма должна быть трудно предсказуемой. Это значит, что если известны тип генератора и кусок гаммы, то невозможно пред­сказать следующий за этим куском бит гаммы с вероятностью выше х. Если криптоаналитику станет известна какая-то часть гаммы, он все же не сможет определить биты, предшествующие ей или следующие за ней.

3. Генерирование гаммы не должно быть связано с больши­ми техническими и организационными трудностями.

Таким образом, стойкость шифрования с помощью генера­тора псевдослучайных чисел зависит как от характеристик гене­ратора, так и - причем в большей степени - от алгоритма получе­ния гаммы.

Процесс расшифровывания данных сводится к повторной ге­нерации гаммы шифра при известном ключе и наложению такой гаммы на зашифрованные данные. Этот метод криптографичес­кой защиты реализуется достаточно легко и обеспечивает доволь­но высокую скорость шифрования, однако недостаточно стоек к дешифрованию и поэтому неприменим для серьезных информа­ционных систем.

Сегодня реализовано довольно много различных алгоритмов криптографической защиты информации. Среди них можно на­звать алгоритмы DES, Rainbow (США); FEAL-4 и FEAL-8 (Япо­ния); B-Crypt (Великобритания); алгоритм шифрования по ГОСТ 28147-89 (Россия) и ряд других, реализованных зарубежными и отечественными поставщиками программных и аппаратных средств защиты. Рассмотрим алгоритмы, наиболее широко при­меняемые.в зарубежной и отечественной практике.

Алгоритм, изложенный в стандарте DES (Data Encryption Standard), принят в качестве федерального стандарта в 1977 г., наиболее распространен и широко применяется для шифрования данных в США. Этот алгоритм был разработан фирмой IBM для собственных целей. Однако после проверки Агентством Нацио­нальной Безопасности (АНБ) США он был рекомендован к при­менению в качестве федерального стандарта шифрования. Этот стандарт используется многими негосударственными финансо­выми институтами, в том числе банками и службами обращения денег. Алгоритм DES не является закрытым и был опубликован для широкого ознакомления, что позволяет пользователям сво­бодно применять его для своих целей.

При шифровании применяется 64-разрядный ключ. Для шиф­рования используются только 56 разрядов ключа, а остальные восемь разрядов являются контрольными. Алгоритм DES доста­точно надежен. Он обладает большой гибкостью при реализации различных приложений обработки данных, так как каждый блок данных шифруется независимо от других. Это позволяет расшиф­ровывать отдельные блоки зашифрованных сообщений или струк­туры данных, а следовательно, открывает возможность незави­симой передачи блоков данных или произвольного доступа к за­шифрованным данным. Алгоритм может реализовываться как программным, так и аппаратным способом. Существенный не­достаток этого алгоритма - малая длина ключа.

В настоящее время близится к завершению разработка ново­го американского стандарта шифрования AES (aes.nist.gov). На­циональный институт стандартов и технологий США (NIST) объявил о соответствующем конкурсе, предъявив следующие ус­ловия: длина ключа должна составлять 128,192 или 256 бит, дли­на блоков данных - 128 бит. Кроме того, новый алгоритм дол­жен работать быстрее DES.

Алгоритм шифрования, определяемый российским стандартом ГОСТ 28.147-89 «Системы обработки информации. Защита крип­тографическая. Алгоритм криптографического преобразования», является единым алгоритмом криптографической защиты данных для крупных информационных систем, локальных вычислитель­ных сетей и автономных компьютеров. Этот алгоритм может реа­лизовываться как аппаратным, так и программным способом, удовлетворяет всем криптографическим требованиям, сложив­шимся в мировой практике, и, как следствие, позволяет осуществ­лять криптографическую защиту любой информации независимо от степени ее секретности.

В алгоритме ГОСТ 28.147-89 в отличие от алгоритма DES используется 256-разрядный ключ, представляемый в виде вось­ми 32-разрядных чисел. Расшифровываются данные с помощью того же ключа, посредством которого они были зашифрованы. Алгоритм ГОСТ 28.147-89 полностью удовлетворяет всем тре­бованиям криптографии и обладает теми же достоинствами, что и другие алгоритмы (например, DES), но лишен их недостатков. Он позволяет обнаруживать как случайные, так и умышленные модификации зашифрованной информации. Крупный недоста­ток этого алгоритма - большая сложность его программной реа­лизации и низкая скорость работы.

Из алгоритмов шифрования, разработанных в последнее вре­мя, большой интерес представляет алгоритм RC6 фирмы RSA Data Security. Этот алгоритм обладает следующими свойствами:

• адаптивностью для аппаратных средств и программного обес­печения, что означает использование в нем только примитив­ных вычислительных операций, обычно присутствующих на типичных микропроцессорах;

• быстротой, т.е. в базисных вычислительных операциях опе­раторы работают на полных словах данных;

• адаптивностью на процессоры различных длин слова. Число w бит в слове - параметр алгоритма;

• наличием параметра, отвечающего за «степень перемешива­ния», т.е. число раундов (итераций до 255). Пользователь мо­жет явно выбирать между более высоким быстродействием и более высоким перемешиванием;

• низким требованием к памяти, что позволяет реализовывать алгоритм на устройствах с ограниченной памятью;

• использованием циклических сдвигов, зависимых от данных, с переменным числом;

• простотой и легкостью выполнения.

Алгоритм RC6 работает на четырех модулях vv-бит слов и использует только четыре примитивных операции (и их инвер­сии), длина ключа до 2040 бит (255 байт). Алгоритм открыт для публикаций и полностью документирован, т.е. процедуры шиф­рования и расшифровывания «прозрачны» для пользователя.

2. Алгоритмы с обратным ключом. Асимметричные алгорит­мы шифрования. Эти алгоритмы, называемые также системами с открытым ключом, являются перспективными системами крип­тографической защиты. Их суть состоит в том, что ключ, исполь­зуемый для шифрования, отличен от ключа расшифровывания.

При этом ключ шифрования не секретен и может быть известен всем пользователям системы. Однако расшифровывание с помо­щью известного ключа шифрования невозможно. Для расшиф­ровывания используется специальный секретный ключ. При этом знание открытого ключа не позволяет определить ключ секрет­ный. Таким образом, расшифровать сообщение может только его получатель, владеющий этим секретным ключом.

Суть криптографических систем с открытым ключом сводит­ся к тому, что в них используются так называемые необратимые функции (иногда их называют односторонними или однонаправ­ленными), которые характеризуются следующим свойством: для данного исходного значения с помощью некоторой известной функции довольно легко вычислить результат, но рассчитать по этому результату исходное значение чрезвычайно сложно.

Известно несколько криптосистем с открытым ключом, на­пример схема Т. Эль-Гамаля (Т. El Gamal), в которой использу­ется идея криптосистемы, предложенная У. Диффи (W. Diffie) и М. Э. Хеллманом (М. Е. Hellman), криптосистема RSA и др.

Наиболее разработана система RSA, предложенная в 1978 г. Алгоритм RSA назван по первым буквам фамилий его авторов: Р. Л. Райвеста (R.L. Rivest), А. Шамира (A. Shamir) и Л. Адлемана (L. Adleman). RSA - это система коллективного пользования, в которой каждый из пользователей имеет свои ключи шифрова­ния и расшифровывания данных, причем секретен только ключ расшифровывания.

Специалисты считают, что системы с открытым ключом боль­ше подходят для шифрования передаваемых данных, чем для за­щиты данных, хранимых на носителях информации. Существует еще одна область применения этого алгоритма - цифровые под­писи, подтверждающие подлинность передаваемых документов и сообщений.

Асимметричные криптосистемы считаются перспективными, так как в них не используется передача ключей другим пользова­телям, и они легко реализуются как аппаратным, так и програм­мным способом.

Однако системы типа RSA имеют свои недостатки. Они ра­ботают значительно медленнее, чем классические, и требуют дли­ны ключа порядка 300 - 600 бит. Поэтому все их достоинства могут быть сведены на нет низкой скоростью их работы. Кроме того, для ряда функций уже найдены алгоритмы инвертирова­ния, т.е. доказано, что они не являются необратимыми. Для функций, используемых в системе RSA, такие алгоритмы не найде­ны, но нет и строгого доказательства необратимости используе­мых функций.

Проектируемая надежная криптографическая система долж­на удовлетворять таким требованиям:

• процедуры шифрования и расшифровывания должны быть «прозрачны» для пользователя;

• дешифрование закрытой информации должно быть макси­мально затруднено;

• содержание передаваемой информации не должно сказывать­ся на эффективности криптографического алгоритма;

• надежность криптозащиты не должна зависеть от содержания в секрете самого алгоритма шифрования (примерами этого являются как алгоритм DES, так и алгоритм ГОСТ 28.147 - 89).
Стойкость любой системы закрытой связи определяется сте­пенью секретности используемого в ней ключа. Криптографичес­кие системы также помогают решить проблему аутентификации
(установления подлинности) принятой информации, поскольку подслушивающее лицо, пассивным образом перехватывающее сообщение, будет иметь дело только с зашифрованным текстом.

Механизм обеспечения целостности данных применяется как к отдельному блоку, так и к потоку данных. Целостность блока является необходимым, но недостаточным условием целостнос­ти потока. Целостность блока обеспечивается выполнением вза­имосвязанных процедур шифрования и дешифрования отправи­телем и получателем. Отправитель дополняет передаваемый блок криптографической суммой, а получатель сравнивает ее с крип­тографическим значением, соответствующим принятому блоку. Несовпадение свидетельствует об искажении информации в бло­ке. Однако описанный механизм не позволяет вскрыть подмену блока в целом. Поэтому необходим контроль целостности пото­ка, который реализуется посредством шифрования с использова­нием ключей, изменяемых в зависимости от предшествующих блоков.

Защита от несанкционированного копирования ценной компью­терной информации является самостоятельным видом защиты имущественных прав, ориентированных на проблему защиты интеллектуальной собственности, воплощенной в виде ценных баз данных. Данная защита обычно осуществляется с помощью спе­циальных программных средств, подвергающих защищаемые программы и базы данных предварительной обработке (вставка

парольной защиты, проверки по обращению к устройствам хра­нения ключа и ключевым дискетам и т.д.), которые приводят исполняемый код защищаемой базы данных в состояние, препят­ствующее его выполнению на чужих машинах.

Для повышения защищенности применяются дополнительные аппаратные блоки (ключи), подключаемые к разъему принтера или системной шине ПЭВМ.

Необходимо иметь в виду, что подлежащие защите сведения могут быть получены «противником» не только за счет осуще­ствления проникновения к ЭВМ, которое с достаточной степенью надежности может быть предотвращено (например, все данные хранятся в зашифрованном виде), но и за счет побочных элект­ромагнитных излучений и наводок на цепи питания и заземления ЭВМ, а также на каналы связи.

Все без исключения электронные устройства, блоки и узлы ЭВМ в той или иной мере имеют излучение, причем подобные побочные сигналы могут быть достаточно мощными и могут рас­пространяться на расстояние от нескольких метров до нескольких километров. При этом наибольшую опасность представляет по­лучение «противником» информации о ключах. Восстановив ключ, можно предпринять ряд успешных действий по овладению зашифрованными данными, которые, как правило, охраняются менее тщательно, чем соответствующая открытая информация.

С этой точки зрения выгодно отличаются аппаратные и про­граммно-аппаратные средства защиты от несанкционирован­ного доступа, для которых побочные сигналы о ключевой инфор­мации существенно ниже, чем для чисто программных реали­заций.

Дата добавления: 2014-01-05