Архитектура механизмов защиты информации в сетях ЭВМ

Архитектуру механизмов защиты информации рассмотрим на примере наиболее распространенной эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС).

Основные концепции применения методов и средств защиты информации на уровне базовой эталонной модели изложены в международном стандарте ISO/IEC 7498-2 «Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, часть 2 «Архитектура безопасности». В самом наименовании ВОС термин «открытые» подразумевает, что если вычислительная система соответствует стандартам ВОС, то она будет открыта для взаимосвязи с любой другой системой, которая соответствует тем же стандартам. Это, естественно, относится и к вопросам защиты информации.

Все функции открытых систем, обеспечивающие взаимосвязь, распределены в эталонной модели по семи уровням. Разработанная в этом документе архитектура защиты информации ВОС создает единую основу для создания серии стандартов по защите информации, цель которых — уменьшить до приемлемого уровня риск несанкционированного доступа, осуществляемого с целью хищения, порчи (в том числе введения вируса), подмены, уничтожения информации. Воздействие на информацию может произойти по причинам случайного и умышленного характера. Последние могут носить пассивный (прослушивание без нарушения работы системы, копирование информации) и активный (модификация и подмена информации, изменение состояния системы, введение вирусов и т. п.) характер. В ВОС различают следующие основные активные способы несанкционированного доступа к информации:

1) маскировка одного логического объекта под другой, который обладает большими полномочиями (ложная аутентификация абонента);

2) переадресация сообщений (преднамеренное искажение адресных реквизитов);

3) модификация сообщений (преднамеренное искажение информационной части сообщения);

4) блокировка логического объекта с целью подавления некоторых типов сообщений (выборочный или сплошной перехват сообщений определенного абонента, нарушение управляющих последовательностей и т. п.).

Поскольку эталонная модель относится только к взаимосвязи открытых систем, то и защита информации рассматривается в том же аспекте. Прежде всего приведем перечень видов услуг, предоставляемых по защите информации, которые обеспечиваются с помощью специальных механизмов защиты. В настоящее время определено четырнадцать таких услуг:

1) аутентификация равнозначного логического объекта (удостоверение подлинности удаленного абонента-получателя) — обеспечивается во время установления их соединения или во время нормального обмена данными для гарантии того, что равноправный логический объект, с которым осуществляется взаимодействие, является тем, за кого себя выдает. Для аутентификации равнозначного логического объекта требуется, чтобы лежащий ниже уровень обеспечивал услуги с установлением соединения;

2) аутентификация источника данных — подтверждение подлинности источника (абонента-отправителя) сообщения. Эта услуга не ориентирована на соединение и не обеспечивает защиту от дублирования («проигрывания» ранее перехваченного и записанного нарушителем) блока данных;

3) управление доступом (разграничение доступа) — обеспечивает защиту от несанкционированного доступа к ресурсам, потенциально доступным посредством ВОС. Доступ может быть ограничен полностью или частично. Например, для информационного ресурса может быть ограничен доступ по чтению, записи, уничтожению информации;

4) засекречивание соединения — обеспечивает конфиденциальность всех сообщений, передаваемых пользователями в рамках данного соединения. Данная услуга направлена на предотвращение возможности ознакомления с содержанием сообщений со стороны любых лиц, не являющихся легальными пользователями соединения. При этом в некоторых случаях нет необходимости в защите срочных данных, а также данных в запросе на установление соединения;

5) засекречивание в режиме без установления соединения — обеспечивает конфиденциальность всех данных пользователя в сообщении (единственном сервисном блоке данных), передаваемом в режиме без установления соединения;

6) засекречивание поля данных — обеспечивает конфиденциальность отдельных полей данных пользователя на всем соединении или в отдельном сервисном блоке данных;

7) засекречивание трафика — препятствует возможности извлечения информации из наблюдаемого графика;

8) целостность соединения с восстановлением — позволяет обнаружить попытки вставки, удаления, модификации или переадресации в последовательности сервисных блоков данных. При нарушении целостности предпринимается попытка ее восстановления;

9) целостность соединения без восстановления — обеспечивает те же возможности, что и предыдущая услуга, но без попытки восстановления целостности;

10) целостность поля данных в режиме с установлением соединения — обеспечивает целостность отдельного поля данных пользователя во всем потоке сервисных блоков данных, передаваемых через это соединение, и обнаруживает вставку, удаление, модификацию или переадресацию этого поля;

11) целостность блока данных в режиме без установления соединения — обеспечивает целостность единственного сервисного блока данных при работе без установления соединения и позволяет обнаружить модификацию и некоторые формы вставки и переадресации;

12) целостность поля данных в режиме без установления соединения — позволяет обнаружить модификацию выбранного поля в единственном сервисном блоке данных;

13) информирование об отправке данных — позволяет обнаружить логические объекты, которые посылают информацию о нарушении правил защиты информации. Информирование об отправке предоставляет получателю информацию о факте передачи данных в его адрес, обеспечивает подтверждение подлинности абонента-отправителя. Услуга направлена на предотвращение отрицания отправления, то есть возможности отказа от факта передачи данного сообщения со стороны отправителя;

14) информирование о доставке — позволяет обнаружить логические объекты, которые не выполняют требуемых действий после приема информации, предоставляет отправителю информацию о факте получения данных адресатом. Услуга направлена на предотвращение отрицания доставки, то есть обеспечивает защиту от попыток получателя отрицать факт получения данных.

Теоретически доказано, а практика защиты сетей подтвердила, что все перечисленные услуги могут быть обеспечены криптографическими средствами защиты, в силу чего эти средства и составляют

основу всех механизмов защиты информации в ВС. Центральными при этом являются следующие задачи:

1) взаимное опознавание (аутентификация) вступающих в связь абонентов сети;

2) обеспечение конфиденциальности циркулирующих в сети данных;

3) обеспечение юридической ответственности абонентов за передаваемые и принимаемые данные.

Решение последней из названных задач обеспечивается^ помощью так называемой цифровой (электронной) подписи, ее суть рассматривается в следующем параграфе. Методы решения первых двух задач излагаются ниже.

К настоящему времени разработан ряд протоколов аутентификации, основанных на использовании шифрования, которые обеспечивают надежную взаимную аутентификацию абонентов вычислительной сети без экспозиции любого из абонентов. Эти протоколы являются стойкими по отношению ко всем рассмотренным выше угрозам безопасности сети.

Общий принцип взаимной аутентификации, положенный в основу этих протоколов, состоит в шифровании быстро изменяющейся уникальной величины, например времени сеанса связи, при этом используются предварительно распределенные между абонентами ключи. Для применения этих протоколов необходимо установить взаимное согласие между абонентами по начальному значению последовательного числа или цепочки блоков. Начальное значение числа должно иметь величину, которая либо ранее не использовалась, либо выбиралась случайным образом для защиты от возможной угрозы предъявления ответов предыдущих сеансов.

Для того чтобы несколько участников сетевых переговоров (взаимодействия) могли осуществлять между собой секретную связь, необходимо, чтобы они получили согласованные пары ключей для шифрования и дешифрования передаваемых данных.

Необходимо отметить, что согласованная пара ключей образует логический канал, который не зависит от всех других логических каналов, но является столь же реальным, как и любой другой канал связи, образуемый протоколами обмена в вычислительной сети. Владение ключом допускает абонента к каналу связи (без ключа канал для него недоступен). Исключительно важным является вопрос, как распределяются ключи, которые создают соответствующие каналы взаимодействия. Ниже рассматриваются различные методы и алгоритмы распределения ключей как для систем с использованием

традиционного шифрования, так и для систем шифрования с открытыми ключами.

Так как предполагается, что не существует других каналов, кроме определенных физических каналов связи, то необходимо сконструировать алгоритмы распределения ключей между абонентами по тем же самым физическим каналам связи, по которым передаются данные. Безопасность логических каналов связи, по которым передаются .ключи, приобретает решающее значение. Единственным методом, с помощью которого любые данные, включая ключи, могут быть переданы секретным способом, является шифрование.

Отметим ряд особенностей, имеющих место при распределении ключей в системах управления базами данных (СУБД). Прежде всего надо обратить внимание на некоторые фундаментальные отличия между безопасностью операционных систем и защитой в базах данных:

1) количество подлежащих защите объектов в базе данных может быть больше на несколько порядков;

2) как правило, защита в базах данных связана с различными уровнями организации объектов: файл, тип записи, тип полей, экземпляр поля и т. д.;

3) в СУБД объекты могут представлять собой сложные логические структуры, лишь некоторые из которых могут соответствовать физическим объектам;

4) безопасность в базах данных более связана с семантикой данных, а не с их физическими характеристиками.

Любая СУБД есть полная или частичная реализация некоторой политики безопасности, которая может содержать или не содержать криптографические механизмы безопасности. Основной проблемой использования криптографических методов для защиты информации в СУБД является проблема распределения ключей шифрования, управления ключами.

Ключи шифрования для баз данных требуют использования специфических мер защиты. Если база данных разделяется между многими пользователями (что, как правило, и имеет место на практике), то предпочтительно хранить ключи в самой системе под защитой главного ключа, чем распределять ключи прямо между пользователями. Сама задача управления при этом может возлагаться на пользователя. Вторичные ключи могут храниться либо в самой базе данных, либо в отдельном файле.

Отметим, что любой протокол шифрования должен отвечать на следующие основные вопросы:

1) каким образом устанавливается первоначальный канал связи между отправителем и получателем с операциями «открытый текст — шифротекст — открытый текст»?

2) какие предоставляются средства для восстановления процесса обмена и восстановления синхронизации протокола?

3) каким образом закрываются каналы?

4) каким образом взаимодействуют протоколы шифрования с остальными протоколами сети?

5) каков объем необходимого математического обеспечения для реализации протоколов шифрования и зависит ли безопасность сети от этих программ?

6) каким образом адресация открытого текста, проставляемая отправителем, проходит через средства информации в сети, чтобы предотвратить пути, по которым данные открытого текста могли бы быть намеренно или случайно скомпрометированы?

Желательно иметь протокол, который позволяет производить динамическое открытие и закрытие канала, обеспечивать защиту от сбоев и все это с минимальными объемами механизма, от которого зависит безопасность сети. Характеристики сети, получающиеся при использовании соответствующего протокола шифрования, должны сравниваться с характеристиками сети без использования протоколов шифрования. Несомненно, что предпочтительней использование общего сетевого протокола, который мог бы встраиваться в сеть с минимальным нарушением существующих механизмов передачи.

Распределение базовых ключей (например, главных) может выполняться вне рамок ВОС администратором системы, центром распределения ключей и т. д.

Механизм управления доступом, предназначенный для реализации соответствующего вида перечисленных выше услуг, основан на идентификации логического объекта (или информации о нем) для проверки его полномочий и разграничения доступа. Если логический объект пытается получить доступ к ресурсу, использование которого ему не разрешено, механизм управления доступом (в основе которого также наиболее эффективными средствами являются криптографические) отклонит эту попытку и сформирует запись в специальном системном журнале для последующего анализа. Механизмы управления доступом могут быть основаны на:

1) информационных базах управления доступом, где содержатся сведения о полномочиях всех логических объектов;

2) системах управления криптографическими ключами, обеспечивающими доступ к соответствующей информации;

3) идентифицирующей информации (такой, как пароли), предъявление которой дает право доступа;

4) специальных режимах и особенностях работы логического объекта, которые дают право доступа к определенным ресурсам;

5) специальных метках, которые, будучи ассоциированы с конкретным логическим объектом, дают ему определенные права доступа;

6) времени, маршруте и продолжительности доступа.

Механизмы удостоверения целостности данных подразделяются на два типа: обеспечивающие целостность единственного блока данных и обеспечивающие целостность потока блоков данных или отдельных полей этих блоков. Целостность единственного блока данных достигается добавлением к нему при передаче проверочной величины (контрольной суммы, имитовставки), которая является секретной функцией самих данных. При приеме генерируется (формируется) такая же величина и сравнивается с принятой. Защита целостности последовательности блоков данных требует явного упорядочения блоков с помощью их последовательной нумерации, криптографического упорядочения или отметки времени.

Механизмы аутентификации (взаимного удостоверения подлинности) абонентов, вступающих в связь, используют пароли, криптографические методы, а также характеристики и взаимоотношения подчиненности логических объектов. Криптографические методы могут использоваться в сочетании с протоколами взаимных ответов («рукопожатия») для защиты от переадресации. Если обмен идентификаторами не даст положительного результата, то соединение отклоняется или заканчивается с соответствующей записью в системном журнале и выдачей сообщения об этом событии.

Механизм заполнения трафика используется для защиты от попыток анализа трафика. Он эффективен только в случае шифрования всего трафика, когда нельзя отличить информацию от заполнения.

Механизм управления маршрутизацией позволяет использовать только безопасные с точки зрения защиты информации фрагменты сети, участки переприема, коммуникации, звенья. Может быть запрещена передача некоторых данных по определенным маршрутам, или оконечная система, обнаружив воздействие на ее информацию, может потребовать предоставить ей маршрут доставки данных, обеспечивающий их конфиденциальность и целостность.

Механизм нотариального заверения обеспечивается участием третьей стороны — «нотариуса», позволяет подтвердить целостность

данных, удостоверить источник и приемник данных, время сеанса связи и т. п.

Поиск по сайту: