Как организовать защищенный канал связи. Каналы защищенной передачи данных. Решения на базе сертифицированных криптошлюзов

В июле 1997 г. вышел руководящий документ "Средства вы-числительной техники. Межсетевые экраны. Защита от несанк-ционированного доступа к информации. Показатели защищенно-сти от несанкционированного доступа" Гостехкомиссии при Пре-зиденте РФ (полный текст можно найти в информационном бюл-летене "Jet Info" № 17-18 1997 г. и на узле http://www.infotecs.ru/gtc/RD_ekran.htm ). В этом документе дана классификация МЭ в зависимости от степени обеспечиваемой ими защиты от НСД. Определение самого МЭ таково: МЭ - это ло-кальное (однокомпонентное) или функционально-распределенное средство (комплекс), реализующее контроль за информацией, по-ступающей в автоматизированную систему (АС) и/или выходящей из АС, и обеспечивает защиту АС посредством фильтрации ин-формации, т.е. ее анализа по совокупности критериев и принятия решения о ее распространении в (из) АС.

Устанавливается пять классов защищенности МЭ: 5 (самый низкий) -- применяется для безопасного взаимодействия АС клас-са 1 Д с внешней средой, 4 -- для 1 Г, 3 -- 1 В, 2 -- 1 Б, 1 (самый вы-сокий) -- для 1А. (Напомним, что Гостехкомиссией РФ установ-лено девять классов защищенности АС от НСД, каждый из кото-рых характеризуется определенной совокупностью требований к средствам защиты. Классы подразделяются на три группы, отли-чающиеся спецификой обработки информации. Класс с цифрой "1" включает многопользовательские АС, в которых одновременно обрабатывается и/или хранится информация разных уровней кон-фиденциальности, и не все пользователи имеют равные права дос-тупа.)

В приведена некоторая справочная информация, где даны описания не-скольких систем МЭ. Список сертифицированных Гостехкомиссией РФ МЭ на июнь 1999 г. состоял из десяти наименований:

1) автоматизированная система разграничения доступа Black Hole (Milkyway Networks) версии BSDI-OS;

2) средство защиты от НСД в сетях передачи данных по про-токолу TCP/IP "ПАНДОРА" на базе Gauntlet 3.1.Н (Trusted Information Systems) и компьютера 02 (Silicon Graphics) под управлением IRIX 6.3;

3) аппаратно-программный комплекс "Застава-Джет" компа-нии Jet Infosystems и ЦНИИ-27 Министерства обороны РФ;

4) МЭ "Застава" FortE+ фирмы ЭЛВИС+;

5) партия средств программного обеспечения межсетевого эк-рана FireWall-1 фирмы Checkpoint Software Technologies;

6) комплекс защиты информации от НСД "Data Guard/24S";

7) программный продукт SKIP для регулирования доступа на интерфейсе локальная/глобальная сеть под управлением ОС Windows 3.11 и Solaris 2.4;

8) единичные образцы программного обеспечения МЭ AltaVista Firewall 97 фирмы AltaVista Internet Software;

9) партия из 20 экземпляров МЭ "Cyber Guard" версия 4.0, по-зволяющего создавать защищенные корпоративные сети на базе протокола Х.25 и Frame Relay;

10) Firewall/Plus фирмы Network-1 Software and Technologies.

Список МЭ, сертифицированных Международной ассоциацией компьютерной безопасности, можно найти по адресу http://www.icsa.net. Ниже более подробно описаны функции одного из них.

Межсетевой экран защиты интрасети ПАНДОРА на базе Gauntlet 3.1.1i фирмы Trusted Information Systems и компьютера 02 фирмы Silicon Graphics под управлением IRIX 6.3 надежно ре-шает проблему безопасности сети и позволяет:

* скрыть от пользователей глобальной сети структуру интра-сети (IP-адреса, доменные имена и т.д.);

* определить, каким пользователям, с каких хостов, в на-правлении каких хостов, в какое время, какими сервисами можно пользоваться;

* описать для каждого пользователя, каким образом он дол-жен аутентифицироваться при доступе к сервису;

* получить полную статистику по использованию сервисов, попыткам НСД, графику через ПАНДОРУ и т.д.

ПАНДОРА устанавливается на компьютер с двумя Ethernet-интерфейсами на выходе между интраеетью и сетью общего поль-зования.

ПАНДОРА построена на серверах протоколов прикладного уровня (proxy) и поддерживает следующие сервисы: TELNET, Riogin (терминалы); FTP (передача данных); SMTP, POP3 (почта);

HTTP (WWW); Gopher; XI 1 (X Window System); LP (сетевая пе-чать); Rsh (удаленное выполнение задач); Finger; NNTP (новости Usenet); Whois; RealAudio. Кроме того, в состав ПАНДОРЫ входит сервер общего назначения TCP-уровня, который позволяет безо-пасно транслировать через ПАНДОРУ запросы от базирующихся на TCP протоколов, для которых нет proxy-серверов, а также сер-вер сетевого доступа, который позволяет запускать различные программы в зависимости от того, откуда пришел запрос.

Для аутентификации пользователей ПАНДОРА позволяет при-менять следующие схемы аутентификации:

· обычный Unix-пароль;

· S/Key, MDauth (одноразовые пароли).

· РОРЗ-ргоху дает возможность использовать АРОР-авторизацию и тем самым избежать передачи по сети открытого пароля.

· FTP-proxy позволяет ограничить применение пользователями отдельных команд (например RETR, STOR и т.д.)

· HTTP-proxy позволяет контролировать передачу через ПАНДОРУ фреймов; описаний на языке Java; описаний на языке JavaScript; html-конструкций, не попадающих под стандарт HTML версии 2 и т.д.

Система сбора статистики и генерации отчетов позволяет со-брать и обработать информацию обо всех соединениях, включая время, количество байт, адрес источника, адрес назначения, ID пользователя (если есть), а также аномалии в самой системе.

ПАНДОРА не требует ни внесения изменений в клиентское ПО, ни использования специального ПО.

Прозрачный режим работы proxy-серверов позволяет внутрен-ним пользователям соединяться с нужным хостом за один шаг (т.е. без промежуточного соединения с ПАНДОРОЙ).

Система контроля целостности позволяет контролировать безопасность модулей самой системы.

Графический интерфейс управления служит для настройки, администрирования и просмотра статистики ПАНДОРЫ.

ПАНДОРА поставляется вместе с исходными текстами основ-ных программ, для того чтобы можно было убедиться в отсутствии закладок и разобраться, как он работает.

ПАНДОРА сертифицирована Государственной Технической Комиссией при Президенте России. Сертификат N 73 выдан 16 ян-варя 1997 г. и действителен до 16 января 2000 г: " ...система защи-ты информации от НСД в сетях передачи данных по протоколу TCP/IP - межсетевой экран "ПАНДОРА" (ТУ N 1-97) на базе меж-сетевого экрана "Gauntlet" версии 3.1.Н..., функционирующая на платформе операционной системы IRIX v.6.3 фирмы Silicon Graphics, является средством зашиты информации и обеспечивает защиту участка интрасети от доступа извне, не снижая уровня за-щищенности участка интрасети, соответствует техническим усло-виям № 1-97 и требованиям Руководящего документа Гостехко-миссии России "Автоматизированные системы. Защита от несанк-ционированного доступа к информации. Классификация автомати-зированных систем и требования по защите информации" в части администрирования для класса ЗБ".

Задача выбора МЭ для каждого конкретного применения - это, главным образом, вопрос верного соотношения требований пользователей к доступу и вероятности несанкционированного доступа. В идеале система должна предотвращать всякое несанк-ционированное вторжение. Однако, учитывая широкий спектр не-обходимых пользователям сервисов (Web, ftp, telnet, SNMP, NFS, телефония и видео в Internet, электронная почта и др.), наряду с изначальной открытостью комплекта протоколов TCP/IP, - этого идеала достигнуть очень тяжело. В действительности, мерой эф-фективности МЭ служит вовсе не его способность к отказу в пре-доставлении сервисов, но его способность предоставлять сервисы пользователям в эффективной, структурированной и надежной среде. МЭ должны уметь анализировать приходящий и исходящий сетевой трафик и правильно определять, какие действия санкцио-нированы без ненужного замедления работы системы.

И в заключение данного раздела приведем некоторые рекомен-дации по выбору МЭ, которые выработала Ассоциация "Конфидент".

1). Цена. Она колеблется существенно -- от 1000 до 15000 долл. при покупке непосредственно у фирм-производителей, большинство которых находится в США; у российских дилеров эти цифры значительно выше из-за таможенных и налоговых сборов. Интересна и такая цифра - цена МЭ для Windows NT в сред-нем составляет 6000 долл. К этой цене надо добавить расходы на аппаратную платформу и ОС, которые могут быть весьма значи-тельными и соизмеримыми со стоимостью самого МЭ -- напри-мер, как в случае использования компьютеров Sun под управлени-ем ОС Solaris. Поэтому с точки зрения экономии разумно приме-нять МЭ, ориентированные на Intel-платформу и ОС DOS, Windows NT, Novel 1 NetWare.

2). Фильтрация. Большинство МЭ работает только с семейст-вом протоколов TCP/IP, что связано с ориентацией разработчиков на потребности западного рынка. Этого достаточно, если МЭ при-меняется в классическом варианте -- для контроля графика между интрасетью и Internet. Но в России, согласно имеющейся статисти-ке, 90 % рынка сетевых ОС составляет Novell Netware и поэтому важна фильтрация IPX-трафика. Кроме того, совершенно необхо-димой для внутреннего МЭ является способность фильтрации на уровне соединения -- например, фильтрации Ethernet-фреймов. К сожалению, эта возможность реализована в очень немногих про-дуктах (например. Firewall Plus и Eiron Firewall).

3). Построение интрасети -- при объединении сети организа-ции с Internet в качестве транспортной магистрали нужно исходить из имеющейся инфраструктуры. С этой точки зрения много воз-можностей, имеется в Netware: службы каталогов, управления, пе-чати, защиты и работы с файлами; GroupWise и ManageWise управляют электронным документооборотом и сетью; входящий в состав IntranetWare шлюз IPX/IP организует прозрачный доступ с IPX-станций к сервисам TCP/IP с помощью Winsock-совместимого клиентского ПО. Тогда IPX-сервер и IPX-станция не имеют IP-адресов и из Internet в принципе не видны. Поэтому организация атаки на их информационные ресурсы практически невозможна и защита IP-хостов гетерогенной сети IP-IPX решается проще, так как шлюз выполняет по отношению к ним функции МЭ. Примеры таких МЭ: BorderManager фирмы Novell и NetRoad FireWALL фирмы UkiahSoft.

4). Простота эксплуатации. Чтобы снизить текущие эксплуа-тационные расходы, лучше отдать предпочтение простым в экс-плуатации продуктам с интуитивно понятным графическим ин-терфейсом, иначе богатые возможности по настройке МЭ могут оказаться невостребованными. Этому критерию хорошо соответ-ствуют два продукта -- Firewall Plus фирмы Network-1 и NetRoad FireWALL фирмы UkiahSoft.

Отечественные защищенные системы

Российский стандарт шифрования данных ГОСТ 28147-89

Единственный в настоящее время коммерческий российский алгоритм ГОСТ 28147-89 является универсальным алгоритмом криптографической защиты данных как для крупных информационных систем, так и для локаль-ных вычислительных сетей и автономных компьютеров.

Многолетний опыт использования данного алгоритма показал его высокую надежность и удачную конструкцию. Этот алгоритм может реализовываться как аппаратным, так и программным способом, удовлетворяет всем крипто-графическим требованиям, сложившимся в мировой практике. Он также по-зволяет осуществлять криптозащиту любой информации, независимо от сте-пени ее секретности.

В алгоритме ГОСТ 28147-89 используется 256-разрядный ключ, представляемый в виде восьми 32-разрядных чисел, причем, расшифровываются данные с помощью того же ключа, посредством которого они были зашифрованы.

Необходимо отметить, что алгоритм ГОСТ 28147-89 полностью удовле-творяет всем требованиям криптографии и обладает всеми достоинствами алгоритма DES, но лишен его недостатков. В частности, за счет использова-ния специально разработанных имитовставок он позволяет обнаруживать как случайные, так и умышленные модификации зашифрованной информации. В качестве недостатка российского алгоритма надо отметить большую слож-ность его программной реализации и недостаточно высокую скорость работы.

СУБД “Линтер-ВТ” , разработанной ВНИИ автоматизации управления в непромышленной сфере воронежской фирмой “Рэлекс”, производство которых сертифицировано. Специалисты Лос-Аламосской лаборатории в США считают, что СУБД “Линтер-ВТ” не уступает СУБД фирмы Oracle (“родная” Oracle, чтобы быть сертифицированной, требует доработки, а, кроме того, любой западный продукт может получить сертификат только на определенные партии продуктов, поскольку их производство находится за рубежом).

Криптографические средства семейства “Верба-О” производства МОПНИЭИ(сертифицированы ФАПСИ) . Универсальность установок по умолчанию. Внутренние изменения интерфейса при смене средств незначительны. Спектр применения интерфейса системы защиты информации, приведенного в качестве примера,продукта, приведённого в качестве примера, в весьма широк. Это системы контроля доступа к ресурсам банковской системы (как локальное использование в офисе банка для операторов и клиентов, так и контроль удаленного доступа), системы “банк-клиент”, платежи через Интернет, защищенная почта и многие другие.

Методы защиты информации в канале связи можно разделить на две группы:

· методы, основанные на ограничении физического доступа к линии и аппаратуре связи

· методы, основанные на преобразовании сигналов в линии к форме, исключающей (затрудняющей) для злоумышленника восприятие или искажение содержания передачи.

Методы первой группы в рассматриваемом варианте построения защищенной связи имеют весьма ограниченное применение, так как на основном протяжении линия связи находится вне ведения субъекта, организующего защиту. В то же время, по отношению к аппаратуре терминала и отдельных участков абонентской линии применение соответствующих мер необходимо.

Ограничение физического доступа предполагает исключение (затруднение):

Непосредственного подключения аппаратуры злоумышленника к электрическим цепям аппаратуры абонентского терминала;

Использования для перехвата информации электромагнитных полей в окружающем пространстве и наводок в отходящих цепях, сети питания и заземления;

Получение злоумышленником вспомогательной информации об используемом оборудовании и организации связи, облегчающей последующее несанкционированное вмешательство в канал связи.

Методы преобразования речевого сигнала, препятствующий перехвату информации:

Аналоговый

А. Частотные преобразования

А1.Инверсия спектра

А2.Перестановка полос

А2.1.Статическая перестановка

А2.2.Переменная перестановка под управлением криптоболоков

Б. Временные преобразования

Б1.Временная инверсия

Б2.Перестановка отрезков

Б2.1.Статическая перестановка

Б2.2.Переменная перестановка под управлением криптоблока

Цифровой:

B.Преобразование в код с последующим шифрованием:

B1.Кодирование звука со скоростью 32-64Кб/сек.

АБ – комбинированные мозаичные преобразования = связь А1 и Б1, связь А2.2. и АБ, Б2.2. и АБ

24. Способы и средства защиты информации в функциональных каналах связи. Защита речевой информации в канале связи путем преобразования сигнала. Защита цифровой информации.

Способы защиты от утечки по радиоэлектронному каналу:

Вид радиоэлектронного канала утечки информации	Способы защиты
Информационное скрытие(является программным типом скрытия информации. Оно достигается изменением или созданием ложного информационного портрета сообщения, физического объекта или сигнала.)	Энергетическое скрытие
Электрический КУИ (возникает за счет нежелательных электромагнитных связей между двумя цепями)		Экранирование Заземление Фильтрация Ограничение Отключение Использование буферных устройств	Линейное зашумление
Электромагнитный КУИ (возникает за счет различного вида побочных электромагнитных излучений (ЭМИ))	Шифрование, дезинформирование	Экранирование Заземление	Пространственное зашумление

Для защиты информации, передаваемой по функциональным каналам связи наиболее эффективным является применение информационных методов скрытия информации, а именно шифрования. Следует отметить, что для защиты информации, передаваемой по радиоканалу, из технических методов защиты именно информационные будут единственно приемлемы. Это объясняется тем, что носитель информации (электромагнитная волна) не имеет четких границ в пространстве и локализовать ее какими либо техническими средствами невозможно.

Для защиты информации, передаваемой по проводным линиям связи возможно применить методы энергетического скрытия. Это возможно из-за того, что проводник имеет четкие границы в пространстве. Для защиты от бесконтактного съема из пассивных способов применяют экранирование кабелей с заземлением экрана, из активных – линейное зашумление.

Для защиты от утечки информации по электрическому каналу из пассивных способов применяют фильтрация, ограничение опасных сигналов, защитное отключение, а также экранирование линий, выходящих за пределы контролируемой зоны с заземлением экранирующей оболочки. В отличие от защиты проводного функционального канала связи, в этом случае экранируются участки проводника, проходящие рядом с техническими средствами и другими проводниками, несущими информацию ограниченного доступа, с целью исключения взаимного влияния и наведения в проводнике, выходящем за пределы контролируемой зоны информационного сигнала.

Средства защиты.

Фильтры - электронные устройства, которые пропускают сигналы одного диапазона (диапазонов) частот и не пропускают другого (других) диапазонов. Если фильтр пропускает сигналы низких частот и не пропускает сигналы высоких частот, то такие фильтры называются фильтры низких частот (ФНЧ). Если наоборот, то фильтры высоких частот (ВФЧ). ФНЧ используют для исключения (ослабления) просачивания информационных сигналов ТСПИ(технические средства приема, обработки, хранения и передачи информации), имеющих более высокие частоты, в цепи электропитания, заземления, в линии, выходящие за пределы контролируемой зоны.

Ограничение опасных сигналов заключается в том, что электронное устройство – ограничитель, пропускает сигналы высокого уровня и не пропускает слабые сигналы, которые могут возникнуть в результате наводок или на выходе элементов, обладающих «микрофонным эффектом».

Фильтр сетевой ФАЗА-1-10 предназначен для предотвращения утечки информации от ПЭВМ и других технических средств передачи информации по линиям питающей сети, выходящими за пределы выделенного помещения или за границы контролируемой зоны, за счет подавления наводок опасных (информативных) сигналов.

Активным способом защиты является линейное зашумление . Системы линейного зашумления (СЛЗ) применяются в случаях:

· недостаточных уровней переходных затуханий между влияющими и подверженными влиянию кабелями и соединительными линиями;

· воздействия на цепи, провода и устройства вспомогательной аппаратуры низкочастотных электромагнитных полей основной аппаратуры;

· наличия электроакустических преобразований во вспомогательной аппаратуре.

К мероприятиям защиты информации от утечки по электромагнитному каналу с использованием пассивных средств относятся локализация излучений путем экранирования и заземления технических средств, а также экранирование целых помещений.

Изделие обеспечивает снижение уровней ПЭМИН от устанавливаемых технических средств в широком диапазоне частот и предназначены для экранирования рабочих мест и помещений для обработки режимной информации и проведения испытаний (мониторинга) различной радиоэлектронной на наличие ПЭМИН (Побочные ЭлектроМагнитные Излучения и Наводки).

К техническим мероприятиям с использованием активных средств относятся пространственное зашумление.

Системы пространственного электромагнитного зашумления коллективные (СПЗ-К) или индивидуальные (СПЗ-И) применяются для создания маскирующих помех в окружающем ОТСС(Основные технические средства и системы) или ВТСС(Вспомогательные технические средства и системы) пространстве.

В состав СПЗ, как правило, входит следующее оборудование:

· генераторы шума;

· усилители, обеспечивающие необходимую мощность маскирующих шумов в заданном диапазоне частот;

· оконечные устройства (антенны) для создания магнитной и электрической составляющих маскирующих помех системы пространственного электромагнитного зашумления коллективной (СПЗ-К), однообмоточные или трехобмоточные «точечные» излучатели в системе пространственного электромагнитного зашумления индивидуальной (СПЗ-И), кабельная и распределительная сеть линейного зашумления в СПЗ-К;

· согласующие и коммутирующие устройства;

· пульты контроля токов и напряжений в оконечных устройствах.

Устройство активной защиты информации ВЕТО-М предназначено для радиоэлектронного подавления технических средств негласного съема информации и систем дистанционного управления, использующих радиоканал, а также маскировки побочных электромагнитных излучений технических средств и систем, обрабатывающих конфиденциальную информацию и (или) установленных в помещениях, предназначенных для проведения секретных совещаний. Помимо задач противодействия техническим средствам разведки прибор может использоваться для блокирования каналов дистанционного управления радиоуправляемых взрывных устройств.

Защита речевой информации в канале связи путем преобразования сигнала.

Существует несколько типов преобразования.

1. Преобразования с инверсией спектра и статическими перестановками спектральных компонент речевого сигнала

Процесс инверсии спектра сигнала при передаче и его восстановления при приеме иллюстрируется на рисунке 2.

Схема инвертора представляет собой балансный смеситель. При частоте гетеродина (маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала в супергетеродинных радиоприёмниках, приёмниках прямого преобразования, волномерах и пр.) Fг, равной сумме граничных частот Fн и Fв преобразуемого сигнала (3700 Гц для стандартного телефонного канала с Fн = 300 Гц и Fв = 3400 Гц) нижняя полоса частот после смесителя воспроизводится в исходной полосе частот, т.е. в полосе канала в инверсном виде. При приеме производится повторная инверсия и исходный сигнал восстанавливается.

Качество восстановленной речи зависит от качества (на передающей и на приемной сторонах) смесителей, фильтров, ограничивающих спектр входного сигнала и выделяющих нижнюю полосу частот преобразованного сигнала, а также от коррекции на приемной стороне частотных искажений канала, влияние которых также сказывается инверсно: затухание канала в высокочастотной части спектра на приеме сказывается в низкочастотной части сигнала и наоборот.

При перехвате сигнал с инвертированным спектром может быть легко восстановлен любым аналогичным аппаратом, а при соответствующей тренировке - воспринят человеком непосредственно.

Для повышения стойкости защиты некоторые изготовители вводят переменную частоту гетеродина, устанавливаемую партнерами по договоренности в форме числового кода-пароля, вводимого в аппарат при переходе в защищенный режим.

Возможности такого дополнительного частотного сдвига, приводящего к несовпадению спектра передаваемого сигнала и номинальной частотной полосы канала связи и, соответственно, к ухудшению качества восстановленной речи, ограничены несколькими сотнями герц. Достигаемый эффект весьма условен. При прослушивании восстановленного сигнала, в случае неравенства частот гетеродинов на передаче и на приеме, в первый момент возникает ощущение неестественной и непонятной речи, которое, однако, почти не мешает воспринимать ее смысл после некоторой адаптации.

Наиболее существенным положительным качеством рассматриваемого преобразователя) является её автономность, т.е. отсутствие необходимости во взаимной синхронизации передающего и приемного аппарата и, соответственно, отсутствие задержки связи на время проведения синхронизации и возможных срывов защищенного режима из-за качества канала, недостаточного для проведения синхронизации. Если удалось установить связь в открытом режиме после включения партнерами инверторов будет реализован и защищенный режим.

Положительными качествами такой аппаратуры также являются:

Дешевизна (цены инверторов спектра порядка 30 - 50 USD);

Возможность построения схем, не вносящих задержку сигнала;

Малая критичность к качеству используемого канала связи и предельная простота в управлении.

Аппаратура может включаться между телефонным аппаратом и линией в стандартный двухпроводной стык между телефонным аппаратом и микротелефонной трубкой, может использоваться в виде накладки на микротелефонную трубку с акустической передачей преобразованного сигнала. Переход в защищенный режим происходит по взаимной договоренности партнеров после установления соединения. Переход происходит немедленно после нажатия соответствующей клавиши (или другого управляющего действия). Включение и выключение защищенного режима осуществляется каждым партнером самостоятельно, синхронизация действий не требуется.
При разговоре в линии прослушивается характерный сигнал, по структуре полностью повторяющий передаваемую речь. Восстановленный сигнал имеет высокое качество. В дешевых аппаратах с недостаточной фильтрацией возможно наличие свистящих тонов и изменение тембра голоса говорящего. Наличие посторонних шумов в помещении, из которого ведется передача, сказывается на качестве восстановленного сигнала так же, как в открытом режиме, на стойкость защитного преобразования почти не влияет.

2. Преобразования с временными перестановками (скремблированием) и временной инверсией элементов речевого сигнала со статическим законом перестановки.

Данный класс аппаратуры требует наличия в своем составе блока запоминания сигнала с управляемым доступом по записи и считыванию. Временная перестановка элементарных отрезков речевого сигнала и восстановление их последовательности на приеме занимают соответствующий интервал времени. Поэтому обязательным свойством такой аппаратуры является заметная задержка сигнала на приемной стороне. Процессы преобразования сигнала показаны на рисунке 4.

Чем меньше длительность элементарных отрезков, на которые разбивается исходный речевой сигнал и чем больше элементов участвуют в операции перестановки, тем сложнее процесс восстановления речи по перехваченному линейному сигналу.

Однако при передаче по каналу связи возникают краевые искажения элементарных отрезков. При восстановлении речи на приемной стороне это приводит к появлению “сшивок”, ухудшающих качество восстановленного сигнала. С учетом характеристик реальных телефонных каналов длительность элементарных отрезков сигнала ограничена снизу на уровне 15 - 20 миллисекунд.

Увеличение числа перемешиваемых элементов мозаики - увеличение “глубины перестановки” - ограничено возрастанием задержки восстановленного сигнала на приеме. При диалоге заметные неудобства возникают при задержке более 0,3 сек, а при задержке более 1 сек диалог становится невозможным. Оба указанных фактора определяют глубину перестановки на уровне 16 - 64 элементарных отрезков речи.

Маскирующее воздействие на структуру сигналов в линии связи может быть достигнуто временной инверсией (воспроизведением в обратном направлении по отношению к записи) всех или отдельных отрезков. Такое преобразование неэффективно на коротких отрезках (с продолжительностью менее длительности одного элементарного звука речи). Применение длинных отрезков уменьшает возможность их перемешивания. Поэтому временная инверсия применяется исключительно как дополнительное преобразование в комбинации с временными перестановками. При этом наиболее эффективна временная инверсия всех отрезков.

Временные перестановки и временная инверсия при правильном выборе параметров перестановки исключают непосредственное прослушивание речи в канале связи, но при анализе записи или при оперативном анализе сигнала на месте перехвата статическая перестановка, повторяющаяся из кадра в кадр, легко выявляется по спектральным и амплитудным связям отрезков, в результате чего исходная речь может быть восстановлена с применением несложной аппаратуры (ПЭВМ с аудиоплатой).

В то же время по своему составу и сложности алгоритма аппаратура с фиксированными перестановками незначительно отличается от аппаратуры с переменными перестановками, управляемыми криптоблоком. Поэтому в настоящее время для цепей защиты информации применяются почти исключительно аппараты с переменными перестановками.

3. Преобразования с временными или частотными перестановками (скремблированием) с переменными перестановками под управлением криптоблока и комбинированные мозаичные преобразования

Применение переменных перестановок позволяет значительно затруднить восстановление исходной речи по перехвату сигнала в канале. При правильном выборе криптоалгоритма удачный подбор перестановки на одном интервале никак не способствует подбору перестановок на последующих интервалах. Кроме того, введение криптоалгоритма с индивидуальным ключом исключает возможность использования для перехвата однотипного аппарата.

Аппаратура строится на базе сигнальных процессоров, имеет в своем составе АЦП(Аналого-цифровой преобразователь - устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код), ЦАП(Цифро-аналоговый преобразователь - устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал), криптоблок управления перестановкой, систему ввода или формирования ключа. Обязательным этапом рабочего процесса является начальная синхронизация взаимодействующих аппаратов и их последующая подсинхронизация.

Как следствие, эта аппаратура заметно дороже аппаратуры частотной инверсии - 200 - 400 USD за единицу.

Основными положительными качествами аппаратуры мозаичных преобразований - скремблеров - являются:

Относительно высокая стойкость защиты передаваемого речевого сигнала, исключающая его непосредственное прослушивание даже при наличии группы высокотренерованных аудиторов и требующая для восстановления речи значительных затрат времени при использовании специализированных измерительно-вычислительных комплексов, применяемых государственными спецслужбами;

Относительно низкая стоимость;

Простота эксплуатации (для моделей, специально разработанных для непрофессионального пользователя).

К недостаткам данного класса аппаратуры следует отнести:

Задержку восстановленного сигнала на приемной стороне, требующую привыкания и затрудняющую диалог;

Наличие эха, зависящего от параметров коммутируемой линии связи;

Задержку связи на время прохождения процесса синхронизации аппаратов;

Возможность срыва синхронизации на плохих каналах.

Для реализации различных сервисов защиты информации в се-тях, построенных на базе коммуникационной архитектуры TCP/IP. используется ряд типовых механизмов и протоколов защиты. Решение, соответствующее практическим потребностям, обычно может быть получено как определенная их комбинация. Среди всех меха-низмов защиты, применяемых для целей электронной коммерции и электронного документооборота, важнейшее место занимают средства образования защищенных каналов передачи информации. Здесь мы рассмотрим стандартные протоколы, предназначенные для ре-шения этой задачи.
Очень широкое распространение за последние годы получили локальные и глобальные компьютерные сети на основе коммуникационной архитектуры TCP/IP. Одна из причин популярности TCP/IP - хорошо разработанная система функций защиты информа-ции, закрепленная рекомендациями серии RFC, которые публикуются международной организацией IETF (Internet Engineering Task Force). В связи с этим они являются основной нормативно-техничес-кой базой реализации информационных систем, предназначенных для целей электронной коммерции.
В сетях, основанных на архитектуре TCP/IP, наибольшее рас-пространение получили два метода реализации защищенных кана-лов передачи информации. Один из них - применение стандартных механизмов и протоколов защиты информации, определяемых ар-хитектурой безопасности IPSec. Это рамочная модель (frame-work), включающая четыре компонента:
протокол АН - Authentication Header;
протокол ESP - Encapsulating Security Payload;
протокол IPcomp -IP payload compression;
рамочную модель IKE - Internet Key Exchange.
Для каждого из них (занимающих свое место среди протоколов коммуникационной архитектуры TCP/IP) описываются форматы, за-головки, специфические криптографические механизмы и режимы их применения. Архитектура IPSec добавляет к IP-пакетам проверку целостности, подлинности (аутентичности), шифрование и защиту от повтора пакетов. Она используется для обеспечения безопасности соединений между оконечными пользователями и для создания за-щищенных туннелей между шлюзами.
Архитектура IPSec была создана для обеспечения способности к взаимодействию. При корректной реализации она не оказывает никакого влияния на сети и хосты, не поддерживающие ее. Модель не зависит от используемых криптографических алгоритмов и допускает включение новых алгоритмов по мере их появления. Архитектура поддерживается дня коммуникационных протоколов IPv4 и IPv6 (в по-следнем случае она является обязательным компонентом коммуникационной архитектуры). Конкретная реализация того или иного крипто-графического алгоритма для использования протоколами в архитектуре IPSec называется преобразованием (transform). Например, алгоритм DES, используемый протоколом ESP в режиме сцепления блоков, в терминологии IPSec называется преобразованием ESP DES-CBC. Преобразования, пригодные для использования в протоколах, публи-куются в рекомендациях серии RFC, принятых IETF.
Архитектура IPSec базируется на двух главных компонентах: защищенных ассоциациях (Security Associations - SA) и туннелиро- вании.
Защищенная ассоциация - это однонаправленное (симплексное) ло-гическое соединение между двумя системами, поддерживающими IP-
Sec, которое однозначно идентифицируется тремя параметрами, где Security Parameter Index (SPI) - 32-битовая величина, используемая для иден-тификации различных SA с одним и тем же адресом получателя и про-токолом безопасности (SPI переносится в заголовке протокола безо-пасности - АН или ESP; SPI имеет только локальное значение, так как определяется создателем SA; обычно SPI выбирается системой- получателем во время установления SA); IP destination address - IP- адрес системы-получателя, который может быть адресом единичной системы, а также адресом широковещательной или групповой рассыл-ки; однако текущие механизмы управления SA определены только для адресов единичных систем; Security protocol - величина, которая указывает на выбор протокола АН или ESP.
Защищенная ассоциация может быть установлена в одном из двух режимов: транспортном или туннельном, в зависимости от ре-жима протокола в этой ассоциации. Напомним, что SA является симплексным соединением, следовательно, для двунаправленной связи между двумя системами, поддерживающими IPSec, должны быть определены две SA, по одной в каждом направлении.
Каждая отдельно взятая SA предоставляет сервисы безопасности для трафика, переносимого ею либо через протокол АН, либо через протокол ESP, но не через оба протокола сразу. Другими словами, для соединения, которое должно быть защищено одновременно протоко-лами АН и ESP, в каждом направлении должны быть определены две ассоциации. В этом случае все множество SA, которые определены для соединения, носит название связки защищенных ассоциаций (SA bundle). Ассоциации, входящие в связку, не обязательно должны за-вершаться в одной и той же конечной точке. Например, мобильный хост мог бы использовать SA с протоколом АН для связи между собою и межсетевым экраном (МЭ) и другую SA с протоколом ESP, которая продолжается до хоста, расположенного позади МЭ.
Реализация IPSec поддерживает две базы данных (БД), связанные с SA.
Security Policy Database (SPD) - база данных политики безопас-ности, которая специфицирует те сервисы безопасности, которые должны предоставляться IP-трафику. Они зависят от таких факторов, как адреса источников и получателей, «внутриполосный» или «внеполосный» характер трафика и т. п. БД содержит упорядоченный список записей о политике, раздельных для «внутриполосного» и «внеполосного» трафика. Эти записи могут специфицировать, что часть трафика должна миновать обработку через механизмы архи-тектуры IPSec, часть должна быть вообще удалена, а остальной трафик должен быть обработан модулем, реализующим функции архи-тектуры IPSec. Записи в этой БД похожи на правила межсетевого экранирования или пакетной фильтрации.
Security Association Database (SAD) - база данных защищенных ассоциаций, которая содержит параметрическую информацию о ка-ждой SA, в том числе алгоритмы и ключи, используемые протоко-лами АН и ESP, последовательные номера ассоциаций, режимы про-токолов и время жизни SA. Для «внеполосной» обработки записи SPD указывают на записи в SAD, т. е. SPD определяет, какие SA должны быть использованы для данного пакета. Для «внутриполос- ной» обработки SAD служит средством определения способа обра-ботки пакета.
Пользовательский интерфейс реализации IPSec обычно либо скрывает эти БД, либо представляет их в более дружественном виде.
Туннелирование, или инкапсуляция, - это обычный метод защиты для сетей с маршрутизацией пакетов. Он заключается в том, что па-кеты, передаваемые в сети, «оборачиваются» в новые пакеты, так как к первоначальному пакету приписывается новый заголовок и, возможно, хвостовик. Исходный пакет целиком становится заполне-нием нового пакета более низкоуровневого протокола (рис. 4.2). Новый IP- заголовок ^Щ^Л"Г^Врк^ ;" > - Заполн єш щ ІР^п лк Исходная (инкапсулированная) дейтаграмма становится заполнением нового IP-пакета
Рис. 4.2. Принцип туннелирования (инкапсуляции) протоколов
Туннелирование часто используется для того, чтобы перенести трафик какого-либо протокола через сеть, которая не поддерживает этот протокол непосредственно. Например, протоколы NetBIOS или IPX могут быть инкапсулированы в IP-пакеты для переноса их через глобальную сеть, построенную в архитектуре ТСРЛР. Туннелирова- ние можно использовать и для целей защиты информации. Так и происходит в архитектуре IPSec: туннелирование применяется для того, чтобы обеспечить сплошную защиту передаваемых пакетов, включая и заголовки инкапсулируемых пакетов. Если пакеты шиф-руются, то злоумышленник не может извлечь оттуда, к примеру, адрес получателя пакетов (в отсутствие туннелирования он это легко смог бы сделать). Таким образом, от постороннего наблюдателя мо-жет быть скрыта внутренняя структура частной сети.
Туннелирование требует промежуточной обработки исходного пакета при маршрутизации. Адрес получателя, указанный во внешнем заголовке, обычно является адресом межсетевого экрана или маршрутизатора, поддерживающего архитектуру IPSec. Он получает инкапсулированный пакет, извлекает из него содержимое исходного пакета и посылает его оконечному получателю. Дополнительные затраты на обработку компенсируются повышением уровня безопас-ности.
Замечательным преимуществом туннелирования IP-пакетов является способность обмениваться пакетами с частными ІР-адресами между двумя внутренними сетями организаций через публичный канал, который требует, чтобы узлы имели уникальные глобальные адреса. Так как инкапсулированный заголовок не обрабатывается маршрутизаторами в сети Интернет, достаточно, чтобы только око-нечные точки туннеля (шлюзы) имели бы глобально присвоенные адреса. Хосты в частных сетях (интранет-сетях) за ними могут иметь частные адреса (например, вида Ю.х.х.х). Так как глобальные ІР- адреса становятся дефицитными, такой метод взаимосвязи сетей приобретает большое значение. Модель туннелирования в архитек-туре безопасности IPSec описана в рекомендации RFC 2003 - «IP Encapsulation within IP».
Далее мы рассмотрим протоколы архитектуры IPSec, более ин-тересные с технической, нежели с алгоритмической точки зрения, так как их криптографическая «начинка» довольно проста.
Итак, первым компонентом архитектуры безопасности IPSec является протокол АН. Он используется для того, чтобы обеспечить целостность и подлинность IP-дейтаграмм. С его помощью также возможна защита и от повтора пакетов. Хотя его использование рас-сматривается как необязательное, сервис защиты от повтора пакетов должен быть реализован в любой системе, совместимой с архитек-турой IPSec. Сервисы не требуют установки соединений, следова-тельно, должны быть обеспечены для каждого пакета в отдельности. Протокол АН используется в двух режимах: транспортном и тун-нельном.
Протокол АН обеспечивает подлинность для возможно большей части IP-дейтаграмм. В транспортном режиме некоторые поля IP- заголовка изменяются при маршрутизации, поэтому их значения не могут быть предсказаны получателем. Эти поля называются пере-менными (mutable) и не защищаются протоколом АН. Переменные поля пакета IPv4 таковы:
поле, указывающее тип сервиса (Type of service - TOS); поле флагов; поле смещения фрагмента (Fragment offset); поле времени жизни пакета (Time to live - TTL); поле контрольной суммы заголовка (header checksum).
Когда требуется защита этих полей, должно быть использовано туннелирование. Заполнение IP-пакета рассматривается как неизме-няемое и в любом случае защищается методом АН.
Протокол АН идентифицируется номером протокола 51, присво-енным IANA. Заголовок протокола непосредственно предшествует заголовку протокола АН, содержащему эту величину в своих полях.
Обработка методом, предусмотренным протоколом АН, приме-нима только к нефрагментированным IP-пакетам. Однако IP-пакет с заголовком АН может быть фрагментирован промежуточным мар-шрутизатором. В этом случае получатель сначала собирает пакет, а затем применяет к нему обработку в соответствии с методом, пре-дусмотренным АН. Если при начале обработки оказывается, что ІР- пакет предположительно разбит на фрагменты (поле смещения не-нулевое или флаг More fragments установлен в единицу), он удаляет-ся. Это предотвращает атаку методом перекрытия фрагментов (over-lapping fragment attack), которая возможна при некорректном ис-пользовании алгоритма сборки фрагментов и позволяет искажать пакеты и пересылать их через МЭ.
Пакеты, которые не проходят аутентификацию, удаляются и ни-когда не доставляются на верхние уровни. Этот режим значительно уменьшает вероятность успешного проведения атак, приводящих к отказу в обслуживании, цель которых заключается в том, чтобы блокировать связь с хостом или шлюзом, наводняя их «поддельными» пакетами.
Формат АН-заголовка (рис. 4.3) описан в RFC 2402. В него вхо-дят следующие поля:
«Следующий заголовок» - Next header (8 бит); «Длина заполнения пакета» - Payload length (8 бит); Зарезервированное поле (16 бит, установленных в 0); «Индекс параметра безопасности» - Security Parameter Index (SPI) (32 бита);

«Код аутентификации сообщения» - Authentication data (32 бита для IPv4, 64 бита для IPv6). " .АН- ¦ "
л J Л ГОЛОВОК-./ ЕР-заголовок Заполнение IP-пакет а
^Сиед: заголовок \ Дтата.запрЛнегаи^;". ¦^ЬаіУез.^ві"фЬвжо;-"- j;.jv".>": іуі"ійдексі гі{ірпмвт]їгі¦ $ёзЬпас>гостн^^Ріу//йv;} ? ¦; yVi.. ¦ ;">¦. "¦ ігіорЯДКОЕЬШ"НОМф- Шкёга к-ПОСЛЄД(ІВ"аТельНОСТІІ ; іЛ", u.:: г^ -К о д1. луг енті 1фїік аці иГ t6o бщейія j . 32 бита >- Рис. 4.3. Формат заголовка протокола АН в соответствии с RFC 2402
Заголовок АН в транспортном режиме вставляется в пакет сразу после заголовка IP-пакета (рис. 4.4). Если дейтаграмма уже имеет заголовок IPSec, заголовок АН помещается перед ним. Транспортный режим используется хостами, но не шлюзами. Шлюзам не тре-буется поддерживать транспортный режим. Преимуществом транспортного режима является меньшая вычислительная сложность, не-достатком - отсутствие проверки подлинности изменяемых полей.
ЕР-заголовок
Заполнение ІР-пакета і"*. - ІР-заголовок:., "АІІ- -заголовок- Заполненне ЕР-пакета -с ->- Дейтаграмма с АН-зпгачовком в транспортом режиме
Обеспечена аутенпгіность (кроме изменяемых псшеп) Рис. 4.4. Заголовок протокола АН в транспортном режиме
Исходная ІР-деґпаграмма
; „ "АІІ- -заголовок-
ІР-заголовок
Заполнение ЕР-пакета
АН в туннельном реэ/симе использует ранее рассмотренную кон-цепцию туннелирования. При этом конструируется новая 1Р-дей- таграмма, в то время как исходная становится ее заполнением. АН в транспортном режиме применяется к полученной дейтаграмме (рис. 4.5). Туннельный режим используется всякий раз, когда око-нечным узлом защищенной ассоциации является шлюз. Так, между двумя МЭ всегда используется туннельный режим.
Заполнение IP-пакета
ІР- заголовок
Исходная IP-дейтаграмма

ІР-
заголовок
Заполненне ІР-пакета

Обеспечена аугенттргность (кроме изменяемых полей в новом ЕР-зяголовке)

В туннельном реэ/симе
Туннелирован- ная дейтаграмма Дейтаграмма с АН-заголовком в туннельном режиме
Шлюзы часто также поддерживают и транспортный режим. Этот режим разрешен, когда шлюз действует как хост, т. е. в случаях, когда трафик предназначен самому шлюзу. Например, команды SNMP могут быть направлены шлюзу, используя транспортный режим.
В туннельном режиме IP-адреса внешних заголовков не обяза-тельно должны быть теми же самыми, что и адреса внутренних за-головков. Например, два шлюза могут организовать АН-туннель, который используется для того, чтобы гарантировать подлинность
всего трафика между сетями, которые они соединяют. Это типичный случай применения туннельного режима.
Преимуществом туннельного режима является полная защита инкапсулируемых ІР-дейтаграмм и возможность использования ча-стных адресов. Однако этот режим приводит к дополнительной вы-числительной работе узлов сети.
Протокол ESP используется для обеспечения целостности, под-линности и для шифрования ІР-дейтаграмм, а также (факультативно) для защиты от повторной передачи пакетов. Эти сервисы пре-доставляются без установления соединения, поэтому они должны применяться для каждого пакета в отдельности. Множество требуе-мых сервисов выбирается при установлении защищенной ассоциа-ции (SA). Вместе с тем существуют и некоторые ограничения: проверка целостности пакета и аутентификация используются совместно;
защита от повтора может выбираться только в совокупности с проверкой целостности и аутентификацией; защита от повтора может быть выбрана только получателем па-кетов.
Шифрование может быть выбрано независимо от других сервисов. Если шифрование разрешено, рекомендуется, чтобы проверка целостности и аутентификация также были включены. Если исполь-зуется одно только шифрование, злоумышленник может искажать пакеты для того, чтобы осуществить атаку криптоаналитика.
Хотя и аутентификация (с проверкой целостности) и шифрова-ние необязательны, всегда выбирается по меньшей мере одна из этих функций, так как в противном случае использование протокола ESP вообще не имеет смысла.
Протокол ESP идентифицируется номером протокола 50, при-своенным IANA. Заголовок протокола (IPv4, IPv6 или расширение) непосредственно предшествует ESP-заголовку, который и содержит эту величину протокола.
Обработка по методу ESP" применима только к нефрагментиро- ванным IP-пакетам. Однако IP-пакет с примененным к нему ESP может быть фрагментирован промежуточными маршрутизаторами. В этом случае получатель сначала собирает пакет, а затем применяет к нему обработку, предусмотренную протоколом ESP. Если 1Р-па-
кет, который предположительно является фрагментированным, по-ступает для обработки на уровень протокола ESP, он удаляется. Это предотвращает атаку методом перекрытия фрагментов пакетов.
Если выбраны и шифрование и аутентификация с проверкой це-лостности, то получатель вначале проверяет аутентичность пакета и, только если этот шаг завершился успешно, производит расшифровку заполнения пакета. Этот порядок позволяет сэкономить вычисли-тельные ресурсы и уменьшить уязвимость системы защиты к атакам, приводящим к отказу в обслуживании.
Формат пакета при применении ESP (рис. 4.6) описан в RFC 2406. Он более сложен, чем при применении АН, так как включает не только заголовок, но также и концевик и код аутентификации пакета. Заполнение пакета инкапсулируется между заголовком и концевиком, что и дало имя этому методу защиты. | ІР- заголовок f/^pp"-i: заголовок. Заполненпе IP-пакета Конце"-..
.Іл/"ВІГК^ І^шфикащиі^1 Индекспараметр д. бе зопа єно сш- (SE1)
ч. ESP-чаго ловок
ПорядковыГьномер^ пакета в последовательности
к
Заполнение пакета (поле переменной длины)
^Дополнение (от;.О до.
ЬЪд"арденП"фжащ-пгсообщеим^!: щтг.
ESP-концевик

І"івМІГіГ.і"С"ї
«Индекс параметра безопасности» - SPI - Security Parameter Index (32 бита);
«Порядковый номер пакета в последовательности» - Sequence number (32 бита);
поле заполнения, т. е. данные, полученные от протокола более высокого уровня - Payload data (обязательное, переменной длины); дополнение предыдущего поля до длины, кратной 256 байт, - Padding (от 0 до 255 байт, установленных в 0); длина предыдущего поля дополнения - Pad length (8 бит); «Следующий заголовок» - Next header (8 бит, обязательное); «Код аутентификации сообщения» - Authentication data (пере-менной длины).
Как и протокол АН, протокол ESP может использоваться в двух режимах: транспортном и туннельном.
ESP в транспортном реэ/симе. В этом режиме ESP-заголовок следует сразу после IP-заголовка, как показано на рис. 4.7. Если дей-таграмма уже имеет IPSec-заголовок, то ESP-заголовок должен следовать перед первым из них. Концевик протокола ESP и необяза-тельный код аутентификации добавляются к заполнению.

реалше

Протокол ESP в транспортном режиме не обеспечивает ни ау-тентификацию, ни шифрование для IP-заголовка. Это недостаток, так как «ложные» пакеты все же моїут быть доставлены для обра-ботки протоколом ESP. Преимущество транспортного режима - низкие вычислительные затраты. Как и в случае АН, протокол ESP
в транспортном режиме используется хостами, но не шлюзами. Шлюзам вообще не требуется поддерживать транспортный режим.

В работе любой организации зачастую возникает потребность в обмене конфиденциальной информацией между двумя или более лицами. Самое простое решение - передавать ее устно либо лично в бумажном виде. Однако, если такой возможности нет, а также при необходимости передачи информации именно в электронном виде обычно используются криптографические преобразования. Несмотря на широкое применение, криптография имеет свои недостатки - факт передачи не скрывается и при недостаточной стойкости алгоритма шифрования появляется возможность восстановления информации нарушителем. Кроме того, ввиду сложности криптографических преобразований накладывается ограничение на скорость передачи данных, что может быть критичным при трансляции по открытому каналу больших объемов документарной или мультимедийной информации (видео или звук), например, в режиме телеконференции.

На взгляд авторов, альтернативой криптографическим преобразованиям в этом случае может стать комплексный подход к организации обмена конфиденциальной информацией, включающий стеганографические преобразования (предполагающие сокрытие самого факта передачи конфиденциальных сведений) и применение различных методов аутентификации и балансировки нагрузки сети.

Целью данного исследования являются разработка методики скрытой передачи информации в видеопотоке и реализация ее в виде программного комплекса. В основе методики лежит приоритизация трафика одних пользователей по отношению к другим. В ходе работы был создан собственный алгоритм управления трафиком, который применяется в данной методике для организации защищенного обмена информацией.

Возможные области применения алгоритма - балансировка нагрузки сети, привилегированный доступ к ресурсам, организация скрытого канала передачи сообщений.

К программной реализации алгоритма предъявляются следующие требования:

Прозрачность для пользователя;

Отказоустойчивость;

- надежное хранение секретных ключей и системных данных ограниченного доступа;

Целесообразность применения, то есть выигрыш в скорости, качестве обслуживания или защищенности;

Совместимость с различным сетевым оборудованием.

Рассмотрим алгоритм «Метка привилегий» подробнее. В обычном режиме пакеты передаются непосредственно от источника адресату, минуя сервер. Это обычная локальная сеть организации. Перед предполагаемым началом специального режима администратор запускает службу на сервере. Сеть переходит в режим ожидания.

Принимается пакет, проверяется, есть ли метка начала специального режима, если она есть, осуществляется переход к специальному режиму, иначе пакет доставляется адресату и принимается новый. Структура пакета показана на рисунке 1.

Специальный режим. Проверяется аутентификационная информация отправителя пакета. Наглядно работа сервера показана в виде блок-схемы на рисунке 2.

На рисунке 3 представлена схема отправки пакетов адресату. Все пакеты проходят через сервер, где выполняется чтение метки, соответствующей адресу получателя. При удачной аутентификации пакет направляется адресату.

Клиент запускает службу на своем компьютере. Служба проверяет, запущен ли сервер. Если сервер не запущен, в журнале программы фиксируется запись о возникшей ошибке и происходит переключение в режим источник-адресат. Если сервер запущен, проверяется, есть ли аппаратный ключ. Если аппаратного ключа нет, фиксируется ошибка и происходит возврат в режим источник-адресат. Если аппаратный ключ есть, осуществляется переход в режимы источник-сервер и сервер-адресат.

В режимах источник-сервер и сервер-адресат отправка сообщений происходит следующим образом. В пакет добавляются информация о пользователе, метка привилегии и скрытые данные. Пакет отсылается. Прием сообщений выполняется так: принятое сообщение записывается в буфер; согласно таблице стеганографических преобразований выделяются пакеты со скрытой информацией; происходит сбор конфиденциальной информации (рис. 4).

Методика организации защищенного канала

Защищенный канал передачи информации решает задачи защиты от несанкционированного доступа узлов сети, между которыми происходит передача информации, и самой информации в процессе передачи по открытым каналам связи.

На основании алгоритма «Метка привилегий» была разработана методика организации защищенного канала передачи информации с управлением трафиком при передаче.

Рассмотрим этапы, которые включает данный способ обмена конфиденциальной информацией для пользователя.

1. Предъявляется аутентификатор (электронный ключ).

2. При удачной аутентификации в программу вводится необходимая конфиденциальная информация.

3. Начинается видеоконференция (а во время нее - отправка конфиденциальной информации).

4. В ходе видеоконференции также принимается и распознается информация от другого участника обмена данными.

5. Конференция завершается.

Таким образом, для организации защищенного канала пользователю необходимо иметь установленную программу «Метка привилегий», электронный ключ с аутентификационными данными, веб-камеру и доступ в сеть для организации связи.

Аутентификация

В данной методике процедура аутентификации используется для авторизации пользователя-опе-ратора перед началом работы с клиентским программным модулем и подтверждения подлинности сообщения с меткой привилегий, пришедшего от клиента на сервер системы.

Таким образом, требуется применить одношаговую схему аутентификации по аппаратному ключу и по полю данных в заголовке пакета TCP. Наиболее простым и эффективным способом решения этой задачи будет применение алгоритма вычисления имитовставки по ГОСТу 28147-89, поскольку он обеспечивает высокую криптостойкость, позволяет варьировать длину аутентификационного поля в пакете и эффективно реализуется на современных аппаратных платформах ПЭВМ общего назначения. При этом для решения обеих задач может применяться один и тот же ключ, хранимый на предъявляемом оператором ключевом носителе. При аутентификации пользователя для входа в систему (при запуске клиентского приложения) на сервер отправляется тестовое сообщение, зашифрованное на ключе с предъявленного ключевого носителя. Если серверу удалось расшифровать его ключом, соответствующим легальному пользователю данного узла сети, аутентификация считается пройденной и сервер сообщает об этом клиентскому приложению.

Аутентификация передаваемых TCP-пакетов осуществляется по стандартной схеме, когда информационное поле пакета зашифровывается в режиме вычисления имитовставки и добавляется в поле аутентификации, а сервер проверяет корректность вычисленной имитовставки, используя сохраненный в своей БД ключ шифрования.

Следует отметить, что для обеспечения надежности такой схемы при высокой загрузке сети ключи шифрования для всех пользователей необходимо менять не реже одного раза в месяц, что в случае использования системы при работе в локальной сети организации несложно и решается организационно-распорядительными методами.

Стеганография

При стеганографическом преобразовании добавление контейнеров должно происходить в реальном времени, кроме того, необходимо обеспечить стойкость ключа.

Наиболее часто для модификации видеотрафика и встраивания стегоконтейнеров применяют метод наименее значащих битов. Этот метод неустойчив к искажению передаваемой в стегоконтейнерах информации, например, можно обнулять все последние биты, что уничтожит всю конфиденциальную информацию. Также можно восстанавливать скрытую информацию, используя статистические закономерности.

Особенностями применения стеганографии в разрабатываемой методике для видеоконференций являются следующие:

Стегоконтейнеры встраиваются в реальном времени;

Открытая передаваемая информация имеет большой размер - увеличивается нагрузка на канал;

В стегоконтейнерах необходимо передавать аутентификационные метки;

Добавление контейнеров должно проходить в прозрачном для пользователя режиме;

Аутентификация должна быть простой для пользователя и выполняться в автоматическом режиме;

Передача аутентификационных меток должна проводиться постоянно.

Информацию о номерах пакетов можно передавать различными способами. Суть первого способа передачи: в первый пакет включается смещение до следующего пакета с конфиденциальной информацией и т.д., то есть каждый пакет со стегоконтейнером в начале поля данных будет содержать информацию о номере следующего пакета со стегоконтейнером. Важно, что задается смещение, а не номер пакета, так как в общем случае на кодирование смещения потребуется меньшее количество бит.

В настройках программы необходимо определить, какое количество бит в начале пакета будет выделено под адрес следующего пакета. Например, если расстояние между пакетами не превышает 100, на кодирование смещения необходимо выделить 7 бит. Каждый выделенный под смещение бит позволяет существенно увеличить расстояние между пакетами и тем самым сгладить статистические характеристики видеопотока.

Недостаток метода в том, что, перехватывая первый пакет, злоумышленник узнает номер следующего пакета и таким образом постепенно может восстановить всю последовательность.

Второй способ передачи - запись таблицы, содержащей номера пакетов с конфиденциальной информацией, на аппаратные ключи до начала видеоконференции. Все преобразования трафика происходят на клиентских машинах, тем самым обеспечивается дополнительная безопасность, так как информация в открытом виде не перемещается по сети.

Недостаток данного метода в том, что получение злоумышленником аппаратного ключа позволяет ему восстановить переданную конфиденциальную информацию.

Третьим способом передачи таблицы является передача ее на материальном носителе, например в бумажном виде. Недостатки этого метода: ввод таблицы клиентом в программу вручную и возможность перехвата ключевой информации нарушителем.

Программная реализация

Рассмотрим работу программы, реализующей данный алгоритм. Необходимо отметить, что она состоит из клиентской и серверной частей.

Клиентская часть запускается в фоновом режиме, предоставляя минимальный набор возможностей:

Участвовать в видеоконференции;

Отправить конфиденциальную информацию адресату;

Принять и распознать конфиденциальную информацию.

Причем пользователь не должен задумываться о выборе из видеопотока необходимой скрытой информации - сборка данных из разрозненных пакетов происходит автоматизированно клиентской частью приложения. Данный процесс выполняется на клиентской машине для того, чтобы информация не курсировала в сети в открытом виде, так как, если восстанавливать ее на сервере и затем передавать, участок от адресата до сервера будет потенциально опасным.

Серверная часть предназначена для админи- стратора. При первом запуске администратор вручную добавляет IP-адреса своей сети, затем переходит к назначению меток. Напротив привилегированного адреса ставится отметка. Администратор также задает размер смещения (количество бит, выделенных в начале пакета), так как, если задавать его клиентской частью приложения, могут возникнуть коллизии, когда размеры смещений у разных пользователей не совпадают.

Таким образом, администратор вручную выполняет следующие действия:

Ввод IP-адреса пользователей видеоконференции;

Выбор размера смещения под адрес;

Ввод пользовательских ключей для осуществления аутентификации.

Служебная информация, необходимая для функционирования программы, конфиденциальная информация и непосредственно ключи хранятся как на сервере, так и на клиентских рабочих местах.

На сервере хранится информация об аппаратных ключах пользователей, о паролях пользователей, о размерах смещений под адрес, IP-адреса пользователей, а также метка начала специального режима.

На клиентском рабочем месте хранятся аппаратный ключ, пароль, конфиденциальная информация, информация об IP-адресах других участников информационного обмена.

Необходимо отметить, что интерфейс данной программы не подразумевает множества тонких настроек. Программа предназначена для того, чтобы обеспечить администратору простое представление назначения меток. Все преобразования она будет производить на уровне пакетов самостоятельно.

Программа предполагает наличие двух видов пользователей - клиент и администратор.

Клиент при помощи клиентской части приложения и аутентификатора авторизуется в системе и получает доступ к видеоконференции, в ходе которой передает и получает конфиденциальную информацию. Он не имеет доступа к настройкам сети, знает ключ, с помощью которого можно выделить стегоконтейнеры и собрать конфиденциальную информацию в ее исходное состояние.

Администратор управляет настройками сети с помощью серверной части приложения. Он добавляет и удаляет пользователей, разрешенные IP-адреса, не имеет доступа к конфиденциальной информации как таковой и не знает ключа, с помощью которого можно выделить стегоконтейнеры из общего потока.

Программа должна поддерживать операционные системы семейств Windows и Linux. Важно, чтобы система была кроссплатформенной, так как сеть может быть гетерогенной, особенно для удаленных пользователей.

Для реализации алгоритма «Метки привилегий» необходимо модифицировать заголовки TCP-пакетов. Вначале была изучена спецификация RFC 793 (описывающая структуру пакета TCP) и подобраны инструменты - библиотеки PCAP и libnet. Обе библиотеки являются кроссплатформенными. С их помощью можно создать собственную программу, реализующую функции обработки TCP-заголовков.

В качестве прототипа была создана собственная реализация программы, позволяющей создать сокет либо в состоянии сервера (ожидает подключение клиента), либо в состоянии клиента (пытается подключиться к серверу). Были учтены результаты предыдущих разработок в университете по смежной тематике .

Созданная TCP-программа обеспечивает устойчивое соединение, самостоятельно формируются пакеты. В результате имеется возможность добавлять в поле опций TCP-заголовка собственную информацию. Для создания основной программы осталось сформировать на данном прототипе сервер и клиента, добавить пользовательский интерфейс, учесть требования стандартов и нормативных актов .

Задача сервера - перенаправлять пакеты клиентам. Необходимо задать список IP-адресов, с которых можно подключаться к серверу. Кроме того, администратор должен конфигурировать конференции и указывать клиентов, участвующих в них. Конфигурация сервера задается в текстовом файле, а сам сервер запускается как консольное приложение.

В заключение можно сделать следующие выводы. Цель работы - разработка методики организации защищенного канала передачи конфиденциальной информации путем встраивания стегоконтейнеров в видеопоток - была достигнута. Разработан алгоритм организации логического канала на основе меток привилегий, выбраны способы аутентификации. Были определены требования к программной реализации. Создан механизм стеганографических преобразований. В целом работа представляет собой алгоритм приоритизации трафика «Метка привилегий», перечень необходимых компонентов для организации защищенного канала, методику встраивания стегоконтейнеров, описание требований к программной реализации, первоначальную версию программного продукта. Планируются дальнейшее совершенствование алгоритма, добавление новых функций и более удобного для пользователя интерфейса, а также реализация всего вышеперечисленного в виде полноценного программного комплекса.

Литература

1. Литвиненко В.А., Ховансков С.А. Распределенные вычисления в сети методом коллективного принятия решения // Изв. ЮФУ. Технич. науки: тематич. вып.: Безопасность телекоммуникационных систем. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. № 3 (80). С. 110-113.

2. Свентусов С.В. Методы снижения загрузки серверов аудиоконференций // Изв. СПбГЭУ (ЛЭТИ), 2008. Вып. 2. С. 25-30.

3. Шейда В.В. Использование протоколов TCP И UDP для защищенной передачи информации по SSL-VPN-туннелям: докл. ТГУСУР, 2010. С. 225-229.

4. Самуйлов К.Е. Метод решения задачи разделения ресурсов мультисервисной сети между виртуальными частными сетями с одноадресными и многоадресными соединениями // Вестн. РУДН. Сер.: Математика, информатика, физика. 2010. № 2 (1). С. 42-53.

5. Антамошкин А.Н., Золотарев В.В. Алгоритм расчета прогнозируемого трафика при проектировании распределенных систем обработки и хранения информации // Вестн. СибГАУ, Красноярск, 2006. № 1. С. 5-10.

6. Бондарь И.В., Золотарев В.В., Попов А.М. Методика оценки защищенности информационной системы по требованиям стандартов информационной безопасности // Информатика и системы управления. 2010. Вып. 4 (26). С. 3-12.

Создание защищенного канала передачи данных между распределенными информационными ресурсами предприятия

А. А. Теренин, к. т. н.,

специалист по обеспечению качества ИТ и ПО

«Дойче Банк Москва»

В настоящее время крупному предприятию, имеющему сеть филиалов в стране или мире, для успешного ведения бизнеса необходимо создание единого информационного пространства и обеспечение четкой координации действий между его филиалами.

Для координации бизнес-процессов, протекающих в различных филиалах, необходим обмен информацией между ними. Данные, поступающие из различных офисов, аккумулируются для дальнейшей обработки, анализа и хранения в некотором головном офисе. Накопленная информация затем используется для решения бизнес-задач всеми филиалами предприятия.

К данным, которыми обмениваются филиалы, выдвигаются строгие требования по их достоверности и целостности. В дополнение к этому, данные, представляющие коммерческую тайну, должны носить конфиденциальный характер. Для полноценной параллельной работы всех офисов обмен информацией должен происходить в режиме он-лайн (в режиме реального времени). Другими словами, между филиалами предприятия и головным офисом должен быть установлен постоянный канал передачи данных. Для обеспечения бесперебойной работы такого канала выдвигается требование по сохранению доступности к каждому источнику информации.

Резюмируем требования, которым должны соответствовать каналы передачи данных между филиалами предприятия для высококачественного выполнения задачи обеспечения постоянной связи:

канал передачи данных должен быть постоянным,

данные, передаваемые по такому каналу, должны сохранять целостность, достоверность и конфиденциальность.

Кроме того, надежное функционирование постоянного канала связи подразумевает, что легальные пользователи системы в любой момент времени будут иметь доступ к источникам информации.

Помимо распределенных корпоративных систем, функционирующих в режиме реального времени, существуют системы, работающие в режиме офф-лайн. Обмен данными в таких системах происходит не постоянно, а через заданные периоды времени: один раз в день, один раз в час и т. д. Данные в подобных системах накапливаются в отдельных филиальных базах данных (БД), а также в центральных БД, и только данные из этих БД считаются достоверными.

Но даже если обмен информацией происходит только один раз в день, необходимо устанавливать защищенный канал передачи данных, к которому предъявляются все те же требования по обеспечению достоверности, целостности и конфиденциальности, а также доступности на время работы канала.

Под требованием достоверности подразумевается обеспечение авторизованного доступа, аутентификации сторон взаимодействия и обеспечение недопустимости отказа от авторства и факта передачи данных.

Более строгие требования предъявляются к системам обеспечения безопасности информационных транзакций в распределенной информационной среде, но это тема для отдельной статьи.

Как обеспечить подобную защиту канала передачи данных?

Можно соединить физическим каналом передачи данных каждый филиал с каждым (или только все филиалы с центром) и обеспечить невозможность доступа к физической среде передачи информационных сигналов. Да, такое решение может оказаться приемлемым для реализации в пределах одного охраняемого объекта, но речь идет о распределенных корпоративных системах, где расстояние между объектами взаимодействия может измеряться тысячами километров. Стоимость реализации подобного плана настолько высока, что никогда не будет экономически эффективной.

Другой вариант: арендовать имеющиеся, уже проложенные каналы связи или спутниковые каналы у операторов связи. Подобное решение также входит в разряд дорогостоящих, к тому же защита данных каналов потребует реализации или установки специального программного обеспечения (ПО) у каждой из взаимодействующих сторон.

Весьма распространенным, недорогим и эффективным решением является организация защищенных каналов связи поверх всемирной вычислительной сети Интернет.

Сейчас трудно представить себе организацию, не имеющую выхода в Интернет и не использующую Всемирную сеть для организации своих бизнес-процессов. Кроме того, рынок информационных технологий насыщен сетевым оборудованием и ПО разных производителей со встроенной поддержкой обеспечения информационной безопасности. Существуют стандарты, защищенные сетевые протоколы, которые ложатся в основу создаваемых аппаратных и программных продуктов, использующихся для организации защищенного взаимодействия в открытой информационной сети.

Рассмотрим подробно, как можно создавать защищенные каналы передачи данных через Интернет.

Проблемы защищенной передачи данных по открытым сетям широко обсуждаются в популярной и массовой литературе:

Всемирная сеть Интернет постоянно расширяется, развиваются средства для передачи и обработки данных, все совершеннее становится оборудование для перехвата передаваемых данных и доступа к конфиденциальной информации. В настоящее время все более актуальной становится проблема обеспечения защиты информации от ее несанкционированного копирования, уничтожения или модифицирования, при хранении, обработке и передаче по каналам связи .

Защита информации при ее передаче по открытым каналам связи с помощью асимметричного шифрования рассмотрена в , а проблемы и пути их решения при использовании электронной цифровой подписи – в .

В данной статье подробно рассматриваются методы обеспечения информационной безопасности при передаче секретных данных по открытым каналам связи.

Для защиты информации, передаваемой по общедоступным каналам связи, применяется множество средств защиты: данные шифруются, пакеты снабжаются дополнительной управляющей информацией, используется протокол обмена данными с повышенной степенью защищенности .

Перед принятием решения о том, как защищать передаваемые данные, необходимо четко очертить круг возможных уязвимостей, перечислить способы перехвата, искажения или уничтожения данных, методы подключения к каналам связи. Ответить на вопросы, какие цели преследуют злоумышленники и каким образом они могут использовать существующие уязвимости для реализации своих планов.

Из дополнительных требований к реализуемому защитному каналу передачи данных можно выделить:

идентификацию и аутентификацию взаимодействующих сторон;

процедуру защиты от подмены одной из сторон (использование криптоалгоритмов с открытым ключом);

контроль за целостностью передаваемых данных, маршрутом передачи информации и уровнем защиты канала связи;

конфигурирование и проверку качества канала связи;

компрессию передаваемой информации;

обнаружение и коррекцию ошибок при передаче данных по каналам связи;

аудит и регистрацию событий;

автоматическое восстановление работоспособности.

Построим модель нарушителя и модель объекта защиты (рис. 1).

Алгоритм установления соединения

Для реализации защищенного канала передачи данных используется клиент-серверная модель взаимодействия.

Рассматриваются две стороны: сервер и клиент – рабочая станция, которая хочет установить соединение с сервером для дальнейшей работы с ним.

Изначально существуют только два ключа: открытый и закрытый ключи сервера (ОКС и ЗКС ), причем открытый ключ сервера известен всем и передается клиенту при его обращении к серверу. Закрытый ключ сервера в строжайшей секретности хранится на сервере.

Инициализатором соединения выступает клиент, он получает доступ к серверу через любую глобальную сеть, с которой этот сервер работает, чаще всего через Интернет.

Основная задача при инициализации соединения – установить канал обмена данными между двумя взаимодействующими сторонами, предотвратить возможность подлога и предупредить ситуацию подмены пользователя, когда соединение устанавливается с одним пользователем, а затем к одной из сторон канала подсоединяется другой участник системы и начинает присваивать себе сообщения, предназначенные легальному пользователю, или передавать сообщения от чужого имени.

Необходимо предусмотреть возможность подсоединения злоумышленника в любой момент времени и повторять процедуру «рукопожатия» (handshake) через определенные временные интервалы, продолжительность которых необходимо установить минимальной от допустимой.

Исходя из предположения, что ЗКС и ОКС уже созданы, причем ОКС известен всем, а ЗКС – только серверу, мы получаем следующий алгоритм:

1. Клиент посылает серверу запрос на соединение.

2. Сервер запускает приложение, передавая запросившей станции некоторое специальное сообщение для предустановленного клиентского приложения, в котором зашит открытый ключ сервера.

3. Клиент генерирует свои ключи (открытый и закрытый) для работы с сервером (ОКК и ЗКК ).

4. Клиент генерирует ключ сессии (КС ) (симметричный ключ шифрования сообщений).

5. Клиент передает серверу следующие компоненты:

открытый ключ клиента (ОКК );

ключ сессии;

случайное сообщение (назовем его Х ), зашифрованное открытым ключом сервера по алгоритму RSA .

6. Сервер обрабатывает полученное сообщение и посылает в ответ сообщение Х , зашифрованное ключом сессии (симметричное шифрование) + зашифрованное открытым ключом клиента (асимметричное шифрование, например алгоритм RSA ) + подписанное закрытым ключом сервера (RSA, DSA, ГОСТ ) (то есть если мы на стороне клиента после дешифрования получим опять Х, то это значит, что:

сообщение пришло от сервера (подпись – ЗКС );

сервер принял наш ОКК (и зашифровал нашим ключом);

сервер принял КС (зашифровал этим ключом сообщение).

7. Клиент принимает это сообщение, проверяет подпись и дешифрует полученный текст. Если в результате произведения всех обратных действий мы получаем сообщение, полностью идентичное посылаемому серверу сообщению Х , то считается, что защищенный канал обмена данными установлен корректно и полностью готов к работе и выполнению своих функций.

8. В дальнейшем обе стороны начинают обмен сообщениями, которые подписываются закрытыми ключами отправителя и шифруются ключом сессии.

Схема алгоритма установления соединения приведена на рис. 2.

Алгоритм подготовки сообщения к отправке в защищенный канал

Постановка задачи звучит следующим образом: на вход алгоритма поступает исходный (открытый) текст, на выходе путем криптографических преобразований мы получаем закрытый и подписанный файл. Главная задача, поставленная перед этим алгоритмом, состоит в обеспечении безопасной передачи текста, обеспечении защиты в незащищенном канале.

Также необходимо ввести возможность предотвращения раскрытия информации при перехвате сообщения злоумышленником. Сеть является открытой, любой пользователь в этой сети может перехватить любое сообщение, посланное по каналу передачи данных. Но благодаря защите, заложенной в этом алгоритме, полученные злоумышленником данные будут совершенно для него бесполезны.

Естественно, необходимо предусмотреть вариант вскрытия путем полного перебора, но тогда надо учитывать время, затрачиваемое на вскрытие, которое рассчитывается известным способом, и использовать соответствующие длины ключей, гарантирующих нераскрытие закрываемой ими информации в течение заданного времени.

Существует также вероятность того, что на другом конце канала (на приемной стороне) оказался злоумышленник, подменивший собой легального представителя. Благодаря этому алгоритму сообщение, которое беспрепятственно попадет в руки такого злоумышленника, тоже окажется «нечитабельным», поскольку подменившему неизвестны открытый и закрытый ключи подмененной им стороны, а также ключ сессии.

Алгоритм может быть реализован следующим образом (рис. 3):

исходный текст сжимается с помощью алгоритма ZIP;

параллельно этому процессу происходит подпись исходного текста открытым ключом получателя;

сжатый текст шифруется симметричным ключом сессии, этот ключ тоже есть на приемной стороне;

к зашифрованному и сжатому тексту добавляется цифровая подпись, однозначно идентифицирующая отправителя;

сообщение готово к отправлению и может быть передано по каналу связи.

Алгоритм обработки сообщения при приеме из защищенного канала

На вход алгоритма поступает зашифрованный, сжатый и подписанный текст, который мы принимаем по каналу связи. Задача алгоритма состоит в получении с использованием обратных криптографических преобразований исходного открытого текста, проверки подлинности сообщения и его авторства.

Так как главная задача системы – создать защищенный канал на незащищенных линиях связи, каждое сообщение претерпевает сильные изменения и несет с собой сопутствующую контрольную и управляющую информацию. Процесс обратного восстановления исходного текста также требует довольно долгого времени преобразования и использует современные криптографические алгоритмы, в которых применяются операции с очень большими числами.

При желании обеспечить максимальную защиту прохождения сообщения по защищенному каналу приходится прибегать к довольно долговременным и ресурсоемким операциям. Выигрывая в степени защищенности, мы проигрываем в скорости обработки пересылаемых сообщений.

Кроме этого, необходимо учесть временные и машинные затраты на поддержание достоверности связи (проверку сторонами друг друга) и на обмен контрольной и управляющей информацией.

Алгоритм обработки сообщения при приеме из защищенного канала (рис. 4):

из полученного зашифрованного, сжатого и подписанного сообщения выделяется цифровая подпись;

текст без цифровой подписи дешифруется ключом сессии;

декодированный текст проходит процедуру разархивирования с использованием, например, алгоритма ZIP;

полученный в результате двух предыдущих операций текст используется для проверки цифровой подписи сообщения;

на выходе алгоритма мы имеем исходное открытое сообщение и результат проверки подписи.

Алгоритм подписи сообщения

Рассмотрим более подробно алгоритм подписи сообщения. Мы будем исходить из предположения, что все открытые и закрытые ключи обеих обменивающихся данными сторон уже сгенерированы и закрытые ключи хранятся у их непосредственных владельцев, а открытые ключи разосланы друг другу.

Так как исходный текст может иметь неограниченный и каждый раз непостоянный размер, а алгоритм цифровой подписи требует для своей работы блок данных определенной постоянной длины, то для преобразования всего текста в его отображение заранее установленной длины будет использоваться значение хэш-функции от этого текста. В результате мы получаем отображение текста благодаря основному свойству хэшфункции: она является односторонней, из полученного отображения нельзя будет восстановить исходный текст. Алгоритмически невозможно подобрать любой такой текст, у которого значение хэш-функции совпадало бы с ранее найденным. Это не позволяет злоумышленнику беспрепятственно подменить послание, так как сразу изменится значение его хэшфункции, и проверяемая подпись не совпадет с эталоном.

Для нахождения значения хэшфункции можно применять известные алгоритмы хэширования (SHA, MD4, MD5, ГОСТ и др.), которые позволяют получить на выходе блок данных фиксированной длины. Именно с этим блоком и будет работать алгоритм цифровой подписи. В качестве алгоритма электронной цифровой подписи можно использовать алгоритмы DSA, RSA, Эль-Гамаля и др.

Опишем алгоритм подписи сообщения по пунктам (рис. 5):

на вход общего алгоритма поступает исходный текст любой длины;

вычисляется значение хэш-функции для данного текста;

ЭЦП ;

используя поступившие данные, вычисляется значение ЭЦП всего текста;

на выходе алгоритма мы имеем цифровую подпись сообщения, которая поступает дальше для присоединения к отправляемому в канал обмена данными пакету информации.

Алгоритм проверки подписи

На вход алгоритма поступают две составляющие: исходный текст сообщения и его цифровая подпись. Причем исходный текст может иметь неограниченный и каждый раз непостоянный размер, а цифровая подпись всегда имеет фиксированную длину. Данный алгоритм находит хэш-функцию текста, вычисляет цифровую подпись и сравнивает ее с информацией, поступившей к нему на вход.

На выходе алгоритма мы имеем результат проверки цифровой подписи, который может иметь только два значения: «подпись соответствует оригиналу, текст подлинный» либо «подпись текста некорректна, целостность, подлинность или авторство сообщения вызывает подозрение». Значение на выходе данного алгоритма можно затем использовать дальше в системе поддержки защищенного канала.

Опишем алгоритм проверки подписи сообщения по пунктам (рис. 6):

на вход общего алгоритма поступает исходный текст любой длины и цифровая подпись этого текста фиксированной длины;

вычисляется значение хэш-функции от данного текста;

полученное отображение текста фиксированной длины поступает в следующий блок алгоритмической обработки;

в этот же блок направляется цифровая подпись, которая пришла на вход общего алгоритма;

также на вход этого блока (вычисление цифровой подписи) поступает секретный (закрытый) ключ, который используется для нахождения ЭЦП ;

с использованием поступивших данных вычисляется значение электронной цифровой подписи всего текста;

мы получили цифровую подпись сообщения, сравнивая которую с ЭЦП , поступившей на вход общего алгоритма, мы можем делать выводы о достоверности текста;

на выходе алгоритма мы имеем результат проверки цифровой подписи.

Возможные атаки на предложенную схему реализации защищенного канала связи

Рассмотрим наиболее распространенные примеры возможных атак на защищенный канал передачи данных .

Во-первых, необходимо решить чему и кому можно доверять, потому что если не доверять никому и ничему, то нет смысла писать подобные программы поддержки обмена данными по глобальной сети.

Мы доверяем себе, а также программному обеспечению, установленному на рабочей станции.

При использовании для установления связи с сервером браузера (Internet Explorer или Netscape Navigator) мы доверяем этому браузеру и доверяем его проверке сертификатов посещаемых сайтов.

После проверки подписи на апплете можно доверять ОКС , который вшит в загружаемые с сервера данные или программы (апплеты).

Обладая ОКС , которому мы доверяем, можно приступить к дальнейшей работе с сервером.

Если система строится с применением клиентских приложений, то необходимо доверять установленному клиентскому ПО. После чего по подобной, приведенной выше цепочке мы можем доверять серверу, с которым установлено соединение.

Возможные атаки.

1. При передаче ОКС . Он, в принципе, доступен всем, поэтому злоумышленнику перехватить его не составит труда. Обладая ОКС , теоретически можно вычислить ЗКС . Необходимо использовать криптографические ключи, достаточной для заданного времени сохранения конфиденциальности длины.

2. После передачи с сервера ОКС и перед отправлением клиентом в ответ своих ОКК и КС . В случае если при их генерации (ОКК , ЗКК и КС ) используется слабый генератор случайных чисел, можно попытаться предсказать все три указанных параметра или какой-нибудь один из них.

Для отражения данной атаки необходимо генерировать случайные числа, отвечающие ряду требований. Нельзя, например, использовать для генерации случайных чисел таймер, так как злоумышленник, перехватив первое сообщение (ОКС от сервера), может установить время отправления пакета с точностью до секунд. Если таймер срабатывает каждую миллисекунду, то для вскрытия необходим полный перебор всего лишь 60 000 значений (60 с _ 1000 мс).

Для генерации случайных чисел необходимо использовать параметры, недоступные злоумышленнику (его компьютеру), например номер процесса или другие системные параметры (такие, как идентификационный номер дескриптора).

3. При передаче от клиента к серверу пакета, содержащего ОКК , КС , Х , зашифрованного ОКС . Чтобы вскрыть перехваченную информацию, необходимо обладать ЗКС . Данная атака сводится к атаке, рассмотренной выше (подбор ЗКС ). Сама по себе закрытая информация, передаваемая серверу, бесполезна для злоумышленника.

4. При передаче от сервера к клиенту некоторого тестового сообщения Х , зашифрованного КС и ОКК и подписанного ЗКС . Чтобы расшифровать перехваченное сообщение, надо знать и ОКК , и КС , которые будут известны в случае реализации одной из приведенных выше атак после того, как противнику стал известен ЗКС .

Но расшифровка тестового сообщения не настолько страшна, гораздо большую опасность представляет собой возможность подделки передаваемого сообщения, когда злоумышленник может выдать себя за сервер. Для этого ему надо знать ЗКС , чтобы корректно подписать пакет, и все ключи КС и ОКК , как и само сообщение Х , чтобы правильно составить подложный пакет.

При нарушении любого из этих пунктов система считается скомпрометированной и неспособной к дальнейшему обеспечению безопасной работы клиента.

Итак, мы рассмотрели атаки, возможные на этапе реализации процедуры «рукопожатия» (HandShake). Опишем атаки, которые могут осуществляться в процессе передачи данных по нашему каналу.

При перехвате информации злоумышленник может читать открытый текст только в том случае, если ему известен КС . Злоумышленник может предсказать или подобрать его, полностью перебрав все его возможные значения. Даже если противнику известно сообщение (то есть он знает в точности, как выглядит открытый текст, соответствующий тому коду, который он перехватил), он не сможет однозначно установить ключ шифрования, поскольку данный текст подвергался алгоритму сжатия.

Невозможно также применить атаку на основе «протяжки вероятного слова», так как в каждом сообщении любое слово будет выглядеть по-разному. Из-за того что при архивировании происходит замешивание информации, подобно тому, что проводится при вычислении значения хэш-функции, предыдущая информация влияет на то, как будет выглядеть следующий блок данных.

Из описанного следует, что в любом случае злоумышленник может применить только атаку на основе полного перебора всех возможных значений ключа. Для усиления устойчивости к данному типу атак необходимо расширять диапазон значений КС . При использовании ключа длиной 1024 бита диапазон возможных значений возрастает до 2 1024 .

Чтобы писать или подменять сообщения, передаваемые по каналу связи, злоумышленнику необходимо знать закрытые ключи обеих сторон-участников обмена либо знать один из двух закрытых ключей (ЗК ). Но в этом случае он сможет подделывать сообщения только в одну сторону, в зависимости от того, чей ЗК он знает. Он может выступать в качестве отправителя.

При попытке подмены какой-либо из сторон, то есть при попытке выдать себя за легального участника обмена после установления сеанса связи, ему необходимо знать КС и ЗК (см. случаи, рассмотренные ранее). Если ни КС , ни ЗК того, вместо кого он хочет подсоединиться к каналу связи, злоумышленнику неизвестны, то система тут же узнает об этом, и дальнейшая работа с компрометированным источником прекратится.

В самом начале работы, при подсоединении к серверу, возможна тривиальная атака: подмена DNS-сервера. Защититься от нее не представляется возможным. Решение данной проблемы возложено на администраторов DNS-серверов, находящихся в ведении интернет-провайдеров. Единственное, что может спасти, – это уже описанная выше процедура проверки сертификата сайта браузером, подтверждающая, что произошло подключение именно к нужному серверу.

Заключение

В статье были рассмотрены методы построения защищенного канала передачи данных для обеспечения взаимодействия между распределенными корпоративными вычислительными системами.

Выработан протокол установления и поддержания защищенного соединения. Предложены алгоритмы обеспечения защиты передачи данных. Проанализированы возможные уязвимости разработанной схемы взаимодействия.

Подобную технологию организации защищенных соединений организует протокол сетевого взаимодействия SSL. Кроме этого, на основе предложенных принципов строятся виртуальные частные сети (Virtual Private Networks – VPN).

ЛИТЕРАТУРА

1. Медведовский И. Д., Семьянов П. В., Платонов В. В. Атака на Интернет. – СПб.: Изд-во «ДМК» 1999. – 336 с.

2. Карве А. Инфраструктура с открытыми ключами. LAN/Журнал сетевых решений (Russian edition), 8, 1997.

3. Мельников Ю. Н. Электронная цифровая подпись. Возможности защиты. Конфидент № 4 (6), 1995, с. 35–47.

4. Теренин А. А., Мельников Ю. Н. Создание защищенного канала в сети. Материалы семинара «Информационная безопасность – юг России», Таганрог, 28–30 июня 2000.

5. Теренин А. А. Разработка алгоритмов для создания защищенного канала в открытой сети. Автоматизация и современные технологии. – Изд-во «Машиностроение», № 6, 2001, с. 5–12.

6. Теренин А. А. Анализ возможных атак на защищенный канал в открытой сети, созданный программным способом. Материалы XXII Конференции молодых ученых механико-математического факультета МГУ, М, 17–22 апреля 2000.