Материал: Информационная безопасность и защита информации. учебное пособие. Паринов А.В., Федорков Е.Д

1. адекватная защита рабочих станций от запуска сторонних программ: а) отключение сменных носителей информации (гибких дисков); б) специальные драйвера, блокирующие запуск исполнимых файлов без ведома оператора либо администратора; в) мониторы, уведомляющие о любых изменениях системных настроек и списка автоматически запускаемых программ.

2. очень мощная, но неудобная мера – система единовременных паролей (при каждой регистрации в системе клиентам с очень высоким уровнем ответственности самой системой генерируется новый пароль).

Сканирование современными антивирусными программами также может помочь в обнаружении "троянских" программ, но только тех из них, которые получили широкое распространение по стране. А следовательно, программы, написанные злоумышленниками специально для атаки на Вашу систему, будут пропущены антивирусными программами без каких-либо сигналов.

Следующий метод получения паролей относится только к сетевому программному обеспечению. Проблема заключается в том, что во многих программах не учитывается возможность перехвата любой информации, идущей по сети – так называемого сетевого трафика. Первоначально с внедрением локальных компьютерных сетей так оно и было. Сеть располагалась в пределах 2-3 кабинетов либо здания с ограниченным физическим доступом к кабелям. Однако стремительное развитие глобальных сетей затребовало на общий рынок те же версии программного обеспечения без какого-либо промедления для усиления безопасности. Теперь мы пожинаем плоды этой тенденции. Более половины протоколов сети Интернет передают пароли в нешифрованном виде – открытым текстом. К ним относятся протоколы передачи электронной почты SMTP и POP3, протокол передачи файлов FTP, одна из схем авторизации на WWW-серверах.

Современное аппаратное и программное обеспечение позволяет получать всю информацию, проходящую по сегменту сети, к которому подключен конкретный компьютер, и анализировать ее в реальном масштабе времени. Возможны несколько вариантов прослушивания трафика: 1) это может сделать служащий компании со своего рабочего компьютера, 2) злоумышленник, подключившийся к сегменту с помощью портативной ЭВМ или более мобильного устройства. Наконец, трафик, идущий от Вас к Вашему партнеру или в другой офис по сети Интернет, технически может прослушиваться со стороны Вашего непосредственного провайдера, со стороны любой организации, предоставляющей транспортные услуги для сети Интернет (переписка внутри страны в среднем идет через 3-4 компании, за пределы страны – через 5-8). Кроме того, если в должной мере будет реализовываться план СОРМ (система оперативно-розыскных мероприятий в компьютерных сетях), то возможно прослушивание и со стороны силовых ведомств страны.

Для комплексной защиты от подобной возможности кражи паролей необходимо выполнять следующие меры:

1. Физический доступ к сетевым кабелям должен соответствовать уровню доступа к информации.

2. При определении топологии сети следует при любых возможностях избегать широковещательных топологий. Оптимальной единицей сегментирования является группа операторов с равными правами доступа либо, если эта группа составляет более 10 человек, комната или отдел внутри группы. Ни в коем случае на одном кабеле не должны находиться операторы с разными уровнями доступа, если только весь передаваемый трафик не шифруется, а идентификация не производится по скрытой схеме без открытой передачи пароля.

3. Ко всем информационным потокам, выходящим за пределы фирмы, должны применяться те же правила, что и только что описанные выше для объединения разноуровневых терминалов.

Для бизнес-класса и частной переписки данная проблема решается гораздо проще и дешевле – с помощью криптографии. Любой объем информации от байта до гигабайта, будучи зашифрован с помощью более или менее стойкой криптосистемы, недоступен для прочтения без знания ключа. И уже совершенно не важно, хранится он на жестком диске, на дискете или компакт-диске, не важно под управлением какой операционной системы. Против самых новейших технологий и миллионных расходов здесь стоит математика, и этот барьер до сих пор невозможно преодолеть. Вот почему силовые ведомства практически всех стран, будучи не в состоянии противостоять законам математики, применяют административные меры против так называемой стойкой криптографии. Вот почему ее использование частными и юридическими лицами без лицензии Федерального агенства правительственной связи и информации при Президенте РФ, входящего в структуру одного из силовых ведомств государства, запрещено и у нас в России.

2. Криптография

2.1. Классификация криптоалгоритмов

Сама криптография не является высшей ступенью классификации смежных с ней дисциплин. Наоборот, криптография совместно с криптоанализом (целью которого является противостояние методам криптографии) составляют комплексную науку – криптологию.

Необходимо отметить, что в русскоязычных текстах по данному предмету встречаются различные употребления основных терминов, таких как "криптография", "тайнопись" и некоторых других. Более того, и по классификации криптоалгоритмов можно встретить различные мнения. В связи с этим автор не претендует на то, что его вариант использования подобных терминов является единственно верным.

В отношении криптоалгоритмов существует несколько схем классификации, каждая из которых основана на группе характерных признаков. Таким образом, один и тот же алгоритм "проходит" сразу по нескольким схемам, оказываясь в каждой из них в какой-либо из подгрупп.

Основной схемой классификации всех криптоалгоритмов является следующая:

1. Тайнопись. Отправитель и получатель производят над сообщением преобразования, известные только им двоим. Сторонним лицам неизвестен сам алгоритм шифрования. Некоторые специалисты считают, что тайнопись не является криптографией вообще, и автор находит это совершенно справедливым.

2. Криптография с ключом. Алгоритм воздействия на передаваемые данные известен всем сторонним лицам, но он зависит от некоторого параметра – "ключа", которым обладают только отправитель и получатель:

а) Симметричные криптоалгоритмы.Для зашифровки и расшифровки сообщения используется один и тот же блок информации (ключ).

б) Асимметричные криптоалгоритмы. Алгоритм таков, что для зашифровки сообщения используется один ("открытый") ключ, известный всем желающим, а для расшифровки – другой ("закрытый"), существующий только у получателя.

Весь дальнейший материал будет посвящен криптографии с ключом, так как большинство специалистов именно по отношению к этим криптоалгоритмам используют термин криптография, что вполне оправдано. Так, например, любой криптоалгоритм с ключом можно превратить в тайнопись, просто "зашив" в исходном коде программы некоторый фиксированный ключ. Обратное же преобразование практически невозможно.

В зависимости от характера воздействий, производимых над данными, алгоритмы подразделяются на:

1. Перестановочные. Блоки информации (байты, биты, более крупные единицы) не изменяются сами по себе, но изменяется их порядок следования, что делает информацию недоступной стороннему наблюдателю.

2. Подстановочные. Сами блоки информации изменяются по законам криптоалгоритма. Подавляющее большинство современных алгоритмов принадлежит этой группе.

Заметьте: любые криптографические преобразования не увеличивают объем информации, а лишь изменяют ее представление. Поэтому, если программа шифрования значительно (более, чем на длину заголовка) увеличивает объем выходного файла, то в ее основе лежит неоптимальный, а возможно и вообще некорректный криптоалгоритм. Уменьшение объема закодированного файла возможно только при наличии встроенного алгоритма архивации в криптосистеме и при условии сжимаемости информации (так, например, архивы, музыкальные файлы формата MP3, видеоизображения формата JPEG сжиматься более чем на 2-4% не будут).

В зависимости от размера блока информации криптоалгоритмы делятся на:

1. Потоковые шифры. Единицей кодирования является один бит. Результат кодирования не зависит от прошедшего ранее входного потока. Схема применяется в системах передачи потоков информации, то есть в тех случаях, когда передача информации начинается и заканчивается в произвольные моменты времени и может случайно прерываться. Наиболее распространенными предствателями поточных шифров являются скремблеры.

2.Блочные шифры Единицей кодирования является блок из нескольких байтов (в настоящее время 4-32). Результат кодирования зависит от всех исходных байтов этого блока. Схема применяется при пакетной передаче информации и кодировании файлов.

2.2. Симметричные криптоалгоритмы

2.2.1 Скремблеры

В последнее время сфера применения скремблирующих алгоритмов значительно сократилась. Это объясняется в первую очередь снижением объемов побитной последовательной передачи информации, для защиты которой были разработаны данные алгоритмы. Практически повсеместно в современных системах применяются сети с коммутацией пакетов, для поддержания конфиденциальности которой используются блочные шифры. А их криптостойкость превосходит, и порой довольно значительно, криптостойкость скремблеров.

Суть скремблирования заключается в побитном изменении проходящего через систему потока данных. Практически единственной операцией, используемой в скремблерах, является XOR – "побитное исключающее ИЛИ". Параллельно прохождению информационного потока в скремблере по определенному правилу генерируется поток бит – кодирующий поток. Как прямое, так и обратное шифрование осуществляется наложением по XOR кодирующей последовательности на исходную.

Генерация кодирующей последовательности бит производится циклически из небольшого начального объема информации – ключа по следующему алгоритму. Из текущего набора бит выбираются значения определенных разрядов и складываются по XOR между собой. Все разряды сдвигаются на 1 бит, а только что полученное значение ("0" или "1") помещается в освободившийся самый младший разряд. Значение, находившееся в самом старшем разряде до сдвига, добавляется в кодирующую последовательность, становясь очередным ее битом (см. рис. 2.1).

Рис. 2.1

Из теории передачи данных криптография заимствовала для записи подобных схем двоичную систему записи. По ней изображенный на рисунке скремблер записывается комбинацией "10011₂" – единицы соответствуют разрядам, с которых снимаются биты для формирования обратной связи.

Рассмотрим пример кодирования информационной последовательности 010111₂ скремблером 101₂ с начальным ключом 110₂.

скремблер код.бит инф.бит рез-т

1 1 0 _

\ \ \_

1 1 1 _ \_

\ \ \_ 0 XOR 0 = 0

0 1 1 _ \_

\ \ \_ 1 XOR 1 = 0

1 0 1 \_

\ \ 1 XOR 0 = 1

и т.д.

Как видим, устройство скремблера предельно просто. Его реализация возможна как на электронной, так и на электрической базе, что и обеспечило его широкое применение в полевых условиях. Более того, тот факт, что каждый бит выходной последовательности зависит только от одного входного бита, еще более упрочил положение скремблеров в защите потоковой передачи данных. Это связано с неизбежно возникающими в канале передачи помехами, которые могут исказить в этом случае только те биты, на которые они приходятся, а не связанную с ними группу байт, как это имеет место в блочных шифрах. Декодирование заскремблированных последовательностей происходит по той же самой схеме, что и кодирование. Именно для этого в алгоритмах применяется результирующее кодирование по "исключающему ИЛИ" – схема, однозначно восстановимая при раскодировании без каких-либо дополнительных вычислительных затрат. Произведем декодирование полученного фрагмента.

Как Вы можете догадаться, главная проблема шифров на основе скремблеров - синхронизация передающего (кодирующего) и принимающего (декодирующего) устройств. При пропуске или ошибочном вставлении хотя бы одного бита вся передаваемая информация необратимо теряется. Поэтому в системах шифрования на основе скремблеров очень большое внимание уделяется методам синхронизации. На практике для этих целей обычно применяется комбинация двух методов: а) добавление в поток информации синхронизирующих битов, заранее известных приемной стороне, что позволяет ей при ненахождении такого бита активно начать поиск синхронизации с отправителем б) использование высокоточных генераторов временных импульсов, что позволяет в моменты потери синхронизации производить декодирование принимаемых битов информации "по памяти" без синхронизации. Число бит, охваченных обратной связью, то есть разрядность устройства памяти для порождающих кодирующую последовательность бит, называется разрядностью скремблера. Изображенный выше скремблер имеет разрядность 5. В отношении параметров криптостойкости данная величина полностью идентична длине ключа блочных шифров, который будет проанализирован далее. На данном же этапе важно отметить, что чем больше разрядность скремблера, тем выше криптостойкость системы, основанной на его использовании.