Дипломная (вкр): Создание защищенного приложения для ведения учета продаж и закупок, ориентированного на малый бизнес

Далее суммируем с результатом предыдущего цикла:

,,,. (4)

После окончания цикла необходимо проверить, есть ли ещё блоки для вычислений. Если да, то переходим к следующему элементу массива и повторяем цикл.

Результат вычислений находится в буфере , это и есть хэш. Если выводить побайтово, начиная с младшего байта  и закончив старшим байтом , то мы получим MD5-хэш.

Для большей безопасности мы будем находить и сравнивать хэши не только паролей, но также и 1 и 3 символов из пароля. Таким образом, на основании одного пароля, будет происходить двойная проверка.

.6 Обеспечение целостности данных

Целостность базы данных -это соответствие имеющейся в базе данных информации её внутренней логике, структуре и всем явно заданным правилам. Каждое правило, налагающее некоторое ограничение на возможное состояние базы данных, называется ограничением целостности. Примеры правил: вес детали должен быть положительным; количество знаков в телефонном номере не должно превышать 25; возраст родителей не может быть меньше возраста их биологического ребёнка и так далее.

Обеспечение целостности данных было заложено ещё в создании модели базы данных при задании типов полей и использовании внешних ключей. Таким образом, пользователь не сможет в качестве наименования поставщика записать число и не сможет, создавая номенклатуру указывать поставщика, которого нет в базе данных.

Реализация приведенного ограничения не гарантирует нам полное соблюдение целостности данных. Например, на предприятии имеется два склада: склад № 1 и склад № 2. Пусть товар поступает на склад№ 1 и оформляется его продажа. Поскольку нет прямого соответствия между складами и товарами (нет таблицы с полями «Склад» и «Номенклатура»), может получиться так, что мы будем продавать товар с подразделения, которое связано со складом № 2, но не имеет отношения к складу №1.

Если не создать дополнительные проверки, то мы будем получать отрицательные остатки по складу № 2, в то время как на складе № 1 будет лежать товар. Данная ситуация некорректна, и мы обязаны включить дополнительные проверки на целостность, но уже реализованные в приложении.

.7 Шифрование содержимого базы данных

Обязательным шагом в защите базы данных является шифрование её содержимого, ведь в случае успешного взлома и отсутствия шифрования злоумышленник получит сразу всю информацию. Если информация зашифрована, то её злонамеренное использование невозможно.

В качестве алгоритма шифрования выбран алгоритмAES. На текущий момент этот алгоритм считается достаточно надежным, имеет приемлемую длину ключа и отсутствие метода простого взлома [14].

AES является стандартом, основанным на алгоритме Rijndael. Для AES длина блока входных данных (input) и длина блока с промежуточным результатом шифрования (State) постоянна и равна 128 бит, а длина шифроключа Kсоставляет 128, 192, или 256 бит. При этом, исходный алгоритм Rijndael допускает длину ключа и размер блока от 128 до 256 бит с шагом в 32 бита. Для обозначения выбранных длин input, Stateи K в32-битных словах используются обозначения:  для input и State,  для K соответствующих длин [15].

В начале шифрования input копируется в массив State по правилу:

,(5)

для  и.

После этого к State применяется процедура AddRoundKey() и затем State проходит через процедуру трансформации (раунд) 10, 12, или 14 раз (в зависимости от длины ключа), при этом надо учесть, что последний раунд несколько отличается от предыдущих. В итоге, после завершения последнего раунда трансформации, State копируется в блок выходных данных (output) по правилу.

Отдельные трансформации SubBytes(), ShiftRows(), MixColumns()иAddRoundKey()обрабатываютState. Массив w содержит keyschedule.

В рассматриваемой версии алгоритма AES-128 ключ шифра состоит из 128 битов, поделенных на 16 байтов:k₀, k₁, k₂, … k₁₅и записывается в столбцы матрицы InputKey. Каждый столбец матрицы InputKey образует слово, то есть фактически ключ шифра - это четыре слова w₀, w₁, w₂, w₃, где w₀= k₀, k₁, k₂, k₃,w₁ = k₄, k₅, k₆,k₇и так далее (рисунок 9).

k0

k4

k8

k12

k1

k5

k9

k13

k2

k6

k10

k14

k3

k7

k11

k15

w0

w1

w2

w3

w4

w5

w6

w7

…

w42

w43

Рисунок10- Формирование ключей раунда

Из этих слов с помощью специального алгоритма (о нем позже) образуется последовательность из 44 слов: w₀, w₁, w₂, …, w₄₃ (каждое слово по 32 бита).

На каждый раунд шифрования подаются по четыре слова этой последовательности. Они и будут играть роль раундового ключа. Схема преобразования данных показана на рисунке10.

Рисунок 11- Схема шифрования и дешифрования AES

Перед первым раундом выполняется операция AddRoundKey (суммирование по модулю 2 с начальным ключом шифра). Преобразования, выполненные в одном раунде, обозначают Round (State, RoundKey) где переменная State является матрицей, описывающей данные на входе раунда и на его выходе после шифрования; переменная RoundKey - матрица, содержащая раундовый ключ.

Раунд состоит из 4 различных преобразований (рисунок 11).

В данные преобразования входят:

) побайтовая подстановка в S-боксе с фиксированной таблицей замен (SubBytes);

) побайтовый сдвиг строк матрицы State на различное количество байт (ShiftRows);

) перемешивание байт в столбцах (MixColumns);

) сложение по модулю 2 с раундовым ключом (AddRoundKey).

Последний раунд несколько отличается от предыдущих тем, что не задействует функцию MixColumns [16,17].

Рисунок 12- Схема раундов шифрования и дешифрования AES

При дешифровании в каждом раунде выполняются обратные операции: InvShiftRows, InvSubBytes, AddRoundKey и InvMixColumns. Порядок выполнения операций при шифровании и дешифровании различен, причины чего будут ясны после детального рассмотрения каждого преобразования.

Поскольку алгоритм используетконечное поле Галуа GF(2⁸), рассмотрим математические основы шифра AES. Для описания алгоритма используется конечное поле Галуа GF(2⁸), построенное как расширение поля GF(2⁸) = {0,1} помодулю неприводимого многочлена. Элементами поляGF(2⁸) являются многочлены вида:

. (7)

Степень многочленов меньше 8,а коэффициенты b₇,b₆,…,b₀Î{0,1}. Операции в поле выполняются по модулю. Всего в поле GF(2⁸) насчитывается 256многочленов.

Представление двоичного числаb₇b₆b₅b₄b₃b₂b₁b₀ в виде многочлена с коэффициентами b₇,b₆,…,b₀позволяет интерпретировать байт как битовый многочлен в конечном поле GF(2⁸):

.(8)

Например, байт 63 задает последовательность битов 01100011 и определяет конкретный элемент поля 01100011 «.

Рассмотрим основные математические операции в поле GF(2⁸):

) сложение байт можно выполнить любым из трех способов:

.1) представить байты битовыми многочленами и сложить их по обычному правилу суммирования многочленов с последующим приведением коэффициентов суммы по модулю 2 (операция XOR над коэффициентами);

.2)суммировать по модулю 2 соответствующие биты в байтах;

.3)сложить байты в шестнадцатеричной системе исчисления;

Например, следующие три записи эквивалентны:

представление в виде многочленов:

; (9)

битовое представление:

; (10)

шестнадцатеричное представление:

{57} Å{83}= {D4}; (11)

) умножение байт выполняется с помощью представления их многочленами и перемножения по обычным алгебраическим правилам. Полученное произведение необходимо привести по модулю многочлена (результат приведения равен остатку от деления произведения на).

Перемножение многочленов в поле можно упростить, введя операцию умножения битового многочленана :

.(12)

Для любого ненулевого битового многочленав полеGF(2⁸) существует многочлен обратный к нему по умножению, то есть

). (13)

Для нахождения обратного элемента используют расширенный алгоритм Эвклида.

.7.1 Многочлены с коэффициентами, принадлежащими полю GF(2⁸)

Многочлены третьей степени с коэффициентами ÎGF(2⁸)из конечного поля имеют вид:

(14)

Таким образом, в этих многочленах в роли коэффициентов при неизвестных задействованы байты вместо бит. Далее такие многочлены будем представлять в форме слова[a₀,a₁, a₂,a₃].

В стандарте AES при умножении многочленов используется приведение по модулю другого многочлена .

Для изучения арифметики рассматриваемых многочленов введем дополнительно многочлен:

,(15)

где ÎGF(2⁸).

Тогда сумма многочленов  иимеет вид:

.(16)

Умножение является более сложной операцией. Пусть, мы перемножаем два многочлена:

,

. (18)

Результатом умножения будет многочлен

,(19)

где ;

;

;

;

;

;

Чтобы результат можно было представить четырехбайтовым словом, необходимо взять результат по модулю многочлена степени не более 4. Авторы шифра выбрали для этой цели многочлен , для которого справедливо

. (20)

Поэтому в произведении коэффициенты при степенях ,  0,1,2, 3 равны сумме произведений по индексам, для которых,

, = 0,1,2,3. Таким образом, после приведения по модулю получим:

, (21)

где;

;

;

Рассмотрим подробнее преобразования раунда шифрования:

) операция SubBytes. Операция выполняет нелинейную замену байтов, выполняемую независимо с каждым байтом матрицы State. Замена обратима и построена путем комбинации двух преобразований над входным байтом (рисунок 12);

) нахождение обратного (инвертированного) элемента относительно умножения в поле GF(2⁸) (считается, что нулевой байт {00} переходит самв себя);

) выполнение некого аффинного преобразования: умножение инвертированного байта на многочлен

 (22)

и суммирование с многочленом

 (23)

в поле F₂.

В матричной форме процедура SubBytes записывается как

, (24)

где через  обозначены входные биты, а через  - выходные.

Если на вход функции попадает нулевой байт, то результатом замены будет число . Процесс замены байтов с помощью таблицы подстановки иллюстрирует рисунок 12. Нелинейность преобразования обусловлена нелинейностью инверсии , а обратимость - обратимостью матрицы.

Рисунок 13-Операция SubBytes

Созданную на основе операцииSubBytes специальную таблицу замен байтов в шестнадцатеричной системе называют S-боксом или таблицей преобразований SubBytes(таблица 13).

Таблица 13 -Таблица преобразований SubBytes

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	A	B	C	D	E	F
0	63	7C	77	7B	F2	6B	6F	C5	30	01	67	2B	FE	D7	AB	76
1	CA	82	C9	7D	FA	59	47	FO	AD	D4	A2	AF	9C	A4	CO
2	B7	FD	93	28	36	3F	F7	CC	34	A5	E5	F1	71	D8	31	15
3	04	C7	23	C3	18	96	05	9A	07	12	80	E2	EB	27	B2	75
4	09	83	2C	1A	1B	6E	5A	AO	52	3B	D6	B3	29	E3	2F	84
5	53	D1	00	ED	20	FC	B1	5B	6A	CB	BE	39	A4	AC	58	CF
6	DO	EF	AA	FB	43	4D	33	85	45	F9	02	F7	50	3C	9F	A8
7	51	A3	40	8F	92	9D	38	F5	BC	B6	DA	21	10	FF	F3	D2
8	CD	0C	13	EC	5F	97	44	17	C4	A7	7E	3D	64	5D	19	73
9	60	81	4F	DC	22	2A	90	88	46	EE	B8	14	DE	5E	0E	DE
A	E0	32	3A	0A	49	06	24	5C	C2	D3	AC	62	91	95	AE	79
B	E7	CB	37	6D	8D	D5	4E	A9	6C	56	F4	EA	65	E7	8B	08
C	BA	78	25	2E	1C	A6	B4	C6	F8	DD	74	IF	4B	BD	1D	8A
D	70	3E	B5	66	48	03	F6	OE	61	35	57	B9	86	C1	2B	9E
E	E1	F8	98	11	69	D9	8E	94	9B	1E	87	E9	CE	55	28	DF
F	8C	A1	89	OD	BF	E6	42	68	41	99	2D	OF	BO	54	BB	16

Например, если _1,1=, то результат замены этого байта следует искать на пересечении строки с индексом  и столбца с индексом . Операция ShiftRows применяется к строкам матрицы State- ее первая строка неподвижна, а элементы нижних трех строк циклически сдвигаются вправо на 1, 2 и 3 байта соответственно (рисунок 14). По сути это перестановка элементов матрицы, в которой участвуют только элементы строк, поэтому преобразование обратимо.

.

Рисунок14- Операция ShiftRows

С помощью операции MixColumns выполняется перемешивание байтов в столбцах матрицы State. Каждый столбец этой матрицы принимается за многочлен над полем GF(2⁸) и умножается на фиксированный многочлен

 (25)

по модулю многочлена (рисунок 15).

Как показано выше, такую операцию можно записать в матричном виде как

 (26)

Рисунок15-ОперацияMixColumns

Функция AddRoundKey(State,RoundKey) побитово складывает элементы переменной RoundKey и элементы переменной State по принципу: i-й столбец данных ( 0,1,2,3) складывается с определенным4-байтовым фрагментом расширенного ключа  , где  - номер поточного раунда алгоритма (рисунок 16).

При шифровании первое сложение ключа раунда происходит до первого выполнения операции SubBytes.

Рисунок 16- Операция AddRoundKey

Рисунок 17 демонстрирует свойства рассеивания и перемешивания информации в ходе шифрование алгоритмом AES. Видно, что два раунда обеспечивают полное рассеивание и перемешивание информации. Достигается это за счет использования функций ShiftRowsи MixColumns. Операция SubBytes придает шифрованию стойкость против дифференциального криптоанализа, а операция AddRoundKey обеспечивает необходимую секретную случайность.

Рисунок 17-Перемешивание информации

Для трех вариантов ключей AES полный перебор требует 2¹²⁷, 2¹⁹¹ или 2²⁵⁵операций соответственно.

Даже наименьшее из этих чисел свидетельствует, что атака с использованием перебора ключей сегодня не имеет практического значения. В соответствии с оценками разработчиков шифр устойчив против таких видов криптоаналитических атак как:

) дифференциальный криптоанализ;

)линейный криптоанализ;

)криптоанализ на основе связанных ключей (слабых ключей в алгоритме нет)

.8 Защита от дизассемблирования

Процесс дизассемблирования представляет собой преобразование программы в её исходный код на языке ассемблера. Обладая исходным кодом, злоумышленник может определить важную функцию и использовать её, например, авторизацию в приложение.

Простейшей защитой от дизассемблирования является подстановка дополнительных функций. В нашем случае после функции проверки пароля вставлена ничего не значащая функция, которая нарушает логику того, что после проверки пароля происходит функция авторизации.

Также различные функции находятся в разных местах программы, что изменяет последовательность её выполнения на уровне кода.

Подобные меры позволяют запутать картину дизассемблированного кода, что усложняет применение данной атаки для злоумышленника [26].

.9 Резервное копирование

В приложении предусмотрена возможность создания резервной копии базы данных. Для этой цели используется утилита mysqldump, которая автоматически устанавливается вместе с СУБД MySql.

Mysqldump формирует текстовый документ, содержащий все sql-команды необходимые для создания копии базы данных. Для восстановления базы данных можно также использовать утилиту mysqldumpили любое иное программное обеспечение, позволяющее автоматически выполнить sql-команды из заданного файла.

Полный код, реализующий резервное копирование, представлен в приложении А, в описании содержимого файла «interfaceadmin.cpp».

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Программа написана с использованием интегрированной среды разработкиQtCreator на языке программирования C++.

При разработке приложения использовалась библиотека OpenSSL.

Основной задачей разрабатываемого приложения является предоставление конечному пользователю возможности работы с базой данных посредством программного интерфейса.

С помощью приложения пользователь сможет занести необходимую первоначальную информацию (такую как имена и пароли новых пользователей приложения, наименования товаров, данные о поставщиках и так далее) и в дальнейшем использовать её при оформлении торговых операций (закупок товара, продаж товара), а также для вывода отчетности на экран.

Классы приложения, которые условно можно разделить на служебные (хэширование, шифрование и так далее), и относящиеся к работе с базой данных (номенклатура, склады и так далее) взаимодействуют между собой.

Представленная диаграмма классов отражает данное взаимодействие (рисунок 18).

Рисунок 18-Диаграмма классов

Рассмотрим пример работы с программой. Представим, что наша компания занимается продажей дизайнерских изделий ручной работы, закупаемых у индивидуального предпринимателя Совкиной Дарьи, а также букетов от компании ООО «Цветы Радости». Для продажи мы арендуем торговое место в магазине «Любимый» по адресу Джамбула 45, а также занимаемся продажами через Интернет.

Вход в программу показан на рисунке 19.

Рисунок 19-Первый вход

Изначально в программе не созданы пользователи. Для их создания нажимается кнопка «Первый вход». Создается пользователь «Администратор» со стандартным паролем «123» и следующим интерфейсом (рисунок 20).

Рисунок 20-Интерфейс администратора

Далее администратор заходит в окно «Текущие пользователи» для изменения своего пароля (рисунок 21).

Рисунок 21-Обновление пароля

После этого администратор может вернуться в свой интерфейс и создать новых пользователей (рисунок 22).

Рисунок 22-Создание новых пользователей

Чтобы создать нового пользователя, его пароль должен быть больше 3 символов, данное условие необходимо для дополнительной проверки, о чем говорилось ранее в работе (рисунок 23).

Рисунок 23-Создание новых пользователей

Созданный пользователь входит под своим логином и паролем, получая тот интерфейс, который определен ему его правами доступа (рисунок 24).

Рисунок 24-Пример произвольного пользовательского интерфейса

Войдя в свой профиль, пользователь начинает заполнять базу данных первичными данными. Например, заполняя поставщика (рисунок 25).

Рисунок 25-Окно поставщиков

Создав поставщика и занеся остальные данные в таблицу, пользователь может переходить к заведению номенклатуры в базе (рисунок 26).

Рисунок 26-Окно номенклатуры

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения ВКР была проделана следующая работа:

) была спроектирована модель базы данных в соответствии с предмет-ной областью «Торговля»;

) разработана архитектура безопасности системы, создана диаграмма классов будущего приложения;

) проанализировано взаимодействие методов защиты с работой приложения;

) разработано приложение для работы с базой данных, внедрены методы защиты приложения.

Выполнив данную работу, в результате мы получили защищенную программу, которая позволяет осуществлять работу для выбранных пользователей с учетом их спецификации - товаровед задает наименование товаров, поставщиков, складов, производителей и т.д., а также ведает закупками. Продавец формирует продажи по имеющейся номенклатуре. Директор просматривает отчеты с информацией о доходах и расходах предприятия. Администратор может корректировать все таблицы, а также исполнять административные функции, такие как, например, создавать новых пользователей. Таким образом, была достигнута поставленная цель ВКР.

Данное приложение обеспечивает минимальный функционал для ведения торгового учета и может успешно использоваться компаниями малого бизнеса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ

1.      Гайдамакин Н. А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. Вводный курс: учебное пособие/Н. А. Гайдамакин - М.: Гелиос АВР, 2002. - 368 с.

.        Вакуленко Т. Г. Анализ бухгалтерской (финансовой) отчетности для принятия управленческих решений / Т. Г. Вакуленко - СПб.: Герда, 2003. - 288 с.

.        Когаловский М. Р. Энциклопедия технологий баз данных / М. Р. Когаловский- М.: Финансы и статистика, 2002. - 800 с.

.        Савицкий Н. И. Технологии организации, хранения и обработки данных. / Н. И. Савицкий - М.: Инфра, 2001. - 232 с.

.        Куперштейн В. И. Современные информационные технологии в делопроизводстве и управлении. / В. И. Куперштейн- СПб.: Питер, 1999.

.        Андрейчиков А.В. Анализ, синтез, планирование решений в экономике. / Андрейчиков А. В. - М.: Финансы и статистика, 2002. - 368 с.

.        ГусеваТ. И.Проектирование баз данных в примерах и задачах. / Т. И. Гусева - М.:Юнити, 2000.

8.      Гилула М. М. Множественная модель данных в информационных системах. /М. М. Гилула- М.: Наука, 1992.

.        Грабер М. А. Введение в SQL. / М. А. Грабер- М.: Лори, 1996. - 379 с.

.        Карпова И.П. Базы данных: Учебное пособие / И.П. Карпова. - СПб.: Питер, 2013. - 240 c.

.        Кириллов В. В. Введение в реляционные базы данных.Введение в реляционные базы данных / В.В. Кириллов, Г.Ю. Громов. - СПб.: БХВ-Петербург, 2012. - 464 c.

12.    Википедия. Хэширование [Электронный ресурс] : сайт свободной энциклопедии. - Режим доступа :https://ru.wikipedia.org/wiki/Хэширование(дата обращения 23.11.2016).

13.    Википедия. Алгоритм MD5 [Электронный ресурс] : сайт свободной энциклопедии. - Режим доступа :<https://ru.wikipedia.org/wiki/MD5>(дата обращения 20.11.2016).

14.    Википедия. Шифрование [Электронный ресурс] : сайт свободной энциклопедии. - Режим доступа :https://ru.wikipedia.org/wiki/ Шифрование(дата обращения 27.11.2016).

.        Практическая криптография. Лекция 9.[Электронный ресурс]. Электронный документ. - Режим доступа:#"897131.files/image144.jpg">

Рисунок Б.1- Окно запуска программы

На рисунке Б.2 проиллюстрировано окно создания складов с уже существующими записями.

Рисунок Б.2- Окно создания складов

На рисунке Б.3проиллюстрировано окно создания складов с уже существующими записями.

Рисунок Б.3- Окно создания складов

Следующий рисунок отображает создание ставок НДС.

Рисунок Б.4- Окно создания ставок НДС

На рисунке Б.5 проиллюстрировано окно назначения цен товаров, с учетом поставщика.

Рисунок Б.5- Окно назначения цен

Следующее окно показывает закупки, сделанные кладовщиком (товароведом).

Рисунок Б.6- Окно закупок

Рисунок Б.7 показывает работу продавца (создание продаж).

Рисунок Б.7- Окно продаж

Следующие окна показывают функционалдиректора. На рисунке Б.8 изображена статистика продаж за весь перирод ( флажкив отборах не установлены).

Рисунок Б.8- Интерфейс директора, статистика продаж

Рисунок Б.9- Интерфейс директора, продажи по выбранной номенклатуре

Рисунок Б.11- Интерфейс директора, выручка за выбранный период

Отрицательная выручка на рисунке выше характеризуется тем, что в данный период мы оформляли закупки, чья стоимость превысила сумму продаж в данный день.