Сетевая безопасность. Шифрование. Аутентификация, авторизации, аудит

Методы обеспечения информационной безопасности:
технические средства;
«не технические» (юридические, административные);
физические средства защиты.
Различные средства защиты должны применяться совместно и под централизованным управлением.
Методы обеспечения информационной безопасности
Обеспечение информационной безопасности — это деятельность, направленная на достижение состояния защищенности информационной среды, прогнозирование, предотвращение и смягчение последствий воздействий, результатом которых может явиться нанесение ущерба информации, ее владельцам или поддерживающей инфраструктуре.

Общие принципы безопасности:
Комплексный подход.
Многоуровневая защита.
Предоставление сотруднику минимально достаточного уровня привилегий.
Принцип единого контрольно-пропускного пункта (весь входящий и исходящий трафик проходит через единственный узел сети).
Использование только таких средств, которые при отказе переходят в состояние максимальной защиты.
Баланс возможного ущерба от реализации угрозы и затрат на ее предотвращение.
Методы обеспечения информационной безопасности

Шифрование
Шифрование — это средство обеспечения конфиденциальности данных, хранящихся в памяти компьютера или передаваемых по сети.
Пара процедур — шифрование и дешифрирование — называется криптосистемой, предусматривающей наличие секретного ключа.
Классы криптосистем:
Симметричные. Секретный ключ шифрования совпадает с секретным ключом дешифрирования. В
Асимметричные. Открытый ключ шифрования не совпадает с секретным ключом дешифрирования.

Алгоритм DES
Наиболее популярный симметричный алгоритмом — DES (Data Encryption Standard), разработанный фирмой IBM.
Открытый текст шифруется блоками по 64 бита.
Алгоритм состоит из 19 этапов:
1) Независимая перестановка 64 разрядов открытого текста.
2-17) 64-разрядный блок делится пополам на левую (Li-1) и правую
(Ri-1) части. Правая часть вычисляется с помощью функции
f(Li-1, Ki), где Li-1 — исходная левая часть:
из 32 разрядов правой части, с помощью фиксированной перестановки и дублирования формируется 48-разрядное число Е;
число Е и ключ Кi- складываются по модулю 2;
выход разделяется на восемь групп по шесть разрядов, каждая из которых преобразуется независимым S-блоком в 4-разрядные группы;
эти 8 • 4 разряда пропускаются через Р- блок.
18) Меняет местами левые и правые 32 разряда.
19) Обратная перестановка.
На каждом из 16 этапов используются различные функции исходного ключа.
Этапы при расшифровке выполняются в обратном порядке.
Шифрование

Рис. 6.36-2. Стандарт шифрования данных DES: общий вид (а); детализация одного из этапов (б)
Шифрование

Шифрование Алгоритм DES
Начальная перестановка
Исходный текст T (блок 64 бит) преобразуется c помощью начальной перестановки IP которая определяется таблицей:
По таблице первые 3 бита результирующего блока IP(T) после начальной перестановки IP являются битами 58, 50, 42 входного блока Т, а его 3 последние бита являются битами 23, 15, 7 входного

Циклы шифрования
Полученный после начальной перестановки 64-битовый блок IP(T) участвует в 16-циклах преобразования Фейстеля.
16 циклов преобразования Фейстеля:
Разбить IP(T) на две части L0,R0, где L0,R0 — соответственно 32 старших битов и 32 младших битов блокаT0 IP(T)= L0R0
Пусть Ti − 1 = Li − 1Ri − 1 результат (i-1) итерации, тогда результат i-ой итерации Ti = LiRi определяется:
Li = Ri − 1
Левая половина Li равна правой половине предыдущего вектора Li − 1Ri − 1. А правая половина Ri — это битовое сложение Li − 1 и f(Ri − 1,ki) по модулю 2. В 16-циклах преобразования Фейстеля функция f играет роль шифрования.
Конечная перестановка
Конечная перестановка IP − 1 действует на T16 и используется для восстановления позиции. Она является обратной к перестановке IP. Конечная перестановка определяется таблицей:
Шифрование Алгоритм DES

Шифрование Алгоритм DES
Конечная таблица перестановок.

При расшифровании данных все действия выполняются в обратном порядке. В 16 циклах расшифрования, в отличие от шифрования c помощью прямого преобразования сетью Фейстеля, здесь используется обратное преобразование сетью Фейстеля.
Ri − 1 = Li
Схема расшифрования указана на рисунке справа.
Ключ ki, i=1,…,16, функция f, перестановка IP и IP − 1 такие же как и в процессе шифрования.
Шифрование

Схема расшифрования

В 2001 году был разработан стандарт симметричного шифрования AES (Advanced Encryption Standard), в основу которого положен алгоритм Rijndael.
AES обеспечивает лучшую защиту, так как также может работать со 128-, 192- и 256-битными ключами и имеет высокую скорость работы, кодируя за один цикл 128-битный блок в отличие от 64-битного блока DES.
В симметричных алгоритмах главную проблему представляют ключи: например, в системе с n абонентами требуется n х (n - 1)/2 ключей, сгенерированных и распределенных надежным образом.
Несимметричные алгоритмы снимают эту проблему.
Шифрование

Односторонние функции шифрования
Во многих технологиях безопасности используется шифрование с помощью односторонней функции (хэш-функции, дайджест-функции).
Эта функция дает значение, называемое дайджестом, которое состоит из небольшого и не зависящего от длины шифруемого текста числа байтов (16-20).
Знание дайджеста позволяет проверить целостность данных.
В отличие от контрольной суммы дайджест вычисляется с использованием секретного ключа, известного только отправителю и получателю, т.е. любая модификация исходного сообщения будет обнаружена.
Дайджест может быть использован в качестве электронной подписи для аутентификации передаваемого документа.
Такого рода функции должны удовлетворять двум условиям:
по дайджесту должно быть невозможно вычислить исходное сообщение;
должна отсутствовать возможность вычисления двух разных сообщений, для которых могли быть вычислены одинаковые дайджесты.
Шифрование

Рис. 6.36-6. Использование односторонних функций шифрования для контроля целостности
Шифрование

На рис. 6.36-6, б показан другой вариант использования односторонней функции шифрования для обеспечения целостности данных. Здесь односторонняя функция не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к сообщению, а к сообщению, дополненному секретным ключом.
Наиболее популярной в системах безопасности в настоящее время является серия хэш-функций MD2, MD4, MD5. Все они генерируют дайджесты фиксированной длины 16 байт.
Адаптированным вариантом MD4 является американский стандарт SHA, длина дайджеста в котором составляет 20 байт. Компания IBM поддерживает односторонние функции MDC2 и MDC4, основанные на алгоритме шифрования DES.
Шифрование

Понятие аутентификации
Аутентификация, авторизации, аудит
Аутентификация — это процедура установления подлинности, применимая как к людям, так и другим объектам (программам, устройствам, документам).
Доказательства аутентичности:
знание общего для обеих сторон секрета: слова или факта;
владение уникальным предметом, например, электронной магнитной картой;
био- характеристики: рисунок радужной оболочки глаза, отпечатки пальцев.
Для снижения угрозы раскрытия и разгадывания паролей применяют задание максимального и минимального сроков действия пароля, хранение списка уже использованных паролей, управление поведением системы после нескольких неудачных попыток входа и т. п.

Аутентификация на уровне приложений.
Пользователь, обращающийся к веб-серверу, должен доказать свою легальность и убедиться, что ведет диалог с веб-сервером своего предприятия. То есть пройти процедуру взаимной аутентификации.
При установлении связи между двумя устройствами предусматриваются процедуры взаимной аутентификации устройств на канальном уровне.
Аутентификация данных — доказательство целостности данных и того, что они поступили от того человека.
Аутентификация, авторизации, аудит

Авторизация доступа
Авторизация — предоставление каждому пользователю именно тех прав, которые ему были определены администратором.
Классы правил доступа:
Избирательный. Определенные операции разрешаются или запрещаются пользователям или группам пользователей, явно указанным своими идентификаторами.
Мандатный. Вся информация делится на уровни секретности. Пользователи также делятся на группы в соответствии с уровнем допуска к этой информации. Пользователи более высокого уровня не могут изменить уровень доступности информации для пользователей более низкого уровня.
Системы аутентификации и авторизации могут строиться на базе двух схем:
Централизованная, базирующаяся на сервере. Пользователь логически входит в сеть и получает на все время работы набор разрешений по доступу к ресурсам сети.
Децентрализованная. Средства авторизации работают на каждой машине.
Аутентификация, авторизации, аудит

Аудит
Аудит — набор процедур мониторинга и учета всех событий, представляющих потенциальную угрозу для безопасности системы.
Если кто-то пытается выполнить действия, выбранные системой безопасности для мониторинга, то система аудита пишет сообщение в журнал регистрации, идентифицируя пользователя.
Эта информация позволяет предотвратить повторение атак путем устранения уязвимых мест в системе защиты.
Аутентификация, авторизации, аудит

Строгая аутентификация на основе многоразового пароля в протоколе CHAP
Протокол аутентификации по квитированию вызова (Challenge Handshake Authentication Protocol, CHAP) используется, например, при аутентификации удаленных пользователей, подключенных к Интернету по коммутируемому каналу.
При заключении договора клиент получает от провайдера пароль (parol), который хранится в базе данных провайдера в виде дайджеста Z = d(parol).
Аутентификация:
1. Клиент активизирует программу удаленного доступа к серверу провайдера, вводя имя и пароль. Имя («Moscow») передается провайдеру в составе запроса на соединение.
2. Сервер, получив запрос, генерирует псевдослучайное слово-вызов («challenge») и передает его клиенту вместе со значением, идентифицирующем сообщение в рамках данного сеанса (ID), и собственным именем (здесь «Paris»). Это сообщение типа Challenge (вызов).
3. Программа клиента извлекает слово-вызов, добавляет к нему идентификатор и вычисленный локально дайджест Z = d/(parol), вычисляет дайджест Y= d{(ID), challenge,Z} и посылает серверу провайдера в пакете Response (ответ).
4. Сервер сравнивает полученный дайджест Y со значением, которое он получил, локально применив ту же хэш-функцию к компонентам, хранящимся в его памяти.
5. Если результаты совпадают, то аутентификация считается успешной и аутентификатор посылает партнеру пакет Success (успех). В противном случае, Failure (ошибка).
Аутентификация, авторизации, аудит

Рис. 6.36-7. Аутентификация по протоколу CHAP
Аутентификация, авторизации, аудит

Аутентификация на основе одноразового пароля
Генерацию одноразовых паролей могут выполнять:
- аппаратные ключи, представляющие собой миниатюрные устройства со встроенным микропроцессором, похожие либо на пластиковые карточки, либо на карманные калькуляторы, либо в виде присоединяемого к разъему компьютера устройства.
- программные ключи — программы с генератором одноразовых паролей, размещенная на внешнем носителе.
Аутентификация, авторизации, аудит
Пользователь сообщает системе свой идентификатор и указывает последовательность цифр, сообщаемую ему аппаратным или программным ключом. Затем генерируется новый пароль. Сервер аутентификации проверяет введенную последовательность и разрешает пользователю осуществить логический вход.

Аутентификация на основе сертификатов
Применяется, когда число пользователей сети (пусть и потенциальных) измеряется миллионами.
Сеть не хранит информацию о своих пользователях — они ее предоставляют сами в запросах в виде сертификатов, удостоверяющих личность пользователей.
Сертификаты выдаются специальными уполномоченными организациями — центрами сертификации (Certificate Authority, СА).
Сертификат представляет собой электронную форму, в которой содержится следующая информация:
открытый ключ владельца данного сертификата;
сведения о владельце (имя, адрес электронной почты и т. п.);
наименование организации, выдавшей сертификат;
электронная подпись сертифицирующей организации.
Аутентификация, авторизации, аудит

Пользователь предъявляет сертификат в двух формах: открытой и зашифрованной с применением своего закрытого ключа (рис. 6.36-11).
Аутентификатор берет из незашифрованного сертификата открытый ключ и расшифровывает зашифрованный сертификат. Совпадение подтверждает, что предъявитель является владельцем закрытого ключа, соответствующего открытому.
С помощью открытого ключа организации проводится расшифровка ее подписи. Если получается тот же сертификат с тем же именем пользователя и его открытым ключом, значит, он является тем, за кого себя выдает.
Сертификаты можно использовать для предоставления избирательных прав доступа. Для этого в него вводятся дополнительные поля, в которых указывается принадлежность владельцев к той или иной категории пользователей.
Сертифицирующие центры
1) Задачу обеспечения сотрудников сертификатами может взять на себя само предприятие. В этом случае упрощается процедура первичной аутентификации при выдаче сертификата.
2) Независимые центры по выдаче сертификатов (например, сертифицирующий центр компании Verisign).
Аутентификация, авторизации, аудит

Рис. 6.36-11. Аутентификация пользователей на основе сертификатов
Аутентификация, авторизации, аудит

Классы сертификатов:
Класс 1. Предоставляют самый низкий уровень полномочий (отправка и получение электронной почты через Интернет)
Класс 2. Дают возможность его владельцу пользоваться внутрикорпоративной электронной почтой и принимать участие в подписных интерактивных службах.
Класс 3. Предоставляют возможности класса 2 плюс возможность участия в электронных банковских операциях, электронных сделках и др.
Класс 4. Используются при выполнении крупных финансовых операций.
Аутентификация, авторизации, аудит

Аутентификация информации
Аутентификация информации — установление подлинности полученных по сети данных исключительно на основе информации, содержащейся в полученном сообщении.
Ее цель — защита участников информационного обмена от навязывания ложной информации.
Виды аутентификации информации:
аутентификация хранящихся массивов данных и программ — установление факта того, что данные не подвергались модификации;
аутентификация сообщений — установление подлинности полученного сообщения.
Аутентификация, авторизации, аудит

Цифровая подпись
Цифровая подпись — методы, позволяющие устанавливать подлинность автора сообщения (документа) при возникновении спора относительно авторства.
Чаще всего для построения схемы цифровой подписи используются алгоритмы RSA и DES.
DES более эффективен для подтверждения аутентичности больших объемов информации. А для коротких сообщений (платежных поручений, квитанций) лучше подходит алгоритм RSA.
Аутентификация, авторизации, аудит

Рис. 6.36-14. Обеспечение конфиденциальности документа с цифровой подписью
Аутентификация, авторизации, аудит

Аутентификация программных кодов
Компания Microsoft разработала средства для доказательства аутентичности программных кодов, распространяемых через Интернет. Пользователю важно иметь доказательства, что программа, которую он загрузил с какого-либо сервера, действительно содержит коды, разработанные определенной компанией.
Организация, желающая подтвердить свое авторство на программу, должна встроить в распространяемый код подписывающий блок (рис. 6.36-15).
Этот блок состоит из двух частей: сертификата этой организации и дайджеста, зашифрованного с помощью закрытого ключа организации.
Аутентификация, авторизации, аудит

Аутентификация, авторизации, аудит
Рис. 6.36-15. Схема получения аутентикода