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.
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.
Защита каналов связи
Защита информации в каналах связи - важнейший вопрос организации безопасности на предприятии. На сегодняшний день используют много способов успешно защитить информацию, передаваемую по каналам связи внутри корпорации или во внешний мир.
Защита каналов связи и ее основные методы
Защита связи и информации осуществляется при помощи двух методов. Это метод защиты, основанный на физическом ограничении доступа непосредственно к каналу связи, а также преобразование сигнала (шифрование), которое не позволит злоумышленнику прочитать передаваемую информацию без специального ключа.
В первом способе защита канала связи организовывается ограничением доступа к аппаратуре, по которой передается информация. Используется, в основном, в крупных компаниях и правительственных структурах. Данный метод действует лишь в том случае, если информация не поступает во внешний мир.
Защита информации в каналах связи во всех остальных случаях выполняется благодаря шифрованию данных. Шифрование передаваемой информации, если говорить о классических компьютерных сетях, может выполняться на различных уровнях сетевой модели OSI. Чаще всего преобразование данных происходят на сетевом или прикладном уровнях.
В первом случае шифрование данных осуществляется непосредственно на аппаратуре, которая является отправителем информации, а расшифровка - на приемнике. Данный вариант наиболее эффективно защитит передаваемые данные, однако для его реализации необходимо постороннее программное обеспечение, которое работало бы на прикладном уровне.
Во втором случае шифрование осуществляется непосредственно на узлах канала связи в локальной или глобальной сети. Этот способ защиты связи менее действенный, чем первый, и для должного уровня защиты информации требует реализацию надежных алгоритмов шифрования.
Защита информации в каналах связи также организовывается при построении виртуальных каналов VPN. Данная технология позволяет организовать защищенное соединение с указанным шифрованием по особому виртуальному каналу. Такая технология обеспечивает целостность и конфиденциальность передаваемой по каналу связи информации.
Устройства защиты каналов связи
К таким устройствам относятся:
- всевозможные глушители,
- подавители связи,
- антижучки,
- детекторы,
благодаря которым можно взять под контроль состояние эфира внутри или снаружи предприятия. Это один из действенных методов защиты связи еще на ранней стадии нейтрализовать несанкционированный доступ к источнику информации.
Технология защищенного канала призвана обеспечивать безопасность передачи данных по открытой транспортной сети, например по Интернету. Защищенный канал подразумевает выполнение трех основных функций:
· взаимную аутентификацию абонентов при установлении соединения, которая может быть выполнена, например, путем обмена паролями;
· защиту передаваемых по каналу сообщений от несанкционированного доступа, например, путем шифрования;
· подтверждение целостности поступающих по каналу сообщений, например, путем передачи одновременно с сообщением его дайджеста.
Совокупность защищенных каналов, созданных предприятием в публичной сети для объединения своих филиалов, часто называют виртуальной частной сетью (Virtual Private Network, VPN).
Существуют разные реализации технологии защищенного канала, которые, в частности, могут работать на разных уровнях модели OSI. Так, функции популярного протокола SSL соответствуют представительному уровню модели OSI. Новая версия сетевого протокола IP предусматривает все функции – взаимную аутентификацию, шифрование и обеспечение целостности, – которые по определению свойственны защищенному каналу, а протокол туннелирования РРТР защищает данные на канальном уровне.
В зависимости от места расположения программного обеспечения защищенного канала различают две схемы его образования:
· схему с конечными узлами, взаимодействующими через публичную сеть (Рис. 1.2, а);
· схему с оборудованием поставщика услуг публичной сети, расположенным на границе между частной и публичной сетями (Рис. 1.2, б).
В первом случае защищенный канал образуется программными средствами, установленными на двух удаленных компьютерах, принадлежащих двум разным локальным сетям одного предприятия и связанных между собой через публичную сеть. Преимуществом этого подхода является полная защищенность канала вдоль всего пути следования, а также возможность использования любых протоколов создания защищенных каналов, лишь бы на конечных точках канала поддерживался один и тот же протокол. Недостатки заключаются в избыточности и децентрализованности решения. Избыточность состоит в том, что вряд ли стоит создавать защищенный канал на всем пути прохождения данных: уязвимыми для злоумышленников обычно являются сети с коммутацией пакетов, а не каналы телефонной сети или выделенные каналы, через которые локальные сети подключены к территориальной сети. Поэтому защиту каналов доступа к публичной сети можно считать избыточной. Децентрализация заключается в том, что для каждого компьютера, которому требуется предоставить услуги защищенного канала, необходимо отдельно устанавливать, конфигурировать и администрировать программные средства защиты данных. Подключение каждого нового компьютера к защищенному каналу требует выполнения этих трудоемких работ заново.
Рисунок 1.2 – Два способа образования защищенного канала
Во втором случае клиенты и серверы не участвуют в создании защищенного канала – он прокладывается только внутри публичной сети с коммутацией пакетов, например, внутри Интернета. Канал может быть проложен, например, между сервером удаленного доступа поставщика услуг публичной сети и пограничным маршрутизатором корпоративной сети. Это хорошо масштабируемое решение, управляемое централизованно как администратором корпоративной сети, так и администратором сети поставщика услуг. Для компьютеров корпоративной сети канал прозрачен – программное обеспечение этих конечных узлов остается без изменений. Такой гибкий подход позволяет легко образовывать новые каналы защищенного взаимодействия между компьютерами независимо от их места расположения. Реализация этого подхода сложнее – нужен стандартный протокол образования защищенного канала, требуется установка у всех поставщиков услуг программного обеспечения, поддерживающего такой протокол, необходима поддержка протокола производителями пограничного коммуникационного оборудования. Однако вариант, когда все заботы по поддержании защищенного канала берет на себя поставщик услуг публичной сети, оставляет сомнения в надежности защиты: во-первых, незащищенными оказываются каналы доступа к публичной сети, во-вторых, потребитель услуг чувствует себя в полной зависимости от надежности поставщика услуг. И, тем не менее, специалисты прогнозируют, что именно вторая схема в ближайшем будущем станет основной в построении защищенных каналов.
2. Принципы криптографической защиты информации
Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на то, чтобы сделать эти данные недоступными для противника. Такие преобразования позволяют решить две главные проблемы защиты данных: проблему конфиденциальности (путем лишения противника возможности извлечь информацию из канала связи) и проблему целостности (путем лишения противника возможности изменить сообщение так, чтобы изменился его смысл, или ввести ложную информацию в канал связи).
Проблемы конфиденциальности и целостности информации тесно связаны между собой, поэтому методы решения одной из них часто применимы для решения другой.
2.1. Схема симметричной криптосистемы
Обобщенная схема криптографической системы, обеспечивающей шифрование передаваемой информации, показана на рис.2.1.
Рисунок 2.1 – Обобщенная схема криптосистемы
Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения М, которое должно быть передано законному получателю по незащищенному каналу. За каналом следит перехватчик с целью перехватить и раскрыть передаваемое сообщение. Для того чтобы перехватчик не смог узнать содержание сообщения М, отправитель шифрует его с помощью обратимого преобразования Е К и получает шифртекст (или криптограмму ) С = Е К (М), который отправляет получателю.
Законный получатель, приняв шифртекст С, расшифровы-вает его с помощью обратного преобразования D = Е К –1 и получает исходное сообщение в виде открытого текста М:
D K (C) = Е К –1 (Е К (М)) = M.
Преобразование Е К выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное используемое преобразование, называетсякриптографическим ключом К. Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ компьютера, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифр-текст различными способами, один из которых выбирается с помощью конкретного ключа К.
Криптографическая система – это однопараметрическое семейство обратимых преобразований
из пространства сообщений открытого текста в пространство шифрованных текстов. Параметр К (ключ) выбирается из конечного множества , называемого пространством ключей.
Преобразование шифрования может быть симметричным или асимметричным относительно преобразования расшифрования. Это важное свойство функции преобразования определяет два класса криптосистем:
· симметричные (одноключевые) криптосистемы;
· асимметричные (двухключевые) криптосистемы (с открытым ключом).
Схема симметричной криптосистемы с одним секретным ключом показана на рис.2.1. В ней используются одинаковые секретные ключи в блоке шифрования и блоке расшифрования.
2.2. Схема асимметричной криптосистемы
Обобщенная схема асимметричной криптосистемы с двумя разными ключами К 1 и К 2 показана на рис. 2.2. В этой криптосистеме один из ключей является открытым, а другой – секретным.
Рисунок 2.2 – Обобщенная схема асимметричной криптосистемы
с открытым ключом
В симметричной криптосистеме секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищенному каналу распространения ключей, например такому, как курьерская служба. На рис. 2.1 этот канал показан "экранированной" линией. Существуют и другие способы распределения секретных ключей, они будут рассмотрены позднее. В асимметричной криптосистеме передают по незащищенному каналу только открытый ключ, а секретный ключ сохраняют на месте его генерации.
На рис. 2.3 показан поток информации в криптосистеме в случае активных действий перехватчика. Активный перехватчик не только считывает все шифртексты, передаваемые по каналу, но может также пытаться изменять их по своему усмотрению.
Любая попытка со стороны перехватчика расшифровать шифртекст С для получения открытого текста М или зашифровать свой собственный текст М’ для получения правдоподобного шифртекста С’, не имея подлинного ключа, называется крипто-аналитической атакой.
Рисунок 2.3 – Поток информации в криптосистеме при активном
перехвате сообщений
Если предпринятые криптоаналитические атаки не достигают поставленной цели и криптоаналитик не может, не имея подлинного ключа, вывести М из С или С’ из М’, то считается, что такая криптосистема является криптостойкой .
Криптоанализ – это наука о раскрытии исходного текста зашифрованного сообщения без доступа к ключу. Успешный анализ может раскрыть исходный текст или ключ. Он позволяет также обнаружить слабые места в криптосистеме, что, в конечном счете, ведет к тем же результатам.
Фундаментальное правило криптоанализа, впервые сформулированное голландцем А.Керкхоффом еще в XIX веке заключается в том, что стойкость шифра (криптосистемы) должна определяться только секретностью ключа. Иными словами, правило Керкхоффа состоит в том, что весь алгоритм шифрования, кроме значения секретного ключа, известен криптоаналитику противника. Это обусловлено тем, что криптосистема, реализующая семейство криптографических преобразований, обычно рассматривается как открытая система.
2.3. Аппаратно-программные средства защиты компьютерной информации
Аппаратно-программные средства, обеспечивающие повышенный уровень защиты можно разбить на пять основных групп (Рис. 2.4).
Первую группу образуют системы идентификации и аутентификации пользователей . Такие системы применяются для ограничения доступа случайных и незаконных пользователей к ресурсам компьютерной системы. Общий алгоритм работы этих систем заключается в том, чтобы получить от пользователя информацию, удостоверяющую его личность, проверить ее подлинность и затем предоставить (или не предоставить) этому пользователю возможность работы с системой.
При построении подобных систем возникает проблема выбора информации, на основе которой осуществляются процедуры идентификации и аутентификации пользователя. Можно выделить следующие типы:
(1) секретная информация, которой обладает пользователь (пароль, персональный идентификатор, секретный ключ и т.п.); эту информацию пользователь должен запомнить или же могут быть применены специальные средства хранения этой информации);
(2) физиологические параметры человека (отпечатки пальцев, рисунок радужной оболочки глаза и т.п.) или особенности поведения человека (особенности работы на клавиатуре и т.п.).
Системы идентификации, основанные на первом типе информации, принято считать традиционными . Системы идентификации, использующие второй тип информации, называются биометрическими .
Вторую группу средств, обеспечивающих повышенный уровень защиты, составляют системы шифрования дисковых данных . Основная задача, решаемая такими системами, состоит в защите от несанкционированного использования данных, расположенных на магнитных носителях.
Обеспечение конфиденциальности данных, располагаемых на магнитных носителях, осуществляется путем их шифрования с использованием симметричных алгоритмов шифрования. Основным классификационным признаком для комплексов шифрования служит уровень их встраивания в компьютерную систему.
Работа прикладных программ с дисковыми накопителями состоит из двух этапов – “логического” и “физического”.
Логический этап соответствует уровню взаимодействия прикладной программы с операционной системой (например, вызов сервисных функций чтения/записи данных). На этом уровне основным объектом является файл.
Физический этап соответствует уровню взаимодействия операционной системы и аппаратуры. В качестве объектов этого уровня выступают структуры физической организации данных - сектора диска.
В результате, системы шифрования данных могут осуществлять криптографические преобразования данных на уровне файлов (защищаются отдельные файлы) и на уровне дисков (защищаются диски целиком).
Другим классификационным признаком систем шифрования дисковых данных является способ их функционирования.
По способу функционирования системы шифрования дисковых данных делят на два класса:
(1) системы “прозрачного” шифрования;
(2) системы, специально вызываемые для осуществления шифрования.
Рисунок 2.4 – Аппаратно-программные средства защиты компьютерной информации
В системах прозрачного шифрования (шифрования “на лету”) криптографические преобразования осуществляются в режиме реального времени, незаметно для пользователя. Например, пользователь записывает подготовленный в текстовом редакторе документ на защищаемый диск, а система защиты в процессе записи выполняет его шифрование.
Системы второго класса обычно представляют собой утилиты, которые необходимо специально вызывать для выполнения шифрования. К ним относятся, например, архиваторы со встроенными средствами парольной защиты.
К третьей группе средств относятся системы шифрования данных, передаваемых по компьютерным сетям . Различают два основных способа шифрования: канальное шифрование и оконечное (абонентское) шифрование.
В случае канального шифрования защищается вся передаваемая по каналу связи информация, включая служебную. Соответствующие процедуры шифрования реализуются с помощью протокола канального уровня семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем OSI.
Этот способ шифрования обладает следующим достоинством - встраивание процедур шифрования на канальный уровень позволяет использовать аппаратные средства, что способствует повышению производительности системы.
Однако, у данного подхода имеются существенные недостатки:
Шифрованию на данном уровне подлежит вся информация, включая служебные данные транспортных протоколов; это осложняет механизм маршрутизации сетевых пакетов и требует расшифрования данных в устройствах промежуточной коммутации (шлюзах, ретрансляторах и т.п.);
Шифрование служебной информации, неизбежное на данном уровне, может привести к появлению статистических закономерностей в шифрованных данных; это влияет на надежность защиты и накладывает ограничения на использование криптографических алгоритмов.
Оконечное (абонентское) шифрование позволяет обеспечить конфиденциальность данных, передаваемых между двумя прикладными объектами (абонентами). Оконечное шифрование реализуется с помощью протокола прикладного или представительного уровня эталонной модели OSI. В этом случае защищенным оказывается только содержание сообщения, вся служебная информация остается открытой. Данный способ позволяет избежать проблем, связанных с шифрованием служебной информации, но при этом возникают другие проблемы. В частности, злоумышленник, имеющий доступ к каналам связи компьютерной сети, получает возможность анализировать информацию о структуре обмена сообщениями, например, об отправителе и получателе, о времени и условиях передачи данных, а также об объеме передаваемых данных.
Четвертую группу средств защиты составляют системы аутентификации электронных данных .
При обмене электронными данными по сетям связи возникает проблема аутентификации автора документа и самого документа, т.е. установление подлинности автора и проверка отсутствия изменений в полученном документе.
Для аутентификации электронных данных применяют код аутентификации сообщения (имитовставку) или электронную цифровую подпись. При формировании кода аутентификации сообщения и электронной цифровой подписи используются разные типы систем шифрования.
Код аутентификации сообщения МАС (Message Authentication Code) формируют с помощью симметричных систем шифрования данных. Проверка целостности принятого сообщения осуществляется путем проверки кода MAC получателем сообщения.
В отечественном стандарте симметричного шифрования данных (ГОСТ 28147-89) предусмотрен режим выработки имитовставки, обеспечивающий имитозащиту , т.е. защиту системы шифрованной связи от навязывания ложных данных.
Имитовставка вырабатывается из открытых данных посредством специального преобразования шифрования с использованием секретного ключа и передается по каналу связи в конце зашифрованных данных. Имитовставка проверяется получателем сообщения, владеющим секретным ключом, путем повторения процедуры, выполненной ранее отправителем, над полученными открытыми данными.
Электронная цифровая подпись (ЭЦП) представляет собой относительно небольшое количество дополнительной аутентифицирующей цифровой информации, передаваемой вместе с подписываемым текстом.
Для реализации ЭЦП используются принципы асимметричного шифрования. Система ЭЦП включает процедуру формирования цифровой подписи отправителем с использованием секретного ключа отправителя и процедуру проверки подписи получателем с использованием открытого ключа отправителя.
Пятую группу средств, обеспечивающих повышенный уровень защиты, образуют средства управления ключевой информацией . Под ключевой информацией понимается совокупность всех используемых в компьютерной системе или сети криптографических ключей.
Безопасность любого криптографического алгоритма определяется используемыми криптографическими ключами. В случае ненадежного управления ключами злоумышленник может завладеть ключевой информацией и получить полный доступ ко всей информации в компьютерной системе или сети.
Основным классификационным признаком средств управления ключевой информацией является вид функции управления ключами. Различают следующие основные виды функций управления ключами: генерация ключей, хранение ключей и распределение ключей.
Способы генерации ключей различаются для симметричных и асимметричных криптосистем. Для генерации ключей симметричных криптосистем используются аппаратные и программные средства генерации случайных чисел, в частности, схемы с применением блочного симметричного алгоритма шифрования. Генерация ключей для асимметричных криптосистем представляет существенно более сложную задачу в связи с необходимостью получения ключей с определенными математическими свойствами.
Функция хранения ключей предполагает организацию безопасного хранения, учета и удаления ключей. Для обеспечения безопасного хранения и передачи ключей применяют их шифрование с помощью других ключей. Такой подход приводит к концепции иерархии ключей . В иерархию ключей обычно входят главный ключ (мастер-ключ), ключ шифрования ключей и ключ шифрования данных. Следует отметить, что генерация и хранение мастер-ключей являются критическими вопросами криптографической защиты.
Распределение ключей является самым ответственным процессом в управлении ключами. Этот процесс должен гарантировать скрытность распределяемых ключей, а также оперативность и точность их распределения. Различают два основных способа распределения ключей между пользователями компьютерной сети:
1) применение одного или нескольких центров распределения ключей;
2) прямой обмен сеансовыми ключами между пользователями.
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.