Методы шифрования информации

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 
В современном компьютерном сообществе атаки на информацию стали обыденной практикой. Злоумышленники используют как ошибки в написании и администрировании программ, так и методы социальной психологии для получения желаемой информации.  
Криптография – наука о способах двунаправленного преобразования информации с целью конфиденциальной передачи ее по незащищенному каналу между двумя станциями, разделенными в пространстве и/или времени. Криптография, используя достижения в первую очередь математики, позволяет модифицировать данные таким образом, что никакие самые современные ЭВМ за разумный период времени не могут восстановить исходный текст, известный только отправителю и получателю.

Последнее время сообщения  об атаках на информацию, о хакерах  и компьютерных взломах наполнили все средства массовой информации. Дать определение этому действию на самом деле очень сложно, поскольку информация, особенно в электронном виде, представлена сотнями различных видов. Информацией можно считать и отдельный файл, и базу данных, и одну запись в ней, и целиком программный комплекс. И все эти объекты могут подвергнуться и подвергаются атакам со стороны некоторой социальной группы лиц.

При хранении, поддержании  и предоставлении доступа к любому информационному объекту его  владелец, либо уполномоченное им лицо, накладывает явно либо самоочевидно набор правил по работе с ней. Умышленное их нарушение классифицируется как атака на информацию.

С массовым внедрением компьютеров  во все сферы деятельности человека объем информации, хранимой в электронном виде вырос в тысячи раз. И теперь скопировать за полминуты и унести дискету с файлом, содержащим план выпуска продукции, намного проще, чем копировать или переписывать кипу бумаг. А с появлением компьютерных сетей даже отсутствие физического доступа к компьютеру перестало быть гарантией сохранности информации.

Каковы возможные последствия  атак на информацию? В первую очередь, конечно, многих будут интересовать экономические потери:

• Раскрытие коммерческой информации может привести к серьезным прямым убыткам на рынке;
• Известие о краже большого объема информации обычно серьезно влияет на репутацию фирмы, приводя косвенно к потерям в объемах торговых операций;
• Фирмы-конкуренты могут воспользоваться кражей информации, если та осталась незамеченной, для того чтобы полностью разорить фирму, навязывая ей фиктивные либо заведомо убыточные сделки;
• Подмена информации как на этапе передачи, так и на этапе хранения в фирме может привести к огромным убыткам;
• Многократные успешные атаки на фирму, предоставляющую какой-либо вид информационных услуг, снижают доверие к фирме у клиентов, что сказывается на объеме доходов;
• Естественно, компьютерные атаки могут принести и огромный моральный ущерб.

Криптография - наука  о защите информации от прочтения  ее посторонними. Защита достигается шифрованием, т.е. преобразованием, которые делают защищенные входные данные труднораскрываемыми по входным данным без знания специальной ключевой информации - ключа. Под ключом понимается легко изменяемая часть криптосистемы, хранящаяся в тайне и определяющая, какое шифрующие преобразование из возможных выполняется в данном случае. Криптосистема - семейство выбираемых с помощью ключа обратимых преобразований, которые преобразуют защищаемый открытый текст в шифрограмму и обратно.

Желательно, чтобы методы шифрования обладали минимум двумя свойствами:

- законный получатель  сможет выполнить обратное преобразование  и расшифровать сообщение;

- криптоаналитик противника, перехвативший сообщение, не сможет  восстановить по нему исходное  сообщение без таких затрат времени и средств, которые сделают эту работу нецелесообразной.

Цель данной работы: исследование методов и алгоритмов криптографической  защиты информации.

Для достижения данной цели в работе рассмотрены:

1. основы  криптографии, в которую включены классификация криптографии, основные задачи криптографии и др. вопросы;
2. основные понятия криптографии (конфиденциальность, целостность, аутентификация, цифровая подпись);
3. криптографические средства защиты (криптосистемы, принципы работы криптосистемы, распространение ключей, алгоритмы шифрования и т.д.).

 

1. ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ  И МОДЕЛИ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

1.1. Категории информационной  безопасности

 

Информация с точки  зрения информационной безопасности обладает следующими категориями:

конфиденциальность – гарантия того, что конкретная информация доступна только тому кругу лиц, для кого она предназначена; нарушение этой категории называется хищением либо раскрытием информации

целостность – гарантия того, что информация сейчас существует в ее исходном виде, то есть при ее хранении или передаче не было произведено несанкционированных изменений; нарушение этой категории называется фальсификацией сообщения

аутентичность – гарантия того, что источником информации является именно то лицо, которое заявлено как ее автор; нарушение этой категории также называется фальсификацией, но уже автора сообщения

апеллируемость – довольно сложная категория, но часто применяемая в электронной коммерции – гарантия того, что при необходимости можно будет доказать, что автором сообщения является именно заявленный человек, и не может являться никто другой; отличие этой категории от предыдущей в том, что при подмене автора, кто-то другой пытается заявить, что он автор сообщения, а при нарушении апеллируемости – сам автор пытается "откреститься" от своих слов, подписанных им однажды.

В отношении информационных систем применяются иные категории:

надежность – гарантия того, что система ведет себя в нормальном и внештатном режимах так, как запланировано

точность – гарантия точного и полного выполнения всех команд

контроль доступа – гарантия того, что различные группы лиц имеют различный доступ к информационным объектам, и эти ограничения доступа постоянно выполняются

контролируемость – гарантия того, что в любой момент может быть произведена полноценная проверка любого компонента программного комплекса;

контроль идентификации – гарантия того, что клиент, подключенный в данный момент к системе, является именно тем, за кого себя выдает

устойчивость к умышленным сбоям – гарантия того, что при умышленном внесении ошибок в пределах заранее оговоренных норм система будет вести себя так, как оговорено заранее.

1.2. Абстрактные модели  защиты информации

 

Одной из первых моделей была опубликованная в 1977 модель Биба (Biba). Согласно ей все субъекты и объекты предварительно разделяются по нескольким уровням доступа, а затем на их взаимодействия накладываются следующие ограничения: 1) субъект не может вызывать на исполнение субъекты с более низким уровнем доступа; 2) субъект не может модифицировать объекты с более высоким уровнем доступа. Как видим, эта модель очень напоминает ограничения, введенные в защищенном режиме микропроцессоров Intel 80386+ относительно уровней привилегий.

Модель Гогена-Мезигера (Goguen-Meseguer), представленная ими в 1982 году, основана на теории автоматов. Согласно ей система может при каждом действии переходить из одного разрешенного состояния только в несколько других. Субъекты и объекты в данной модели защиты разбиваются на группы – домены, и переход системы из одного состояния в другое выполняется только в соответствии с так называемой таблицей разрешений, в которой указано какие операции может выполнять субъект, скажем, из домена C над объектом из домена D. В данной модели при переходе системы из одного разрешенного состояния в другое используются транзакции, что обеспечивает общую целостность системы.

Сазерлендская (от англ. Sutherland) модель защиты, опубликованная в 1986 году, делает акцент на взаимодействии субъектов  и потоков информации. Так же как и в предыдущей модели, здесь используется машина состояний со множеством разрешенных комбинаций состояний и некоторым набором начальных позиций. В данной модели исследуется поведение множественных композиций функций перехода из одного состояния в другое.

Важную роль в теории защиты информации играет модель защиты Кларка-Вильсона (Clark-Wilson), опубликованная в 1987 году и  модифицированная в 1989. Основана данная модель на повсеместном использовании  транзакций и тщательном оформлении прав доступа субъектов к объектам. Но в данной модели впервые исследована защищенность третьей стороны в данной проблеме – стороны, поддерживающей всю систему безопасности. Эту роль в информационных системах обычно играет программа-супервизор. Кроме того, в модели Кларка-Вильсона транзакции впервые были построены по методу верификации, то есть идентификация субъекта производилась не только перед выполнением команды от него, но и повторно после выполнения. Это позволило снять проблему подмены автора в момент между его идентификацией и собственно командой. Модель Кларка-Вильсона считается одной из самых совершенных в отношении поддержания целостности информационных систем.

1.3. Обзор наиболее  распространенных методов "взлома"

Злоумышленники исключительно  тщательно изучают системы безопасности перед проникновением в нее. Очень часто они находят очевидные и очень простые методы "взлома" системы, которые создатели просто "проглядели", создавая возможно очень хорошую систему идентификации или шифрования.

Терминалы защищенной информационной системы

Терминалы – это точки  входа пользователя в информационную сеть. В том случае, когда к  ним имеют доступ несколько человек  или вообще любой желающий, при их проектировании и эксплуатации необходимо тщательное соблюдение целого комплекса мер безопасности.

Получение пароля на основе ошибок администратора и пользователей

Дальнейшие действия взломщика, получившего доступ к  терминальной точке входа, могут  развиваться по двум основным направлениям:  
а) попытки выяснения пароля прямо или косвенно;  
б) попытки входа в систему совершенно без знания пароля, основываясь на ошибках в реализации программного или аппаратного обеспечения.

Социальная психология и иные способы получения ключа

Иногда злоумышленники вступают и в прямой контакт с  лицами, обладающими нужной им информацией, разыгрывая довольно убедительные сцены. "Жертва" обмана, поверившая в реальность рассказанной ей по телефону или в электронном письме ситуации, сама сообщает пароль злоумышленнику.

Терминалы защищенной информационной системы

Несмотря на самоочевидность, все-таки наиболее распространенным способом входа в систему при атаках на информацию остается вход через  официальный log-in запрос системы. Вычислительная техника, которая позволяет произвести вход в систему, называется в теории информационной безопасности терминалом. Терминология восходит ко временам суперЭВМ и тонких "терминальных" клиентов. Если система состоит всего из одного персонального компьютера, то он одновременно считается и терминалом и сервером. Доступ к терминалу может быть физическим, в том случае, когда терминал – это ЭВМ с клавиатурой и дисплеем, либо удаленным – чаще всего по телефонной линии (в этом случае терминалом является модем, подключенный либо непосредственно к системе, либо к ее физическому терминалу).

При использовании терминалов с физическим доступом необходимо соблюдать  следующие требования:

Защищенность терминала  должна соответствовать защищенности помещения: терминалы без пароля могут присутствовать только в тех  помещениях, куда имеют доступ лица соответствующего или более высокого уровня доступа. Отсутствие имени регистрации возможно только в том случае, если к терминалу имеет доступ только один человек, либо если на группу лиц, имеющих к нему доступ, распространяются общие меры ответственности. Терминалы, установленные в публичных местах должны всегда запрашивать имя регистрации и пароль.

Системы контроля за доступом в помещение с установленным  терминалом должны работать полноценно и в соответствии с общей схемой доступа к информации.

В случае установки терминала в местах с широким скоплением народа клавиатура, а если необходимо, то и дисплей должны быть оборудованы устройствами, позволяющими видеть их только работающему в данный момент клиенту (непрозрачные стеклянные или пластмассовые ограждения, шторки, "утопленная" модель клавиатуры).

;При использовании  удаленных терминалов необходимо  соблюдать следующие правила:

Любой удаленный терминал должен запрашивать имя регистрации  и пароль. Того, что якобы никто  не знает шестизначного номера вашего служебного модема, отнюдь не достаточно для конфиденциальности вашей системы. Все дело в том, что при наличии программного обеспечения, которое не составит труда найти в сети Интернет, и тонового набора для одного звонка достаточно 4 секунд. Это означает, что за 1 минуту можно перебрать около 15 номеров телефонной станции с тем, чтобы узнать существует ли на этом телефонном номере модем. За час таким образом можно перебрать 1000 номеров, а за рабочий день с повтором в ночное время (это стандартная методика) – всю АТС (10.000 номеров).

Вторым требованием  является своевременное отключение всех модемов, не требующихся в данный момент фирме (например, по вечерам, либо во время обеденного перерыва), либо не контролируемых в данный момент Вашими сотрудниками.

По возможности рекомендуется  использовать схему возвратного  звонка от модема, поскольку она  гарантирует с уровнем надежности АТС то, что удаленный клиент получил  доступ с определенного телефонного  номера.

Из log-in запроса терминала  рекомендуется убрать все непосредственные упоминания имени фирмы, ее логотипы и т.п. – это не позволит компьютерным вандалам, просто перебирающим номера с модемами, узнать log-in экран какой фирмы они обнаружили. Для проверки правильности соединения вместо имени фирмы можно использовать неординарную приветственную фразу, какой-либо афоризм либо просто фиксированную последовательность букв и цифр, которые будут запоминаться у постоянных операторов этого терминала.

Также на входе в систему  рекомендуется выводить на экран  предупреждение о том, что вход в систему без полномочий на это преследуется по закону. Во-первых, это послужит еще одним предостережением начинающим злоумышленникам, а во-вторых, будет надежным аргументом в пользу атакованной фирмы в судебном разбирательстве, если таковое будет производиться.

Безотносительно от физического  или коммутируемого доступа к  терминалу, линия, соединяющая терминал (коммутируемый, либо установленный  в публичном месте) с зоной  ядра информационной системы должна быть защищена от прослушивания, либо же весь обмен информацией должен вестись по конфиденциальной схеме идентификации и надежной схеме аутентификации клиента – этим занимаются криптосистемы.