Классификация средств защиты информации от фстэк и фсб россии. Что такое скзи, и какие они бывают Виды скзи

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:

1. Несекретный, который может публиковаться вместе с другими сведениями о пользователе, что являются открытыми. Этот ключ применяется для шифрования.
2. 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:

1. Электронная подпись.
2. 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.

Механизмами шифрования данных для обеспечения информационной безопасности общества является криптографическая защита информации посредством криптографического шифрования.

Криптографические методы защиты информации применяются для обработки, хранения и передачи информации на носителях и по сетям связи.

Криптографическая защита информации при передаче данных на большие расстояния является единственно надежным способом шифрования.

Криптография - это наука, которая изучает и описывает модель информационной безопасности данных. Криптография открывает решения многих проблем информационной безопасности сети: аутентификация, конфиденциальность, целостность и контроль взаимодействующих участников.

Термин "Шифрование" означает преобразование данных в форму, не читабельную для человека и программных комплексов без ключа шифрования-расшифровки. Криптографические методы защиты информации дают средства информационной безопасности, поэтому она является частью концепции информационной безопасности.

Цели защиты информации в итоге сводятся к обеспечению конфиденциальности информации и защите информации в компьютерных системах в процессе передачи информации по сети между пользователями системы.

Защита конфиденциальной информации, основанная на криптографической защите информации, шифрует данные при помощи семейства обратимых преобразований, каждое из которых описывается параметром, именуемым "ключом" и порядком, определяющим очередность применения каждого преобразования.

Важнейшим компонентом криптографического метода защиты информации является ключ, который отвечает за выбор преобразования и порядок его выполнения. Ключ - это некоторая последовательность символов, настраивающая шифрующий и дешифрующий алгоритм системы криптографической защиты информации. Каждое такое преобразование однозначно определяется ключом, который определяет криптографический алгоритм, обеспечивающий защиту информации и информационную безопасность информационной системы.

Один и тот же алгоритм криптографической защиты информации может работать в разных режимах, каждый из которых обладает определенными преимуществами и недостатками, влияющими на надежность информационной безопасности России и средства информационной безопасности.

Симметричная или секретная методология криптографии.

В этой методологии технические средства защиты информации, шифрования и расшифровки получателем и отправителем используется один и тот же ключ, оговоренный ранее еще перед использованием криптографической инженерной защиты информации.

В случае, когда ключ не был скомпрометирован, в процессе расшифровке будет автоматически выполнена аутентификация автора сообщения, так как только он имеет ключ к расшифровке сообщения.

Таким образом, программы для защиты информации криптографией предполагают, что отправитель и адресат сообщения - единственные лица, которые могут знать ключ, и компрометация его будет затрагивать взаимодействие только этих двух пользователей информационной системы.

Проблемой организационной защиты информации в этом случае будет актуальна для любой криптосистемы, которая пытается добиться цели защиты информации или защиты информации в Интернете, ведь симметричные ключи необходимо распространять между пользователями безопасно, то есть, необходимо, чтобы защита информации в компьютерных сетях, где передаются ключи, была на высоком уровне.

Любой симметричный алгоритм шифрования криптосистемы программно аппаратного средства защиты информации использует короткие ключи и производит шифрование очень быстро, не смотря на большие объемы данных, что удовлетворяет цели защиты информации.

Средства защиты компьютерной информации на основе криптосистемы должны использовать симметричные системы работы с ключами в следующем порядке:

· Работа информационной безопасности начинается с того, что сначала защита информации создает, распространяет и сохраняет симметричный ключ организационной защиты информации;

· Далее специалист по защите информации или отправитель системы защиты информации в компьютерных сетях создает электронную подпись с помощью хэш-функции текста и добавления полученной строки хэша к тексту, который должен быть безопасно передан в организации защиты информации;

· Согласно доктрине информационной безопасности, отправитель пользуется быстрым симметричным алгоритмом шифрования в криптографическом средстве защиты информации вместе с симметричным ключом к пакету сообщения и электронной подписью, которая производит аутентификацию пользователя системы шифрования криптографического средства защиты информации;

· Зашифрованное сообщение можно смело передавать даже по незащищенным каналам связи, хотя лучше все-таки это делать в рамках работы информационной безопасности. А вот симметричный ключ в обязательном порядке должен быть передан (согласно доктрине информационной безопасности) по каналам связи в рамках программно аппаратных средств защиты информации;

· В системе информационной безопасности на протяжении истории защиты информации, согласно доктрине информационной безопасности, получатель использует тоже симметричный алгоритм для расшифровки пакета и тот же симметричный ключ, который дает возможность восстановить текст исходного сообщения и расшифровать электронную подпись отправителя в системе защиты информации;

· В системе защиты информации получатель должен теперь отделить электронную подпись от текста сообщения;

· Теперь, полученные ранее и ныне электронные подписи получатель сравнивает, чтобы проверить целостность сообщения и отсутствия в нем искаженных данных, что в сфере информационной безопасности называется целостностью передачи данных.

Открытая асимметричная методология защиты информации.

Зная историю защиты информации, можно понять, что в данной методологии ключи шифрования и расшифровки разные, хотя они создаются вместе. В такой системе защиты информации один ключ распространяется публично, а другой передается тайно, потому что однажды зашифрованные данные одним ключом, могут быть расшифрованы только другим.

Все асимметричные криптографические средства защиты информации являются целевым объектом атак взломщиком, действующим в сфере информационной безопасности путем прямого перебора ключей. Поэтому в такой информационной безопасности личности или информационно психологической безопасности используются длинные ключи, чтобы сделать процесс перебора ключей настолько длительным процессом, что взлом системы информационной безопасности потеряет какой-либо смысл.

Совершенно не секрет даже для того, кто делает курсовую защиту информации, что для того чтобы избежать медлительности алгоритмов асимметричного шифрования создается временный симметричный ключ для каждого сообщения, а затем только он один шифруется асимметричными алгоритмами.

Системы информационно психологической безопасности и информационной безопасности личности используют следующий порядок пользования асимметричными ключами:

· В сфере информационной безопасности создаются и открыто распространяются асимметричные открытые ключи. В системе информационной безопасности личности секретный асимметричный ключ отправляется его владельцу, а открытый асимметричный ключ хранится в БД и администрируется центром выдачи сертификатов системы работы защиты информации, что контролирует специалист по защите информации. Затем, информационная безопасность, скачать бесплатно которую невозможно нигде, подразумевает, что оба пользователя должны верить, что в такой системе информационной безопасности производится безопасное создание, администрирование и распределение ключей, которыми пользуется вся организация защиты информации. Даже более того, если на каждом этапе работы защиты информации, согласно основам защиты информации, каждый шаг выполняется разными лицами, то получатель секретного сообщения должен верить, что создатель ключей уничтожил их копию и больше никому данные ключи не предоставил для того, чтобы кто-либо еще мог скачать защиту информации, передаваемой в системе средств защиты информации. Так действует любой специалист по защите информации.

· Далее основы защиты информации предусматривают, что создается электронная подпись текста, и полученное значение шифруется асимметричным алгоритмом. Затем все те же основы защиты информации предполагают, секретный ключ отправителя хранится в строке символов и она добавляется к тексту, который будет передаваться в системе защиты информации и информационной безопасности, потому что электронную подпись в защиту информации и информационной безопасности может создать электронную подпись!

· Затем системы и средства защиты информации решают проблему передачи сеансового ключа получателю.

· Далее в системе средств защиты информации отправитель должен получить асимметричный открытый ключ центра выдачи сертификатов организации и технологии защиты информации. В данной организации и технологии защиты информации перехват нешифрованных запросов на получение открытого ключа - наиболее распространенная атака взломщиков. Именно поэтому в организации и технологии защиты информации может быть реализована система подтверждающих подлинность открытого ключа сертификатов.

Таким образом, алгоритмы шифрования предполагают использование ключей, что позволяет на 100% защитить данные от тех пользователей, которым ключ неизвестен.

Защита информации в локальных сетях и технологии защиты информации наряду с конфиденциальностью обязаны обеспечивать и целостность хранения информации. То есть, защита информации в локальных сетях должна передавать данные таким образом, чтобы данные сохраняли неизменность в процессе передачи и хранения.

Для того чтобы информационная безопасность информации обеспечивала целостность хранения и передачи данных необходима разработка инструментов, обнаруживающих любые искажения исходных данных, для чего к исходной информации придается избыточность.

Информационная безопасность в России с криптографией решает вопрос целостности путем добавления некой контрольной суммы или проверочной комбинации для вычисления целостности данных. Таким образом, снова модель информационной безопасности является криптографической - зависящей от ключа. По оценке информационной безопасности, основанной на криптографии, зависимость возможности прочтения данных от секретного ключа является наиболее надежным инструментом и даже используется в системах информационной безопасности государства.

Как правило, аудит информационной безопасности предприятия, например, информационной безопасности банков, обращает особое внимание на вероятность успешно навязывать искаженную информацию, а криптографическая защита информации позволяет свести эту вероятность к ничтожно малому уровню. Подобная служба информационной безопасности данную вероятность называет мерой имитостойкости шифра, или способностью зашифрованных данных противостоять атаке взломщика.

Защита информации от вирусов или системы защиты экономической информации в обязательном порядке должны поддерживать установление подлинности пользователя для того, чтобы идентифицировать регламентированного пользователя системы и не допустить проникновения в систему злоумышленника.

Проверка и подтверждение подлинности пользовательских данных во всех сферах информационного взаимодействия - важная составная проблема обеспечения достоверности любой получаемой информации и системы защиты информации на предприятии.

Информационная безопасность банков особенно остро относится к проблеме недоверия взаимодействующих друг с другом сторон, где в понятие информационной безопасности ИС включается не только внешняя угроза с третьей стороны, но и угроза информационной безопасности (лекции) со стороны пользователей.

Цифровая подпись

информационный безопасность защита несанкционированный

Иногда пользователи ИС хотят отказаться от ранее принятых обязательств и пытаются изменить ранее созданные данные или документы. Доктрина информационной безопасности РФ учитывает это и пресекает подобные попытки.

Защита конфиденциальной информации с использованием единого ключа невозможно в ситуации, когда один пользователь не доверяет другому, ведь отправитель может потом отказаться от того, что сообщение вообще передавалось. Далее, не смотря на защиту конфиденциальной информации, второй пользователь может модифицировать данные и приписать авторство другому пользователю системы. Естественно, что, какой бы не была программная защита информации или инженерная защита информации, истина установлена быть не может в данном споре.

Цифровая подпись в такой системе защиты информации в компьютерных системах является панацеей проблемы авторства. Защита информации в компьютерных системах с цифровой подписью содержит в себе 2 алгоритма: для вычисления подписи и для ее проверки. Первый алгоритм может быть выполнен лишь автором, а второй - находится в общем доступе для того, чтобы каждый мог в любой момент проверить правильность цифровой подписи.

СКЗИ (средство криптографической защиты информации) - это программа или устройство, которое шифрует документы и генерирует электронную подпись (ЭП). Все операции производятся с помощью ключа электронной подписи, который невозможно подобрать вручную, так как он представляет собой сложный набор символов. Тем самым обеспечивается надежная защита информации.

Как работает СКЗИ

1. Отправитель создает документ
2. При помощи СКЗИ и закрытого ключа ЭП добавляет файл подписи, зашифровывает документ и объединяет все в файл, который отправляется получателю
3. Файл передается получателю
4. Получатель расшифровывает документ, используя СКЗИ и закрытый ключ своей электронной подписи
5. Получатель проверяет целостность ЭП, убеждаясь, что в документ не вносились изменения

Виды СКЗИ для электронной подписи

Есть два вида средств криптографической защиты информации: устанавливаемые отдельно и встроенные в носитель.

СКЗИ, устанавливаемое отдельно - это программа, которая устанавливается на любое компьютерное устройство. Такие СКЗИ используются повсеместно, но имеют один недостаток: жесткую привязку к одному рабочему месту. Вы сможете работать с любым количеством электронных подписей, но только на том компьютере или ноутбуке, на котором установлена СКЗИ. Чтобы работать на разных компьютерах, придется для каждого покупать дополнительную лицензию.

При работе с электронными подписями в качестве устанавливаемого СКЗИ чаще всего используется криптопровайдер КриптоПро CSP . Программа работает в Windows, Unix и других операционных системах, поддерживает отечественные стандарты безопасности ГОСТ Р 34.11-2012 и ГОСТ Р 34.10-2012.

Реже используются другие СКЗИ:

1. Signal-COM CSP
2. LISSI-CSP
3. VipNet CSP

Все перечисленные СКЗИ сертифицированы ФСБ и ФСТЭК, соответствуют стандартам безопасности, принятым в России. Для полноценной работы также требуют покупки лицензии.

СКЗИ, встроенные в носитель , представляют собой «вшитые» в устройство средства шифрования, которые запрограммированы на самостоятельную работу. Они удобны своей самодостаточностью. Все необходимое для того, чтобы подписать договор или отчет, уже есть на самом носителе. Не надо покупать лицензии и устанавливать дополнительное ПО. Достаточно компьютера или ноутбука с выходом в интернет. Шифрование и расшифровка данных производятся внутри носителя. К носителям со встроенным СКЗИ относятся Рутокен ЭЦП, Рутокен ЭЦП 2.0 и JaCarta SE.

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:

1. 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:

1. Как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных.
2. 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.

1. 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.

1. 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.

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

Предполагается, что СКЗИ используются в некоторой компьютерной системе (в ряде источников - информационно-телекоммуникационной системе или сети связи), совместно с механизмами реализации и гарантирования некоторой политики безопасности.

Наряду с термином "средство криптографической защиты информации" часто используется термин шифратор - аппарат или программа, реализующая алгоритм шифрования. Введенное понятие СКЗИ включает в себя шифратор, но в целом является более широким.

Первые операционные системы (ОС) для персональных компьютеров (MS-DOS и Windows версий до 3.1 включительно) вовсе не имели собственных средств защиты, что и породило проблему создания дополнительных средств защиты. Актуальность этой проблемы практически не уменьшилась с появлением более мощных ОС с развитыми подсистемами защиты. Это обусловлено тем, что большинство систем не способны защитить данные, находящиеся за ее пределами, например, при использовании сетевого информационного обмена.

Средства криптографической защиты информации, обеспечивающие повышенный уровень защиты можно разбить на пять основных групп (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Основные группы СКЗИ

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.

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 дисковых носителях.

Обеспечение конфиденциальности данных, располагаемых на дисковых носителях, обычно осуществляется путем их шифрования с использованием симметричных алгоритмов шифрования. Основным классификационным признаком для комплексов шифрования служит уровень их встраивания в компьютерную систему.

Системы шифрования данных могут осуществлять криптографические преобразования данных:

9. на уровне файлов (защищаются отдельные файлы);

10. на уровне дисков (защищаются диски целиком).

К программам первого типа можно отнести архиваторы типа WinRAR , которые позволяют использовать криптографические методы для защиты архивных файлов. Примером систем второго типа может служить программа шифрования Diskreet, входящая в состав популярного программного пакета Norton Utilities.

Другим классификационным признаком систем шифрования дисковых данных является способ их функционирования.

По способу функционирования системы шифрования дисковых данных делят на два класса:

4) системы “прозрачного” шифрования;

5) системы, специально вызываемые для осуществления шифрования.

В системах прозрачного шифрования (шифрования “на лету”) криптографические преобразования осуществляются в режиме реального времени, незаметно для пользователя. Ярким примером является шифрование папки Temp и Мои документы при использовании EFS Win2000 – при работе шифруются не только сами документы, но и создаваемые временные файлы, притом пользователь не замечает этого процесса.

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, обеспечивающих повышенный уровень защиты, относятся системы шифрования данных, передаваемых по компьютерным сетям . Различают два основных способа шифрования:

· канальное шифрование;

· 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 (Open System Interconnection).

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, в частности, 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.

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.

Как известно, 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. 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:

· применение одного или нескольких центров распределения ключей;

· прямой обмен сеансовыми ключами между пользователями.

Перейдем к формулированию требований к СКЗИ, общим для всех рассмотренных классов.