Компьютерные сети

Заметим, что у сотрудников имеется теоретическая возможность для разгадывания сообщений друг друга, так как, затратив массу времени, можно прямым перебором составить санскритско-русский словарь по русско-санскритскому. Такая очень трудоемкая процедура, требующая больших затрат времени, отдаленно напоминает восстановление закрытого ключа по открытому.

На рис. 24.12 показана другая схема использования открытого и закрытого ключей, целью которой является подтверждение авторства (аутентификация) посылаемого сообщения. Пусть задача подтверждения авторства ставится только в отношении посланий руководителя своим сотрудникам. В этом случае роль закрытого (D) и открытого (Е) ключей руководителя играют русско-санскритский и санскритско-русский словари соответственно, причем наши предположения о доступности этих словарей меняются на противоположные. Итак, руководитель пишет письма своим сотрудникам на санскрите (то есть шифрует их закрытым ключом D). Сотрудник, получивший послание, пытается перевести зашифрованную часть письма, пользуясь санскритско-русским словарем (открытым ключом Е). Если ему это удается, то это доказывает, что текст был зашифрован закрытым ключом, парным открытому ключу Е руководителя. А владельцем этого парного ключа может быть только руководитель, значит, именно он является автором этого сообщения.

Пользователь!шифрованиеD — закрытый ключ (русско-санскритский словарь)Е — открытый ключ (санскритско-русский словарь)
Пользователь 2 — дешифрирование
Пользователь 3 — дешифрирование
Пользователь 4 — дешифрирование
Заметим, что в этом случае сообщения первого пользователя S12, S13, S14, адресованные пользователям 2, 3 и 4, не являются секретными, так как все адресаты обладают одним и тем же открытым ключом, с помощью которого они могут расшифровывать все сообщения, поступающие от пользователя 1.

Для того чтобы в сети все п абонентов имели возможность не только принимать зашифрованные сообщения, но и сами посылать таковые, каждый абонент должен обладать собственной парой ключей Е и D. Всего в сети будет 2п ключей: п открытых ключей для шифрования и п секретных ключей для дешифрирования. Таким образом решается проблема масштабируемости — квадратичная зависимость количества ключей от числа абонентов в симметричных алгоритмах заменяется линейной зависимостью в несимметричных алгоритмах. Решается и проблема секретной доставки ключа. Злоумышленнику нет смысла стремиться завладеть открытым ключом, поскольку это не дает возможности расшифровывать текст или вычислить закрытый ключ.

Хотя информация об открытом ключе не является секретной, ее нужно защищать от подлогов, чтобы злоумышленник под именем легального пользователя не навязал свой открытый ключ, после чего с помощью своего закрытого ключа он сможет расшифровывать все сообщения, посылаемые легальному пользователю, и отправлять свои сообщения от его имени. Проще всего было бы распространять списки, связывающие имена пользователей с их открытыми ключами, широковещательно путем публикаций в средствах массовой информации (бюллетени, специализированные журналы и т. п.). Однако при таком подходе мы снова, как и в случае с паролями, сталкиваемся с плохой масштабируемостью. Решением проблемы является технология цифровых сертификатов — электронных документов, которые связывают конкретных пользователей с конкретными открытыми ключами.

Алгоритм RSA
В настоящее время одним из наиболее популярных криптоалгоритмов с открытым ключом является криптоалгоритм RSA.
В 1978 году трое ученых (Ривест, Шамир и Адлеман) разработали систему шифрования с открытыми ключами RSA (Rivest, Shamir, Adleman), полностью отвечающую всем принципам Диффи—Хеллмана. Этот метод состоит в следующем.
1. Случайно выбираются два очень больших простых числа р и q.
Вычисляются два произведения п = р х q и т = (р - 1) х (q - 1).

3. Выбирается случайное целое число Е, не имеющееюбщих сомножителей с т.
4. Находится D такое, что DE = 1 по модулю т.
5. Исходный текст ^разбивается на блоки таким образом, чтобы 0 < Х< п.
6. Для шифрования сообщения необходимо вычислить С = X
е
по модулю п.
7. Для дешифрирования вычисляется X = C
D
по модулю п.

Таким образом, чтобы зашифровать сообщение, необходимо знать пару чисел (£, и), а чтобы расшифровать — пару чисел (Д п). Первая пара — это открытый ключ, а вторая — закрытый.
Зная открытый ключ (£, п), можно вычислить значение закрытого ключа D. Необходимым промежуточным действием в этом преобразовании является нахождение чисел р и q, для чего нужно разложить на простые множители очень большое число и, а на это требуется

очень много времени. Именно с огромной вычислительной сложностью разложения большого числа на простые множители связана высокая криптостойкость алгоритма RSA. В некоторых публикациях приводятся следующие оценки: для того чтобы найти разложение 200-значного числа, понадобится 4 миллиарда лет работы компьютера с быстродействием миллион операций в секунду. Однако следует учесть, что в настоящее время активно ведутся работы по совершенствованию методов разложения больших чисел, поэтому в алгоритме RSA стараются применять числа длиной более 200 десятичных разрядов.

Программная реализация криптоалгоритмов типа RSA значительно сложнее и менее производительна, чем реализации классических криптоалгоритмов тина DES. Вследствие сложности реализации операций модульной арифметики криптоалгоритм RSA обычно используют только для шифрования небольших объемов информации, например для рассылки классических секретных ключей или в алгоритмах цифровой подписи, а основную часть пересылаемой информации шифруют с помощью симметричных алгоритмов.

В табл. 24.1 приведены некоторые сравнительные характеристики классического криптоалгоритма DES и криптоалгоритма RSA
Таблица 24.1. Сравнительные характеристики алгоритмов шифрования
Характеристика
DES
RSA
Скорость шифрования
Высокая
Низкая
Используемая функция шифрования
Перестановка и подстановка
Возведение в степень
Длина ключа
56 бит
Более 500 бит
Наименее затратный криптоанализ (его сложность определяет стойкость алгоритма)
Перебор по всему ключевому пространству

Разложение числа на простые множители
Время генерации ключа
Миллисекунды
Минуты
Тип ключа
Симметричный
Асимметричный
Односторонние функции шифрования
Во многих базовых технологиях безопасности используется еще один прием шифрования — шифрование с помощью односторонней функции (one-way function), называемой также необратимой функцией, хэш-функцией (hash function) или дайджест-функцией (digest function).

Эта функция, примененная к шифруемым данным, дает в результате значение, называемое дайджестом, которое состоит из фиксированного сравнительно небольшого и не зависящего от длины шифруемого текста числа байтов.
Подчеркнем, знание дайджеста не позволяет и даже не предполагает восстановления исходных данных. Для чегбже нужны односторонние функции шифрования (ОФШ)?

Для ответа на этот вопрос рассмотрим несколько примеров. Пусть требуется обеспечить целостность сообщения, передаваемого по сети. Отправитель и получатель договорились, какую ОФШ и с каким значением параметра — секретного ключа — они будут использовать для решения этой задачи. Прежде чем отправить сообщение, отправитель вычисляет для него дайджест и отправляет его вместе с сообщением адресату (рис. 24.13, а). Адресат, получив данные, применяет ОФШ к переданному в открытом виде исходному сообщению. Если значения вычисленного локально и полученного по сети дайджестов совпадают, значит, содержимое сообщения не было изменено во время передачи.

Получатель
ОтправительПередача по сети
Передача по сетиРис. 24.13. Использование односторонних функций шифрования для контроля целостности
Таким образом, хотя знание дайджеста не дает возможности восстановить исходное сообщение,
. оно позвоЛяет проверить целостность данных.

На первый взгляд кажется, что дайджест является своего рода контрольной суммой для исходного сообщения. Однако имеется и существенное отличие. Контрольные суммы применяются тогда, когда нужно обнаружить ошибки, вызванные техническими неполадками, например помехами в линии связи. Это средство не распознает модификацию данных злоумышленником, который, подменив сообщение, может просто добавить к нему заново вычисленную контрольную сумму.

В отличие от контрольной суммы дайджест вычисляется с использованием параметра — секретного ключа. Поскольку значение секретного ключа для ОФШ известно только отправителю и получателю^ Любая модификация исходного сообщения будет немедленно обнаружена.

На рис. 24.13, б показан другой вариант использования односторонней функции шифрования для обеспечения целостности данных. Здесь односторонняя функция не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к сообщению, а к сообщению, дополненному секретным ключом. Получатель извлекает из полученных по сети данных исходное сообщение, потом дополняет его тем же известным ему секретным ключом и применяет к полученным данным одностороннюю функцию. Результат вычислений сравнивается с полученным по сети дайджестом.

Помимо обеспечения целостности сообщений, дайджест может быть использован в качестве электронной подписи для аутентификации передаваемого документа.
Построение односторонних функций является трудной задачей. Такого рода функции должны удовлетворять двум условиям:
□ по дайджесту, вычисленному с помощью данной функции, должно быть невозможно каким-либо образом вычислить исходное сообщение;

□ должна отсутствовать возможность вычисления двух разных сообщений, для которых с помощью данной функции могли быть вычислены одинаковые дайджесты.

Наиболее популярной в системах безопасности в настоящее время является серия хэш-функций MD2, MD4, MD5. Все они генерируют дайджесты фиксированной длины 16 байт. Адаптированным вариантом MD4 является американский стандарт SHA, длина дайджеста в котором составляет 20 байт. Компания IBM поддерживает односторонние функции MDC2 и MDC4, основанные на алгоритме шифрования DES.
Аутентификация, авторизации, аудит
Понятие аутентификации

Аутентификация наряду с авторизацией (о которой рассказывается далее) представляет собой фундаментальный атрибут информационной безопасности.
Термин «аутентификация» (authentication) происходит от латинского слова authenticus, которое означает подлинный, достоверный, соответствующий самому себе. Аутентификация, или, другими словами, процедура установления подлинности, может быть применима как к людям, так и другим объектам, в частности к программам, устройствам, документам.

^ггеитификация пользователя — это процедура доказательства пользователем тога, что oN есть тот, за кого себя выдает.
В частности, при выполнении логического входа в защищенную систему пользователь должен пройти процедуру аутентификации, то есть доказать, что именно ему принадлежит введенный им идентификатор (имя пользователя). Аутентификация предотвращает доступ к сети нежелательных лиц и разрешает вход для легальных пользователей.

В процедуре аутентификации участвуют две стороны: одна сторона доказывает свою аутентичность, предъявляя некоторые доказательства, другая сторона — аутентификатор — проверяет эти доказательства и принимает решение. В качестве доказательства аутентичности применяются самые разнообразные приемы:
□ аутентифицируемвгй может продемонстрировать знание некоего общего для обеих сторон секрета: слова (пароля) или факта (даты и места события, прозвища человека и т. п.);

□ аутентифицируемый может продемонстрировать, что он владеет неким уникальным предметом (физическим ключом), в качестве которого может выступать, например, электронная магнитная карта;
□ аутентифицируемый может доказать свою идентичность, используя собственные биохарактеристики: рисунок радужной оболочки глаза или отпечатки пальцев, которые предварительно были занесены в базу данных аутентификатора.

Сетевые службы аутентификации строятся на основе всех этих приемов, но чаще всего для доказательства идентичности пользователя применяют пароли. Простота и логическая ясность механизмов аутентификации на основе паролей в какой-то степени компенсирует известные слабости паролей. Это, во-первых, возможность раскрытия и разгадывания паролей, во-вторых, возможность «подслушивания» пароля путем анализа сетевого трафика. Для снижения уровня угрозы раскрытия паролей администраторы сети, как правило, применяют встроенные программные средства, служащие для формирования политики назначения и использования паролей: задание максимального и минимального сроков действия пароля, хранение списка уже использованных паролей, управление поведением системы после нескольких неудачных попыток логического входа и т. п.

ПРИМЕЧАНИЕ-
Многие пользователи пренебрегают угрозами, которые несут в себе легко угадываемые пароли. Так, червь Mumu, поразивший компьютерные сети в 2003 году, искал свои жертвы, подбирая пароли из очень короткого списка: password, passwd, admin, pass, 123, 1234, 12345, 123456 и пустая строка. Такая на удивление примитивная стратегия дала прекрасные (с точки зрения атакующей стороны) результаты — множество компьютеров было взломано.

Легальность пользователя может устанавливаться по отношению к различным системам. Так, работая в сети, пользователь может проходить процедуру аутентификации и как локальный пользователь, который претендует на ресурсы только данного компьютера, и как пользователь сети, желающий получить доступ ко всем сетевым ресурсам. При локальной аутентификации пользователь вводит свои идентификатор и пароль, которые автономно обрабатываются операционной системой, установленной на данном компьютере. При логическом входе в сеть данные о пользователе (идентификатор и пароль) передаются на сервер, который хранит учетные записи всех пользователей сети. Однако такая упрощенная схема имеет большой изъян — при передаче пароля с клиентского компьютера на сервер, выполняющий процедуру аутентификации, этот пароль может быть перехвачен злоумышленником. Поэтому применяются разные приемы, чтобы избежать передачи пароля по сети в незащищенном виде.

Аутентификация, в процессе которой используются методы шифрования, а аутентификационная
информация не передается по сети, называется строгой.
Многие приложения имеют собственные средства определения, является ли пользователь законным. И тогда пользователю приходится проходить дополнительные этапы проверки.
Как уже отмечалось, в качестве объектов, требующих аутентификации, могут выступать не только пользователи, но и различные приложения, устройства, текстовая и другая информация.

Так, пользователь, обращающийся с запросом к корпоративному веб-серверу, должен доказать ему свою легальность, но он также должен убедиться сам, что ведет диалог действительно с веб-сервером своего предприятия. Другими словами, сервер и клиент должны пройти процедуру взаимной аутентификации. Здесь,мы имеем дело с аутентификацией на гтовне приложений.

При установлении сеанса связи между двумя устройствами также часто предусматриваются процедуры взаимной аутентификации устройств на более низком, канальном, уровне (см. далее раздел «Строгая аутентификация на основе многоразового пароля в протоколе CHAP»).

Аутентификация данных означает доказательство целостности этих данных, а также то, что они поступили именно от того человека, который объявил об этом. Для этого используется механизм электронной подписи. Ранее мы уже узнали, как используется для аутентификации данных несимметричное шифрование.
Авторизация доступа
Термин авторизация (authorization) происходит от латинского слова auctoritas, показывающее уровень престижа человека в Древнем Риме и соответствующие этому уровню привилегии.

Авторизация — это процедура контроля доступа легальных Пользователей к ресурсам системы и предоставление каждому из них именно тех прав; которые ему были определены администратором.

В отличие от аутентификации, которая позволяет распознать легальных и нелегальных пользователей, авторизация имеет дело только с легальными пользователями, успешно прошедшими процедуру аутентификации. Помимо предоставления пользователям прав доступа к каталогам, файлам и принтерам, средства авторизации могут контролировать возможность выполнения пользователями различных системных функций, таких как локальный доступ к серверу, установка системного времени, создание резервных копий данных, выключение сервера и т. п.

Средства авторизации наделяют пользователя сети правами выполнять определенные действия по отношению к определенным ресурсам. Для этого могут применяться различные формы предоставления правил доступа, которые часто делят на два класса:

□ Избирательный доступ наиболее широко используется в компьютерных сетях. При этом подходе определенные операции с определенным ресурсом разрешаются или запрещаются пользователям или группам пользователей, явно указанным своими идентификаторами, например: «пользователю User_T разрешено читать и записывать в файл Filel».

□ Мандатный подход к определению прав доступа заключается в том, что вся информация делится на уровни в зависимости от степени секретности, а все пользователи сети также делятся на группы, образующие иерархию в соответствии с уровнем допуска к этой информации. Такой подход позволяет классифицировать данные на информацию для служебного пользования, а также секретную и совершенно секретную информацию. Пользователи этой информации в зависимости от определенного для них статуса получают разные формы допуска: первую, вторую или третью. В отличие от систем с избирательными правами доступа, в системах с мандатным Подходом пользователи в принципе не имеют возможности изменить уровень доступности информации. Например, пользователь более высокого уровня не может разрешить читать данные из своего файла пользователю, относящемуся к более низкому уровню. Отсюда видно, что мандатный подход является более строгим.

Процедуры авторизации часто совмещаются с процедурами аутентификации и реализуются одними и теми же программными средствами, которые могут встраиваться в операционную систему или приложение, а также поставляться в виде отдельных программных продуктов. При этом программные системы аутентификации и авторизации могут строиться на базе двух схем:

□ Централизованная схема, базирующаяся на сервере. В этой схеме сервер управляет процессом предоставления ресурсов сети пользователю. Главная цель таких систем — реализовать «принцип единого входа». В соответствии с централизованной схемой пользователь один раз логически входит в сеть и получает на все время работы некоторый набор разрешений по доступу к различным ресурсам сети. Система Kerberos
83

с ее сервером безопасности и архитектурой клиент-сервер, а также более современная система Shibboleth, построенная в той же архитектуре, являются наиболее известными системами этого типа. Системы TACACS и RADIUS, часто применяемые совместно с системами удаленного доступа, также реализуют этот подход.

□ Децентрализованная схема, базирующаяся на рабочих станциях. При этом подходе средства авторизации работают на каждой машине. Администратор должен отслеживать работу механизмов безопасности каждого отдельного приложения — электронной почты, справочной службы, локальных баз данных и т. п.

Подчеркнем, что системы аутентификации и авторизации совместно решают одну задачу — обеспечение контроля доступа, поэтому к ним необходимо предъявлять одинаковый уровень требований. Ненадежность одного звена здесь не может быть компенсирована надежностью другого.
Аудит
Аудит (auditing) — это набор процедур мониторинга и учета всех событий, представляющих потенциальную угрозу для безопасности системы.

Аудит позволяет «шпионить» за выбранными объектами и выдавать сообщения тревоги, когда, например, какой-либо рядовой пользователь попытается прочитать или модифицировать системный файл. Если кто-то пытается выполнить действия, выбранные системой безопасности для мониторинга, то система аудита пишет сообщение в журнал регистрации, идентифицируя пользователя. Системный менеджер может готовить отчеты безопасности, которые содержат информацию из журнала регистрации. Для «сверхбезопасных» систем предусматриваются аудио- и видеосигналы тревоги, устанавливаемые на машинах администраторов, отвечающих за безопасность.

Все материалы, размещенные в боте и канале, получены из открытых источников сети Интернет, либо присланы пользователями  бота. 
Все права на тексты книг принадлежат их авторам и владельцам. Тексты книг предоставлены исключительно для ознакомления. Администрация бота не несет ответственности за материалы, расположенные здесь