Идентификация и аутентификация пользователя компьютерной системы. Идентификация и аутентификация: основные понятия. Интеллектуальные карточки кроме памяти имеют собственный микропроцессор. Это позволяет реализовать различные варианты парольных методов защ

Требования к знаниям и умениям

Студент должен знать:

• механизмы идентификации и аутентификации;

• идентификаторы, используемые при реализации механизма идентификации и аутентификации.

Студент должен уметь:

• использовать механизмы идентификации и аутентификации для защиты информационных систем.

Ключевой термин

Ключевой термин: Идентификация и аутентификация.

Идентификация и аутентификации применяются для ограничения доступа случайных и незаконных субъектов (пользователи, процессы) информационных систем к ее объектам (аппаратные, программные и информационные ресурсы).

Второстепенные термины

• Определение понятий «идентификация» и «аутентификация»

• Механизм «идентификации» и «аутентификации» пользователей

Структурная схема терминов

4.1.1 Определение понятий «идентификация» и «аутентификация»

Наличие процедур аутентификации и/или идентификации пользователей является обязательным условием любой защищенной системы, поскольку все механизмы защиты информации рассчитаны на работу с поименованными субъектами и объектами информационных систем.

Дадим определения этих понятий.

Идентификация

Аутентификация (установление подлинности) — проверка принадлежности субъекту доступа предъявленного им идентификатора и подтверждение его подлинности. Другими словами, аутентификация заключается в проверке: является ли подключающийся субъект тем, за кого он себя выдает.

При построении систем идентификации и аутентификации возникает проблема выбора идентификатора, на основе которого осуществляются процедуры идентификации и аутентификации пользователя. В качестве идентификаторов обычно используют:

• набор символов (пароль, секретный ключ, персональный идентификатор и т.п.), который пользователь запоминает или для их запоминания использует специальные средства хранения (электронные ключи);

• физиологические параметры человека (отпечатки пальцев, рисунок радужной оболочки глаза и т.п.) или особенности поведения (особенности работы на клавиатуре и т.п.).

Наиболее распространенными простыми и привычными являются методы аутентификации, основанные на паролях - конфиденциальных идентификаторах субъектов. В этом случае при вводе субъектом своего пароля подсистема аутентификации сравнивает его с паролем, хранящимся в базе эталонных данных в зашифрованном виде. В случае совпадения паролей подсистема аутентификации разрешает доступ к ресурсам системы.

Парольные методы аутентификации по степени изменяемости паролей делятся на:

• методы, использующие постоянные (многократно используемые) пароли;

• методы, использующие одноразовые (динамично изменяющиеся) пароли.

Использование одноразовых или динамически меняющихся паролей является более надежным методом парольной защиты.

Карточки разделяют на два типа:

• пассивные (карточки с памятью);

• активные (интеллектуальные карточки).

Самыми распространенными являются пассивные карточки с магнитной полосой, которые считываются специальным устройством, имеющим клавиатуру и процессор. При использовании указанной карточки пользователь вводит свой идентификационный номер. В случае его совпадения с электронным вариантом, закодированным в карточке, пользователь получает доступ в систему. Это позволяет достоверно установить лицо, получившее доступ к системе и исключить несанкционированное использование карточки злоумышленником (например, при ее утере). Такой способ часто называют двукомпонентной аутентификацией.

Интеллектуальные карточки кроме памяти имеют собственный микропроцессор. Это позволяет реализовать различные варианты парольных методов защиты, например, многоразовые пароли, динамически меняющиеся пароли.

Методы аутентификации, основанные на измерении биометрических параметров человека, обеспечивают почти 100% идентификацию, решая проблемы утери или утраты паролей и личных идентификаторов. Однако эти методы нельзя использовать при идентификации процессов или данных (объектов данных), они только начинают развиваться, требуют пока сложного и дорогостоящего оборудования. Это обусловливает их использование пока только на особо важных объектах.

Примерами внедрения указанных методов являются системы идентификации пользователя по рисунку радужной оболочки глаза, по почерку, по тембру голоса и др.

Новейшим направлением аутентификации является доказательство подлинности удаленного пользователя по его местонахождению. Данный защитный механизм основан на использовании системы космической навигации, типа GPS (Global Positioning System). Пользователь, имеющий аппаратуру GPS, многократно посылает координаты заданных спутников, находящихся в зоне прямой видимости. Подсистема аутентификации, зная орбиты спутников, может с точностью до метра определить месторасположение пользователя. Высокая надежность аутентификации определяется тем, что орбиты спутников подвержены колебаниям, предсказать которые достаточно трудно. Кроме того, координаты постоянно меняются, что исключает их перехват. Такой метод аутентификации может быть использован в случаях, когда авторизованный удаленный пользователь должен находиться в нужном месте.

4.1.2 Механизм «идентификация» и «аутентификация» пользователей

Общая процедура идентификации и аутентификации пользователя при его доступе в защищенную информационную систему заключается в следующем.

Пользователь предоставляет системе свой личный идентификатор (например, вводит пароль или предоставляет палец для сканирования отпечатка). Далее система сравнивает полученный идентификатор со всеми хранящимися в ее базе идентификаторами. Если результат сравнения успешный, то пользователь получает доступ к системе в рамках установленных полномочий. В случае отрицательного результата система сообщает об ошибке и предлагает повторно ввести идентификатор. В тех случаях, когда пользователь превышает лимит возможных повторов ввода информации (ограничение на количество повторов является обязательным условием для защищенных систем) система временно блокируется и выдается сообщение о несанкционированных действиях (причем, может быть, и незаметно для пользователя).

В целом аутентификация по уровню информационной безопасности делится на три категории:

1. статическая аутентификация;

2. устойчивая аутентификация;

3. постоянная аутентификация.

Первая категория обеспечивает защиту только от несанкционированных действий в системах, где нарушитель не может во время сеанса работы прочитать аутентификационную информацию. Примером средства статической аутентификации являются традиционные постоянные пароли. Их эффективность преимущественно зависит от сложности угадывания паролей и, собственно, от того, насколько хорошо они защищены.

Устойчивая аутентификация использует динамические данные аутентификации, меняющиеся с каждым сеансом работы. Реализациями устойчивой аутентификации являются системы, использующие одноразовые пароли и электронные подписи. Устойчивая аутентификация обеспечивает защиту от атак, где злоумышленник может перехватить аутентификационную информацию и использовать ее в следующих сеансах работы.

Однако устойчивая аутентификация не обеспечивает защиту от активных атак, в ходе которых маскирующийся злоумышленник может оперативно (в течение сеанса аутентификации) перехватить, модифицировать и вставить информацию в поток передаваемых данных.

Постоянная аутентификация обеспечивает идентификацию каждого блока передаваемых данных, что предохраняет их от несанкционированной модификации или вставки. Примером реализации указанной категории аутентификации является использование алгоритмов генерации электронных подписей для каждого бита пересылаемой информации.

Выводы по теме

1. Идентификация и аутентификации применяются для ограничения доступа случайных и незаконных субъектов (пользователи, процессы) информационных систем к ее объектам (аппаратные, программные и информационные ресурсы).

2. Общий алгоритм работы таких систем заключается в том, чтобы получить от субъекта (например, пользователя) информацию, удостоверяющую его личность, проверить ее подлинность и затем предоставить (или не предоставить) этому пользователю возможность работы с системой.

3. Идентификация — присвоение субъектам и объектам доступа личного идентификатора и сравнение его с заданным.

4. Аутентификация (установление подлинности) — проверка принадлежности субъекту доступа предъявленного им идентификатора и подтверждение его подлинности.

В качестве идентификаторов в системах аутентификации обычно используют набор символов (пароль, секретный ключ, персональный идентификатор и т.п.), который пользователь запоминает или для их запоминания использует специальные средства хранения (электронные ключи). В системах идентификации такими идентификаторами являются физиологические параметры человека (отпечатки пальцев, рисунок радужной оболочки глаза и т.п.) или особенности поведения (особенности работы на клавиатуре и т.п.).

5. В последнее время получили распространение комбинированные методы идентификации и аутентификации, требующие, помимо знания пароля, наличие карточки (token) - специального устройства, подтверждающего подлинность субъекта.

6. Если в процессе аутентификации подлинность субъекта установлена, то система защиты информации должна определить его полномочия (совокупность прав). Это необходимо для последующего контроля и разграничения доступа к ресурсам.

7. В целом аутентификация по уровню информационной безопасности делится на три категории: статическая аутентификация, устойчивая аутентификация и постоянная аутентификация.

8. Постоянная аутентификация является наиболее надежной, поскольку обеспечивает идентификацию каждого блока передаваемых данных, что предохраняет их от несанкционированной модификации или вставки.

Контрольные вопросы:

1. Что понимается под идентификацией пользователя?

2. Что понимается под аутентификацией пользователей?

3. Применим ли механизм идентификации к процессам? Почему?

4. Перечислите возможные идентификаторы при реализации механизма идентификации?

5. Идентификация субъекта доступа заключается в том, что субъект сообщает системеидентифицирующую информацию о себе (имя, учетный номер и т.д.) и таким образом идентифицирует себя.

   Аутентификация (authentification ) предотвращает доступ к сети нежелательных лиц и разрешает вход для легальных пользователей. Процесс аутентификации следует отличать от процесса идентификации.

   Термин «аутентификация» в переводе с латинского означает «установление подлинности». Аутентификацию следует отличать от идентификации. Идентификаторы пользователей используются в системе с теми же целями, что и идентификаторы любых других объектов, файлов, процессов, структур данных, но они не связаны непосредственно с обеспечением безопасности. Идентификация заключается в сообщении пользователем системе своего идентификатора, в то время как аутентификация – это процедура доказательства пользователем того, что он есть тот, за кого себя выдает, в частности, доказательство того, что именно ему принадлежит введенный им идентификатор.

   В процедуре аутентификации участвуют две стороны: одна сторона доказывает свою аутентичность, предъявляя некоторые доказательства, а другая сторона - аутентификатор - проверяет эти доказательства и принимает решение. В качестве доказательства аутентичности используются самые разнообразные приемы:

   аутентифицируемый может продемонстрировать знание некоего общего для обеих сторон секрета: слова (пароля) или факта (даты и места события, прозвища человека и т. п.);

   аутентифицируемый может продемонстрировать, что он владеет неким уникальным предметом (физическим ключом), в качестве которого может выступать, например, электронная магнитная карта;

   аутентифицируемый может доказать свою идентичность, используя собственные биохарактеристики: рисунок радужной оболочки глаза или отпечатки пальцев, которые предварительно были занесены в базу данных аутентификатора.

   Сетевые службы аутентификации строятся на основе всех этих приемов, но чаще всего для доказательства идентичности пользователя используются пароли. Простота и логическая ясность механизмов аутентификации на основе паролей в какой-то степени компенсирует известные слабости паролей. Это, во-первых, возможность раскрытия и разгадывания паролей, а, во-вторых, возможность «подслушивания» пароля путем анализа сетевого трафика. Для снижения уровня угрозы от раскрытия паролей администраторы сети, как правило, применяют встроенные программные средства для формирования политики назначения и использования паролей: задание максимального и минимального сроков действия пароля, хранение списка уже использованных паролей, управление поведением системы после нескольких неудачных попыток логического входа и т. п. Перехват паролей по сети можно предупредить путем их шифрования перед передачей в сеть.

   Легальность пользователя может устанавливаться по отношению к различным системам. Так, работая в сети, пользователь может проходить процедуру аутентификации и как локальный пользователь, который претендует на использование ресурсов только данного компьютера, и как пользователь сети, который хочет получить доступ ко всем сетевым ресурсам. При локальной аутентификации пользователь вводит свои идентификатор и пароль, которые автономно обрабатываются операционной системой, установленной на данном компьютере. При логическом входе в сеть данные о пользователе (идентификатор и пароль) передаются на сервер, который хранит учетные записи обо всех пользователях сети. Многие приложения имеют свои средства определения, является ли пользователь законным. И тогда пользователю приходится проходить дополнительные этапы проверки.

   В качестве объектов, требующих аутентификации, могут выступать не только пользователи, но и различные устройства, приложения, текстовая и другая информация. Так, например, пользователь, обращающийся с запросом к корпоративному серверу, должен доказать ему свою легальность, но он также должен убедиться сам, что ведет диалог действительно с сервером своего предприятия. Другими словами, сервер и клиент должны пройти процедуру взаимной аутентификации. Здесь мы имеем дело с аутентификацией на уровне приложений. Аутентификация данных означает доказательство целостности этих данных, а также того, что они поступили именно от того человека, который объявил об этом. Для этого используется механизм электронной подписи.

   Авторизация субъекта доступа происходит после успешной идентификации и аутентификации. При авторизации субъекта операционная система выполняет действия, необходимые для того, чтобы субъект мог начать работу в системе. Например, авторизация пользователя в операционной системе UNIX включает в себя порождение процесса, являющегося операционной оболочкой, с которой в дальнейшем будет работать пользователь. В операционной системе Windows NT авторизация пользователя включает в себя создание маркера доступа пользователя, создание рабочего стола и запуск на нем от имени авторизуемого пользователя процессаUserinit, инициализирующего индивидуальную программную среду пользователя. Авторизация субъекта не относится напрямую к подсистеме защиты операционной системы. В процессе авторизации решаются чисто технические задачи, связанные с организацией начала работы в системе уже идентифицированного и аутентифицированного субъекта доступа.

   Процедуры авторизации реализуются программными средствами, которые могут быть встроены в операционную систему или в приложение, а также могут поставляться в виде отдельных программных продуктов. При этом программные системы авторизации могут строиться на базе двух схем:

   децентрализованная схема, базирующаяся на рабочих станциях.

   В первой схеме сервер управляет процессом предоставления ресурсов пользователю. Главная цель таких систем – реализовать «принцип единого входа». В соответствии с централизованной схемой пользователь один раз логически входит в сеть и получает на все время работы некоторый набор разрешений по доступу к ресурсам сети. Система Keгberоsс ее сервером безопасности и архитектурой клиент-сервер является наиболее известной системой этого типа. Системы ТАСАСSиRADIUS, часто применяемые совместно с системами удаленного доступа, также реализуют этот подход.

   При втором подходе рабочая станция сама является защищенной – средства защиты работают на каждой машине, и сервер не требуется. Рассмотрим работу системы, в которой не предусмотрена процедура однократного логического входа. Теоретически доступ к каждому приложению должен контролироваться средствами безопасности самого приложения или же средствами, существующими в той операционной среде, в которой оно работает.

   В крупных сетях часто применяется комбинированный подход предоставления пользователю прав доступа к ресурсам сети: сервер удаленного доступа ограничивает доступ пользователя к подсетям или серверам корпоративной сети, то есть к укрупненным элементам сети, а каждый отдельный сервер сети сам по себе ограничивает доступ пользователя к своим внутренним ресурсам: разделяемым каталогам, принтерам или приложениям. Сервер удаленного доступа предоставляет доступ на основании имеющегося у него списка прав доступа пользователя (AccessControlList, АСL), а каждый отдельный сервер сети предоставляет доступ к своим ресурсам на основании хранящегося у него списка прав доступа, например, АСLфайловой системы.

   Подчеркнем, что системы аутентификации и авторизации совместно выполняют одну задачу, поэтому необходимо предъявлять одинаковый уровень требований к системам авторизации и аутентификации. Ненадежность одного звена здесь не может быть компенсирована высоким качеством другого звена. Если при аутен- тификации используются пароли, то требуются чрезвычайные меры по их защите. Однажды украденный пароль открывает двери ко всем приложениям и данным, к которым пользователь с этим паролем имел легальный доступ.

   Идентификацию и аутентификацию пользователей можно считать основой программно-технических средств безопасности. Идентификация позволяет субъекту (пользователю, процессу, действующему от имени определенных пользователей, или иному аппаратно-программному компоненту) назвать себя (сообщить свое имя). Посредством аутентификации вторая сторона убеждается, что субъект – действительно тот, за кого он себя выдает. Совокупность выполнений процедур идентификации и аутентификацию называют процедурой авторизации.

   Реализация процедур авторизации пользователей является общей проблемой для любых технических систем, в которых требуется обеспечивать разграничение доступа к обрабатываемой информации. Так как функционирование всех механизмов разграничения доступа, использующих аппаратные или программные средства, основано на предположении, что любой пользователь системы представляет собой конкретное лицо, то должен существовать некоторый механизм его опознания, обеспечивающий установление подлинности данного пользователя, обращающегося к системе.

   Существуют три класса опознания (рисунок 10.1, ), которые базируются:

   На условных, заранее присваиваемых признаках (сведениях), известных субъекту (что знает субъект);

   На физических средствах, действующих аналогично физическому ключу (что имеет субъект);

   На индивидуальных характеристиках субъекта, его физических данных, позволяющих выделить его среди других лиц (что присуще субъекту).

   Рисунок 10.1 – Классификация методов опознания

   Опознание на основе принципа «что знает субъект»

   Метод паролей

   Данный метод заключается в том, что пользователь на клавиатуре компьютера или специально имеющемся наборном поле набирает только ему известную комбинацию букв и цифр, которая собственно и является паролем. Введенный пароль сравнивается с эталонным, хранящимся в системе, и при положительном результате проверки пользователь получает доступ к системе. Приведенная схема опознания является простой с точки зрения реализации, так как не требует никакой специальной аппаратуры и реализуется посредством небольшого объема программного обеспечения.

   
   
   

   Рассмотрим алгоритм функционирования парольного средства аутентификации пользователей в операционной системе Microsoft Windows XP. Аутентификация пользователей в операционной системе Microsoft Windows XP основана на использовании паролей и реализуется следующими компонентами: Winlogon, GINA, LSASS, MSV1_0, SAM.

   Winlogon – системный процесс, который отвечает за проведение операций входа и выхода пользователя в ОС.

   GINA (Graphical Identification and Authentication) – файл динамической библиотеки, который предназначен для ввода имени пользователя и его пароля.

   LSASS (Local Security Authentification SunSystem) – подсистема локальной аутентификации, которая управляет процессом аутентификации.

   MSV1_0 – пакет аутентификации, который используется ОС при интерактивном входе пользователя. Предназначен для идентификации и аутентификации пользователя.

   SAM (Security Account Manager) – объект, который ведет базу данных имен пользователей и паролей.

   Схема взаимодействия компонентов ОС Microsoft Windows XP в процессе интерактивного входа пользователя представлена на рисунке 10.2.

   Алгоритм функционирования средства аутентификации с использованием паролей в операционной системе Microsoft Windows XP при интерактивном входе представлен на рисунке 10.3. Процесс аутентификации включает в себя следующие этапы.

   Запрос на вход в систему;

   Ввод имени и пароля;

   Идентификация пользователя;

   Аутентификация пользователя;

   Создание маркера доступа.

   Запрос на вход в систему . Пользователь нажимает комбинацию клавиш Ctrl+Alt+Del. В результате этого Winlogon вызывает GINA, который выводит на экран поля, необходимые для ввода имени и пароля пользователя.

   Рисунок 10.2 - Компоненты, участвующие в процессе интерактивного входа пользователя в операционную систему Microsoft Windows XP

   Ввод имени и пароля. После набора пользователем имени и пароля GINA передает эти данные в Winlogon, который производит хеширование пароля, создает уникальный локальный идентификатор защиты (SID – Security IDentifer) для этого пользователя и вызывает LSASS.

   Идентификация пользователя. LSASS подключает пакет аутентификации MSV1_0, который принимает от Winlogon имя пользователя и хешированную версию пароля и посылает в SAM запрос на получение из учетной записи пользователя, которая хранится в базе данных SAM, хешированного пароля. Идентификация заключается в нахождении введенного пользователем имени в базе данных SAM. Если введенное пользователем имя не содержится в базе данных SAM, то MSV1_0 возвращает в LSASS статус отказа.

   Аутентификация пользователя. В случае нахождения имени пользователя в базе данных MSV1_0 сравнивает хешированный пароль пользователя с тем, который хранится в базе данных SAM и соответствует учетной записи пользователя. Если эти данные совпадают, MSV1_0 генерирует локально-уникальный идентификатор сеанса входа (LUID – Locally Unique IDentifer) и передает его вместе с SID в LSASS. Если данные не совпадают, то MSV1_0 возвращает в LSASS статус отказа.

   Создание маркера доступа. Собрав необходимую информацию, LSASS вызывает исполнительную систему для создания маркера доступа. Исполнительная система создает маркер доступа для интерактивного сеанса, который включает в себя SID пользователя. После успешного создания маркера доступа LSASS дублирует его, создавая описатель, который передается Winlogon, а свой описатель закрывает. На этом этапе LSASS сообщает Winlogon об успешном входе. При наличии в LSASS статуса отказа Winlogon сообщает пользователю о неправильно введенном имени или пароле. Программа Winlogon дает пользователю несколько попыток ввода правильных идентификатора и пароля. После превышения числа допустимых попыток программа прекращает свое выполнение.

   Схема с использованием простого пароля имеет два недостатка:

   – большинству пользователей сложно запомнить произвольное число, используемое в качестве пароля;

   – пароль может быть использован другим лицом, так как его легко подсмотреть.

   Модернизацией схемы с использованием простого пароля является пароль однократного использования. В этой схеме пользователю выдается список из N паролей, такие же N паролей хранятся в системе. Данная схема обеспечивает большую степень безопасности, но она является и более сложной.

   Здесь при каждом обращении к системе синхронно используется пароль с текущим номером, а все пароли с предыдущими номерами вычеркиваются. В случае если старый пароль из предыдущего сеанса стал известен другому пользователю, система его не воспринимает, так как действующим будет следующий по списку пароль.

   Схема паролей однократного использования имеет следующие недостатки:

   – пользователь должен помнить или иметь при себе весь список паролей и следить за текущим паролем;

   – в случае если встречается ошибка в процессе передачи, трудно определить, следует ли передавать тот же самый пароль или послать следующий;

   – необходимо иметь разные таблицы паролей для каждого пользователя, так как может произойти рассинхронизация работы.

   Последний недостаток можно устранить, используя генератор паролей. В этом случае в ЭВМ реализуется алгоритм, осуществляющий преобразование

   где x, k, y – двоичные векторы соответственно характеристического номера, ключа и пароля.

   Реализация процедуры опознания пользователя сводится к двум задачам: заготовке паролей и установлению подлинности.

   
   Рисунок 10.3. Схема алгоритма функционирования средства аутентификации с использованием паролей в операционной системе Microsoft Windows XP

   При заготовке паролей с помощью преобразования получают набор чисел

   где i – номер пользователя; j – номер обращения данного пользователя;

   П – текущее значение пароля, сформированное на ключе k.

   Сгенерированный набор чисел выдается соответствующим пользователям.

   Опознание системой пользователя I происходит следующим образом: пользователь с номером i вводит парольный набор в ЭВМ. Программа опознания выделяет номер пользователя Хij, а также запоминает пароль . Для каждого i-го пользователя существует свой счетчик обращений . В случае, если , программа выдает сообщение о несанкционированном доступе (НСД). В противном случае включается генератор паролей. Преобразование на действующем ключе k выдает число y, которое сравнивается с паролем . В случае совпадения y и пользователь считается опознанным, а в случае несовпадения выдается сигнал о несанкционированном доступе.

   Использование генератора паролей избавляет от необходимости хранить таблицы паролей для каждого пользователя, однако первые два недостатка при его использовании сохраняются.

   Метод «запрос-ответ»

   В методе «запрос-ответ» набор ответов на m стандартных и n ориентированных на пользователя вопросов хранится в ЭВМ и управляет программой опознания. Когда пользователь делает попытку включиться в работу, программа опознания случайным образом выбирает и задает ему некоторые (или все) из этих вопросов. Пользователь должен дать правильный ответ на все вопросы, чтобы получить разрешение на доступ к системе. Вопросы могут быть выбраны таким образом, чтобы пользователь запомнил ответы и не записывал их.

   Модификация этого метода предполагает изменение каждый раз одного или более вопросов, на которые пользователь давал ответ до этого.

   Существует два варианта использования метода «запрос-ответ», вытекающих из условий m = 0 или n = 0. Вариант с m = 0 предполагает, что вопросы составлены на основе различных фактов биографии индивидуального пользователя, представляют собой имена его друзей, дальних родственников, старые адреса и т.д. Пользователь, который сам предложил опознавательный вопрос, всегда даст на него правильный ответ, чего не сможет сделать злоумышленник. Иногда предпочтительнее вариант с n = 0, т.е. пользователям задается большее количество стандартных вопросов и от них требуются ответы на те, которые они сами выберут. Достоинство рассмотренной схемы в том, что пользователь может выбирать вопросы, а это дает весьма высокую степень безопасности в процессе включения в работу. В то же время нет необходимости хранить в системе тексты вопросов для каждого пользователя, достаточно хранить указатели на вопросы, выбранные данным пользователем, вместе с информацией, устанавливающей его подлинность. Текст каждого стандартного вопроса необходимо ввести для хранения только один раз, поэтому в системе с большим числом пользователей это может дать экономию памяти.

   Наряду с достоинствами метод «запрос-ответ» все же имеет и недостатки, ограничивающие возможность его использования, а именно:

   – метод требует проявления изобретательности от самих пользователей, что для них является дополнительной нагрузкой;

   – большинство людей, как правило, предлагают стереотипные вопросы и ответы в качестве опознавательных, поэтому весьма вероятно, что настойчивый нарушитель может, собрав статистику, предугадать многие вопросы и ответы;

   – процедура обмена множеством опознавательных запросов и соответствующих им ответов может быть сложной и утомительной для пользователей;

   – метод «запрос-ответ» может использоваться только для небольших организованных групп пользователей, он неприменим для массового использования в силу некоторой громоздкости.

   Основой любых систем защиты информационных систем являются идентификация и аутентификация, так как все механизмы защиты информации рассчитаны на работу с поименованными субъектами и объектами АС. Напомним, что в качестве субъектов АС могут выступать как пользователи, так и процессы, а в качестве объектов АС – информация и другие информационные ресурсы системы.

   Присвоение субъектам и объектам доступа личного идентификатора и сравнение его с заданным перечнем называется идентификацией. Идентификация обеспечивает выполнение следующих функций:

   Установление подлинности и определение полномочий субъекта при его допуске в систему,

   Контролирование установленных полномочий в процессе сеанса работы;

   Регистрация действий и др.

   Аутентификацией (установлением подлинности) называется проверка принадлежности субъекту доступа предъявленного им идентификатора и подтверждение его подлинности. Другими словами, аутентификация заключается в проверке: является ли подключающийся субъект тем, за кого он себя выдает.

   Общая процедура идентификации и аутентификации пользователя при его доступе в АС представлена на рис. 2.10. Если в процессе аутентификации подлинность субъекта установлена, то система защиты информации должна определить его полномочия (совокупность прав). Это необходимо для последующего контроля и разграничения доступа к ресурсам.

   По контролируемому компоненту системы способы аутентификации можно разделить на аутентификацию партнеров по общению и аутентификацию источника данных. Аутентификация партнеров по общению используется при установлении (и периодической проверке) соединения во время сеанса. Она служит для предотвращения таких угроз, как маскарад и повтор предыдущего сеанса связи. Аутентификация источника данных – это подтверждение подлинности источника отдельной порции данных.

   По направленности аутентификация может быть односторонней (пользователь доказывает свою подлинность системе, например при входе в систему) и двусторонней (взаимной).

   Рис. 2.10. Классическая процедура идентификации и аутентификации

   Обычно методы аутентификации классифицируют по используемым средствам. В этом случае указанные методы делят на четыре группы:

   1. Основанные на знании лицом, имеющим право на доступ к ресурсам системы, некоторой секретной информации – пароля.

   2. Основанные на использовании уникального предмета: жетона, электронной карточки и др.

   3. Основанные на измерении биометрических параметров человека – физиологических или поведенческих атрибутах живого организма.

   4. Основанные на информации, ассоциированной с пользователем, например, с его координатами.

   Рассмотрим эти группы.

   1. Наиболее распространенными простыми и привычными являются методы аутентификации, основанные на паролях – секретных идентификаторах субъектов. Здесь при вводе субъектом своего пароля подсистема аутентификации сравнивает его с паролем, хранящимся в базе эталонных данных в зашифрованном виде. В случае совпадения паролей подсистема аутентификации разрешает доступ к ресурсам АС.

   Парольные методы следует классифицировать по степени изменяемости паролей:

   Методы, использующие постоянные (многократно используемые) пароли,

   Методы, использующие одноразовые (динамично изменяющиеся) пароли.

   В большинстве АС используются многоразовые пароли. В этом случае пароль пользователя не изменяется от сеанса к сеансу в течение установленного администратором системы времени его действительности. Это упрощает процедуры администрирования, но повышает угрозу рассекречивания пароля. Известно множество способов вскрытия пароля: от подсмотра через плечо до перехвата сеанса связи. Вероятность вскрытия злоумышленником пароля повышается, если пароль несет смысловую нагрузку (год рождения, имя девушки), небольшой длины, набран на одном регистре, не имеет ограничений на период существования и т. д. Важно, разрешено ли вводить пароль только в диалоговом режиме или есть возможность обращаться из программы.

   В последнем случае, возможно запустить программу по подбору паролей – «дробилку».

   Более надежный способ – использование одноразовых или динамически меняющихся паролей.

   Известны следующие методы парольной защиты, основанные на одноразовых паролях:

   Методы модификации схемы простых паролей;

   Методы «запрос-ответ»;

   Функциональные методы.

   В первом случае пользователю выдается список паролей. При аутентификации система запрашивает у пользователя пароль, номер в списке которого определен по случайному закону. Длина и порядковый номер начального символа пароля тоже могут задаваться случайным образом.

   При использовании метода «запрос-ответ» система задает пользователю некоторые вопросы общего характера, правильные ответы на которые известны только конкретному пользователю.

   Функциональные методы основаны на использовании специальной функции парольного преобразования . Это позволяет обеспечить возможность изменения (по некоторой формуле) паролей пользователя во времени. Указанная функция должна удовлетворять следующим требованиям:

   Для заданного пароля x легко вычислить новый пароль ;

   Зная х и y, сложно или невозможно определить функцию .

   Наиболее известными примерами функциональных методов являются: метод функционального преобразования и метод «рукопожатия».

   Идея метода функционального преобразования состоит в периодическом изменении самой функции . Последнее достигается наличием в функциональном выражении динамически меняющихся параметров, например, функции от некоторой даты и времени. Пользователю сообщается исходный пароль, собственно функция и периодичность смены пароля. Нетрудно видеть, что паролями пользователя на заданных -периодах времени будут следующие: x, f(x), f(f(x)), ..., f(x)n-1.

   Метод «рукопожатия» состоит в следующем. Функция парольного преобразования известна только пользователю и системе защиты. При входе в АС подсистема аутентификации генерирует случайную последовательность x, которая передается пользователю. Пользователь вычисляет результат функции y=f(x) и возвращает его в систему. Система сравнивает собственный вычисленный результат с полученным от пользователя. При совпадении указанных результатов подлинность пользователя считается доказанной.

   Достоинством метода является то, что передача какой-либо информации, которой может воспользоваться злоумышленник, здесь сведена к минимуму.

   В ряде случаев пользователю может оказаться необходимым проверить подлинность другого удаленного пользователя или некоторой АС, к которой он собирается осуществить доступ. Наиболее подходящим здесь является метод «рукопожатия», так как никто из участников информационного обмена не получит никакой конфиденциальной информации.

   Отметим, что методы аутентификации, основанные на одноразовых паролях, также не обеспечивают абсолютной защиты. Например, если злоумышленник имеет возможность подключения к сети и перехватывать передаваемые пакеты, то он может посылать последние как собственные.

   2. В последнее время получили распространение комбинированные методы идентификации, требующие, помимо знания пароля, наличие карточки (token) – специального устройства, подтверждающего подлинность субъекта.

   Карточки разделяют на два типа:

   Пассивные (карточки с памятью);

   Активные (интеллектуальные карточки).

   Самыми распространенными являются пассивные карточки с магнитной полосой, которые считываются специальным устройством, имеющим клавиатуру и процессор. При использовании указанной карточки пользователь вводит свой идентификационный номер. В случае его совпадения с электронным вариантом, закодированным в карточке, пользователь получает доступ в систему. Это позволяет достоверно установить лицо, получившее доступ к системе и исключить несанкционированное использование карточки злоумышленником (например, при ее утере). Такой способ часто называют двухкомпонентной аутентификацией.

   Иногда (обычно для физического контроля доступа) карточки применяют сами по себе, без запроса личного идентификационного номера.

   К достоинству использования карточек относят то, что обработка аутентификационной информации выполняется устройством чтения, без передачи в память компьютера. Это исключает возможность электронного перехвата по каналам связи.

   Недостатки пассивных карточек следующие: они существенно дороже паролей, требуют специальных устройств чтения, их использование подразумевает специальные процедуры безопасного учета и распределения. Их также необходимо оберегать от злоумышленников, и, естественно, не оставлять в устройствах чтения. Известны случаи подделки пассивных карточек.

   Интеллектуальные карточки кроме памяти имеют собственный микропроцессор. Это позволяет реализовать различные варианты парольных методов защиты: многоразовые пароли, динамически меняющиеся пароли, обычные запрос-ответные методы. Все карточки обеспечивают двухкомпонентную аутентификацию.

   К указанным достоинствам интеллектуальных карточек следует добавить их многофункциональность. Их можно применять не только для целей безопасности, но и, например, для финансовых операций. Сопутствующим недостатком карточек является их высокая стоимость.

   Перспективным направлением развития карточек является наделение их стандартом расширения портативных систем PCMCIA (PC Card). Такие карточки являются портативными устройствами типа PC Card, которые вставляются в разъем PC Card и не требуют специальных устройств чтения. В настоящее время они достаточно дороги.

   3. Методы аутентификации, основанные на измерении биометрических параметров человека (см. таблицу 2.6), обеспечивают почти 100 % идентификацию, решая проблемы утраты паролей и личных идентификаторов. Однако такие методы нельзя использовать при идентификации процессов или данных (объектов данных), так как они только начинают развиваться (имеются проблемы со стандартизацией и распространением), требуют пока сложного и дорогостоящего оборудования. Это обусловливает их использование пока только на особо важных объектах и системах.

   Примерами внедрения указанных методов являются системы идентификации пользователя по рисунку радужной оболочки глаза, отпечаткам ладони, формам ушей, инфракрасной картине капиллярных сосудов, по почерку, по запаху, по тембру голоса и даже по ДНК.

   Таблица 2.6

   Примеры методов биометрии

   Физиологические методы	Поведенческие методы
   Снятие отпечатков пальцев Сканирование радужной оболочки глаза Сканирование сетчатки глаза Геометрия кисти руки Распознавание черт лица	Анализ клавиатурного почерка

   Новым направлением является использование биометрических характеристик в интеллектуальных расчетных карточках, жетонах-пропусках и элементах сотовой связи. Например, при расчете в магазине предъявитель карточки кладет палец на сканер в подтверждение, что карточка действительно его.

   Назовем наиболее используемые биометрические атрибуты и соответствующие системы.

   · Отпечатки пальцев. Такие сканеры имеют небольшой размер, универсальны, относительно недороги. Биологическая повторяемость отпечатка пальца составляет 10-5 %. В настоящее время пропагандируются правоохранительными органами из-за крупных ассигнований в электронные архивы отпечатков пальцев.

   · Геометрия руки. Соответствующие устройства используются, когда из-за грязи или травм трудно применять сканеры пальцев. Биологическая повторяемость геометрии руки около 2 %.

   · Радужная оболочка глаза. Данные устройства обладают наивысшей точностью. Теоретическая вероятность совпадения двух радужных оболочек составляет 1 из 1078.

   · Термический образ лица . Системы позволяют идентифицировать человека на расстоянии до десятков метров. В комбинации с поиском данных по базе данных такие системы используются для опознания авторизованных сотрудников и отсеивания посторонних. Однако при изменении освещенности сканеры лица имеют относительно высокий процент ошибок.

   · Голос. Проверка голоса удобна для использования в телекоммуникационных приложениях. Необходимые для этого 16-разрядная звуковая плата и конденсаторный микрофон стоят менее 25 $. Вероятность ошибки составляет 2 – 5%. Данная технология подходит для верификации по голосу по телефонным каналам связи, она более надежна по сравнению с частотным набором личного номера. Сейчас развиваются направления идентификации личности и его состояния по голосу – возбужден, болен, говорит правду, не в себе и т.д.

   · Ввод с клавиатуры. Здесь при вводе, например, пароля отслеживаются скорость и интервалы между нажатиями.

   · Подпись. Для контроля рукописной подписи используются дигитайзеры.

   4. Новейшим направлением аутентификации является доказательство подлинности удаленного пользователя по его местонахождению. Данный защитный механизм основан на использовании системы космической навигации, типа GPS (Global Positioning System). Пользователь, имеющий аппаратуру GPS, многократно посылает координаты заданных спутников, находящихся в зоне прямой видимости. Подсистема аутентификации, зная орбиты спутников, может с точностью до метра определить месторасположение пользователя. Высокая надежность аутентификации определяется тем, что орбиты спутников подвержены колебаниям, предсказать которые достаточно трудно. Кроме того, координаты постоянно меняются, что сводит на нет возможность их перехвата.

   Аппаратура GPS проста и надежна в использовании и сравнительно недорога. Это позволяет ее использовать в случаях, когда авторизованный удаленный пользователь должен находиться в нужном месте.

   Суммируя возможности средств аутентификации, ее можно классифицировать по уровню информационной безопасности на три категории:

   1. Статическая аутентификация;

   2. Устойчивая аутентификация;

   3. Постоянная аутентификация.

   Первая категория обеспечивает защиту только от НСД в системах, где нарушитель не может во время сеанса работы прочитать аутентификационную информацию. Примером средства статической аутентификации являются традиционные постоянные пароли. Их эффективность преимущественно зависит от сложности угадывания паролей и, собственно, от того, насколько хорошо они защищены.

   Для компрометации статической аутентификации нарушитель может подсмотреть, подобрать, угадать или перехватить аутентификационные данные и т. д.

   Устойчивая аутентификация использует динамические данные аутентификации, меняющиеся с каждым сеансом работы. Реализациями устойчивой аутентификации являются системы, использующие одноразовые пароли и электронные подписи. Усиленная аутентификация обеспечивает защиту от атак, где злоумышленник может перехватить аутентификационную информацию и пытаться использовать ее в следующих сеансах работы.

   Однако устойчивая аутентификация не обеспечивает защиту от активных атак, в ходе которых маскирующийся злоумышленник может оперативно (в течение сеанса аутентификации) перехватить, модифицировать и вставить информацию в поток передаваемых данных.

   Постоянная аутентификация обеспечивает идентификацию каждого блока передаваемых данных, что предохраняет их от несанкционированной модификации или вставки. Примером реализации указанной категории аутентификации является использование алгоритмов генерации электронных подписей для каждого бита пересылаемой информации.

   Основы идентификации и аутентификации. Одной из важных задач обеспечения защиты от НСД является использование методов и средств, позволяющих одной (проверяющей) стороне убедиться в подлинности другой (проверяемой) стороны.

   С каждым зарегистрированным в компьютерной системе субъектом (пользователем или процессом, действующим от имени пользователя) связана некоторая информация, однозначно идентифицирующая его. Это может быть число или строка символов. Эту информацию называют идентификатором субъекта. Если пользователь имеет идентификатор, зарегистрированный в сети, он считается легальным (законным) пользователем; остальные пользователи относятся к нелегальным. Прежде чем получить доступ к ресурсам компьютерной системы, пользователь должен пройти процесс первичного взаимодействия с компьютерной системой, который включает идентификацию и аутентификацию.

   Идентификация - это процедура распознавания пользователя по его идентификатору (имени). Эта функция выполняется в первую очередь, когда пользователь делает попытку войти в сеть. Пользователь сообщает системе по ее запросу свой идентификатор, и система проверяет в своей базе данных его наличие.

   Аутентификация - процедура проверки подлинности заявленного пользователя, процесса или устройства. Эта проверка позволяет достоверно убедиться, что пользователь (процесс или устройство) является именно тем, кем себя объявляет. При проведении аутентификации проверяющая сторона убеждается в подлинности проверяемой стороны, при этом проверяемая сторона тоже активно участвует в процессе обмена информацией. Обычно пользователь подтверждает свою идентификацию, вводя в систему уникальную, неизвестную другим пользователям информацию о себе (например, пароль).

   Идентификация и аутентификация являются взаимосвязанными процессами распознавания и проверки подлинности субъектов (пользователей). Именно от них зависит последующее решение системы, можно ли разрешить доступ к ресурсам системы конкретному пользователю или процессу. После идентификации и аутентификации субъекта выполняется его авторизация. Процесс идентификации и аутентификации показан на рис. 5.24.

   Рис. 5.24.

   Авторизация - процедура предоставления субъекту определенных полномочий и ресурсов в данной системе. Иными словами, авторизация устанавливает сферу действия субъекта и доступные ему ресурсы. Если система не может надежно отличить авторизованное лицо от неавторизованного, конфиденциальность и целостность информации в ней могут быть нарушены.

   Администрирование - это регистрация действий пользователя в сети, включая его попытки доступа к ресурсам. Хотя эта учетная информация может быть использована для выписывания счета, с позиций безопасности она особенно важна для обнаружения, анализа инцидентов безопасности в сети и соответствующего реагирования на них. Записи в системном журнале, аудиторские проверки и администрирование ПО - все это может быть использовано для обеспечения подотчетности пользователей, если что-либо случится при входе в сеть с их идентификатором.

   Для подтверждения своей подлинности субъект может предъявлять системе разные сущности. В зависимости от предъявляемых субъектом сущностей процессы аутентификации могут быть разделены на следующие категории :

   • 1. На основе знания чего-либо. Примерами могут служить пароль, персональный идентификационный код (PIN), а также секретные и открытые ключи, знание которых демонстрируется в протоколах типа запрос-ответ.
   • 2. На основе обладания чем-либо. Обычно это магнитные карты, смарт-карты, сертификаты и устройства touch memory.
   • 3. На основе каких-либо неотъемлемых характеристик. Эта категория включает методы, базирующиеся на проверке биометрических характеристик пользователя (голос, радужная оболочка и сетчатка глаза, отпечатки пальцев, геометрия ладони и др.) В данной категории не используются криптографические методы и средства. Аутентификация на основе биометрических характеристик применяется для контроля доступа в помещения или к какой-либо технике.

   Пароль - это то, что знает пользователь и что также знает другой участник взаимодействия. Для взаимной аутентификации участников взаимодействия может быть организован обмен паролями между ними.

   Персональный идентификационный код PIN является испытанным способом аутентификации держателя пластиковой карты и смарт-карты. Секретное значение PIN- кода должно быть известно только держателю карты.

   Динамический (одноразовый) пароль - это пароль, который после одноразового применения никогда больше не используется. На практике обычно используется регулярно меняющееся значение, которое базируется на постоянном пароле или ключевой фразе.

   При сравнении и выборе протоколов аутентификации необходимо учитывать следующие характеристики:

   • 1. Наличие взаимной аутентификации. Это свойство отражает необходимость обоюдной аутентификации между сторонами аутентификационного обмена.
   • 2. Вычислительная эффективность. Количество операций, необходимых для выполнения протокола.
   • 3. Коммуникационная эффективность. Данное свойство отражает количество сообщений и их длину, необходимую для осуществления аутентификации.
   • 4. Наличие третьей стороны. Примером третьей стороны может служить доверенный сервер распределения симметричных ключей или сервер, реализующий дерево сертификатов для распределения открытых ключей.
   • 5. Гарантии безопасности. Примером может служить применение шифрования и цифровой подписи .

   Классификация протоколов аутентификации. Протоколы (процессы, алгоритмы) аутентификации обычно классифицируют по уровню обеспечиваемой безопасности . В соответствии с данным подходом процессы аутентификации разделяются на следующие типы.

   • а) аутентификация, использующая пароли и РП У-коды;
   • б) строгая аутентификация на основе использования криптографических методов и средств;
   • в) биометрическая аутентификация пользователей.

   С точки зрения безопасности, каждый из перечисленных типов способствует решению своих специфических задач, поэтому процессы и протоколы аутентификации активно используются на практике. В то же время следует отметить, что интерес к протоколам аутентификации, обладающим свойством доказательства с нулевым знанием, носит скорее теоретический, нежели практический характер, но, возможно, в будущем их начнут активно использовать для защиты информационного обмена. Классификация протоколов аутентификации представлена на рис. 5.25.

   Методы аутентификации, использующие пароли и РШ- коды. Одной из распространенных схем аутентификации является простая аутентификация , которая основана на применении традиционных многоразовых и динамических (одноразовых) паролей. Аутентификация на основе паролей и Р /№-кодов является простым и наглядным примером использования разделяемой информации. Пока в большинстве

   
   

   Рис. 5.25. Классификация протоколов аутентификации

   защищенных компьютерных сетей доступ клиента к серверу разрешается по паролю. Однако все чаще применяются более эффективные средства аутентификации, например, программные и аппаратные системы аутентификации на основе одноразовых паролей, смарт-карт, Р/УУ-кодов и цифровых сертификатов.

   Процедуру простой аутентификации пользователей в сети можно представить следующим образом. При попытке входа в сеть пользователь набирает на клавиатуре ПЭВМ свой идентификатор и пароль. Эти данные поступают для обработки на сервер аутентификации. В базе данных сервера по идентификатору пользователя находится соответствующая запись, из нее извлекается пароль и сравнивается с тем паролем, который ввел пользователь. Если они совпали, то аутентификация прошла успешно, пользователь получает легальный статус, а также права и ресурсы сети, которые определены для его статуса системой авторизации.

   Передача идентификатора и пароля от пользователя к системе может проводиться в открытом и зашифрованном виде.

   Схема простой аутентификации с использованием пароля показана на рис. 5.26.

   
   

   Рис. 5.26. Схема простой аутентификации с использованием пароля

   Очевидно, что вариант аутентификации с передачей пароля пользователя в незашифрованном виде не гарантирует даже минимального уровня безопасности. Чтобы защитить пароль, его нужно зашифровать перед посылкой по незащищенному каналу. Для этого в схему включены средства шифрования Е к и дешифрования D K , управляемые секретным ключом К. Проверка подлинности пользователя основана на сравнении присланного пользователем пароля Р а и исходного значения Р а, хранящегося на сервере аутентификации. Если значения Р а и Р а совпадают, то пароль Р а считается подлинным, а пользователь А - законным.

   Наиболее распространенным методом аутентификации держателя пластиковой карты и смарт-карты является ввод секретного числа , которое обычно называют PIN- кодом. Зашита /V/V-кода карты является критичной для безопасности всей системы. Карты могут быть потеряны, украдены или подделаны. В таких случаях единственной контрмерой против несанкционированного доступа остается секретное значение PIN- кода. Вот почему открытая форма PIN должна быть известна только законному держателю карты. Очевидно, значение PIN нужно держать в секрете в течение всего срока действия карты.

   Длина PIN- кода должна быть достаточно большой, чтобы минимизировать вероятность определения правильного PIN-кот методом проб и ошибок. С другой стороны, длина PIN- кода должна быть достаточно короткой, чтобы дать возможность держателям карт запомнить его значение. Согласно рекомендациям стандарта /50 9564-1 длина Я/УУ-кода должна содержать от 4 до 12 буквенно-цифровых символов. Однако в большинстве случаев ввод нецифровых символов технически невозможен, поскольку доступна только цифровая клавиатура. Поэтому обычно Я/УУ-код представляет собой 4-6-разрядное число, каждая цифра которого может принимать значение от 0 до 9.

   Различают статические и изменяемые Я/УУ-коды. Статический РШ-код не может быть изменен пользователем, поэтому пользователь должен надежно его хранить. Если он станет известен постороннему, пользователь должен уничтожить карту и получить новую карту с другим фиксированным Я/УУ-кодом.

   Изменяемый Р1И-код может быть изменен согласно пожеланиям пользователя или заменен на число, которое пользователю легче запомнить. Простейшей атакой на Я/УУ-код, помимо подглядывания через плечо за вводом его с клавиатуры, является угадывание его значения. Вероятность угадывания зависит от длины п угадываемого Я/УУ-кода, от составляющих его символов т (для цифрового кода т = 10, для буквенного - т = 32, для буквенно-цифрового - т = 42 и т.д.), от количества разрешенных попыток ввода /" и выражается формулой:

   Я = / / т п. (5.16)

   Если Я/УУ-код состоит из 4 десятичных цифр, а число разрешенных попыток ввода равно трем, т.е. п = 4, т = 10, / = 3, то вероятность угадывания правильного значения Я/УУ-кода составит Я = 3/10 4 = = 0,00003, или 0,03%.

   Строгая аутентификация на основе использования криптографических методов и средств. Идея строгой аутентификации, реализуемая в криптографических протоколах, заключается в следующем. Проверяемая (доказывающая сторона) доказывает свою подлинность проверяющей стороне, демонстрируя знание некоторого секрета . Например, этот секрет может быть предварительно распределен безопасным способом между сторонами аутентификационного обмена. Доказательство знания секрета осуществляется с помощью последовательности запросов и ответов с использованием криптографических методов и средств.

   Существенным является тот факт, что доказывающая сторона демонстрирует только знание секрета, но сам секрет в ходе аутентификационного обмена не раскрывается. Это обеспечивается посредством ответов доказывающей стороны на различные запросы проверяющей стороны. При этом результирующий запрос зависит только от пользовательского секрета и начального запроса, который обычно представляет произвольно выбранное в начале протокола большое число.

   В большинстве случаев строгая аутентификация заключается в том, что каждый пользователь аутентифицируется по признаку владения своим секретным ключом. Иначе говоря, пользователь имеет возможность определить, владеет ли его партнер по связи надлежащим секретным ключом и может ли он использовать этот ключ для подтверждения того, что он действительно является подлинным партнером и по информационному обмену.

   • а) односторонняя аутентификация;
   • б) двусторонняя аутентификация;
   • в) трехсторонняя аутентификация.

   Односторонняя аутентификация предусматривает обмен информацией только в одном направлении. Данный тип аутентификации позволяет:

   • - подтвердить подлинность только одной стороны информационного обмена;
   • - обнаружить нарушение целостности передаваемой информации;
   • - обнаружить проведение атаки типа «повтор передачи»;
   • - гарантировать, что передаваемыми аутентификационными данными может воспользоваться только проверяющая сторона.

   Двусторонняя аутентификация по сравнению с односторонней содержит дополнительный ответ проверяющей стороны доказывающей стороне, который должен убедить ее, что связь устанавливается именно с той стороны, которой были предназначены аутентификационные данные.

   Трехсторонняя аутентификация содержит дополнительную передачу данных от доказывающей стороны проверяющей. Этот подход позволяет отказаться от использования меток времени при проведении аутентификации.

   В зависимости от используемых криптографических алгоритмов протоколы строгой аутентификации можно разделить на следующие группы (рис. 5.27).

   1. Протоколы аутентификации с симметричными алгоритмами шифрования. Для работы данных протоколов необходимо, чтобы проверяющий и доказывающий с самого начала имели один и тот же

   
   

   Рис. 5.27.

   секретный ключ. Для закрытых систем с небольшим количеством пользователей каждая пара пользователей может заранее разделить его между собой. В больших распределенных системах часто используются протоколы аутентификации с участием доверенного сервера, с которым каждая сторона разделяет знание ключа. Такой сервер распределяет сеансовые ключи для каждой пары пользователей всякий раз, когда один из них запрашивает аутентификацию другого. Кажущаяся простота данного метода является обманчивой, на самом деле разработка протоколов аутентификации этого типа является сложной и с точки зрения безопасности неочевидной.

   Протоколы аутентификации с симметричными алгоритмами шифрования реализуются в следующих вариантах:

   • а) односторонняя аутентификация с использованием меток времени;
   • б) односторонняя аутентификация с использованием случайных чисел;
   • в) двусторонняя аутентификация.

   Введем следующие обозначения:

   гА - А;

   г В - случайное число, сгенерированное участником В ;

   /Д - метка времени, сгенерированная участником А;

   Е к - симметричное шифрование на ключе К (ключ Одолжен быть предварительно распределен между А и В).

   Математическая модель односторонней аутентификации с использованием меток времени выглядит следующим образом:

   А->В:Е К ((А,В). (5.17)

   После получения и расшифрования данного сообщения участник? убеждается в том, что метка времени 1А действительна, и идентификатор В , указанный в сообщении, совпадает с его собственным.

   Предотвращение повторной передачи данного сообщения основывается на том, что без знания ключа невозможно изменить метку времени іЛ и идентификатор В.

   Модель односторонней аутентификации с использованием слу-чаиных чисел можно представить в следующем виде:

   • (5.18)
   • (5.19)

   А В: гВ.

   А -» В: Е к (г В , В).

   Участник В отправляет участнику А случайное число гВ. Участник А шифрует сообщение, состоящее из полученного числа гВ и идентификатора В, и отправляет зашифрованное сообщение участнику В. Участник В расшифровывает полученное сообщение и сравнивает случайное число, содержащееся в сообщении, с тем, которое он послал участнику А. Дополнительно он проверяет имя, указанное в сообщении.

   Модель двусторонней аутентификации, использующая случайные значения, можно представить в следующем виде:

   • (5.20)
   • (5.21)
   • (5.22)

   А В гВ.

   А -> В: Е к (гА , гВ . В). А

   При получении второго сообщения участник В выполняет те же проверки, что и в предыдущем протоколе, и дополнительно расшифровывает случайное число г А для включения его в третье сообщение для участника А. Третье сообщение, полученное участником А, позволяет ему убедиться на основе проверки значений г А и гВ , что он имеет дело именно с участником В.

   Широко известными протоколами, обеспечивающими аутентификацию пользователей с привлечением в процессе аутентификации

   третьей стороны, являются протокол распределения секретных ключей Нидхэма и Шредера и протокол Kerberos.

   2. Протоколы аутентификации, основанные на использовании однонаправленных ключевых хеш-функции, могут быть модифицированы путем замены симметричного шифрования на шифрование с помощью односторонней ключевой функции 151 ]. Своеобразие шифрования с помощью односторонней хеш-функции заключается в том, что оно, по существу, является односторонним, т.е. не сопровождается обратным преобразованием - расшифрованием на приемной стороне. Обе стороны (отправитель и получатель) используют одну и ту же процедуру одностороннего шифрования.

   Односторонняя хеш-функция к к (-) с параметром-ключом К , примененная к шифруемым данным Л/, дает в результате хеш-код т (дайджест), состоящий из фиксированного небольшого числа байтов (рис. 5.28).

   Получатель

   Отправитель

   Сообщение М

   	- и к (М)
   Сообщение М Дайджест т

   
   

   Рис. 5.28. Применение для аутентификации односторонней

   хеш-функции с параметром-ключом

   Дайджест т - И к (М) передается получателю вместе с исходным сообщением М. Получатель сообщения, зная, какая односторонняя хеш-функция была применена для получения дайджеста, заново вычисляет ее, используя расшифрованное сообщение М. Если значения полученного дайджеста т и вычисленного дайджеста т" совпадают, значит содержимое сообщения М не было подвергнуто никаким изменениям.

   На рис. 5.29 показан другой вариант использования односторонней хеш-функции для проверки целостности данных. В этом случае односторонняя хеш-функция И к (-) не имеет ключа, но зато применяется не просто к сообщению Л/, а к сообщению, дополненному секретным ключом К, т.е. отправитель вычисляет дайджест т = Л(Л/, К). Получатель, извлекая исходное сообщение М, так же дополняет его тем же известным ему секретным ключом К , после чего применяет к полученным данным одностороннюю хеш-функцию И к (-). Результат вычислений - дайджест т"- сравнивается с полученным по сети дайджестом т.

   При использовании для аутентификации односторонних функций шифрования в рассмотренные выше протоколы (использующие симметричное шифрование) необходимо внести следующие изменения:

   • а) функция симметричного шифрования ЕК заменяется функцией /? А;
   • б) проверяющий вместо установления факта совпадения полей в расшифрованных сообщениях с предполагаемыми значениями вычисляет значение однонаправленной функции и сравнивает его с полученным от другого участника обмена информацией;
   • в) для обеспечения возможности независимого вычисления значения однонаправленной функции получателем сообщения в протоколе 1 метка времени /Л должна передаваться дополнительно в открытом виде, а в сообщении 2 протокола 3 случайное число гА должно передаваться дополнительно в открытом виде.

   Модифицированный вариант протокола 3 с учетом сформулированных изменений имеет следующую структуру:

   А (5.23)

   А^В: гА, ИК (гА, г В , В). (5.24)

   А В: НК (гА, гВ, А). (5.25)

   3. Строгая аутентификация с использованием несимметричных сигоритмов шифрования. В качестве примера протокола, построенного на использовании несимметричного алгоритма шифрования, можно привести следующий протокол аутентификации:

   А, РА(г, В). Л -> В: г.

   Отправитель

   Получатель

   
   

   Рис. 5.29.

   дополненному секретным ключом К

   • (5.26)
   • (5.27)

   Участник В выбирает случайным образом г и вычисляет значение л: = h (г) (значение л: демонстрирует знание г без раскрытия самого значения г), далее он вычисляет значение е = РА(г, В). Под РА подразумевается алгоритм несимметричного шифрования (например, RSA, Шнорра, Эль-Гамаля, Вильямса, LUC и т.д.), а под И(-) - хеш-функция. Участник В отправляет сообщение (2.11) участнику А. Участник А расшифровывает е = РА(г, В) и получает значения г" и В", а также вычисляетх"= И(г). После этого производится ряд сравнений, доказывающих, что л: = х"и что полученный идентификатор /Гдействи-тельно указывает на участника В. В случае успешного проведения сравнения участник Л посылает г. Получив его, участник В проверяет, то ли это значение, которое он отправил в первом сообщении.

   В качестве примера приведем модифицированный протокол Нидхема и Шредера, основанный на несимметричном шифровании. Протокол имеет следующую структуру (PB - алгоритм шифрования открытым ключом участника В):

   • (5.28)
   • (5.29)
   • (5.30)

   А^В.РВ (г,А). А Н). А

   4. Строгая аутентификация, основанная на использовании цифровой подписи. В рекомендациях стандарта Х509 специфицирована схема аутентификации, основанная на использовании цифровой подписи,

   меток времени и случайных чисел.

   Для описания данной схемы аутентификации используются следующие обозначения:

   tA, гА,гВ - временная метка и случайные числа соответственно;

   SA А;

   SB - подпись, сгенерированная участником В;

   cert А - А;

   cert В - сертификат открытого ключа участника В.

   Если участники имеют аутентичные открытые ключи, полученные друг от друга, тогда можно не пользоваться сертификатами, в противном случае они служат для подтверждения подлинности открытых ключей.

   В качестве примеров приведем следующие протоколы аутентификации:

   • а) односторонняя аутентификация с применением меток времени:
     • (5.31)

   А -> В: certA, tA , В , SA (tA , В).

   После принятия данного сообщения участник В проверяет правильность метки времени /Л, полученный идентификатор В и, используя открытый ключ из сертификата семА, корректность цифровой подписи ЗАЦА, В).

   • б) односторонняя аутентификация с использованием случайных чисел:
     • (5.32)
     • (5.33)

   А -» В: сеМА, гА, В, 8А{гА , гВ, В).

   Участник В , получив сообщение от участника Л, убеждается, что именно он является адресатом сообщения; используя открытый ключ участника Л, взятый из сертификата сепА, проверяет корректность подписи БА{гА, гВ , В) под числом гА, полученным в открытом виде, числом г В , которое было отослано в первом сообщении, и его идентификатором В. Подписанное случайное число гА используется для предотвращения атак с выборкой открытого текста.

   • в) двусторонняя аутентификация с использованием случайных чисел:
     • (5.34)
     • (5.35)
     • (5.36)

   А В: г В.

   А -» В: сеМА, гА, В , А(гА, гВ. В). А

   В данном протоколе обработка сообщений 1 и 2 выполняется так же, как и в предыдущем протоколе, а сообщение 3 обрабатывается аналогично сообщению 2.

   Биометрическая аутентификация. Процедуры идентификации и аутентификации пользователя могут базироваться не только на секретной информации, которой обладает пользователь (пароль, персональный идентификатор, секретный ключ и т.п.). Привычные системы аутентификации не всегда удовлетворяют современным требованиям в области информационной безопасности, особенно если речь идет об ответственных приложениях (онлайновые финансовые приложения, доступ к удаленным базам данных и т.п.).

   В последнее время все большее распространение получает биометрическая аутентификация пользователя, позволяющая уверенно аутентифицировать потенциального пользователя путем измерения физиологических параметров и характеристик человека, особенностей его поведения.

   В качестве биометрических признаков, которые активно используются при аутентификации потенциального пользователя, можно выделить следующие:

   • а) отпечатки пальцев;
   • б) геометрическая форма кисти руки;
   • в) форма и размеры лица;
   • г) особенности голоса;
   • д) узор радужной оболочки и сетчатки глаз;
   • е) «клавиатурный почерк»;
   • ж) расположение зубов (стоматологическая матрица ротовой полости человека).

   Аутентификация по отпечаткам пальцев. Большинство систем используют отпечаток одного пальца, который пользователь предоставляет системе. Дактилоскопическая система работает следующим образом. Сначала производится регистрация пользователя. Как правило, производится несколько вариантов сканирования в разных положениях пальца на сканере. Понятно, что образцы будут немного отличаться и требуется сформировать некоторый обобщенный образец, «паспорт». Результаты сохраняются в базе данных аутентификации. При аутентификации производится сравнение отсканированного отпечатка пальца с «паспортами», хранящимися в базе данных.

   Задача формирования «паспорта», также как и распознавания предъявляемого образца, является задачей распознавания образов. Для этого используются различные алгоритмы, являющиеся ноу-хау фирм-производителей подобных устройств.

   Аутентификация по форме ладони. Данная аутентификация проводится сканерами формы ладони, обычно устанавливаемыми на стенах. Устройства считывания формы ладони создают объемное изображение ладони, измеряя длину пальцев, толщину и площадь поверхности ладони. Всего может выполняться до 100 измерений, которые преобразуются в двоичный код - образец для дальнейших сравнений. Этот образец может сохраняться в базе данных или в сканере ладони.

   Аутентификация по лицу и голосу. Данные системы являются наиболее доступными из-за их дешевизны, поскольку большинство современных компьютеров имеют видео- и аудиосредства. Системы данного класса применяются при удаленной идентификации субъекта доступа в телекоммуникационных сетях.

   В технологии сканирования черт лица используются особенности глаз, носа и губ. Далее проводятся некоторые математические алгоритмы для идентификации пользователя. Большая часть алгоритмов распознавания черт лица чувствительна к колебаниям освещения помещения. Изменения в положении в 15% между запрашиваемым изображением и изображением, которое находится в базе данных, напрямую сказываются на эффективности.

   Системы аутентификации по голосу при записи образца и в процессе последующей идентификации опираются на такие уникальные для каждого человека особенности голоса, как высота, модуляция и частота звука. Эти показатели определяются характеристиками голосового тракта и уникальны для каждого человека.

   Однако голос можно записать на пленку или другие носители. Поэтому для предотвращения подлога голоса в алгоритм аутентификации включается операция запроса отклика. Эта функция предлагает пользователю при входе в систему ответить на предварительно подготовленный и регулярно меняющийся запрос, например такой: «Повторите числа О, 1,5».

   Системы аутентификации по узору радужной оболочки и сетчатки глаз. Эти системы можно разделить на два класса:

   • а) использующие рисунок радужной оболочки глаза;
   • б) использующие рисунок кровеносных сосудов сетчатки глаза.

   Сетчатка человеческого глаза представляет собой уникальный

   объект для аутентификации. Рисунок кровеносных сосудов глазного дна отличается даже у близнецов. Поскольку вероятность повторения параметров радужной оболочки и сетчатки глаза имеет порядок 10- 78, такие системы являются наиболее надежными среди всех биометрических систем.

   Системы аутентификации по клавиатурному почерку. Современные исследования показывают, что клавиатурный почерк пользователя обладает некоторой стабильностью, что позволяет достаточно однозначно идентифицировать пользователя, работающего с клавиатурой. Для этого, как правило, применяются статистические методы обработки исходных данных и формирования выходного вектора, являющегося идентификатором данного пользователя. В качестве исходных данных используют временные интервалы между нажатием клавиш на клавиатуре и время их удержания. При этом временные интервалы между нажатием клавиш характеризуют темп работы, а время удержания клавиш характеризует стиль работы с клавиатурой - резкий удар или плавное нажатие.

   Однако существует ряд ограничений по применению клавиатурного способа идентификации на практике. Применение данного способа целесообразно только по отношению к пользователям с достаточно длительным опытом работы с компьютером и сформировавшимся почерком работы на клавиатуре, т.е. к программистам, секретарям и т.д. В противном случае вероятность неправильного опознания пользователя существенно возрастает и делает непригодным данный способ идентификации на практике.

   Аутентификация по расположению зубов (стоматологической матрице) ротовой полости человека. Полость рта имеет генетическую детерминированность, напрямую связана с фенотипом человека и может быть использована для решения биометрических и диагностических задач в целях идентификации и верификации личности. Суть данного метода состоит в следующем. В начале формирования стоматологической матрицы проводится электронная санация ротовой полости. Процесс электронной санации аналогичен обычной стоматологической санации, в результате чего формируется цифровой код ротовой полости, состоящий из трех составных частей.

   Первым кодируется прикус, который различается: 1 - ортогнатие, 2 - прогения, 3 - прямой, 4 - открытый, 5 - смешанный, 6 - глубокий. По этим результатам формируется первая часть цифрового кода.

   Вторым результатом осмотра будет состояние зубов человека: кариес, пульпит, периодонтит, протез, разрушение и т.п., которое также кодируется для каждого зуба отдельно.

   Третьим результатом кодирования предлагается считать смещение зуба от нулевой оси в диапазоне А/2, -А/2, где А - максимальное значение отклонения зуба, идентифицируемого от оси при первоначальной санации.

   Созданная таким образом база зубов пользователей в цифровом виде является эталонной для сравнения заявляемого пользователя при аутентификации. Данные системы в настоящее время только проходят теоретическую проработку.