Материал: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА

17.3. Технические аспекты информационной безопасности

Криптографические методы и средства защиты. Методы крип-тографии (шифрования) позволяют решить комплекс проблем, свя-занных с защитой информации. Они направлены на обеспечение скрытия информации, содержащейся в сообщении. Кроме того, они используются в аутентификации пользователей и обеспечении под-линности принимаемых сообщений. Исходное сообщение, над кото-рым производится операция шифрования, называется открытым тек-стом, а результат шифрования - шифротекстом, или криптограммой.

В криптографии обычно рассматриваются два типа криптографи-ческих алгоритмов [5-8]. Это классические криптографические алго-ритмы, основанные на использовании секретных ключей, и новые криптографические алгоритмы с открытым ключом, основанные на использовании ключей двух типов: секретного (закрытого) и открыто-го, так называемые двухключевые алгоритмы.

В классической криптографии («криптографии с секретным клю-чом» или «одноключевой криптографии») используется только одна единица секретной информации - ключ, знание которого позволяет отправителю зашифровать информацию (текстовое, графическое или речевое сообщение), а получателю - расшифровать. К наиболее из-вестным стандартам на засекречивание данных относится стандарт по цифровой криптографии (DES - Digital Encryption Standart), приня-тый в США. Этот стандарт, в частности, определяет размер блока исходного текста в 64 бита и величину ключа 56 бит [5]. Качество алгоритма DES считается достаточно хорошим, так как с момента опубликования стандарта в 1974 г. не известен ни один случай расшифровки шифрограмм без знания ключа.

Классические (одноключевые) системы шифрования требуют для передачи ключа получателю информации «защищенного канала», и если число взаимодействующих абонентов велико, то проблема об-мена ключами становится весьма затруднительной. Действительно, в сети с N абонентами имеется N(N- 1)/2 пар абонентов, каждая из ко-торых требует свой ключ шифрования. Таким образом, в сети с чис-лом абонентов N = 10000 потребуется 5 x 10⁷ ключей, что создает серьезную проблему по их распределению между абонентами. В со-ответствии с этим в последнее время широко распространились ме-тоды шифрования, базирующиеся на двухключевой системе шифро-вания (ДКСШ). В рекомендациях МСЭ Х.200, Х.400, Х.509 ДКСШ предлагается как основной метод шифрования.

Использование ДКСШ технологии открытых ключей снимает слож-ную проблему, возникающую в большой сети при распространении и хранении огромного числа секретных паролей. Особенность техноло-гии состоит в том, что одновременно генерируется уникальная пара ключей, при этом текст, зашифрованный одним из них, может быть расшифрован только с использованием второго ключа, и наоборот. Каждый пользователь генерирует пару ключей, оставляет один за-крытый у себя и никому никогда не передает, а второй открытый пе-редает тем, с кем ему необходима защищенная связь. Если этот пользователь хочет аутентифицировать себя (поставить электронную подпись), то он шифрует текст своим закрытым ключом и передает этот текст своим корреспондентам. Если им удастся расшифровать текст открытым ключом этого пользователя, то становится ясно, что тот, кто его зашифровал, имеет в своем распоряжении парный закры-тый ключ. Если пользователь хочет получать секретные сообщения, то его корреспонденты зашифровывают их с помощью открытого ключа этого пользователя. Расшифровать эти сообщения может только сам пользователь с помощью своего закрытого ключа. При необходимости взаимной аутентификации и двунаправленного обме-на секретными сообщениями каждая из общающихся сторон генери-рует собственную пару ключей и посылает открытый ключ своему корреспонденту.

Хотя информация об открытом ключе не является секретной, ее нужно защищать от подлогов, чтобы злоумышленник под именем ле-гального пользователя не навязал свой открытый ключ, после чего с помощью своего закрытого ключа он может расшифровывать все сообщения, посылаемые легальному пользователю, и отправлять свои сообщения от его имени.

Методы и средства аутентификации пользователей и сообщения. Обеспечение подлинности взаимодействующих пользователей и сообщения (его целостности) в телекоммуникационных системах состоит в том, чтобы дать возможность санкционированному терминалу-приемнику, с определенной вероятностью гарантировать:

а) что принятое им сообщение действительно послано конкрет-ным терминалом - передатчиком;

б) что оно не является повтором уже принятого сообщения (встав-кой);

в) что информация, содержащаяся в этом сообщении, не замене-на и не искажена.

Решение этих задач для удобства рассмотрения последнего мате-риала объединим одним термином - аутентификация.

К настоящему времени разработано множество методов аутенти-фикации, включая различные схемы паролей, использование призна-ков и ключей, а также физических характеристик (например, отпечат-ки пальцев и образцы голоса). За исключением использования клю-чей шифрования для целей аутентификации все эти методы в усло-виях телекоммуникационной системы связи в конечном счете сводят-ся к передаче идентификацио-приемнику, выполняющему аутентифи-кацию. Поэтому механизм аутентификации зависит от методов защи-ты информации, предотвращающих раскрытие информации для аутентификации и обеспечивающих подлинность, целостность и упоря-доченность сообщений.

Существует несколько возможных подходов к решению задачи ау-тентификации, которые в зависимости от используемой при этом сис-темы шифрования могут быть разделены на две группы:

1) аутентификация с одноключевой системой шифрования;

2) аутентификация с двухключевой системой шифрования.

При этом под «используемой системой шифрования» будем пони-мать наличие в телекоммуникационной системе подсистемы формирования и распределения ключей шифрования, обеспечивающей пользователей (передатчик и приемник) соответствующими ключами шифрования и организующей контроль за хранением и порядком их использования.

Не рассматривая подробно способы аутентификации в условиях использования одноключевой системы шифрования, которые описа-ны в [1], отметим, что в этой системе приемник, передатчик и служба формирования и распределения ключей должны доверять друг другу. Это неизбежное требование, так как в данном случае приемник и пе-редатчик владеют одними и теми же ключами шифрования и рас-шифрования и, следовательно, каждый будет иметь возможность де-лать все, что может делать другой.

В военной и дипломатической связи такие предположения в ос-новном верны. В коммерческом мире необходимо учитывать возмож-ность обмана пользователей друг друга. Кроме того, абоненты систе-мы могут не доверять администрации службы формирования и рас-пределения ключей шифрования. В связи с этим возникает необхо-димость решения проблемы защиты от следующих угроз:

- передатчик посылает сообщение приемнику, а затем отрицает факт отправления сообщения;

- приемник, приняв сообщение от передатчика, искажает его, а в последствии утверждает, что такое сообщение он получил от пере-датчика;

- приемник формирует ложное сообщение, обвиняя впоследствии в этом передатчик.

Одним из перспективных направлений развития средств защиты информации от рассматриваемых угроз, достаточно прочно утвер-дившимся в Рекомендациях МСЭ (Х.400, Х.509, Х.800), считается ис-пользование способов защиты, базирующихся на двухключевой сис-теме шифрования. Основным доводом «за» использование указанной системы является то, что секретные ключи шифрования в этой сис-теме формируются и хранятся лично пользователем, что, во-первых, органично соответствует пользовательскому восприятию своих соб-ственных требований к формированию ключа шифрования и снимает проблему организации оперативной смены ключа шифрования вплоть до оптимальной: каждому сообщению новый ключ.

Разделение (на основе формирования ключей) процедур шиф-рования дает возможность абонентам системы связи записывать свои открытые ключи в периодически издаваемый (как один из возможных вариантов распределения открытых ключей) службой безопасности системы справочник. В результате вышеуказанные проблемы могут быть решены при помощи следующих простых протоколов:

1) один абонент может послать секретное сообщение другому абоненту, шифруя сообщение с помощью выбранного в справочнике открытого ключа абонента получателя. Тогда только обладатель соответствующего секретного ключа сможет правильно расшифровать полученное зашифрованное сообщение;

2) передающий абонент (передатчик) может зашифровать сооб-щение на своем секретном ключе. Тогда любой приемный абонент, имеющий доступ к открытому ключу передающего абонента (передатчика), может расшифровать полученное зашифрованное сообщение и убедиться, что это сообщение действительно было зашифровано тем передающим абонентом, который указан в идентификаторе адреса передатчика.

Основная доля практически используемых способов аутентификации с двухключевой системой шифрования относится к способам ау-тентификации пользователя и сообщения [1].

В качестве примера рассмотрим аутентификацию пользователей на основе сертификатов.

Аутентификация на основе сертификатов - альтернатива использованию паролей и представляется естественным решением, когда число пользователей сети (пусть и потенциальных) измеряется мил-лионами. В таких условиях процедура предварительной регистрации пользователей, связанная с назначением и хранением их паролей, становится крайне обременительной, опасной, а иногда и просто нереализуемой.

Аутентификация пользователя на основе сертификатов происходит примерно так же, как при пропуске людей на территорию большо-го предприятия. Вахтер разрешает проход на основании документа, который содержит фотографию и подпись данного сотрудника, удо-стоверенные печатью предприятия и подписью лица, выдавшего его. Сертификат - аналог этого документа и выдается по запросам сер-тифицирующими организациями при выполнении определенных ус-ловий. Он представляет собой электронную форму, в которой имеют-ся такие поля, как имя владельца, наименование организации, вы-давшей сертификат, открытый ключ владельца. Кроме того, сертифи-кат содержит электронную подпись выдавшей организации - все поля сертификата зашифрованы закрытым ключом этой организации. Использование сертификатов основано на предположении, что серти-фицирующих организаций немного и их открытые ключи могут быть обнародованы каким-либо способом, например с помощью тех же публикаций в журналах.