Ростелеком ТВ 

Передавать информацию по защищенным каналам связи. Информационная безопасность открытых каналов связи. Защита информации в каналах связи и создание защищённых

В условиях нарастающих интеграционных процессов и создания единого информационного пространства во многих организациях ЛАНИТ предлагает провести работы по созданию защищенной телекоммуникационной инфраструктуры, связывающей удаленные офисы фирм в единое целое, а также обеспечение высокого уровня безопасности информационных потоков между ними.

Применяемая технология виртуальных частных сетей позволяет объединять территориально распределенные сети как с помощью защищенных выделенных каналов, так и виртуальных каналов, проходящих через глобальные общедоступные сети. Последовательный и системный подход к построению защищенных сетей предполагает не только защиту внешних каналов связи, но и эффективную защиту внутренних сетей путем выделения замкнутых внутренних контуров VPN. Таким образом, применение технологии VPN позволяет организовать безопасный доступ пользователей в Интернет, защитить серверные платформы и решить задачу сегментирования сети в соответствии с организационной структурой.

Защита информации при передаче между виртуальными подсетями реализуется на алгоритмах асимметричных ключей и электронной подписи, защищающей информацию от подделки. Фактически данные, подлежащие межсегментной передаче, кодируются на выходе из одной сети, и декодируются на входе другой сети, при этом алгоритм управления ключами обеспечивает их защищенное распределение между оконечными устройствами. Все манипуляции с данными прозрачны для работающих в сети приложений.

Удаленный доступ к информационным ресурсам. Защита информации, передаваемой по каналам связи

При межсетевом взаимодействии между территориально удаленными объектами компании возникает задача обеспечения безопасности информационного обмена между клиентами и серверами различных сетевых служб. Сходные проблемы имеют место и в беспроводных локальных сетях (Wireless Local Area Network, WLAN), а также при доступе удаленных абонентов к ресурсам корпоративной информационной системы. В качестве основной угрозы здесь рассматривается несанкционированное подключение к каналам связи и осуществление перехвата (прослушивания) информации и модификация (подмена) передаваемых по каналам данных (почтовые сообщения, файлы и т.п.).

Для защиты данных, передаваемых по указанным каналам связи, необходимо использовать соответствующие средства криптографической защиты. Криптопреобразования могут осуществляться как на прикладном уровне (или на уровнях между протоколами приложений и протоколом TCP/IP), так и на сетевом (преобразование IP-пакетов).

В первом варианте шифрование информации, предназначенной для транспортировки по каналу связи через неконтролируемую территорию, должно осуществляться на узле-отправителе (рабочей станции - клиенте или сервере), а расшифровка - на узле-получателе. Этот вариант предполагает внесение существенных изменений в конфигурацию каждой взаимодействующей стороны (подключение средств криптографической защиты к прикладным программам или коммуникационной части операционной системы), что, как правило, требует больших затрат и установки соответствующих средств защиты на каждый узел локальной сети. К решениям данного варианта относятся протоколы SSL, S-HTTP, S/MIME, PGP/MIME, которые обеспечивают шифрование и цифровую подпись почтовых сообщений и сообщений, передаваемых с использованием протокола http.

Второй вариант предполагает установку специальных средств, осуществляющих криптопреобразования в точках подключения локальных сетей и удаленных абонентов к каналам связи (сетям общего пользования), проходящим по неконтролируемой территории. При решении этой задачи необходимо обеспечить требуемый уровень криптографической защиты данных и минимально возможные дополнительные задержки при их передаче, так как эти средства туннелируют передаваемый трафик (добавляют новый IP-заголовок к туннелируемому пакету) и используют различные по стойкости алгоритмы шифрования. В связи с тем, что средства, обеспечивающие криптопреобразования на сетевом уровне полностью совместимы с любыми прикладными подсистемами, работающими в корпоративной информационной системе (являются «прозрачными» для приложений), то они наиболее часто и применяются. Поэтому, остановимся в дальнейшем на данных средствах защиты информации, передаваемой по каналам связи (в том числе и по сетям общего доступа, например, Internet). Необходимо учитывать, что если средства криптографической защиты информации планируются к применению в государственных структурах, то вопрос их выбора должен решаться в пользу сертифицированных в России продуктов.

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.

Протокол Kerberos

Протоколы аутентификации:

3. Аутентификация с помощью открытого ключа

Описание DSA

p = простое число длинной L битов, где L принимает значение, кратное 64, в диапазоне от 512 до 1024.

q= 160-битовой простое число - множитель p-1

g = , где h - любое число, меньшее p-1, для которого больше 1

x = число, меньшее q

Используется однонаправленная хэш-функция: Н(m).

Первые три параметра, p, q, g, открыты и могут быть общими для пользователей сети. Закрытым ключом является х, а открытым - у. Чтобы подписать сообщение, m:

1. А генерирует случайное число k, меньше q

2. А генерирует

Его подписью служат параметры r и s, он посылает их В

3. В проверяет подпись, вычисляя

Если v=r, то подпись правильна.

Резюме

Система стандартов IPSec вобрала в себя прогрессивные методики и достижения в области сетевой безопасности. Система IPSec прочно занимает лидирующие позиции в наборе стандартов для создания VPN. Этому способствует ее открытое построение, способное включать все новые достижения в области криптографии. IPsec позволяет защитить сеть от большинства сетевых атак, «сбрасывая» чужие пакеты еще до того, как они достигнут уровня IP на принимающем компьютере. В защищаемый компьютер или сеть могут войти только пакеты от зарегистрированных партнеров по взаимодействию.

IPsec обеспечивает:

  • аутентификацию - доказательство отправки пакетов вашим партнером по взаимодействию, то есть обладателем разделяемого секрета;
  • целостность - невозможность изменения данных в пакете;
  • конфиденциальность - невозможность раскрытия передаваемых данных;
  • надежное управление ключами - протокол IKE вычисляет разделяемый секрет, известный только получателю и отправителю пакета;
  • туннелирование - полную маскировку топологии локальной сети предприятия

Работа в рамках стандартов IPSec обеспечивает полную защиту информационного потока данных от отправителя до получателя, закрывая трафик для наблюдателей на промежуточных узлах сети. VPN-решения на основе стека протоколов IPSec обеспечивают построение виртуальных защищенных сетей, их безопасную эксплуатацию и интеграцию с открытыми коммуникационными системами.

Защита на прикладном уровне

Протокол SSL

Протокол SSL (Secure Socket Layer - уровень защищенных сокетов), разработанный Netscape Communications при участии RSA Data Security, предназначен для реализации защищенного обмена информацией в клиент/серверных приложениях. На практике SSL широко реализуется только совместно с протоколом прикладного уровня HHTP.

Функции безопасности, предоставляемые протоколом SSL:

  • шифрование данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;
  • подписывание данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;
  • аутентификация клиента и сервера.

Протокол SSL использует криптографические методы защиты информации для обеспечения безопасности информационного обмена. Данный протокол выполняет взаимную аутентификацию, обеспечивает конфиденциальность и аутентичность передаваемых данных. Ядро протокола SSL - технология комплексного использования симметричных и асимметричных криптосистем. Взаимная аутентификация сторон выполняется при помощи обмена цифровыми сертификатами открытых ключей клиента и сервера, заверенными цифровой подписью специальных сертификационных центров. Конфиденциальность обеспечивается шифрованием передаваемых данных с использованием симметричных сессионных ключей, которыми стороны обмениваются при установлении соединения. Подлинность и целостность информации обеспечиваются за счет формирования и проверки цифровой подписи. В качестве алгоритмов асимметричного шифрования применяются алгоритм RSA и алгоритм Диффи-Хеллмана.

Рисунок 9 Криптозащищенные туннели, сформированные на основе протокола SSL

Согласно протоколу SSL криптозащищенные туннели создаются между конечными точками виртуальной сети. Клиент и сервер функционируют на компьютерах в конечных точках туннеля (рис. 9)

Протокол диалога SSL имеет два основных этапа формирования и поддержки защищаемого соединения:

  • установление SSL-сессии;
  • защищенное взаимодействие.

Первый этап отрабатывается перед непосредственной защитой информационного обмена и выполняется по протоколу начального приветствия (Handshake Protocol), входящему в состав протокола SSL. При установлении повторного соединения, возможно сформировать новые сеансовые ключи на основе старого общего секрета.

В процессе установления SSL - сессии решаются следующие задачи:

  • аутентификация сторон;
  • согласование криптографических алгоритмов и алгоритмов сжатия, которые будут использоваться при защищенном информационном обмене;
  • формирование общего секретного мастер-ключа;
  • генерация на основе сформированного мастер-ключа общих секретных сеансовых ключей для криптозащиты информационного обмена.

Рисунок 10 Процесс аутентификации клиента сервером

В протоколе SSL предусмотрено два типа аутентификации:

  • аутентификация сервера клиентом;
  • аутентификация клиента сервером.

Клиентское/серверное ПО, поддерживающее SSL, может с помощью стандартных приемов криптографии с открытым ключом проверить, что сертификат сервера/клиента и открытый ключ действительны и были выданы источником сертификатов из списка доверенных источников. Пример процесса аутентификации клиента сервером представлен на рисунке 10.

Схема применения протокола

До передачи сообщение по линии передачи данных, сообщение проходит следующие этапы обработки:

1.Сообщение фрагментируется на блоки, пригодные для обработки;

2.Данные сжимаются (опционально);

3.Генерируется MAC ключ ;

4.Данные зашифровываются с помощью ключа ;

1.Используя ключ , данные расшифровываются;

2.Проверяется MAC ключ ;

3.Происходит декомпрессия данных (если использовалось сжатие);

4.Сообщение собирается из блоков и получатель читает сообщение.

Аутентичное распределение ключей

A , Клиент CA Удостоверяющий центр B , Сервер
Генерация пары ключей цифровой подписи: . Передача в УЦ - симметричная схема шифрования; - схема открытого шифрования; - схема ЦП; - любые функции (лучше ОНФ) Генерация пары ключей схемы открытого шифрования: . Передача в УЦ
K - случайный сеансовый ключ.

Если , то K принимается как аутентичный общий секретный ключ

Рабочий этап

A B

Симметричная схема шифрования
. . . и т.д. . . .

Атаки на протокол SSL

Как и другие протоколы, SSL подвержен атакам, связанным с не доверенной программной средой, внедрение программ-закладок и др.:

  • Атака отклика. Заключается в записи злоумышленником успешной коммуникационной сессии между клиентом и сервером. Позднее, он устанавливает соединение с сервером, используя записанные сообщения клиента. Но при помощи уникального идентификатора соединения "nonce" SSL отбивает эту атаку. Коды этих идентификаторов имеют длину 128 бит, в связи с чем злоумышленнику необходимо записать 2^64 идентификаторов, чтобы вероятность угадывания была 50%. Количество необходимых записей и низкую вероятность угадывания делают эту атаку бессмысленной.
  • Атака протокола рукопожатия. Злоумышленник может попытаться повлиять на процесс обмена рукопожатиями для того, чтобы стороны выбрали разные алгоритмы шифрования. Из-за того, что многие реализации поддерживают экспортированное шифрование, а некоторые даже 0-шифрование или MAC-алгоритм, эти атаки представляют большой интерес. Для реализации такой атаки злоумышленнику необходимо подменить одно или более сообщений рукопожатия. Если это происходит, то клиент и сервер вычислят различные значения хэшей сообщения рукопожатия. В результате чего стороны не примут друг от друга сообщения "finished". Без знания секрета злоумышленник не сможет исправить сообщение "finished", поэтому атака может быть обнаружена.
  • Раскрытие шифров. SSL зависит от нескольких криптографических технологий. Шифрование с общедоступным ключом RSA используется для пересылки ключей сессии и аутентификации клиента/сервера. В качестве шифра сессии применяются различные криптографические алгоритмы. Если осуществлена успешная атака на эти алгоритмы, SSL не может уже считаться безопасным. Атаки против определенных коммуникационных сессий могут производиться путем записи сессии, и затем предпринимается попытка подобрать ключ сессии или ключ RSA. В случае успеха открывается возможность прочесть переданную информацию.
  • Злоумышленник посередине. Man-in-the-Middle атака предполагает наличие трех сторон: клиента, сервера и злоумышленника. Злоумышленник, находясь между ними, может перехватывать обмен сообщениями между клиентом и сервером. Атака является эффективной только если для обмена ключами применяется алгоритм Диффи-Хэлмана, так как целостность принимаемой информации и ее источник проверить невозможно. В случае SSL такая атака невозможна из-за использования сервером сертификатов, заверенных центром сертификации.

Протокол TLS

Цель создания и преимущества

Цель создания TLS - повышение защиты SSL и более точное и полное определение протокола:

  • Более надежный алгоритм MAC
  • Более детальные предупреждения
  • Более четкие определения спецификаций "серой области"

TLS предоставляет следующие усовершенствованные способы защиты:

  • Хэширование ключей для идентификации с помощью сообщений - TLS применяет в коде идентификации сообщения (HMAC) хэширование, предотвращающее от изменения записи при передаче по незащищенной сети, например в Internet. SSL версии 3.0 также поддерживает идентификацию сообщений с помощью ключей, но HMAC считается более надежным, чем функция MAC, применяемая в SSL версии 3.0.
  • Улучшенная псевдослучайная функция (PRF) С помощью PRF создаются данные ключа. В TLS функция PRF определена с помощью HMAC. PRF применяет два алгоритма хэширования, обеспечивающих ее защиту. Если один из алгоритмов будет взломан, данные будут защищены вторым алгоритмом.
  • Улучшенная проверка сообщения "Готово" - Протоколы TLS версии 1.0 и SSL версии 3.0 отправляют обеим конечным системам сообщение "Готово", означающее, что доставленное сообщение не было изменено. Однако в TLS эта проверка основана на значениях PRF и HMAC, что обеспечивает более высокий уровень защиты по сравнению с SSL версии 3.0.
  • Согласованная обработка сертификатов - В отличие от SSL версии 3.0, TLS пытается указать тип сертификата, который может применяться различными реализациями TLS.
  • Особые предупреждающие сообщения - TLS предоставляет более точные и полные предупреждения о неполадках, обнаруженных одной из конечных систем. TLS также содержит информацию о том, когда какие сообщения с предупреждениями следует отправлять.

Протокол SSH

Протокол SSH (Secure Shell-оболочка безопасности) - это набор протоколов аутентификации с открытым ключом, позволяющий пользователю на стороне клиента безопасно регистрироваться на удалённом сервере.

Главная идея протокола заключается в том, что пользователь на стороне клиента, должен загрузить с удаленного сервера открытый ключ и установить с его помощью защищённый канал, используя криптографический мандат. Криптографическим мандатом пользователя является его пароль: его можно зашифровать с помощью полученного открытого ключа и передать на сервер.

Все сообщения шифруются с помощью IDEA .

Архитектура протокола SSH

SSH выполняется между двумя ненадёжными компьютерами, работающими в незащищенной сети(клиент - сервер).

Набор протоколов SSH состоит из трех компонентов:

  • Протокол транспортного уровня SSH (SSH Transport Layer Protocol), обеспечивает аутентификацию сервера. Для этого используется открытый ключ. Исходной информацией для этого протокола как со стороны сервера, так и со стороны клиента, является пара открытых ключей - "ключи головного компьютера". Итогом протоколом является взаимно аутентифицированный защищённый канал, который гарантирует секретность и целостность данных.
  • Протокол аутентификации пользователя SSH (SSH User Authentication Protocol). Выполняется по каналу односторонней аутентификации, установленному протоколом транспортного уровня SSH. Для выполнения аутентификации от клиента к серверу, поддерживаются различные протоколы односторонней аутентификации. Эти протоколы могут применять либо открытый ключ, либо пароль. Например, они могут быть созданы на основе протокола аутентификации с помощью простого пароля. Результатом протокола является взаимно аутентифицированный защищённый канал между сервером и пользователем. Применяются следующие методы:

publickey - клиент высылается ЭЦП , сервер проверяет доверие открытому ключу клиента по имеющейся на сервере копии ключа, затем проверяет аутентичность клиента по Sc.

password - клиент подтверждает свою аутентичность паролем.

hostbased - аналогично publickey, только используется пара ключей для клиентского хоста; подтвердив аутентичность хоста, сервер доверяет имени пользователя.

  • Протокол связи SSH (SSH Connection Protocol) выполняется по взаимно аутентифицированному защищённому каналу, установленному предыдущими протоколами. Протокол обеспечивает работу защищённого канала при этом разделяя его на несколько защищённых логических каналов.

Протокол распределения ключами

Протокол включает в себя 3 этапа. Первый этап - "Hello" phase, где первый идентификатор это строка, I, отправляется, чтобы начать протокол, за которым следует список поддерживаемых алгоритмов - X.

На 2-й стадии стороны согласуют секретный ключ, s. Для этого применяется алгоритм Диффи-Хеллмана . Сервер подтверждает свою идентичность, отправляя клиенты свой открытый ключ, , верифицированный цифровой подписью, , и подпись дайджеста, h. В качестве идентификатора sid устанавливается значение h.

На стадии 3 секретный ключ, идентификатор сессии и дайджест используются для создании 6 "apllication keys", вычисленных с помощью .

Резюме

К преимуществам протокола относится:

  • возможность действий на сквозной основе (end - to - end) с осуществляющими стеками TCP/IP, существующими интерфейсами прикладного программирования;
  • повышенная эффективность по сравнению с медленными каналами;
  • отсутствие каких-либо проблем с фрагментацией, определением максимального объёма блоков, передаваемых по данному маршруту;
  • сочетание компрессии с шифрованием.

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.

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.