Анализ технологий защиты электронной почты

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение            6

1 Способы защиты потока  данных        9

2 Защита на уровне приложений        10

2.1 Система PGP          10

2.2 Система  S/MIME         14

2.3 Формирование  объекта envelopedData (упакованные данные)  17

2.4 Формирование  объекта  signedData (подписанные данные)  18

2.5 Открытое  подписанное сообщение      18

2.6 Криптографические  алгоритмы       20

3 Протоколы SSL и TLS         22

3.1 Архитектура  SSL         22

3.2 Стек протоколов  SSL        22

3.3 Протокол  записи SSL        22

3.4 Протокол  изменения параметров шифрования    24

3.5 Протокол  извещения        25

3.6 Протокол  квитирования        25

3.7 Создание  главного секретного ключа      30

3.8 Генерирование  криптографических параметров    31

3.9 TLS и его  отличие от SSL        32

4 Защита на уровне IP            34

4.1 Архитектура  защиты на уровне IP      34

4.2 Транспортный  режим        35

4.3 Туннельный  режим         36

4.4 Заголовок  аутентификации (AH)      37

4.5 Использование  AH в транспортном и туннельном  режиме  38

4.6 Протокол  ESP         39

4.7 Шифрование  и алгоритмы аутентификации     40

4.9 Туннельный  режим ESP        41

4.10 Комбинация  защищённых связей      42

Список используемой литературы        45

Заключение           47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Большинство проблем, с которыми сталкиваются пользователи электронной  почты (спам, вирусы, разнообразные  атаки на конфиденциальность писем  и т. д.), связано с недостаточной  защитой современных почтовых систем.

С этими проблемами приходится иметь дело и пользователям общедоступных  публичных систем, и организациям. Практика показывает, что одномоментное  решение проблемы защиты электронной почты невозможно. Уровень защиты электронной почты, вполне удовлетворительный вчера, сегодня может оказаться недостаточным. Для того чтобы защита электронной почты была на максимально возможном уровне, а достижение этого уровня не требовало чрезмерных усилий и затрат, необходим систематический и комплексный, с учетом всех угроз, подход к решению данной проблемы.

Предпосылки некоторых проблем, связанных непосредственно с  конфиденциальностью почтовых сообщений, закладывались при возникновении электронной почты три десятилетия назад. Во многом они не разрешены до сих пор. Ни один из стандартных почтовых протоколов (SMTP, POP3, IMAP4) не включает механизмов защиты, которые гарантировали бы конфиденциальность переписки. Отсутствие надежной защиты протоколов позволяет создавать письма с фальшивыми адресами. Электронные письма легко изменить. Обычно в работе электронной почты нет гарантий доставки письма.

При выборе необходимых средств  защиты электронной почты, обеспечивающих её конфиденциальность, целостность, необходимо для системного администратора или пользователя ответить на вопрос: какие наиболее типичные средства может использовать злоумышленник для атак систем электронной почты?

Приведём краткий пример данных средств и методов:

Первый способ. Использование снифферов. Сниффер - представляют собой программы, перехватывающие все сетевые пакеты, передающиеся через определенный узел. Снифферы используются в сетях на вполне законном основании для диагностики неисправностей и анализа потока передаваемых данных. Ввиду того, что некоторые сетевые приложения, в частности почтовые, передают данные в текстовом формате, с помощью сниффера можно узнать текст письма, имена пользователей и пароли.

Второй способ. IP-спуфинг (spoofing) - возможен, когда злоумышленник, находящийся внутри организации или вне ее выдает себя за санкционированного пользователя. Атаки IP-спуфинга часто являются отправной точкой для других атак. Обычно IP-спуфинг ограничивается вставкой ложной информации или вредоносных команд в обычный поток передаваемых по сети данных.

Третий способ – получение пароля на почту. Атаки для получения паролей можно проводить с помощью целого ряда методов, и хотя входное имя и пароль можно получить при помощи IP-спуфинга и перехвата пакетов, их часто пытаются подобрать путем простого перебора с помощью специальной программы.

Четвертый способ нарушения конфиденциальности - Man-in-the-Middle («человек в середине») - состоит в перехвате всех пакетов, передаваемых по маршруту от провайдера в любую другую часть сети. Подобные атаки с использованием снифферов пакетов, транспортных протоколов и протоколов маршрутизации проводятся с целью перехвата информации, получения доступа к частным сетевым ресурсам, искажения передаваемых данных.

Пятый способ. Атаки на уровне приложений используют хорошо известные слабости серверного программного обеспечения (sendmail, HTTP, FTP).

 

Для защиты сетевой инфраструктуры необходимо использовать:

1. Прежде всего сильные средства аутентификации, например, технология двухфакторной аутентификации.
2. Эффективное построение и администрирование сети. Речь идет о построении коммутируемой инфраструктуры, мерах контроля доступа и фильтрации исходящего трафика, закрытии «дыр» в программном обеспечении с помощью модулей «заплаток» и регулярном его обновлении, установке антивирусных программ и многом ином.
3. Криптография, которая не предотвращает перехвата информации и не распознает работу программ для этой цели, но делает эту работу бесполезной. Криптография также помогает от IP-спуфинга, если используется при аутентификации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ПОТОКА ДАННЫХ

 

 

Существует несколько  подходов к обеспечению защиты данных в Web. Все они похожи с точки  зрения предоставляемых возможностей и в некоторой степени с  точки зрения используемых механизмов защиты, но различаются по областям применения и размещению соответствующих средств защиты в стеке протоколов TCP/IP.

Один из методов защиты данных в Web состоит в использовании  протокола защиты IP (IPSec) Преимущество использования IPSec заключается в  том, что этот протокол прозрачен  для конечного пользователя и  приложений и обеспечивает универсальное решение. Кроме того, протокол IPSec включает средства фильтрации, позволяющие использовать его только для той части потока данных, для которой это действительно необходимо.

Другим решением является размещение средств обеспечения  безопасности сразу над протоколом TCP. Примером современной реализации такого подхода являются стандарт SSL (Secure Socket Layer — протокол защищенных сокетов) и его более новая версия — стандарт TLS (Transport Layer Security — протокол защиты транспортного уровня) безопасной передачи данных в Internet. На этом уровне для практической реализации данного подхода имеется две возможности. Самым общим решением является внедрение средств SSL (или TLS) в набор соответствующих протоколов, что обеспечивает прозрачность средств защиты для приложений. В то же время средства SSL можно встраивать и в прикладные программы. На пример, броузеры Netscape и Microsoft Internet Explorer, а также большинство Web-серверов имеют встроенную поддержку SSL.

Различные средства защиты могут встраиваться и в приложения. Преимущество данного подхода состоит в том, что соответствующие средства защиты могут быть настроены оптимальным образом в зависимости от требований конкретного приложения. В контексте безопасности Web важным примером реализации такого подхода является протокол SET (Secure Electronic Transaction — протокол защиты электронных транзакций).

 

2 ЗАЩИТА НА УРОВНЕ ПРИЛОЖЕНИЙ

 

 

2.1 Система PGP

Сервис PGP, если не рассматривать управление ключами, складывается из пяти функций: аутентификация, конфиденциальности, сжатия, совместимости на уровне электронной почты и сегментации, схемы которых показаны ниже. Краткий обзор функций представлен в таблице.

Таблица 1 – Характеристика функций PGP

Функция	Используемые алгоритмы	Описание
Цифровая подпись	DSS/SHA или RSA/SHA	С помощью SHA–1 создаётся хэш-код сообщения. Полученный таким образом профиль сообщения шифруется с помощью DSS или RSA с использованием личного ключа отправителя и включается в сообщение.
Шифрование сообщения	CAST либо IDEA, либо «тройной» DES c тремя ключами и алгоритмом Диффи-Хеллмана или RSA.	Сообщение шифруется с помощью  CAST-128 или IDEA, или 3DES с одноразовым сеансовым ключом, генерируемым отправителем. Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма Диффи-Хеллмана или RSA c использованием открытого ключа получателя и включается в сообщение.
Сжатие	ZIP	Можно сжать для хранения в zip.
Совместимость на уровне электронной почты	Преобразование в формат radix-64	Чтобы обеспечить прозрачность для всех приложений электронной почты, шифрованное  сообщение можно превратить в  строку ASCII, используя преобразование в формат radix-64.

Продолжение таблицы 1

Сегментация		Чтобы удовлетворить ограничениям максимального размера сообщений, PGP выполняет сегментацию и обратную сборку сообщения.

 

 

Рисунок 1 – Аутентификация

Обозначения:

Ка – сеансовый ключ, используемый в схеме традиционного  шифрования,

KRа – личный ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом,

KUа – открытый ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом,

EP – шифрование в схеме с открытым ключом,

DP – дешифрование в схеме с открытым ключом,

EC – шифрование в схеме традиционного шифрования,

DC – дешифрование в схеме традиционного шифрования,

H – функция хэширования,

|| – конкатенация,

Z – сжатие  с помощью алгоритма zip,

R64 – преобразование в формат radix-64 ASCII.

Шаги:

1. Отправитель создает сообщение.
2. Используется алгоритм SHA-1, в результате чего получается 160-битовый хэш-вектор сообщения
3. Полученный хэш-вектор шифруется с помощью алгоритма RSA c использованием личного ключа отправителя, и результат добавляется в начало сообщения.
4. Получатель использует RSA с открытым ключом отправителя, чтобы дешифровать и восстановить хэш-код.
5. Получатель генерирует новый хэш-код полученного сообщения и сравнивает его с дешифрованным хэш-кодом. Если хэш-коды совпадают, сообщение считается подлинным.

 

Рисунок 2 – Шифрование сообщения

Шаги:

1. Отправитель генерирует сообщение и случайное 128-битовое число, которое выступает в качестве сеансового ключа только для этого сообщения.
2. Сообщение шифруется с помощью алгоритма CAST-128 (или IDEA, или 3DES) и данного сеансового ключа.
3. Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма RSA и открытого ключа получателя и присоединятся к началу сообщения.
4. Получатель использует RSA c личным ключом, чтобы дешифровать и тем самым восстановить сеансовый ключ.
5. Сеансовый ключ применяется для дешифрования сообщения.

 

Рисунок 3 – Подпись сообщения с помощью личного ключа и его шифровки с помощью сеансового ключа

Отправитель сообщения:

1. Для сообщения генерируется подпись (хэш-вектор, зашифрованный личным ключом отправителя объединяется с открытым текстом сообщения).
2. Подпись и открытый текст сообщения сжимаются zip-ом
3. Сжатый открытый текст сообщения и подпись шифруются с помощью алгоритма CAST -128 (или IDEA, или 3DES), а сеансовый ключ шифруется с помощью RSA (или алгоритма Эль-Гамаля) при этом используется открытый ключ получателя.

Получатель сообщения

1. Cеансовый ключ дешифруется с помощью личного ключа получателя.
2. С помощью полученного сеансового ключа дешифрует сообщение
3. Распаковка сообщения
4. Открытым ключом отправителя дешифрует хэш-вектор и генерирует новый хэш-вектор.
5. Сравнивает их. Если совпадают à сообщение не было изменено.

 

Так как получатель сообщения  имеет возможность получать зашифрованные  и подписанные сообщения от многих участников переписки, следовательно  он должен иметь несколько пар  личный/открытый ключей. Для того, чтобы  получателю определить какой личный ключ (алгоритма RSA) надо использовать для расшифровки сеансового ключа (алгоритма CAST-128) он получает идентификатор открытого ключа (вместо самого ключа пересылается его идентификатор, так как сам открытый ключ для RSA может иметь длину в сотни десятичных разрядов). Идентификатор, связываемый с каждым открытым ключом, размещается в младших 64 разрядах ключа.

Идентификатор ключа требуется  и для цифровой подписи PGP. Из-за того что отправитель может воспользоваться одним из нескольких личных ключей для шифрования профиля сообщения, получатель должен знать, какой открытый ключ ему следует использовать. Поэтому раздел цифровой подписи сообщения включает 64-битовый идентификатор соответствующего открытого ключа. При получении сообщения получатель проверяет, что идентификатор соответствует известному ему открытому ключу отправителя, а затем продолжает проверку подписи.

Компонент сообщения и  необязательный компонент подписи  могут быть сжаты с помощью ZIP и могут быть зашифрованы с использованием сеансового ключа.

Компонент сеансового ключа  включает сеансовый ключ и идентификатор  открытого ключа получателя, который использовался отправителем для шифрования данного сеансового ключа.

Весь блок обычно переводиться в формат radix-64. Перевод в формат radix-64 используется для совместимости на уровне электронной почты. Сервис аутентификации предполагает, что мы шифруем только профиль сообщения (цифровая подпись), сервис конфиденциальности предполагает, что мы шифруем само сообщение (сеансовым ключом) и подпись (при наличии последней), таким образом часть или весь выходной блок сообщения представляет собой поток произвольных 8-битовых байтов. Однако многие системы электронной почты позволяют использовать только блоки, состоящие из символов текста ASCII. Чтобы удовлетворить такому ограничению, PGP обеспечивает сервис конвертирования сырого 8-битового двоичного потока в поток печатаемых символов ASCII. Для этого используется схема конвертирования radix-64.