Виды скзи. Классификация средств защиты информации от фстэк и фсб россии

Определение 1

Криптографическая защита информации – это механизм защиты посредством шифрования данных для обеспечения информационной безопасности общества.

Криптографические методы защиты информации активно используются в современной жизни для хранения, обработки и передачи информации по сетям связи и на различных носителях.

Сущность и цели криптографической защиты информации

Сегодня самым надежным способом шифрования при передаче информационных данных на большие расстояния является именно криптографическая защита информации.

Криптография – это наука, изучающая и описывающая модели информационной безопасности (далее – ИБ) данных. Она позволяет разрешить многие проблемы, что присущи информационной безопасности сети: конфиденциальность, аутентификация, контроль и целостность взаимодействующих участников.

Определение 2

Шифрование – это преобразование информационных данных в форму, которая будет не читабельной для программных комплексов и человека без ключа шифрования-расшифровки. Благодаря криптографическим методам защиты информации обеспечиваются средства информационной безопасности, поэтому они являются основной частью концепции ИБ.

Замечание 1

Ключевой целью криптографической защиты информации является обеспечение конфиденциальности и защиты информационных данных компьютерных сетей в процессе передачи ее по сети между пользователями системы.

Защита конфиденциальной информации, которая основана на криптографической защите, зашифровывает информационные данные посредством обратимых преобразований, каждое из которых описывается ключом и порядком, что определяет очередность их применения.

Важным компонентом криптографической защиты информации является ключ, отвечающий за выбор преобразования и порядок его реализации.

Определение 3

Ключ – это определенная последовательность символов, которая настраивает шифрующий и дешифрующий алгоритм системы криптозащиты информации. Каждое преобразование определяется ключом, задающим криптографический алгоритм, который обеспечивает безопасность информационной системы и информации в целом.

Каждый алгоритм криптозащиты информации работает в разных режимах, которые обладают, как рядом преимуществ, так и рядом недостатков, что влияют на надежность информационной безопасности государства и средства ИБ.

Средства и методы криптографической защиты информации

К основным средствам криптозащиты информации можно отнести программные, аппаратные и программно-аппаратные средства, которые реализуют криптографические алгоритмы информации с целью:

защиты информационных данных при их обработке, использовании и передаче;
обеспечения целостности и достоверности обеспечения информации при ее хранении, обработке и передаче (в том числе с применением алгоритмов цифровой подписи);
выработки информации, которая используется для аутентификации и идентификации субъектов, пользователей и устройств;
выработки информации, которая используется для защиты аутентифицирующих элементов при их хранении, выработке, обработке и передаче.

В настоящее время криптографические методы защиты информации для обеспечения надежной аутентификации сторон информационного обмена являются базовыми. Они предусматривают шифрование и кодирование информации.

Различают два основных метода криптографической защиты информации:

симметричный, в котором один и тот же ключ, что хранится в секрете, применяется и для шифровки, и для расшифровки данных;
ассиметричный.

Кроме этого существуют весьма эффективные методы симметричного шифрования – быстрый и надежный. На подобные методы в Российской Федерации предусмотрен государственный стандарт «Системы обработки информации. Криптографическая защита информации. Алгоритм криптографического преобразования» - ГОСТ 28147-89.

В ассиметричных методах криптографической защиты информации используются два ключа:

Несекретный, который может публиковаться вместе с другими сведениями о пользователе, что являются открытыми. Этот ключ применяется для шифрования.
Секретный, который известен только получателю, используется для расшифровки.

Из ассиметричных наиболее известным методом криптографической защиты информации является метод RSA, который основан на операциях с большими (100-значными) простыми числами, а также их произведениями.

Благодаря применению криптографических методов можно надежно контролировать целостность отдельных порций информационных данных и их наборов, гарантировать невозможность отказаться от совершенных действий, а также определять подлинность источников данных.

Основу криптографического контроля целостности составляют два понятия:

Электронная подпись.
Хэш-функция.

Определение 4

Хэш-функция – это одностороння функция или преобразование данных, которое сложно обратить, реализуемое средствами симметричного шифрования посредством связывания блоков. Результат шифрования последнего блока, который зависит от всех предыдущих, и служит результатом хэш-функции.

В коммерческой деятельности криптографическая защита информации приобретает все большее значение. Для того чтобы преобразовать информацию, используются разнообразные шифровальные средства: средства шифрования документации (в том числе для портативного исполнения), средства шифрования телефонных разговоров и радиопереговоров, а также средства шифрования передачи данных и телеграфных сообщений.

Для того чтобы защитить коммерческую тайну на отечественном и международном рынке, используются комплекты профессиональной аппаратуры шифрования и технические устройства криптозащиты телефонных и радиопереговоров, а также деловой переписки.

Кроме этого широкое распространение получили также маскираторы и скремблеры, которые заменяют речевой сигнал цифровой передачей данных. Производятся криптографические средства защиты факсов, телексов и телетайпов. Для этих же целей применяются и шифраторы, которые выполняются в виде приставок к аппаратам, в виде отдельных устройств, а также в виде устройств, которые встраиваются в конструкцию факс-модемов, телефонов и других аппаратов связи. Электронная цифровая подпись широкое применяется для того, чтобы обеспечить достоверность передаваемых электронных сообщений.

Криптографическая защита информации в РФ решает вопрос целостности посредством добавления определенной контрольной суммы или проверочной комбинации для того, чтобы вычислить целостность данных. Модель информационной безопасности является криптографической, то есть она зависит от ключа. По оценкам информационной безопасности, которая основана на криптографии, зависимость вероятности прочтения данных от секретного ключа является самым надежным инструментом и даже используется в системах государственной информационной безопасности.

Термин "криптография" происходит от древнегреческих слов «скрытый» и «пишу». Словосочетание выражает основное назначение криптографии - это защита и сохранение тайны переданной информации. Защита информации может происходить различными способами. Например, путем ограничения физического доступа к данным, скрытия канала передачи, создания физических трудностей подключения к линиям связи и т. д.

Цель криптографии

В отличие от традиционных способов тайнописи, криптография предполагает полную доступность канала передачи для злоумышленников и обеспечивает конфиденциальность и подлинность информации с помощью алгоритмов шифрования, делающих информацию недоступной для постороннего прочтения. Современная система криптографической защиты информации (СКЗИ) - это программно-аппаратный компьютерный комплекс, обеспечивающий защиту информации по следующим основным параметрам.

Конфиденциальность - невозможность прочтения информации лицами, не имеющими соответствующих прав доступа. Главным компонентом обеспечения конфиденциальности в СКЗИ является ключ (key), представляющий собой уникальную буквенно-числовую комбинацию для доступа пользователя в определенный блок СКЗИ.
Целостность - невозможность несанкционированных изменений, таких как редактирование и удаление информации. Для этого к исходной информации добавляется избыточность в виде проверочной комбинации, вычисляемой по криптографическому алгоритму и зависящая от ключа. Таким образом, без знания ключа добавление или изменение информации становится невозможным.
Аутентификация - подтверждение подлинности информации и сторон, ее отправляющих и получающих. Передаваемая по каналам связи информация должна быть однозначно аутентифицирована по содержанию, времени создания и передачи, источнику и получателю. Следует помнить, что источником угроз может быть не только злоумышленник, но и стороны, участвующие в обмене информацией при недостаточном взаимном доверии. Для предотвращения подобных ситуации СКЗИ использует систему меток времени для невозможности повторной или обратной отсылки информации и изменения порядка ее следования.

Авторство - подтверждение и невозможность отказа от действий, совершенных пользователем информации. Самым распространенным способом подтверждения подлинности является Система ЭЦП состоит из двух алгоритмов: для создания подписи и для ее проверки. При интенсивной работе с ЭКЦ рекомендуется использование программных удостоверяющих центров для создания и управления подписями. Такие центры могут быть реализованы как полностью независимое от внутренней структуры средство СКЗИ. Что это означает для организации? Это означает, что все операции с обрабатываются независимыми сертифицированными организациями и подделка авторства практически невозможна.

Алгоритмы шифрования

На текущий момент среди СКЗИ преобладают открытые алгоритмы шифрования с использованием симметричных и асимметричных ключей с длиной, достаточной для обеспечения нужной криптографической сложности. Наиболее распространенные алгоритмы:

симметричные ключи - российский Р-28147.89, AES, DES, RC4;
асимметричные ключи - RSA;
с использованием хеш-функций - Р-34.11.94, MD4/5/6, SHA-1/2.

Многие страны имеют свои национальные стандарты В США используется модифицированный алгоритм AES с ключом длиной 128-256 бит, а в РФ алгоритм электронных подписей Р-34.10.2001 и блочный криптографический алгоритм Р-28147.89 с 256-битным ключом. Некоторые элементы национальных криптографических систем запрещены для экспорта за пределы страны, деятельность по разработке СКЗИ требует лицензирования.

Системы аппаратной криптозащиты

Аппаратные СКЗИ - это физические устройства, содержащие в себе программное обеспечение для шифрования, записи и передачи информации. Аппараты шифрации могут быть выполнены в виде персональных устройств, таких как USB-шифраторы ruToken и флеш-диски IronKey, плат расширения для персональных компьютеров, специализированных сетевых коммутаторов и маршрутизаторов, на основе которых возможно построение полностью защищенных компьютерных сетей.

Аппаратные СКЗИ быстро устанавливаются и работают с высокой скоростью. Недостатки - высокая, по сравнению с программными и программно-аппаратными СКЗИ, стоимость и ограниченные возможности модернизации.

Также к аппаратным можно отнести блоки СКЗИ, встроенные в различные устройства регистрации и передачи данных, где требуется шифрование и ограничение доступа к информации. К таким устройствам относятся автомобильные тахометры, фиксирующие параметры автотранспорта, некоторые типы медицинского оборудования и т.д. Для полноценной работы таким систем требуется отдельная активация СКЗИ модуля специалистами поставщика.

Системы программной криптозащиты

Программные СКЗИ - это специальный программный комплекс для шифрования данных на носителях информации (жесткие и флеш-диски, карты памяти, CD/DVD) и при передаче через Интернет (электронные письма, файлы во вложениях, защищенные чаты и т.д.). Программ существует достаточно много, в т. ч. бесплатных, например, DiskCryptor. К программным СКЗИ можно также отнести защищенные виртуальные сети обмена информацией, работающие «поверх Интернет»(VPN), расширение Интернет протокола HTTP с поддержкой шифрования HTTPS и SSL - криптографический протокол передачи информации, широко использующийся в системах IP-телефонии и интернет-приложениях.

Программные СКЗИ в основном используются в сети Интернет, на домашних компьютерах и в других сферах, где требования к функциональности и стойкости системы не очень высоки. Или как в случае с Интернетом, когда приходится одновременно создавать множество разнообразных защищенных соединений.

Программно-аппаратная криптозащита

Сочетает в себе лучшие качества аппаратных и программных систем СКЗИ. Это самый надежный и функциональный способ создания защищенных систем и сетей передачи данных. Поддерживаются все варианты идентификации пользователей, как аппаратные (USB-накопитель или смарт-карта), так и «традиционные» - логин и пароль. Программно-аппаратные СКЗИ поддерживают все современные алгоритмы шифрования, обладают большим набором функций по созданию защищенного документооборота на основе ЭЦП, всеми требуемыми государственными сертификатами. Установка СКЗИ производится квалифицированным персоналом разработчика.

Компания «КРИПТО-ПРО»

Один из лидеров российского криптографического рынка. Компания разрабатывает весь спектр программ по защите информации с использованием ЭЦП на основе международных и российских криптографических алгоритмов.

Программы компании используются в электронном документообороте коммерческих и государственных организаций, для сдачи бухгалтерской и налоговой отчетности, в различных городских и бюджетных программах и т. д. Компанией выдано более 3 млн. лицензий для программы КриптоПРО CSP и 700 лицензий для удостоверяющих центров. «Крипто-ПРО» предоставляет разработчикам интерфейсы для встраивания элементов криптографической защиты в свои и оказывает весь спектр консалтинговых услуг по созданию СКЗИ.

Криптопровайдер КриптоПро

При разработке СКЗИ КриптоПро CSP использовалась встроенная в операционную систему Windows криптографическая архитектура Cryptographic Service Providers. Архитектура позволяет подключать дополнительные независимые модули, реализующие требуемые алгоритмы шифрования. С помощью модулей, работающих через функции CryptoAPI, криптографическую защиту могут осуществлять как программные, так и аппаратные СКЗИ.

Носители ключей

В качестве личных ключей могут использоваться различные такие как:

смарт-карты и считыватели;
электронные замки и считыватели, работающие с устройствами Touch Memory;
различные USB-ключи и сменные USB-накопители;
файлы системного реестра Windows, Solaris, Linux.

Функции криптопровайдера

СКЗИ КриптоПро CSP полностью сертифицирована ФАПСИ и может использоваться для:

2. Полной конфиденциальности, аутентичности и целостности данных с помощью шифрования и имитационной защиты согласно российским стандартам шифрования и протокола TLS.

3. Проверки и контроля целостности программного кода для предотвращения несанкционированного изменения и доступа.

4. Создания регламента защиты системы.

Криптография (от древне-греч. κρυπτος – скрытый и γραϕω – пишу) – наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации.

Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на то, чтобы сделать эти данные бесполезными для злоумышленника. Такие преобразования позволяют решить два главных вопроса, касающихся безопасности информации:

защиту конфиденциальности;
защиту целостности.

Проблемы защиты конфиденциальности и целостности информации тесно связаны между собой, поэтому методы решения одной из них часто применимы для решения другой.

Известны различные подходы к классификации методов криптографического преобразования информации. По виду воздействия на исходную информацию методы криптографического преобразования информации могут быть разделены на четыре группы:

Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения М , которое должно быть передано законному получателю по незащищённому 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 Ек и получает шифртекст (или криптограмму) С=Ек(М) , который отправляет получателю.

Законный получатель, приняв шифртекст С , расшифровывает его с помощью обратного преобразования Dк(С) и получает исходное сообщение в виде открытого текста М .

Преобразование Ек выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное преобразование, называется криптографическим ключом К .

Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифртекст различными способами, один из которых выбирается с помощью конкретного ключа К .

Преобразование шифрования может быть симметричным и асимметричным относительно преобразования расшифрования. Это важное свойство определяет два класса криптосистем:

симметричные (одноключевые) криптосистемы;
асимметричные (двухключевые) криптосистемы (с открытым ключом).

Симметричное шифрование

Симметричное шифрование, которое часто называют шифрованием с помощью секретных ключей, в основном используется для обеспечения конфиденциальности данных. Для того чтобы обеспечить конфиденциальность данных, пользователи должны совместно выбрать единый математический алгоритм, который будет использоваться для шифрования и расшифровки данных. Кроме того, им нужно выбрать общий (секретный) ключ, который будет использоваться с принятым ими алгоритмом шифрования/дешифрования, т.е. один и тот же ключ используется и для зашифрования, и для расшифрования (слово "симметричный" означает одинаковый для обеих сторон).

Пример симметричного шифрования показан на рис. 2.2 .

Сегодня широко используются такие алгоритмы шифрования, как Data Encryption Standard (DES), 3DES (или "тройной DES") и International Data Encryption Algorithm (IDEA). Эти алгоритмы шифруют сообщения блоками по 64 бита. Если объем сообщения превышает 64 бита (как это обычно и бывает), необходимо разбить его на блоки по 64 бита в каждом, а затем каким-то образом свести их воедино. Такое объединение, как правило, происходит одним из следующих четырех методов:

электронной кодовой книги (Electronic Code Book, ECB);
цепочки зашифрованных блоков (Cipher Block Changing, CBC);
x-битовой зашифрованной обратной связи (Cipher FeedBack, CFB-x);
выходной обратной связи (Output FeedBack, OFB).

Triple DES (3DES) – симметричный блочный шифр, созданный на основе алгоритма DES, с целью устранения главного недостатка последнего – малой длины ключа (56 бит), который может быть взломан методом полного перебора ключа. Скорость работы 3DES в 3 раза ниже, чем у DES, но криптостойкость намного выше. Время, требуемое для криптоанализа 3DES, может быть намного больше, чем время, нужное для вскрытия DES.

Алгоритм AES (Advanced Encryption Standard), также известный как Rijndael – симметричный алгоритм блочного шифрования – шифрует сообщения блоками по 128 бит, использует ключ 128/192/256 бит.

Шифрование с помощью секретного ключа часто используется для поддержки конфиденциальности данных и очень эффективно реализуется с помощью неизменяемых "вшитых" программ (firmware). Этот метод можно использовать для аутентификации и поддержания целостности данных.

С методом симметричного шифрования связаны следующие проблемы:

необходимо часто менять секретные ключи, поскольку всегда существует риск их случайного раскрытия (компрометации);
достаточно сложно обеспечить безопасность секретных ключей при их генерировании, распространении и хранении.

Криптографическая защита информации - защита информации с помощью ее криптографического преобразования.

Криптографические методы в настоящее время являются базовыми для обеспечения надежной аутентификации сторон информационного обмена, защиты.

К средствам криптографической защиты информации (СКЗИ) относятся аппаратные, программно-аппаратные и программные средства, реализующие криптографические алгоритмы преобразования информации с целью:

Защиты информации при ее обработке, хранении и передаче;

Обеспечения достоверности и целостности информации (в том числе с использованием алгоритмов цифровой подписи) при ее обработке, хранении и передаче;

Выработки информации, используемой для идентификации и аутентификации субъектов, пользователей и устройств;

Выработки информации, используемой для защиты аутентифицирующих элементов защищенной АС при их выработке, хранении, обработке и передаче.

Криптографические методы предусматривают шифрование и кодирование информации . Различают два основных метода шифрования: симметричный и асимметричный. В первом из них один и тот же ключ (хранящийся в секрете) используется и для зашифрования, и для расшифрования данных.

Разработаны весьма эффективные (быстрые и надежные) методы симметричного шифрования. Существует и национальный стандарт на подобные методы - ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования».

В асимметричных методах используются два ключа. Один из них, несекретный (он может публиковаться вместе с другими открытыми сведениями о пользователе), применяется для шифрования, другой (секретный, известный только получателю) - для расшифрования. Самым популярным из асимметричных является метод RSA, основанный на операциях с большими (100-значными) простыми числами и их произведениями.

Криптографические методы позволяют надежно контролировать целостность как отдельных порций данных, так и их наборов (таких как поток сообщений); определять подлинность источника данных; гарантировать невозможность отказаться от совершенных действий ("неотказуемость").

В основе криптографического контроля целостности лежат два понятия:

Электронная подпись (ЭП).

Хэш-функция - это труднообратимое преобразование данных (односторонняя функция), реализуемое, как правило, средствами симметричного шифрования со связыванием блоков. Результат шифрования последнего блока (зависящий от всех предыдущих) и служит результатом хэш-функции.

Криптография как средство защиты (закрытия) информации приобретает все более важное значение в коммерческой деятельности.

Для преобразования информации используются различные шифровальные средства: средства шифрования документов, в том числе и портативного исполнения, средства шифрования речи (телефонных и радиопереговоров), средства шифрова-ния телеграфных сообщений и передачи данных.

Для защиты коммерческой тайны на международном и отечественном рынке предлагаются различные технические устройства и комплекты профессиональной аппаратуры шифрова-ния и криптозащиты телефонных и радиопереговоров, деловой переписки и пр.

Широкое распространение получили скремблеры и маскираторы, заменяющие речевой сигнал цифровой передачей данных. Производятся средства защиты те-летайпов, телексов и факсов. Для этих целей использу-ются шифраторы, выполняемые в виде отдельных уст-ройств, в виде приставок к аппаратам или встраивае-мые в конструкцию телефонов, факс-модемов и других аппаратов связи (радиостанции и другие). Для обеспечения достоверности передаваемых электронных сообщений широко применяется электронная цифровая подпись.

П роблема защиты информации путем ее преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с давних времен. История криптографии — ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные. Священные книги Древнего Египта, Древней Индии тому примеры.

К риптографические методы защиты информации — это специальные методы шифрования, кодирования или иного преобразования информации, в результате которого ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования. Криптографический метод защиты, безусловно, самый надежный метод защиты, так как охраняется непосредственно сама информация, а не доступ к ней (например, зашифрованный файл нельзя прочесть даже в случае кражи носителя). Данный метод защиты реализуется в виде программ или пакетов программ.

Современная криптография включает в себя четыре крупных раздела:

Симметричные криптосистемы . В симметричных криптосистемах и для шифрования, и для дешифрования используется один и тот же ключ. (Шифрование — преобразовательный процесс: исходный текст, который носит также название открытого текста, заменяется шифрованным текстом, дешифрование — обратный шифрованию процесс. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный);

Криптосистемы с открытым ключом . В системах с открытым ключом используются два ключа — открытый и закрытый, которые математически связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.(Ключ — информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и дешифрования текстов.);

Электронная подпись . Системой электронной подписи. называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения.

Управление ключами . Это процесс системы обработки информации, содержанием которых является составление и распределение ключей между пользователями.

О сновные направления использования криптографических методов — передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации (документов, баз данных) на носителях в зашифрованном виде.

Требования к криптосистемам

П роцесс криптографического закрытия данных может осуществляться как программно, так и аппаратно. Аппаратная реализация отличается существенно большей стоимостью, однако ей присущи и преимущества: высокая производительность, простота, защищенность и т.д. Программная реализация более практична, допускает известную гибкость в использовании. Для современных криптографических систем защиты информации сформулированы следующие общепринятые требования:

зашифрованное сообщение должно поддаваться чтению только при наличии ключа;

число операций, необходимых для определения использованного ключа шифрования по фрагменту шифрованного сообщения и соответствующего ему открытого текста, должно быть не меньше общего числа возможных ключей;

число операций, необходимых для расшифровывания информации путем перебора всевозможных ключей должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютеров (с учетом возможности использования сетевых вычислений);

знание алгоритма шифрования не должно влиять на надежность защиты;

незначительное изменение ключа должно приводить к существенному изменению вида зашифрованного сообщения даже при использовании одного и того же ключа;

структурные элементы алгоритма шифрования должны быть неизменными;

дополнительные биты, вводимые в сообщение в процессе шифрования, должен быть полностью и надежно скрыты в шифрованном тексте;

длина шифрованного текста должна быть равной длине исходного текста;

не должно быть простых и легко устанавливаемых зависимостью между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования;

любой ключ из множества возможных должен обеспечивать надежную защиту информации;

алгоритм должен допускать как программную, так и аппаратную реализацию, при этом изменение длины ключа не должно вести к качественному ухудшению алгоритма шифрования.

Симметричные криптосистемы

В се многообразие существующих криптографических методов в симметричных криптосистемах можно свести к следующим 4 классам преобразований:

подстановка — символы шифруемого текста заменяются символами того же или другого алфавита в соответствии с заранее определенным правилом;

перестановка — символы шифруемого текста переставляются по некоторому правилу в пределах заданного блока передаваемого текста;

аналитическое преобразование — шифруемый текст преобразуется по некоторому аналитическому правилу, например гаммирование — заключается в наложении на исходный текст некоторой псевдослучайной последовательности, генерируемой на основе ключа;

комбинированное преобразование — представляют собой последовательность (с возможным повторением и чередованием) основных методов преобразования, применяемую к блоку (части) шифруемого текста. Блочные шифры на практике встречаются чаще, чем “чистые” преобразования того или иного класса в силу их более высокой криптостойкости. Российский и американский стандарты шифрования основаны именно на этом классе.

Системы с открытым ключом

К ак бы ни были сложны и надежны криптографические системы — их слабое мест при практической реализации — проблема распределения ключей. Для того, чтобы был возможен обмен конфиденциальной информацией между двумя субъектами ИС, ключ должен быть сгенерирован одним из них, а затем каким-то образом опять же в конфиденциальном порядке передан другому. Т.е. в общем случае для передачи ключа опять же требуется использование какой-то криптосистемы. Для решения этой проблемы на основе результатов, полученных классической и современной алгеброй, были предложены системы с открытым ключом. Суть их состоит в том, что каждым адресатом ИС генерируются два ключа, связанные между собой по определенному правилу. Один ключ объявляется открытым, а другой закрытым. Открытый ключ публикуется и доступен любому, кто желает послать сообщение адресату. Секретный ключ сохраняется в тайне. Исходный текст шифруется открытым ключом адресата и передается ему. Зашифрованный текст в принципе не может быть расшифрован тем же открытым ключом. Дешифрование сообщения возможно только с использованием закрытого ключа, который известен только самому адресату. Криптографические системы с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции, которые обладают следующим свойством: при заданном значении x относительно просто вычислить значение f(x), однако если y=f(x), то нет простого пути для вычисления значения x. Множество классов необратимых функций и порождает все разнообразие систем с открытым ключом. Однако не всякая необратимая функция годится для использования в реальных ИС. В самом определении необратимости присутствует неопределенность. Под необратимостью понимается не теоретическая необратимость, а практическая невозможность вычислить обратное значение используя современные вычислительные средства за обозримый интервал времени. Поэтому чтобы гарантировать надежную защиту информации, к системам с открытым ключом (СОК) предъявляются два важных и очевидных требования:

Преобразование исходного текста должно быть необратимым и исключать его восстановление на основе открытого ключа.

Определение закрытого ключа на основе открытого также должно быть невозможным на современном технологическом уровне. При этом желательна точная нижняя оценка сложности (количества операций) раскрытия шифра.

А лгоритмы шифрования с открытым ключом получили широкое распространение в современных информационных системах. Так, алгоритм RSA стал мировым стандартом де-факто для открытых систем. Вообще же все предлагаемые сегодня криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований:

Разложение больших чисел на простые множители;
Вычисление логарифма в конечном поле;
Вычисление корней алгебраических уравнений.

З десь же следует отметить, что алгоритмы криптосистемы с открытым ключом (СОК) можно использовать в следующих назначениях:

Как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных.
Как средства для распределения ключей.

А лгоритмы СОК более трудоемки, чем традиционные криптосистемы. Поэтому часто на практике рационально с помощью СОК распределять ключи, объем которых как информации незначителен. А потом с помощью обычных алгоритмов осуществлять обмен большими информационными потоками. Один из наиболее распространенных — система с открытым ключом — RSA. Криптосистема RSA, разработанная в 1977 году и получила название в честь ее создателей: Рона Ривеста, Ади Шамира и Леонарда Эйдельмана. Они воспользовались тем фактом, что нахождение больших простых чисел в вычислительном отношении осуществляется легко, но разложение на множители произведения двух таких чисел практически невыполнимо. Доказано (теорема Рабина), что раскрытие шифра RSA эквивалентно такому разложению. Поэтому для любой длины ключа можно дать нижнюю оценку числа операций для раскрытия шифра, а с учетом производительности современных компьютеров оценить и необходимое на это время. Возможность гарантированно оценить защищенность алгоритма RSA стала одной из причин популярности этой СОК на фоне десятков других схем. Поэтому алгоритм RSA используется в банковских компьютерных сетях, особенно для работы с удаленными клиентами (обслуживание кредитных карточек).

Электронная подпись

В чем состоит проблема аутентификации данных? В конце обычного письма или документа исполнитель или ответственное лицо обычно ставит свою подпись. Подобное действие обычно преследует две цели. Во-первых, получатель имеет возможность убедиться в истинности письма, сличив подпись с имеющимся у него образцом. Во-вторых, личная подпись является юридическим гарантом авторства документа. Последний аспект особенно важен при заключении разного рода торговых сделок, составлении доверенностей, обязательств и т.д. Если подделать подпись человека на бумаге весьма непросто, а установить авторство подписи современными криминалистическими методами — техническая деталь, то с подписью электронной дело обстоит иначе. Подделать цепочку битов, просто ее скопировав, или незаметно внести нелегальные исправления в документ сможет любой пользователь. С широким распространением в современном мире электронных форм документов (в том числе и конфиденциальных) и средств их обработки особо актуальной стала проблема установления подлинности и авторства безбумажной документации. В разделе криптографических систем с открытым ключом было показано, что при всех преимуществах современных систем шифрования они не позволяют обеспечить аутентификацию данных. Поэтому средства аутентификации должны использоваться в комплексе и криптографическими алгоритмами.

Управление ключами

К роме выбора подходящей для конкретной ИС криптографической системы, важная проблема — управление ключами. Как бы ни была сложна и надежна сама криптосистема, она основана на использовании ключей. Если для обеспечения конфиденциального обмена информацией между двумя пользователями процесс обмена ключами тривиален, то в ИС, где количество пользователей составляет десятки и сотни управление ключами — серьезная проблема. Под ключевой информацией понимается совокупность всех действующих в ИС ключей. Если не обеспечено достаточно надежное управление ключевой информацией, то завладев ею, злоумышленник получает неограниченный доступ ко всей информации. Управление ключами — информационный процесс, включающий в себя три элемента:

генерацию ключей;
накопление ключей;
распределение ключей.

Р ассмотрим, как они должны быть реализованы для того, чтобы обеспечить безопасность ключевой информации в ИС.

Генерация ключей

В самом начале разговора о криптографических методах было сказано, что не стоит использовать неслучайные ключи с целью легкости их запоминания. В серьезных ИС используются специальные аппаратные и программные методы генерации случайных ключей. Как правило используют датчики ПСЧ. Однако степень случайности их генерации должна быть достаточно высоким. Идеальным генераторами являются устройства на основе “натуральных” случайных процессов. Например случайным математическим объектом являются десятичные знаки иррациональных чисел, которые вычисляются с помощью стандартных математических методов.
5.3.5.2. Накопление ключей.

П од накоплением ключей понимается организация их хранения, учета и удаления. Поскольку ключ является самым привлекательным для злоумышленника объектом, открывающим ему путь к конфиденциальной информации, то вопросам накопления ключей следует уделять особое внимание. Секретные ключи никогда не должны записываться в явном виде на носителе, который может быть считан или скопирован. В достаточно сложной ИС один пользователь может работать с большим объемом ключевой информации, и иногда даже возникает необходимость организации мини-баз данных по ключевой информации. Такие базы данных отвечают за принятие, хранение, учет и удаление используемых ключей. Итак, каждая информация об используемых ключах должна храниться в зашифрованном виде. Ключи, зашифровывающие ключевую информацию называются мастер-ключами. Желательно, чтобы мастер-ключи каждый пользователь знал наизусть, и не хранил их вообще на каких-либо материальных носителях. Очень важным условием безопасности информации является периодическое обновление ключевой информации в ИС. При этом переназначаться должны как обычные ключи, так и мастер-ключи. В особо ответственных ИС обновление ключевой информации желательно делать ежедневно. Вопрос обновления ключевой информации связан и с третьим элементом управления ключами — распределением ключей.

Распределение ключей

Р аспределение ключей — самый ответственный процесс в управлении ключами. К нему предъявляются два требования:

Оперативность и точность распределения;
Скрытность распределяемых ключей.

В последнее время заметен сдвиг в сторону использования криптосистем с открытым ключом, в которых проблема распределения ключей отпадает. Тем не менее распределение ключевой информации в ИС требует новых эффективных решений. Распределение ключей между пользователями реализуются двумя разными подходами:

Путем создания одного ли нескольких центров распределения ключей. Недостаток такого подхода состоит в том, что в центре распределения известно, кому и какие ключи назначены и это позволяет читать все сообщения, циркулирующие в ИС. Возможные злоупотребления существенно влияют на защиту.

Прямой обмен ключами между пользователями информационной системы. В этом случае проблема состоит в том, чтобы надежно удостоверить подлинность субъектов. Для обмена ключами можно использовать криптосистемы с открытым ключом, используя тот же алгоритм RSA.

В качестве обобщения сказанного о распределении ключей следует сказать следующее. Задача управления ключами сводится к поиску такого протокола распределения ключей, который обеспечивал бы:

возможность отказа от центра распределения ключей;

взаимное подтверждение подлинности участников сеанса;

подтверждение достоверности сеанса механизмом запроса-ответа, использование для этого программных или аппаратных средств;

использование при обмене ключами минимального числа сообщений.

Реализация криптографических методов

П роблема реализации методов защиты информации имеет два аспекта:

разработку средств, реализующих криптографические алгоритмы;

методику использования этих средств.

К аждый из рассмотренных криптографических методов могут быть реализованы либо программным, либо аппаратным способом. Возможность программной реализации обуславливается тем, что все методы криптографического преобразования формальны и могут быть представлены в виде конечной алгоритмической процедуры. При аппаратной реализации все процедуры шифрования и дешифрования выполняются специальными электронными схемами. Наибольшее распространение получили модули, реализующие комбинированные методы. Большинство зарубежных серийных средств шифрования основано на американском стандарте DES. Отечественные же разработки, такие как, например, устройство КРИПТОН, использует отечественный стандарт шифрования. Основным достоинством программных методов реализации защиты является их гибкость, т.е. возможность быстрого изменения алгоритмов шифрования. Основным же недостатком программной реализации является существенно меньшее быстродействие по сравнению с аппаратными средствами (примерно в 10 раз). В последнее время стали появляться комбинированные средства шифрования, так называемые программно-аппаратные средства. В этом случае в компьютере используется своеобразный “криптографический сопроцессор” — вычислительное устройство, ориентированное на выполнение криптографических операций (сложение по модулю, сдвиг и т.д.). Меняя программное обеспечения для такого устройства, можно выбирать тот или иной метод шифрования. Такой метод объединяет в себе достоинства программных и аппаратных методов.

Т аким образом, выбор типа реализации криптозащиты для конкретной ИС в существенной мере зависит от ее особенностей и должен опираться на всесторонний анализ требований, предъявляемых к системе защиты информации.

Идентификация и аутентификация

И дентификацию и аутентификацию можно считать основой программно-технических средств безопасности. Идентификация и аутентификация — это первая линия обороны, «проходная» информационного пространства организации.

И дентификация позволяет субъекту — пользователю или процессу, действующему от имени определенного пользователя, назвать себя, сообщив свое имя. Посредством аутентификации вторая сторона убеждается, что субъект действительно тот, за кого себя выдает. В качестве синонима слова «аутентификация» иногда используют сочетание «проверка подлинности». Субъект может подтвердить свою подлинность, если предъявит по крайней мере одну из следующих сущностей:

нечто, что он знает: пароль, личный идентификационный номер, криптографический ключ и т.п.;
нечто, чем он владеет: личную карточку или иное устройство аналогичного назначения;
нечто, что является частью его самого: голос, отпечатки пальцев и т.п., то есть свои биометрические характеристики;
нечто, ассоциированное с ним, например координаты.

Г лавное достоинство парольной аутентификации — простота и привычность. Пароли давно встроены в операционные системы и иные сервисы. При правильном использовании пароли могут обеспечить приемлемый для многих организаций уровень безопасности. Тем не менее по совокупности характеристик их следует признать самым слабым средством проверки подлинности. Надежность паролей основывается на способности помнить их и хранить в тайне. Ввод пароля можно подсмотреть. Пароль можно угадать методом грубой силы, используя, быть может, словарь. Если файл паролей зашифрован, но доступен на чтение, его можно перекачать к себе на компьютер и попытаться подобрать пароль, запрограммировав полный перебор.

П ароли уязвимы по отношению к электронному перехвату — это наиболее принципиальный недостаток, который нельзя компенсировать улучшением администрирования или обучением пользователей. Практически единственный выход — использование криптографии для шифрования паролей перед передачей по линиям связи.

Т ем не менее, следующие меры позволяют значительно повысить надежность парольной защиты:

наложение технических ограничений (пароль должен быть не слишком коротким, он должен содержать буквы, цифры, знаки пунктуации и т.п.);

управление сроком действия паролей, их периодическая смена;

ограничение доступа к файлу паролей;

ограничение числа неудачных попыток входа в систему, что затруднит применение метода грубой силы;

обучение и воспитание пользователей;

использование программных генераторов паролей, которые, основываясь на несложных правилах, могут порождать только благозвучные и, следовательно, запоминающиеся пароли.

П еречисленные меры целесообразно применять всегда, даже если наряду с паролями используются другие методы аутентификации, основанные, например, на применении токенов.

Т окен — это предмет или устройство, владение которым подтверждает подлинность пользователя. Различают токены с памятью (пассивные, которые только хранят, но не обрабатывают информацию) и интеллектуальные токены (активные).

С амой распространенной разновидностью токенов с памятью являются карточки с магнитной полосой. Для использования подобных токенов необходимо устройство чтения, снабженное также клавиатурой и процессором. Обычно пользователь набирает на этой клавиатуре свой личный идентификационный номер, после чего процессор проверяет его совпадение с тем, что записано на карточке, а также подлинность самой карточки. Таким образом, здесь фактически применяется комбинация двух способов защиты, что существенно затрудняет действия злоумышленника.

Н еобходима обработка аутентификационной информации самим устройством чтения, без передачи в компьютер — это исключает возможность электронного перехвата.

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

К ак известно, одним из самых мощных средств в руках злоумышленника является изменение программы аутентификации, при котором пароли не только проверяются, но и запоминаются для последующего несанкционированного использования.

И нтеллектуальные токены характеризуются наличием собственной вычислительной мощности. Они подразделяются на интеллектуальные карты, стандартизованные ISO и прочие токены. Карты нуждаются в интерфейсном устройстве, прочие токены обычно обладают ручным интерфейсом (дисплеем и клавиатурой) и по внешнему виду напоминают калькуляторы. Чтобы токен начал работать, пользователь должен ввести свой личный идентификационный номер.

П о принципу действия интеллектуальные токены можно разделить на следующие категории:

Статический обмен паролями: пользователь обычным образом доказывает токену свою подлинность, затем токен проверяется компьютерной системой;

Динамическая генерация паролей: токен генерирует пароли, периодически изменяя их. Компьютерная система должна иметь синхронизированный генератор паролей. Информация от токена поступает по электронному интерфейсу или набирается пользователем на клавиатуре терминала;

Запросно-ответные системы: компьютер выдает случайное число, которое преобразуется криптографическим механизмом, встроенным в токен, после чего результат возвращается в компьютер для проверки. Здесь также возможно использование электронного или ручного интерфейса. В последнем случае пользователь читает запрос с экрана терминала, набирает его на клавиатуре токена (возможно, в это время вводится и личный номер), а на дисплее токена видит ответ и переносит его на клавиатуру терминала.

Управление доступом

С редства управления доступом позволяют специфицировать и контролировать действия, которые субъекты — пользователи и процессы могут выполнять над объектами — информацией и другими компьютерными ресурсами. Речь идет о логическом управлении доступом, который реализуется программными средствами. Логическое управление доступом — это основной механизм многопользовательских систем, призванный обеспечить конфиденциальность и целостность объектов и, до некоторой степени, их доступность путем запрещения обслуживания неавторизованных пользователей. Задача логического управления доступом состоит в том, чтобы для каждой пары (субъект, объект) определить множество допустимых операций, зависящее от некоторых дополнительных условий, и контролировать выполнение установленного порядка. Простой пример реализации таких прав доступа – какой-то пользователь (субъект) вошедший в информационную систему получил право доступа на чтение информации с какого-то диска(объект), право доступа на модификацию данных в каком-то каталоге(объект) и отсутствие всяких прав доступа к остальным ресурсам информационной системы.

К онтроль прав доступа производится разными компонентами программной среды — ядром операционной системы, дополнительными средствами безопасности, системой управления базами данных, посредническим программным обеспечением (таким как монитор транзакций) и т.д.

Протоколирование и аудит

П од протоколированием понимается сбор и накопление информации о событиях, происходящих в информационной системе. Например — кто и когда пытался входить в систему, чем завершилась эта попытка, кто и какими информациоными ресурсами пользовался, какие и кем модифицировались информационные ресурсы и много других.

А удит — это анализ накопленной информации, проводимый оперативно, почти в реальном времени, или периодически.

Р еализация протоколирования и аудита преследует следующие главные цели:

обеспечение подотчетности пользователей и администраторов;
обеспечение возможности реконструкции последовательности событий;
обнаружение попыток нарушений информационной безопасности;
предоставление информации для выявления и анализа проблем.

Симметричное шифрование

Обычный подход – к документу применяется некий метод шифрования (ключ), после чего документ становится недоступен для чтения обычными средствами. Его может прочитать только тот, кто знает ключ (т.е. может применить адекватный метод). Аналогично происходит шифрование и ответного сообщения. Если в процессе обмена информацией для шифрования и чтения пользуются одним и тем же ключом, то такой криптографический процесс является симметричным.

Проблема – перед обменом надо выполнить передачу ключа.

Несимметричное шифрование

Используется не один, а два ключа. Компания для работы с клиентом создает два ключа: один – открытый (публичный) ключ, а другой – закрытый (личный) ключ. На самом деле это две «половинки» одного целого ключа, связанные друг с другом.

Ключи устроены так, что сообщение, зашифрованное одной половинкой, можно расшифровать только другой половинкой (не той, которой оно было закодировано).

Публичный ключ распространяется для широкого пользователя, закрытый (личный ключ) надежно хранится.

Ключ – это некая кодовая последовательность.

Проблема – можно реконструировать закрытый ключ.

Принцип достаточности защиты:

Он предполагает, что защита не абсолютна, и приемы ее снятия известны, но она все же достаточна для того, чтобы сделать это мероприятие целесообразным. При появлении иных средств, позволяющих-таки получить зашифрованную информацию в разумные сроки, изменяют принцип работы алгоритма, и проблема повторяется на более высоком уровне.

Область науки, посвященная исследованиям методов реконструкции закрытого ключа называется криптоанализом

Средняя продолжительность времени, необходимого для реконструкции закрытого ключа по его опубликованному открытому ключу, называется криптостойкостью алгоритма шифрования.

ЭЦП – документа позволяет получателю только удостовериться в истинности отправителя документа, но не проверить подлинность документа.

Создаются (с помощью специальной программы полученной от банка) два ключа: закрытый и публичный.

Публичный ключ передается банку. Если надо отправить поручение банку на операцию с расчетным счетом, оно кодируется публичным ключом банка, а своя подпись под ним кодируется собственным закрытым ключом.

Банк поступает наоборот. Он читает поручение с помощью своего закрытого ключа, а подпись – с помощью публичного ключа поручителя. Если подпись читаема, банк может быть уверен, что поручение отправили именно мы, и никто другой.