Абсолютная система защиты. Попытка определения. Основные методы противодействия угрозам безопасности

3.4.1. Основные термины и определения

Современная криптография включает в себя следующие основные разделы:

• криптосистемы с секретным ключом (классическая криптография);
• криптосистемы с открытым ключом;
• криптографические протоколы.

Введем некоторые понятия, необходимые в дальнейшем:

3.4.2. Оценка надежности криптоалгоритмов

Все современные шифры базируются на принципе Кирхгофа, согласно которому секретность шифра обеспечивается секретностью ключа, а не секретностью алгоритма шифрования. В некоторых ситуациях (например, в военных, разведывательных и дипломатических ведомствах) нет никаких причин делать общедоступным описание сути криптосистемы. Сохраняя такую информацию в тайне, можно дополнительно повысить надежность шифра. Однако полагаться на секретность этой информации не следует, так как рано или поздно она будет скомпрометирована. Поэтому анализ надежности таких систем всегда должен проводиться исходя из того, что противник имеет всю информацию о применяемом криптоалгоритме, ему неизвестен только реально использованный ключ . В связи с вышеизложенным можно сформулировать общее правило: при создании или при анализе стойкости криптосистем не следует недооценивать возможностей противника. Их лучше переоценить, чем недооценить.

Стойкость криптосистемы зависит от сложности алгоритмов преобразования, длины ключа, а точнее от объема ключевого пространства, метода реализации: при программной реализации необходимо дополнительно защищаться от разрушающих программных воздействий (вирусов, червей, троянских программ). Хотя понятие стойкости шифра является центральным в криптографии, количественная оценка криптостойкости - проблема до сих пор не решенная.

Методы оценки качества криптоалгоритмов , используемые на практике:

• всевозможные попытки их вскрытия;
• анализ сложности алгоритма дешифрования;
• оценка статистической безопасности шифра.

В первом случае многое зависит от квалификации, опыта, интуиции криптоаналитиков и от правильной оценки возможностей противника. Обычно считается, что противник знает шифр, имеет возможность его изучения, знает некоторые характеристики открытых защищаемых данных, например тематику сообщений, их стиль, стандарты, форматы и т.п.

Во втором случае оценку стойкости шифра заменяют оценкой минимальной сложности алгоритма его вскрытия. Однако получение строгих доказуемых оценок нижней границы сложности алгоритмов рассматриваемого типа проблематично. Иными словами, всегда возможна ситуация, когда алгоритм вскрытия шифра, сложность которого анализируется, оказывается вовсе не самым эффективным.

Сложность вычислительных алгоритмов можно оценивать числом выполняемых элементарных операций, при этом необходимо учитывать их стоимость и затраты на их выполнение. В общем случае это число должно иметь строгую нижнюю оценку и выходить за пределы возможностей современных компьютерных систем. Качественный шифр невозможно раскрыть способом более эффективным, нежели полный перебор по всему ключевому пространству, при этом криптограф должен рассчитывать только на то, что у противника не хватит времени и ресурсов, чтобы это сделать.

В третьем случае можно сформулировать следующие необходимые условия стойкости криптосистемы, проверяемые статистическими методами:

• должна отсутствовать статистическая зависимость между входной и выходной последовательностями;
• выходная последовательность по своим статистическим свойствам должна быть похожа на истинно случайную последовательность;
• при неизменной входной информационной последовательности незначительное изменение ключа должно приводить к непредсказуемому изменению выходной последовательности;
• при неизменном ключе незначительное изменение входной последовательности должно приводить к непредсказуемому изменению выходной последовательности;
• не должно быть зависимостей между ключами, последовательно используемыми в процессе шифрования.

Существует много различных криптоалгоритмов, при этом нет ни одного, подходящего для всех случаев. В каждой конкретной ситуации выбор криптоалгоритма определяется следующими факторами:

• особенностью защищаемой информации (документы, исходные тексты программ, графические файлы и т.п.);
• особенностями среды хранения или передачи информации;
• ценностью информации, характером защищаемых секретов, временем обеспечения секретности;
• объемами информации, скоростью ее передачи, степенью оперативности ее предоставления пользователю;
• возможностями собственников информации, владельцев средств сбора, обработки, хранения и передачи информации по ее защите;
• характером угроз, возможностями противника.

3.4.3. Классификация методов шифрования информации

Основные объекты изучения классической криптографии показаны на рис. 3.4 , где А и В - законные пользователи, W - противник или криптоаналитик. Учитывая что схема на рис. 3.4 а фактически является частным случаем схемы на рис. 3.4 б при В = А, в дальнейшем будет рассматриваться только она.

Процедуры зашифрования E (encryption) и расшифрования D (decryption) можно представить в следующем виде:

Функции за- и расшифрования взаимно обратные, иначе говоря, для любого текста X справедливо:

Гаммированием называют процедуру наложения на входную информационную последовательность гаммы шифра, т.е. последовательности с выходов генератора псевдослучайных последовательностей (ПСП) G. Последовательность называется псевдослучайной, если по своим статистическим свойствам она неотличима от истинно случайной последовательности, но в отличие от последней является детерминированной, т.е. знание алгоритма ее формирования дает возможность ее повторения необходимое число раз. Если символы входной информационной последовательности и гаммы представлены в двоичном виде, наложение чаще всего реализуется с помощью операции поразрядного сложения по модулю 2. Надежность шифрования методом гаммирования определяется качеством генератора гаммы.

3.4.5. Генераторы псевдослучайных последовательностей

Качественные ПСП, являясь по своей сути детерминированными, успешно заменяют во многих приложениях (в первую очередь связанных с защитой информации) случайные последовательности, которые чрезвычайно сложно формировать.

Можно выделить следующие задачи, требующие решения при организации защиты информационных систем:

• обеспечение работоспособности компонентов и системы в целом при наличии случайных и умышленных деструктивных воздействий;
• обеспечение секретности и конфиденциальности информации или наиболее важной ее части;
• защита от НСД;
• обеспечение аутентичности информации (целостности, подлинности и пр.);
• обеспечение аутентичности участников информационного обмена;
• обеспечение юридической значимости пересылаемых электронных документов;
• обеспечение неотслеживаемости информационных потоков в системе;
• защита прав собственников информации.

Во всех рассмотренных случаях генераторы ПСП применяются либо непосредственно, либо косвенно, когда на их основе строятся генераторы случайных последовательностей, генераторы контрольных кодов и хеш-генераторы. Во всех случаях требуются последовательности с равномерным законом распределения.

Можно выделить следующие функции генераторов ПСП в системах защиты информации:

• формирование гаммы при шифровании информации в режимах гаммирования и гаммирования с обратной связью;
• формирование ключей и паролей пользователей;
• формирование случайных запросов при аутентификации удаленных абонентов;
• формирование затемняющих множителей при слепом шифровании;
• формирование контрольных кодов целостности информации;
• хеширование информации при организации парольных систем, построении протоколов электронной подписи, аутентификации по принципу запрос-ответ и др.

Требования к качественному генератору ПСП:

• непредсказуемость;
• определенные статистические свойства;
• большой период формируемых последовательностей;
• эффективная реализация.

Непредсказуемость. Данное требование означает, что для противника, имеющего возможность анализировать фрагмент ПСП конечной длины, три задачи вычислительно неразрешимы:

• предсказание следующего элемента последовательности;
• определение предыдущего элемента последовательности;
• определение использованной при генерации ключевой информации.

В первых двух случаях самая эффективная возможная стратегия - бросание жребия, в третьем - полный перебор по всему ключевому пространству.

Определенные статистические свойства. Это требование означает, что ни один из существующих статистических тестов не в состоянии обнаружить на выходе генератора какие-либо закономерности статистических зависимостей между различными последовательностями, формируемыми при инициализации генератора случайными значениями.

Принципы построения генераторов ПСП. Можно выделить два подхода при использовании в составе генераторов ПСП нелинейных функций: это использование нелинейной функции непосредственно в цепи обратной связи и двухступенчатая схема, в которой задача первой ступени (по сути счетчика) заключается всего лишь в обеспечении максимально большого периода при данном числе N элементов памяти Q. Во втором случае нелинейная функция является функцией выхода . На

По совокупности вышеперечисленных требований наиболее приемлемое решение - генераторы ПСП, использующие многораундовые преобразования при построении функций или .

Наиболее обоснованными математически следует признать генераторы с использованием односторонних функций. Непредсказуемость данных генераторов основывается на сложности решения ряда математических задач (например, задачи дискретного логарифмирования или задачи разложения больших чисел на простые множители). Существенным недостатком генераторов этого класса является низкая производительность.

3.4.6. Поточные шифры

Шифр Вернама можно считать исторически первым поточным шифром. Так как поточные шифры в отличие от блочных осуществляют поэлементное шифрование потока данных без задержки в криптосистеме, их важнейшим достоинством является высокая скорость преобразования, соизмеримая со скоростью поступления входной информации. Таким образом обеспечивается шифрование практически в реальном масштабе времени вне зависимости от объема и разрядности потока преобразуемых данных.

В синхронных поточных шифрах (см. рис. 3.9) гамма формируется независимо от входной последовательности, каждый элемент (бит, символ, байт и т.п.) которой таким образом шифруется независимо от других элементов. В синхронных поточных шифрах отсутствует эффект размножения ошибок, т.е. число искаженных элементов в расшифрованной последовательности равно числу искаженных элементов зашифрованной последовательности, пришедшей из канала связи. Вставка или выпадение элемента зашифрованной последовательности недопустимы, так как из-за нарушения синхронизации это приведет к неправильному расшифрованию всех последующих элементов.

В самосинхронизирующихся поточных шифрах осуществляется гаммирование с обратной связью - гамма зависит от открытого текста, иначе говоря, результат шифрования каждого элемента зависит не только от позиции этого элемента (как это происходит в случае синхронного поточного шифрования), но и от значения всех предыдущих элементов открытого текста. Свойство самосинхронизации объясняется отсутствием обратной связи на принимающей стороне, в то время как в случае синхронного поточного шифрования схемы за- и расшифрования абсолютно идентичны.

Информация сегодня – важный ресурс, потеря которого чревата неприятными последствиями. Утрата конфиденциальных данных компании несет в себе угрозы финансовых потерь, поскольку полученной информацией могут воспользоваться конкуренты или злоумышленники. Для предотвращения столь нежелательных ситуаций все современные фирмы и учреждения используют методы защиты информации.

Безопасность информационных систем (ИС) – целый курс, который проходят все программисты и специалисты в области построения ИС. Однако знать виды информационных угроз и технологии защиты необходимо всем, кто работает с секретными данными.

Виды информационных угроз

Основным видом информационных угроз, для защиты от которых на каждом предприятии создается целая технология, является несанкционированный доступ злоумышленников к данным. Злоумышленники планируют заранее преступные действия, которые могут осуществляться путем прямого доступа к устройствам или путем удаленной атаки с использованием специально разработанных для кражи информации программ.

Кроме действий хакеров, фирмы нередко сталкиваются с ситуациями потери информации по причине нарушения работы программно-технических средств.

В данном случае секретные материалы не попадают в руки злоумышленников, однако утрачиваются и не подлежат восстановлению либо восстанавливаются слишком долго. Сбои в компьютерных системах могут возникать по следующим причинам:

• Потеря информации вследствие повреждения носителей – жестких дисков;
• Ошибки в работе программных средств;
• Нарушения в работе аппаратных средств из-за повреждения или износа.

Современные методы защиты информации

Технологии защиты данных основываются на применении современных методов, которые предотвращают утечку информации и ее потерю. Сегодня используется шесть основных способов защиты:

• Препятствие;
• Маскировка;
• Регламентация;
• Управление;
• Принуждение;
• Побуждение.

Все перечисленные методы нацелены на построение эффективной технологии , при которой исключены потери по причине халатности и успешно отражаются разные виды угроз. Под препятствием понимается способ физической защиты информационных систем, благодаря которому злоумышленники не имеют возможность попасть на охраняемую территорию.

Маскировка – способы защиты информации, предусматривающие преобразование данных в форму, не пригодную для восприятия посторонними лицами. Для расшифровки требуется знание принципа.

Управление – способы защиты информации, при которых осуществляется управление над всеми компонентами информационной системы.

Регламентация – важнейший метод защиты информационных систем, предполагающий введение особых инструкций, согласно которым должны осуществляться все манипуляции с охраняемыми данными.

Принуждение – методы защиты информации, тесно связанные с регламентацией, предполагающие введение комплекса мер, при которых работники вынуждены выполнять установленные правила. Если используются способы воздействия на работников, при которых они выполняют инструкции по этическим и личностным соображениям, то речь идет о побуждении.

На видео – подробная лекция о защите информации:

Средства защиты информационных систем

Способы защиты информации предполагают использование определенного набора средств. Для предотвращения потери и утечки секретных сведений используются следующие средства:

• Физические;
• Программные и аппаратные;
• Организационные;
• Законодательные;
• Психологические.

Физические средства защиты информации предотвращают доступ посторонних лиц на охраняемую территорию. Основным и наиболее старым средством физического препятствия является установка прочных дверей, надежных замков, решеток на окна. Для усиления защиты информации используются пропускные пункты, на которых контроль доступа осуществляют люди (охранники) или специальные системы. С целью предотвращения потерь информации также целесообразна установка противопожарной системы. Физические средства используются для охраны данных как на бумажных, так и на электронных носителях.

Программные и аппаратные средства – незаменимый компонент для обеспечения безопасности современных информационных систем.

Аппаратные средства представлены устройствами, которые встраиваются в аппаратуру для обработки информации. Программные средства – программы, отражающие хакерские атаки. Также к программным средствам можно отнести программные комплексы, выполняющие восстановление утраченных сведений. При помощи комплекса аппаратуры и программ обеспечивается резервное копирование информации – для предотвращения потерь.

Организационные средства сопряжены с несколькими методами защиты: регламентацией, управлением, принуждением. К организационным средствам относится разработка должностных инструкций, беседы с работниками, комплекс мер наказания и поощрения. При эффективном использовании организационных средств работники предприятия хорошо осведомлены о технологии работы с охраняемыми сведениями, четко выполняют свои обязанности и несут ответственность за предоставление недостоверной информации, утечку или потерю данных.

Законодательные средства – комплекс нормативно-правовых актов, регулирующих деятельность людей, имеющих доступ к охраняемым сведениям и определяющих меру ответственности за утрату или кражу секретной информации.

Психологические средства – комплекс мер для создания личной заинтересованности работников в сохранности и подлинности информации. Для создания личной заинтересованности персонала руководители используют разные виды поощрений. К психологическим средствам относится и построение корпоративной культуры, при которой каждый работник чувствует себя важной частью системы и заинтересован в успехе предприятия.

Защита передаваемых электронных данных

Для обеспечения безопасности информационных систем сегодня активно используются методы шифрования и защиты электронных документов. Данные технологии позволяют осуществлять удаленную передачу данных и удаленное подтверждение подлинности.

Методы защиты информации путем шифрования (криптографические) основаны на изменении информации с помощью секретных ключей особого вида. В основе технологии криптографии электронных данных – алгоритмы преобразования, методы замены, алгебра матриц. Стойкость шифрования зависит от того, насколько сложным был алгоритм преобразования. Зашифрованные сведения надежно защищены от любых угроз, кроме физических.

Электронная цифровая подпись (ЭЦП) – параметр электронного документа, служащий для подтверждения его подлинности. Электронная цифровая подпись заменяет подпись должностного лица на бумажном документе и имеет ту же юридическую силу. ЭЦП служит для идентификации ее владельца и для подтверждения отсутствия несанкционированных преобразований. Использование ЭЦП обеспечивает не только защиту информации, но также способствует удешевлению технологии документооборота, снижает время движения документов при оформлении отчетов.

Классы безопасности информационных систем

Используемая технология защиты и степень ее эффективности определяют класс безопасности информационной системы. В международных стандартах выделяют 7 классов безопасности систем, которые объединены в 4 уровня:

• D – нулевой уровень безопасности;
• С – системы с произвольным доступом;
• В – системы с принудительным доступом;
• А – системы с верифицируемой безопасностью.

Уровню D соответствуют системы, в которых слабо развита технология защиты. При такой ситуации любое постороннее лицо имеет возможность получить доступ к сведениям.

Использование слаборазвитой технологии защиты чревато потерей или утратой сведений.

В уровне С есть следующие классы – С1 и С2. Класс безопасности С1 предполагает разделение данных и пользователей. Определенная группа пользователей имеет доступ только к определенным данным, для получения сведений необходима аутентификация – проверка подлинности пользователя путем запроса пароля. При классе безопасности С1 в системе имеются аппаратные и программные средства защиты. Системы с классом С2 дополнены мерами, гарантирующими ответственность пользователей: создается и поддерживается журнал регистрации доступа.

Уровень В включает технологии обеспечения безопасности, которые имеют классы уровня С, плюс несколько дополнительных. Класс В1 предполагает наличие политики безопасности, доверенной вычислительной базы для управления метками безопасности и принудительного управления доступом. При классе В1 специалисты осуществляют тщательный анализ и тестирование исходного кода и архитектуры.

Класс безопасности В2 характерен для многих современных систем и предполагает:

• Снабжение метками секретности всех ресурсов системы;
• Регистрацию событий, которые связаны с организацией тайных каналов обмена памятью;
• Структурирование доверенной вычислительной базы на хорошо определенные модули;
• Формальную политику безопасности;
• Высокую устойчивость систем к внешним атакам.

Класс В3 предполагает, в дополнение к классу В1, оповещение администратора о попытках нарушения политики безопасности, анализ появления тайных каналов, наличие механизмов для восстановления данных после сбоя в работе аппаратуры или .

Уровень А включает один, наивысший класс безопасности – А. К данному классу относятся системы, прошедшие тестирование и получившие подтверждение соответствия формальным спецификациям верхнего уровня.

На видео – подробная лекция о безопасности информационных систем:

Множество и разнообразие возможных средств защиты информации определяется прежде всего возможными способами воздействия на дестабилизирующие факторы или порождающие их причины, причем воздействия в направлении, способствующем повышению значений показателей защищенности или (по крайней мере) сохранению прежних (ранее достигнутых) их значений. Рассмотрим содержание представленных способов и средств обеспечения безопасности. Препятствие заключается в создании на пути возникновения или распространения дестабилизирующего фактора некоторого барьера, не позволяющего соответствующему фактору принять опасные размеры. Типичными примерами препятствий являются блокировки, не позволяющие техническому устройству или программе выйти за опасные границы; создание физических препятствий на пути злоумышленников, экранирование помещений и технических средств и т. и. Управление есть определение на каждом шаге функционирования систем обработки информации таких управляющих воздействий на элементы системы, следствием которых будет решение (или способствование решению) одной или нескольких задач защиты информации. Например, управление доступом на объект включает следующие функции защиты: идентификацию лиц, претендующих на доступ, персонала и ресурсов системы (присвоение каждому объекту персонального идентификатора); опознавание (установление подлинности) объекта или субъекта по предъявленному идентификатору; проверку полномочий (проверка соответствия дня недели, времени суток, запрашиваемых ресурсов и процедур установленному регламенту); регистрацию (протоколирование) обращений к защищаемым ресурсам; реагирование (сигнализация, отключение, задержка работ, отказ в процессе) при попытках несанкционированных действий. Маскировка предполагает такие преобразования информации, вследствие которых она становится недоступной для злоумышленников или такой доступ существенно затрудняется, а также комплекс мероприятий по уменьшению степени распознавания самого объекта. К маскировке относятся криптографические методы преобразования информации, скрытие объекта, дезинформация и легендирование, а также меры по созданию шумовых полей, маскирующих информационные сигналы. Регламентация как способ защиты информации заключается в разработке и реализации в процессе функционирования объекта комплекса мероприятий, создающих такие условия, при которых существенно затрудняются проявление и воздействие угроз. К регламентации относится разработка таких правил обращения с конфиденциальной информацией и средствами ее обработки, которые позволили бы максимально затруднить получение этой информации злоумышленником. Принуждение - такой метод защиты, при котором пользователи и персонал системы вынуждены соблюдать правила обработки, передачи и использования защищаемой информации под угрозой материальной, административной или уголовной ответственности. Побуждение есть способ защиты информации, при котором пользователи и персонал объекта внутренне (т. е. материальными, моральными, этическими, психологическими и другими мотивами) побуждаются к соблюдению всех правил обработки информации. Как отдельный, применяемый при ведении активных действий противоборствующими сторонами можно выделить такой способ, как нападение. При этом подразумевается как применение информационного оружия при ведении информационной войны, так и непосредственное физическое уничтожение противника (при ведении боевых действий) или его средств разведки. Рассмотренные способы обеспечения защиты информации реализуются с применением различных методов и средств. При этом различают формальные и неформальные средства. К формальным относятся такие средства, которые выполняют свои функции по защите информации формально, т. е. преимущественно без участия человека. К неформальным относятся средства, основу которых составляет целенаправленная деятельность людей. Формальные средства делятся на физические, аппаратные и программные. Физические средства - механические, электрические, электромеханические и т. и. устройства и системы, которые функционируют автономно, создавая различного рода препятствия на пути дестабилизирующих факторов. Аппаратные средства - различные электронные и электронномеханические и т. и. устройства, схемно встраиваемые в аппаратуру системы обработки данных или сопрягаемые с ней специально для решения задач защиты информации. Например, для защиты от утечки по техническим каналам используются генераторы шума. Физические и аппаратные средства объединяются в класс технических средств защиты информации. Программные средства - специальные пакеты программ или отдельные программы, включаемые в состав программного обеспечения автоматизированных систем с целью решении задач защиты информации. Это могут быть различные программы по криптографическому преобразованию данных, контролю доступа, защиты от вирусов и др. Неформальные средства делятся на организационные, законодательные и морально-этические. Организационные средства - специально предусматриваемые в технологии функционирования объекта организационно-технические мероприятия для решения задач защиты информации, осуществляемые в виде целенаправленной деятельности людей. Законодательные средства - существующие в стране или специально издаваемые нормативно-правовые акты, с помощью которых регламентируются права и обязанности, связанные с обеспечением защиты информации, всех лиц и подразделений, имеющих отношение к функционированию системы, а также устанавливается ответственность за нарушение правил обработки информации, следствием чего может быть нарушение защищенности информации. Морально-этические нормы - сложившиеся в обществе или данном коллективе моральные нормы или этические правила, соблюдение которых способствует защите информации, а нарушение их приравнивается к несоблюдению правил поведения в обществе или коллективе. Именно человек, сотрудник предприятия или учреждения, допущенный к секретам и накапливающий в своей памяти колоссальные объемы информации, в том числе секретной, нередко становится источником утечки этой информации или по его вине соперник получает возможность несанкционированного доступа к носителям защищаемой информации. Морально-нравственные методы защиты информации предполагают прежде всего воспитание сотрудника, допущенного к секретам, т. е. проведение специальной работы, направленной на формирование у него системы определенных качеств, взглядов и убеждений (патриотизма, понимания важности и полезности защиты информации и для него лично) и обучение сотрудника, осведомленного в сведениях, составляющих охраняемую тайну, правилам и методам зашиты информации, привитие ему навыков работы с носителями секретной и конфиденциальной информации. Интересный подход к формированию множества способов защиты предлагает член-корреспондент Академии криптографии С. П. Расторгуев. В основу названной им «абсолютной системы защиты», обладающей всеми возможными способами защиты, положены основные принципы защиты, реализуемые в живой природе. Развивая этот подход, можно выделить следующие основные способы защиты животного мира в сравнении с рассмотренными способами защиты информации. 1. Пассивная защита. Перекрывает все возможные каналы воздействия угроз и предполагает «надевание брони» на себя и создание терри- ш ториальных препятствий. Налицо полное соответствие такому способу защиты информации, как препятствие. 2. Изменение местоположения. Желание спрятаться можно соотнести с таким способом, как сокрытие. 3. Изменение собственной внешности, мимикрия - слияние с ландшафтом и т. п. Цель - представиться объектом неинтересным или незаметным для нападающей стороны. Аналогичную функцию защиты информации реализуют ее маскировкой. 4. Нападение с целью уничтожения нападающего. Выше был рассмотрен соответствующий способ защиты информации. 5. Воспитание навыков безопасности у потомства, доведение этих навыков до уровня инстинкта. Для систем защиты информации аналогичные навыки у обслуживающего персонала формируются принуждением и побуждением. 6. Выработка определенных правил жизнедеятельности, способствующих выживанию и сохранению рода. К таким правилам, выработанным природой, можно отнести мирное существование особей одного вида, жизнь в стаях (стадах) и т. д. Другими словами, природа регламентирует необходимые для безопасности правила жизни. Таким образом, анализ присущих животному миру защитных свойств, положенный в основу так называемой «абсолютной системы защиты», показывает, что все они соответствует рассмотренным способам защиты информации, что подтверждает полноту их формирования. Продам таблицу умножения без чисел. Объявление 9.

В начале 90-х годов почти каждый второй выпуск журнала или газеты содержал статью, посвященную компьютерным вирусам. Сейчас частота публикаций несколько снизилась, но тема эта все равно остается одной из самых популярных. Авторы с увлечением описывали эффекты, производимые вирусами (осыпаются буквы на экране, стираются файлы и т.д.), предлагали свои системы классификации и методы борьбы. Поэтому писать о компьютерных вирусах неинтересно: о них и так все знают. Со временем вирусы не исчезли, но и вреда такого, как ожидалось, не принесли. Пользователи повысили бдительность, научились применять антивирусные программы, и проблема перешла на второй план.

Теперь, когда есть мощная и надежная вычислительная техника, удобные программы и средства связи, задача безопасности снова становится актуальной. Причем уровень, на котором она решается, совсем другой. Сейчас атакам подвергается интеллектуальная и коммерческая собственность, денежные счета (не только в банках), корпоративные сети, закрытая информация. Объектов для взлома стало, увы, намного больше.

Но почему распространение вирусов и хакерство нужно обсуждать совместно? Потому что хакер – это наиболее вероятный создатель компьютерного вируса. И еще, потому что хакер, даже не озабоченный пополнением числа вирусов, все равно может использовать технологию вирусов для взлома компьютерной системы.

Мне хочется рассмотреть пути для создания абсолютной системы защиты от любых вирусов и разобрать причины, по которым такая система никогда не будет создана на практике, хотя теоретически ее создание вполне осуществимо.

Итак, в чем же проблема? Она была описана в фантастическом рассказе Франсиско Павона «Когда стены стали прозрачными», опубликованном около десяти лет назад. Некий изобретатель создал приставку к телевизору, которая позволяла видеть сквозь стены. Нетрудно догадаться, какой стала жизнь людей в этих условиях. Все знали, что за ними кто-нибудь может наблюдать, но не могли удержаться от того, чтобы не подсмотреть, как живет сосед. В результате жизнь общества превратилась в кошмар , и пришлось принимать радикальные меры. В первую очередь, технику попытались победить техникой, но это, как и следовало ожидать, мало помогло. «Но еще долго власти обнаруживали и карали тех, кто не смог пересилить дурной привычки заглядывать в чужую жизнь».

Современные пользователи уже могут попасть примерно в такие же условия, с той только разницей, что «просвечивают» не их дома, а компьютеры. В техническом плане это стало уже не виртуальной, но абсолютной реальностью. А если учесть, что компьютеры оборудуются теперь и видеокамерами, то фантазия Павона близка к действительному осуществлению. Вы не верите, что с помощью видеокамеры, подключенной к вашему компьютеру можно заглянуть в ваш дом? А скажите, вы можете получить с помощью этой камеры свое изображение? Можете. А превратить его в файл, запаковать архиватором и отправить по электронной почте? Тоже нет проблем? Так если вы все это можете, то почему вы думаете, что какая-нибудь программа не сможет сделать это за вас, лучше вас и без вашего ведома?

И вот тут надо снова вспомнить о вирусных технологиях. О них ходит очень много непроверенных слухов. Например, излюбленная история – о вирусе, который портит механику винчестера, вызывая резонанс. Дескать, придумали такую программу изнывающие от отсутствия клиентов сотрудники некой ремонтной службы. Интересно, что люди сосредотачивают свое внимание на нереальных или трудноосуществимых проблемах, упуская из виду проблемы настоящие.

Что можно сделать с компьютером? Практически все что угодно на уровне программ, это только вопрос квалификации и времени. Компьютеры создавались не для того, чтобы служить украшением стола, а для того чтобы на них можно было работать. Все, что они умеют, когда-то и кем-то было запрограммировано. Зная необходимые команды, нетрудно создать программу, которая сможет выполнить любое физически осуществимое действие. Поэтому если какая-нибудь уважаемая фирма создала приложение, которое позволяет вам отправлять письма по электронной почте, нет никаких гарантий, что какой-нибудь умелец не создаст программу, которая будет тихо воровать информацию с вашего диска, используя те же возможности и линии связи, что и фирменное приложение. Конечно, работу такой программы можно обнаружить, но возникает вопрос: с какой вероятностью?

Мы привыкли к тому, что вирус как-то должен себя проявлять. В этом и заключалась цель и способ самовыражения «технокрыс». Неважно, безопасный это был вирус или разрушительный, но как только он давал о себе знать, мы бежали за свежей версией антивирусной программы или вызывали консультанта, и борьба шла до победного конца. Ну, в крайнем случае, переформатировали винчестер. А специалисты по борьбе с вирусами пополняли свою коллекцию еще одним экземпляром.

А как обнаружить и победить вирус, который внешне никак себя не проявляет? Раньше создавать такие вирусы не имело смысла. Теперь, когда многие компьютеры имеют постоянное подключение к корпоративной или внешней сети (режим online), а другие подключаются периодически, такой вирус может заниматься воровством данных.

Современная антивирусная программа хранит сведения примерно о десяти тысячах вирусов. Каждый год появляется еще тысяча новых. Дело не в том, что существует много квалифицированных программистов, которым нравится писать вирусы. Это уже перестало быть модным. Число таких программ увеличивается, в основном, за счет клонов, то есть модификации уже существующих программных кодов. Для выполнения этой работы не обязательно обладать высокой программистской квалификацией. Кроме того, упростились способы распространения вирусов. Раньше вирус обязательно должен быть внедрен в некоторую полезную программу, а теперь, с развитием сетей и увеличением объемов дистрибутивов, это не обязательно. Вирус можно просто «подкинуть» как автономную программу, и ее будет очень трудно обнаружить среди многих тысяч файлов на винчестере. Поэтому можно с уверенностью сказать, что даже самая лучшая антивирусная программа никогда не сможет обеспечить абсолютной защиты. Это, скорее, средство профилактики и оперативного реагирования. Антивирусная программа может только понизить вероятность заражения компьютера вирусом.

Кроме того, такая программа – коммерческий продукт, и его создатели вынуждены следовать условиям рынка. Например, «достоинством» считается высокая скорость работы антивирусного средства. Но ведь вирусов становится все больше, а жесткие диски тоже растут в объеме, значит, повышение скорости происходит за счет ухудшения качества поиска? Действительно, многие антивирусные программы имеют несколько режимов поиска, обеспечивающих разное время обработки диска. И не всегда пользователь выбирает самый надежный режим. Поэтому если мы хотим надежно защитить наши компьютеры от взлома, надо поставить заслон вирусным технологиям.

Другой аспект проблемы - это человеческий фактор. Сравнительно недавно мне попалась книга Дениса Фэри (по прозвищу Knightmare – Кошмар) «Секреты суперхакера» (изд-во Невский проспект, 1997). Я прочел ее на одном дыхании, как самый увлекательный детектив. В книге нет ни листингов хакерских программ, ни даже команд операционной системы. Кошмарик делится опытом, как при помощи подручных средств (хитрости, ловкости, логики и т.д.) проникнуть в защищенную компьютерную систему. Разумеется, я не призываю заниматься хакерством, а тем более выходить через своего провайдера в Интернет и пытаться что-либо взламывать. Но для того чтобы обезопасить себя от атак хакеров, надо в первую очередь знать приемы, которыми пользуются эти ребята.

Для того чтобы не пересказывать содержание книги, давайте рассмотрим в качестве модели компьютерной системы безопасности обычный кодовый замок. Если исключить динамит и автоген, можно привести ряд вполне пригодных способов, чтобы открыть этот замок, не зная кода. Самое простое – подсмотреть, когда кто-нибудь откроет его, и запомнить кодовую комбинацию. Более трудоемкий способ – подобрать код методом перебора. Что вы говорите? Миллион комбинаций? Но при желании можно попробовать и миллион, было бы время. А ведь может и повезти. Кроме того, можно использовать побочные эффекты. Например, если замком часто пользуются, то некоторые кнопки на нем начинают сильнее блестеть. Можно также внедриться в число лиц, которые знают код. Можно попытаться использовать и какой-нибудь недостаток в конструкции замка. Можно много чего еще сделать. Примерно так работают и компьютерные взломщики. В первом приближении взлом системы компьютерной защиты заключается в подборе необходимого кода (пароля), но вряд ли кто-нибудь будет заниматься прямым перебором. В этом смысле компьютерный «замок» очень надежен. Но в том-то все и дело, что существуют обходные пути. Они возникают из-за того, что легальные пользователи должны получать доступ в систему. Система защиты могла бы быть абсолютно надежной, если бы никто не мог получить от нее доступ, но такая система никому не нужна. Поэтому самым слабым звеном в системе компьютерной защиты является, как вы уже, наверное, догадались, человек.

Что касается программных и аппаратных средств, то каждый элемент или свойство компьютерной системы влияет на ее надежность определенным образом. Например, многозадачность современной операционной системы понижает степень безопасности: среди многих одновременно работающих программ может спрятаться и хакерская поделка. Или наоборот, существование компакт дисков (CD-ROM) повышает надежность данных, так как эти диски нельзя перезаписать.

Теперь пора перечислить способы, которые позволяют (теоретически) выполнить атаку на компьютер на современном уровне. Самое главное для атакующего – каким либо образом забросить на ваш компьютер «шпионскую» программу и вынудить вас ее запустить. Такая программа, не будучи вирусом, скорее всего, будет использовать вирусную технологию. Но старые добрые файловые и бутовые вирусы теперь уже слишком неудобны для осуществления взлома. Гораздо эффективнее принцип «троянских коней». В идеале «шпионская» программа должна представлять собой полноценное замаскированное приложение для Windows.

Как ни странно, многие известные компании невольно закладывают основу для будущей компьютерно-шпионской лихорадки. Например, уважаемая фирма Netscape опубликовала в Интернете исходный код своего будущего броузера. Цель очевидна: дать возможность разработчикам всего мира усовершенствовать программу, а затем использовать самое лучшее. Надо надеяться, что фирмы проверяют исходные коды своих продуктов. Но какое поле деятельности для изготовителей троянских коней! Ведь они (изготовители) получили в свои руки код программы, которая в скором времени появится на рынке. Замаскировать в ней свою особую часть не составит труда. А откуда мы берем новые версии броузеров? Правильно, с нелецензированных дисков. Как вы собираетесь определить, от Netscape будет там программа или от какого-нибудь Кошмарика? И броузер Netscape – не исключение. Часто, например, опубликовываются исходные коды компьютерных игр.

Разумеется, самыми уязвимыми являются компьютеры, постоянно подключенные к Интернет или корпоративной сети. Если же вы только «выскакиваете» в Интернет на минутку, чтобы забрать почту, вряд ли вам стоит беспокоиться.

Для полноты картины остается добавить, что монитор любого компьютера является радиостанцией, излучающей в пространство сигнал, несущий информацию обо всем, что выводится на экран. Этот сигнал распространяется по металлическим элементам здания (трубам, проводке и т. д.), и может быть уловлен и раскодирован. Но эта проблема уже хорошо известна и не раз обсуждалась в печати.

Есть ли от всего этого абсолютные способы защиты? Как ни странно, есть. Перечислить их (к сожалению) не трудно. Защитить информацию от кражи можно только, если поместить ее на компьютер, который не имеет модема или сетевого адаптера. Видимо, в будущем вся вычислительная техника будет разделена на сетевую и автономную. Конечно, тут играет роль ценность самой информации. Иногда эта информация бывает настолько важна, что не жаль купить второй компьютер. А уж если купили, поставьте его подальше от труб парового отопления.

Защиту от действия несанкционированных программ может обеспечить база данных фирменных файлов , которая содержит информацию о файлах популярных дистрибутивов (имя, длину, дату создания, контрольную сумму), и программу для проверки винчестера. Идея очевидна, но для ее реализации необходимо выполнение двух условий. Во-первых, пользователи должны прекратить устанавливать на свои машины что попало, а, во-вторых, фирмы производители должны договориться и создать такую базу данных (ее придется часто обновлять и сделать доступной для широкого круга пользователей).

Очень важно иметь программу-монитор порта модема с элементами антивирусной защиты, но... опять-таки ее потенциал будет ограничиваться необходимостью дать возможность работать легальному пользователю.

К абсолютным можно причислить и механические (аппаратные) средства, но они почти не разрабатываются. На дискете есть механическая защита от записи, а на винчестере нет. Замок, запирающий клавиатуру или дисковод, - одно из надежнейших средств, но при условии, что ключи не валяются на вашем на рабочем столе.

Пока надежными средствами сохранения программ от вирусов являются компакт диски, но скоро их вытеснят диски с перезаписью информации (DVD или другие), и опять стойкость программ уменьшится.

Вот небольшой «тест» (правильные ответы на вопросы очевидны), который позволит вам проверить свою готовность к хакерским атакам:
- Меняете ли вы пароль доступа к Интернет (если вы подключены к Сети) так часто, как рекомендует провайдер?
- Всегда ли вы защищаете свои дискеты от записи, если на них скопированы программы?
- Готовы ли вы ждать хотя бы 10 минут в начале каждого дня, пока антивирусная программа проверит компьютер?
- Восстановили ли вы защиту от вирусов в SetUp вашего компьютера после инсталляции Windows 95/98 (с включенной защитой эта система не устанавливается)?
- Имеют ли посторонние возможность «покопаться» в вашем компьютере, когда вы ушли на обед (к начальству, в отпуск и т. д.)?
- Не висит ли листочек с вашими паролями на стене возле вашего рабочего стола?
- Если ваш компьютер подключен к корпоративной сети и монитор доступа сигнализирует, что кто-то обратился к вашему диску, всегда ли вы проверяете, кто это сделал и зачем?
- Всегда ли, когда ваш компьютер подключен в режиме online к корпоративной сети, такое соединение действительно необходимо?
- Вы получили послание по электронной почте с присоединенным exe-файлом. Запустите вы этот файл сразу, проверите его сначала антивирусной программой или сразу уничтожите?
- Кто-то из ваших собеседников в chat room предложил переписать полезную (на его взгляд) программу. Используете ли вы ее?
- Как часто вы используете пиратские копии программного обеспечения?
- Знаете ли вы о методах работы компьютерных взломщиков?

Мне бы очень не хотелось, чтобы эта статья была воспринята как призыв к шпиономании или отказу от компьютеров. Просто прогресс в использовании вычислительной техники столь стремителен, а сами компьютеры и программное обеспечение стали так сложны, что здравый смысл подсказывает: и средства защиты информации (то есть нашей с вами собственности) должны перейти на качественно иной уровень. Но пользователи пока, увы, защищаются подручными средствами: кто как может.

С.П.Расторгуев

Абсолютная система защиты. Попытка определения.

В статье сделана попытка определить абсолютную систему защиты, относительно которой могут быть оценены любые другие, в том числе и программные системы защиты АИС.

Прежде чем синтезировать абсолютную систему защиты попробуем кратко охарактеризовать основные способы защиты, реализуемые в живой природе. Результаты анализа известных в природе способов защиты схематично могут быть представлены в виде рис. 1.

Рис. 1. Способы защиты.

Способ 1.

Средства пассивной защиты полностью перекрывают все возможные каналы воздействия угроз извне. Это главное требование способа N 1. Обратная сторона данного способа защиты - накладные расходы на поддержание "брони". Так как "броня" является частью всей системы, то её крепость уже оказывает значительное влияние на вес системы и на ее жизнедеятельность.

Способ 2.

Второй способ предполагает отказ от крепкой "брони", отдавая предпочтение изменению расположения в пространстве и во времени.

Размножение (создание собственной копии) также относится ко второму способу защиты с ориентацией на временную координату, представляя собой своего рода передачу эстафетной палочки во времени.

Способ 3.

Девизом этого способа является утверждение, что лучшая защита - это нападение.

Способ 4.

В основе этого способа лежит возможность изменения самого себя. Это приемы типа; слиться с ландшафтом, стать похожим на лист дерева и т.п. Данный способ позволяет стать другим, неинтересным для нападающего объектом.

Важно и то, что, собственное изменение неизбежно отражается на окружающей среде, тем самым изменяя и ее. Можно не пользоваться способом N 3, если хватит ума изменить агрессора так, чтобы он превратился в раба или занялся самоуничтожением. Именно на этом пути в качестве главного оружия выступают инфекции, аналогом которых в кибернетическом пространстве являются, на мой взгляд, компьютерные вирусы. Подробнее данная тема рассмотрена в работе , где показана алгоритмическая общность биологических, социальных, психических и компьютерных инфекций.

Все перечисленные способы прошли тысячелетнюю опытную эксплуатацию и реально существуют в живой природе. Заяц поняв, что убежать от лисы ему не удалось (изменить месторасположение в пространстве относительно нападающего объекта) пытается уничтожить нападающего. Ящерица замирает в неподвижности сливаясь с ландшафтом (изменение самого себя) и т.п..

Все то же самое мы видим и в социальном мире. Бронежилеты и бункеры, выступающие в качестве брони, реализуют первый способ защиты. Быстрые ноги и мощные двигатели - второй. Огнестрельное оружие - третий. Наложение грима или изменение мировоззрения - четвертый.

Безусловно, в идеале, хотелось бы определить влияние каждого из способов на уровень защищенности или на качество функционирования защитного механизма. Понятно, что для каждого набора входных данных существует своя оптимальная стратегия защиты. Проблема в том, чтобы узнать - каким именно будет этот входной набор данных.

Поэтому, защищающемуся субъекту для того, чтобы уцелеть недостаточно владеть всеми четырьмя способами. Ему надо уметь грамотно сочетать все названные способы с теми входными событиями, которые на него обрушиваются или способны обрушиться. Таким образом, мы выходим на постановку задачи по организации защиты со следующими входными данными:

1) способы защиты,

2) методы прогнозирования;

3) механизм принятия решения, использующий результаты прогнозирования и имеющиеся способы защиты.

Определив для себя исходные данные можно дать определение абсолютной системе защиты.

Абсолютной системой защиты назовем систему, обладающую всеми возможными способами защиты и способную в любой момент своего существования спрогнозировать наступление угрожающего события за время, достаточное для приведения в действие адекватных способов защиты.

Вернемся к определению системы защиты и попробуем его формализовать, определив систему защиты в виде тройки

(Z,P,F)....................... (1)

где Z = (Z 1 .Z 2 .Z 3 .Z 4) - способы защиты, Р - прогнозный механизм. Результат работы механизма прогнозирования - представляющее опасность событие, которое должно произойти в момент времени t 1 (t 1 >t), и оценка вероятности, что оно произойдет, т.е.

Р = (Sob, t 1),

t - текущее время. F - функция от Z и Р, принимающая значение больше 0, если за время t 1 система способна применить адекватный угрозе имеющийся у нее способ защиты.

Тогда, если F(Z,P)>0 для любого t. система защиты (Z,P,F) является абсолютной системой защиты.

Абсолютная система защиты лежит на пересечении методов прогнозирования и способов защиты; чем хуже работает механизм прогнозирования, тем более развитыми должны быть способы защиты и наоборот.

Схематично алгоритм функционирования абсолютной системы защиты можно попытаться представить в виде рис. 2.

По алгоритму схемы рис. 2 защищается любая система: отдельно взятый человек, государство, мафиозная структура, банк и т.п.. При этом, безусловно, что полнота реализации блоков и наполненность баз данных для каждой системы свои.

Рис. 2. Алгоритм работы абсолютной системы защиты.

Спроецировать приведенную схему в практические системы защиты государства и/или человека не сложно, аналогии напрашиваются сами собой. В частности, для государства:

прогнозирование внешних событий - разведка:

прогнозирование внутренних событий - министерство внутренних дел;

способы защиты:

первый способ (броня) - граница (пограничные войска);

второй способ (изменение места) - исход народа на другую землю;

третий способ (уничтожение) - армия;

четвертый (внесение изменений) - пропаганда, диверсии, террор (МИД, СМО и т.п.);

блок принятия решений - правительство;

блок занесения информации в БД - аналитические службы.

Более интересно, так как никто этого еще не пробовал, попытаться перенести основные принципы построения абсолютной системы защиты в область защиты программного обеспечения и предложить функциональную структуру для программных систем защиты АИС.

В приложение к проектированию программных системы защиты АИС сказанное означает, что данная система должна состоять из следующих блоков:

1) контроля окружающей среды и самой системы защиты. При этом контроль должен быть направлен не на контролирование текущего состояния системы, типа просчета контрольных сумм и т.п. Контролироваться должны команды, выполнение которых предполагается в ближайшем будущем (контроль должен осуществляться в режиме эмуляции команд, на которые предполагается передать управление) ;

2) парольной защиты всей системы и отдельных ее элементов, криптографические способы защиты (способ 1), в том числе контроль целостности;

3) периодического изменения месторасположения элементов защитного механизма в АИС (способ 2). Предполагается, что основные исполняемые файлы, ответственные за реализацию механизма прогнозирования и всех способов защиты, должны самостоятельно мигрировать в вычислительной среде (менять диски, директории, компьютеры) и изменять свои имена;

4) уничтожения "незнакомых" программных объектов. Тем самым осуществляется восстановление заданной среды (способ 3 - "убить незнакомца"). Вырожденный вариант этого способа -всем хорошо известные механизмы принудительного восстановления целостности среды;

5) самомодификации исполняемого алгоритма и кода (подробнее см. ). В данном блоке реализуется периодическая смена алгоритма путем выбора алгоритма из множества равносильных алгоритмов (способ 4). Кроме того, данный способ предполагает использование программных закладок и вирусов для влияния на "недружественную" внешнюю среду. Распространяемые (может быть и умышленно) программные закладки и вирусы постепенно подготавливают вычислительную среду для новых программно-аппаратных платформ.

В качестве примера можно остановиться на программной закладке Микрософт в WINDOWS 3.1, подробно описанной Э.Шулманом в журнале д-ра Добба ("Исследуя AARD-код системы Windows", N 3-4, 1994), цель которой заключается в дискредитации программных продуктов конкурирующих фирм. При этом в "жучке" использованы все возможные средства его собственной защиты: XOR-кодирование, динамическая самомодификация, специальные приемы защиты от отладчиков. Надо признать, что появление данной закладки столь же неизбежно, как и появление биологических вирусов в живой природе. Было бы удивительно, если бы нечто подобное не возникло именно в тот момент, когда "сражение программных продуктов за свое место под процессором" в самом разгаре.

Определив таким образом структуру защитного механизма можно перейти к его количественной оценке согласно (1) и определению места конкретной системы защиты относительно абсолютной. На мой взгляд, предложенный подход, позволяет осуществлять какое-то сравнение систем защиты друг с другом через сопоставление их абсолютной защитной системе, являющейся в данном случае недостижимым идеалом. Но это уже другая тема.

Литература

1. С.П.Расторгуев. "Программные методы защиты информации в компьютерах и сетях". М.: Агентство "Яхтсмен". 1993 г.