Односторонние функции шифрования

Во многих базовых технологиях безопасности используется еще один прием шиф-ррвания — шифрование с помощью односторонней функции (one-way function), называемой также хэш-функцией (hash function), или дайджест-функцией (di­gest function).

Эта функция, примененная к шифруемым данным, дает в результате значение (дайджест), состоящее из фиксированного небольшого числа байт (рис. 11.5, а).

Дайджест передается вместе с исходным сообщением. Получатель сообщения, зная, какая односторонняя функция шифрования (ОФШ) была применена для получения дайджеста, заново вычисляет его, используя незашифрованную часть сообщения. Если значения полученного и вычисленного дайджестов совпадают, то значит, содержимое сообщения не было подвергнуто никаким изменениям. Знание дайджеста не дает возможности восстановить исходное сообщение, но зато позволяет проверить целостность данных.

Дайджест является своего рода контрольной суммой для исходного сообщения. Однако имеется и существенное отличие. Использование контрольной суммы является средством проверки целостности передаваемых сообщений по ненадеж­ным линиям связи. Это средство не направлено на борьбу со злоумышленника­ми, которым в такой ситуации ничто не мешает подменить сообщение, добавив к нему новое значение контрольной суммы. Получатель в таком случае не заметит никакой подмены.

В отличие от контрольной суммы при вычислении дайджеста требуются секрет­ные ключи. В случае если для получения дайджеста использовалась односторон­няя функция с параметром, который известен только отправителю и получате­лю, любая модификация исходного сообщения будет немедленно обнаружена.

На рис. 11.5, б показан другой вариант использования односторонней функции шифрования для обеспечения целостности данных. В данном случае односто­ронняя функция не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к со­общению, а к сообщению, дополненному секретным ключом. Получатель, извле­кая исходное сообщение, также дополняет его тем же известным ему секретным ключом, после чего 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, 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, авторизация, аудит

Аутентификация

Аутентификация (authentication) предотвращает доступ к сети нежелательных лиц и разрешает вход для легальных пользователей. Термин «аутентификация» в переводе с латинского означает «установление подлинности». Аутентифика­цию следует отличать от идентификации. Идентификаторы пользователей ис­пользуются в системе с теми же целями, что и идентификаторы любых других объектов, файлов, процессов, структур данных, но они не связаны непосредст­венно с обеспечением безопасности. Идентификация заключается в сообщении пользователем системе своего идентификатора, в то время как аутентифика­ция — это процедура доказательства пользователем того, что он есть тот, за кого себя выдает, в частности, доказательство того, что именноему принадлежит вве­денный им идентификатор.

В процедуре аутентификации участвуют две стороны: одна сторона доказывает свою аутентичность, предъявляя некоторые доказательства, а другая сторона — аутентификатор — проверяет эти доказательства и принимает решение. В каче­стве доказательства аутентичности используются самые разнообразные приемы:

□ аутентифицируемый 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 аутентифика-тора.

Сетевые службы аутентификации строятся на основе всех этих приемов, но ча­ще всего для доказательства идентичности пользователя используются 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, а во-вторых, возможность «подслушивания» пароля путем анализа сетевого трафика. Для снижения уров­ня угрозы от раскрытия паролей администраторы сети, как правило, применяют встроенные программные средства 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. Перехват паролей по сети можно предупредить путем их шифрования перед пе­редачей в сеть.

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 использование ресурсов только данного компьютера, и как пользователь сети, который хо­чет 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 обо всех пользователях сети. Многие приложения имеют свои средства определения, является ли пользова­тель законным. И тогда пользователю приходится проходить дополнительные эта­пы проверки.

В качестве объектов, требующих аутентификации, могут выступать не только поль­зователи, но и различные устройства, приложения, текстовая и другая информа­ция. Так, например, пользователь, обращающийся с запросом к корпоративному серверу, должен доказать ему свою легальность, но он также должен убедиться сам, что ведет диалог действительно с сервером своего предприятия. Другими словами, сервер и клиент должны пройти процедуру взаимной аутентификации. Здесь мы имеем дело с аутентификацией на уровне приложений. При установле­нии сеанса связи между двумя устройствами также часто предусматриваются про­цедуры взаимной аутентификации на более низком, канальном уровне. Приме­ром такой процедуры является аутентификация по протоколам РАР и CHAP, входящим в семейство протоколов РРР. Аутентификация данных означает дока­зательство целостности этих данных, а также того, что они поступили именно от того человека, который объявил об этом. Для этого используется механизм элек­тронной подписи.

В вычислительных сетях процедуры аутентификации часто реализуются теми же программными средствами, что и процедуры авторизации. В отличие от аутенти­фикации, которая распознает легальных и нелегальных пользователей, система ав­торизации имеет дело только с легальными пользователями, которые уже успешно прошли процедуру аутентификации. Цель подсистем авторизации состоит в том, чтобы предоставить каждому легальному пользователю именно те виды доступа и к тем ресурсам, которые были для него определены администратором системы.

Авторизация доступа

Средства авторизации (authorization) контролируют доступ легальных пользовате­лей к ресурсам системы, предоставляя каждому из них именно те права, которые ему были определены администратором. Кроме предоставления прав доступа поль­зователям к каталогам, файлам и принтерам система авторизации может 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.

Система авторизации наделяет пользователя сети правами выполнять определен­ные действия над определенными ресурсами. Для этого могут быть использова­ны различные формы предоставления правил доступа, которые часто делят на два класса:

□ избирательный доступ;

□ мандатный доступ.

Избирательные права доступа реализуются в операционных системах универ­сального назначения. В наиболее распространенном варианте такого подхода определенные операции над определенным ресурсом разрешаются или запреща­ются пользователям или группам пользователей, явно указанным своими иден­тификаторами. Например, пользователю, имеющему идентификатор User_T, может быть разрешено выполнять операции чтения и записи по отношению к файлу Filel. Модификацией этого способа является использование для идентификации пользователей их должностей, или факта их принадлежности к персоналу того или иного производственного' подразделения, или еще каких-либо других пози­ционирующих характеристик. Примером такого правила может служить следую­щее: файл бухгалтерской отчетности BUCH могут читать работники бухгалте­рии и руководитель предприятия.

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 используется в известном делении информации на информацию для служебного пользования, •«секретно», «совершенно секретно». При этом пользователи этой информации в зависимо­сти от определенного для них статуса получают различные 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, он в корне пресекает всякий волюнтаризм со стороны пользователя. Именно поэтому он часто используется в системах воен­ного назначения.

Процедуры авторизации реализуются программными средствами, которые могут быть встроены в операционную систему- или в приложение, а также могут по­ставляться в виде отдельных программных продуктов. При этом программные системы авторизации могут строиться на базе двух схем:

□ централизованная схема авторизации, базирующаяся на сервере;

□ децентрализованная схема, базирующаяся на рабочих станциях.

В первой схеме сервер управляет процессом предоставления ресурсов 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 ресурсам сети. Система Kerberos с ее сервером безопасности и архитекту­рой клиент-сервер является наиболее известной системой этого типа. Системы TACACS и RADIUS, часто применяемые совместно с системами удаленного доступа, также реализуют этот подход.

При втором подходе рабочая станция сама является защищенной — средства защиты работают на каждой машине, и сервер не требуется. Рассмотрим рабо­ту системы, в которой не предусмотрена процедура однократного логического входа. Теоретически доступ к каждому приложению должен контролироваться средствами безопасности самого приложения или же средствами, существующи­ми в той операционной среде, в которой оно работает. В корпоративной сети ад­министратору придется отслеживать работу механизмов безопасности, исполь­зуемых всеми типами приложений — электронной почтой, службой каталогов локальной сети, базами данных хостов и т. п. Когда администратору приходится добавлять или удалять пользователей, то часто требуется вручную конфигури­ровать доступ к каждой программе или системе.

В крупных сетях часто применяется комбинированный подход предоставления пользователю прав доступа к ресурсам сети: сервер удаленного доступа ограни­чивает доступ пользователя к подсетям или серверам корпоративной сети, то есть к укрупненным элементам сети, а каждый отдельный сервер сети сам по себе ограничивает доступ пользователя к своим внутренним ресурсам: разделяемым каталогам, принтерам или приложениям. Сервер удаленного доступа предостав­ляет доступ на основании имеющегося у него списка прав доступа пользователя (Access Control List, ACL), а каждый отдельный сервер сети предоставляет до­ступ к своим ресурсам на основании хранящегося у него списка прав доступа, например ACL файловой системы.

Подчеркнем, что системы аутентификации и авторизации совместно выполняют одну задачу, поэтому необходимо предъявлять одинаковый уровень требований к системам авторизации и аутентификации. Ненадежность одного звена здесь не может быть компенсирована высоким качеством другого звена. Если при аутен­тификации используются пароли, то требуются чрезвычайные меры по их защи­те. Однажды украденный пароль открывает двери ко всем приложениям и дан­ным, к которым пользователь с этим паролем имел легальный доступ.

Аудит

Аудит (auditing) — фиксация в системном журнале событий, связанных с досту­пом к защищаемым системным ресурсам.

Подсистема аудита современных ОС позволяет дифференцированно задавать перечень интересующих администра­тора событий с помощью удобного графического интерфейса. Средства учета и наблюдения обеспечивают возможность обнаружить и зафиксировать важные события, связанные с безопасностью, или любые попытки создать, получить до­ступ или удалить, системные ресурсы. Аудит используется для того, чтобы засе­кать даже неудачные попытки «взлома» системы.

Учет и наблюдение означает способность системы безопасности «шпионить» за выбранными объектами и их пользователями и выдавать сообщения тревоги, когда кто-нибудь пытается читать или модифицировать системный файл. Если кто-то пытается выполнить действия, определенные системой безопасности для отслеживания, то система аудита пишет сообщение в журнал регистрации, иден­тифицируй пользователя. Системный менеджер может создавать отчеты о без­опасности, которые содержат информацию из журнала регистрации. Для «сверх­безопасных» систем предусматриваются аудио- и видеосигналы тревоги, устанав­ливаемые на машинах администраторов, отвечающих за безопасность.

Поскольку никакая система безопасности не гарантирует защиту на уровне 100 %, то последним рубежом в борьбе с нарушениями оказывается система аудита.

Действительно, после того как злоумышленнику удалось провести успешную атаку, пострадавшей стороне не остается ничего другого, как обратиться к служ­бе аудита. Если при настройке службы аудита были правильно заданы события, которые требуется отслеживать, то подробный анализ записей в журнале может дать много полезной информации. Эта информация, возможно, позволит найти злоумышленника или по крайней мере предотвратить повторение подобных атак путем устранения уязвимых мест в системе защиты.