Завгородний В.И. Комплексная защита информации в компьютерных системах

Подождите немного. Документ загружается.

дается на блок контроля среды размещения. Блок осуществляет

сбор и сравнение характеристик среды размещения с контроль-

ными характеристиками.

Шаг 3. Если сравнение прошло успешно, то программа вы-

полняется, иначе - отказ в выполнении. Отказ в выполнении мо-

жет быть дополнен выполнением деструктивных действий в от-

ношении этой программы, приводящих к невозможности выпол-

нения этой программы, если такую самоликвидацию позволяет

выполнить ОС.

Привязка программ к среде размещения требует повторной их

инсталляции после проведения модернизации, изменения струк-

туры или ремонта КС с заменой устройств.

Для защиты от несанкционированного использования про-

грамм могут применяться и электронные ключи [51] . Электрон-

ный ключ «HASP» имеет размеры со спичечный коробок и под-

ключается к параллельному порту принтера. Принтер подключа-

ется к компьютеру через электронный ключ. На работу принтера

ключ не оказывает никакого влияния. Ключ распространяется с

защищаемой программой. Программа в начале и в ходе выполне-

ния считывает контрольную информацию из ключа. При отсутст-

вии ключа выполнение программы блокируется.

8.2.3. Защита программных средств от исследования

Изучение логики работы программы может выполняться в од-

ном из двух режимов: статическом и динамическом [60,61]. Сущ-

ность статического режима заключается в изучении исходного

текста программы. Для получения листингов исходного текста

выполняемый программный модуль дизассемблируют, то есть

получают из программы на машинном языке программу на языке

Ассемблер.

Динамический режим изучения алгоритма программы пред-

полагает выполнение трассировки программы. Под трассировкой

программы понимается выполнение программы на ЭВМ с исполь-

зованием специальных средств, позволяющих выполнять про-

грамму в пошаговом режиме, получать доступ к регистрам, облас-

тям памяти, производить остановку программы по определенным

адресам и т. д. В динамическом режиме изучение алгоритма рабо-

130

ты программы осуществляется либо в процессе трассировки, либо

по данным трассировки, которые записаны в запоминающем уст-

ройстве.

Средства противодействия дизассемблированию не могут за-

щитить программу от трассировки и наоборот: программы, защи-

щенные только от трассировки, могут быть дизассемблированы.

Поэтому для защиты программ от изучения необходимо иметь

средства противодействия как дизассемблированию, так и трасси-

ровке.

Существует несколько методов противодействия дизассемб-

лированию:

шифрование;

архивация:

использование самогенерирующих кодов;

«обман» дизассемблера.

Архивацию можно рассматривать как простейшее шифрование.

Причем архивация может быть объединена с шифрованием. Ком-

бинация таких методов позволяет получать надежно закрытые

компактные программы. Зашифрованную программу невозможно

дизассемблировать без расшифрования. Зашифрование (расшиф-

рование) программ может осуществляться аппаратными средст-

вами или отдельными программами. Такое шифрование использу-

ется перед передачей программы по каналам связи или при хране-

нии ее на ВЗУ. Дизассемблирование программ в этом случае воз-

можно только при получении доступа к расшифрованной про-

грамме, находящейся в ОП перед ее выполнением (если считает-

ся, что преодолеть криптографическую защиту невозможно).

Другой подход к защите от дизассемблирования связан с со-

вмещением процесса расшифрования с процессом выполнения

программ. Если расшифрование всей программы осуществляется

блоком, получающим управление первым, то такую программу

расшифровать довольно просто. Гораздо сложнее расшифровать и

дизассемблировать программу, которая поэтапно расшифровыва-

ет информацию, и этапы разнесены по ходу выполнения програм-

мы. Задача становится еще более сложной, если процесс расшиф-

рования разнесен по тексту программы.

Сущность метода, основанного на использовании самогенери-

руемых кодов, заключается в том, что исполняемые коды про-

131

граммы получаются самой программой в процессе ее выполнения.

Самогенерируемые коды получаются в результате определенных

действий над специально выбранным массивом данных. В качест-

ве исходных данных могут использоваться исполняемые коды са-

мой программы или специально подготовленный массив данных.

Данный метод показал свою высокую эффективность, но он сло-

жен в реализации.

Под «обманом» дизассемблера понимают такой стиль про-

граммирования, который вызывает нарушение правильной работы

стандартного дизассемблера за счет нестандартных приемов ис-

пользования отдельных команд, нарушения общепринятых со-

глашений. «Обман» дизассемблера осуществляется несколькими

способами:

нестандартная структура программы;

скрытые переходы, вызовы процедур, возвраты из них и из

прерываний;

переходы и вызовы подпрограмм по динамически изме-

няемым адресам; модификация исполняемых кодов.

Для дезориентации дизассемблера часто используются скры-

тые переходы, вызовы и возвраты за счет применения нестандарт-

ных возможностей команд.

Маскировка скрытых действий часто осуществляется с приме-

нением стеков.

Трассировка программ обычно осуществляется с помощью

программных продуктов, называемых отладчиками. Основное на-

значение их - выявление ошибок в программах. При анализе ал-

горитмов программ используются такие возможности отладчиков

как пошаговое (покомандное) выполнение программ, возмож-

ность останова в контрольной точке.

Покомандное выполнение осуществляется процессором при

установке пошагового режима работы. Контрольной точкой назы-

вают любое место в программе, на котором обычное выполнение

программы приостанавливается, и осуществляется переход в осо-

бый режим, например, в режим покомандного выполнения. Для

реализации механизма контрольной точки обычно используется

прерывание по соответствующей команде ЭВМ (для IBM-

совместных ПЭВМ такой командой является команда INT). В со-

132

временных процессорах можно использовать специальные реги-

стры для установки нескольких контрольных точек при выполне-

нии определенных операций: обращение к участку памяти, изме-

нение участка памяти, выборка по определенному адресу, обра-

щение к определенному порту ввода-вывода и т. д.

При наличии современных средств отладки программ полно-

стью исключить возможность изучения алгоритма программы не-

возможно, но существенно затруднить трассировку возможно.

Основной задачей противодействия трассировке является увели-

чение числа и сложности ручных операций, которые необходимо

выполнить программисту-аналитику.

Для противодействия трассировке программы в ее состав вво-

дятся следующие механизмы:

изменение среды функционирования;

модификация кодов программы;

«случайные» переходы.

Под изменением среды функционирования понимается запрет

или переопределение прерываний (если это возможно), изменение

режимов работы, состояния управляющих регистров, триггеров и

т. п. Такие изменения вынуждают аналитика отслеживать измене-

ния и вручную восстанавливать среду функционирования.

Изменяющиеся коды программ, например, в процедурах при-

водят к тому, что каждое выполнение процедуры выполняется по

различным ветвям алгоритма.

«Случайные» переходы выполняются за счет вычисления ад-

ресов переходов. Исходными данными для этого служат характе-

ристики среды функционирования, контрольные суммы процедур

(модифицируемых) и т. п. Включение таких механизмов в текст

программ существенно усложняет изучение алгоритмов программ

путем их трассировки.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение несанкционированного доступа к информа

ции.

2. Сравните два подхода к организации разграничения доступа.

3. Поясните принцип действия и концепцию создания системы

разграничения доступа.

133

4.Приведите примеры современных систем защиты ПЭВМ и их

возможности.

5.Поясните сущность защиты информации от копирования.

6.Какие методы применяются для защиты программных средств

от исследования?

ГЛАВА 9

Криптографические методы защиты информации

9.1. Классификация методов криптографического

преобразования информации

Под криптографической защитой информации понимается

такое преобразование исходной информации, в результате кото-

рого она становится недоступной для ознакомления и использо-

вания лицами, не имеющими на это полномочий.

Известны различные подходы к классификации методов крип-

тографического преобразования информации. По виду воздейст-

вия на исходную информацию методы криптографического пре-

образования информации могут быть разделены на четыре группы

(рис. 14).

Рис. 14. Классификация методов криптографического

преобразования информации

Процесс шифрования заключается в проведении обратимых

математических, логических, комбинаторных и других преобразо-

ваний исходной информации, в результате которых зашифрован-

134

ная информация представляет собой хаотический набор букв,

цифр, других символов и двоичных кодов.

Для шифрования информации используются алгоритм преоб-

разования и ключ. Как правило, алгоритм для определенного ме-

тода шифрования является неизменным. Исходными данными для

алгоритма шифрования служат информация, подлежащая зашиф-

рованию, и ключ шифрования. Ключ содержит управляющую ин-

формацию, которая определяет выбор преобразования на опреде-

ленных шагах алгоритма и величины операндов, используемые

при реализации алгоритма шифрования.

В отличие от других методов криптографического преобразо-

вания информации, методы стеганографии [2] позволяют скрыть

не только смысл хранящейся или передаваемой информации, но и

сам факт хранения или передачи закрытой информации. В ком-

пьютерных системах практическое использование стеганографии

только начинается, но проведенные исследования показывают ее

перспективность. В основе всех методов стеганографии лежит

маскирование закрытой информации среди открытых файлов. Об-

работка мультимедийных файлов в КС открыла практически не-

ограниченные возможности перед стеганографией.

Существует несколько методов скрытой передачи информа-

ции. Одним из них является простой метод скрытия файлов при

работе в операционной системе MS DOS. За текстовым открытым

файлом записывается скрытый двоичный файл, объем которого

много меньше текстового файла. В конце текстового файла поме-

щается метка EOF (комбинация клавиш Control и Z). При обраще-

нии к этому текстовому файлу стандартными средствами ОС счи-

тывание прекращается по достижению метки EOF и скрытый

файл остается недоступен. Для двоичных файлов никаких меток в

конце файла не предусмотрено. Конец такого файла определяется

при обработке атрибутов, в которых хранится длина файла в бай-

тах. Доступ к скрытому файлу может быть получен, если файл

открыть как двоичный. Скрытый файл может быть зашифрован.

Если кто-то случайно обнаружит скрытый файл, то зашифрован-

ная информация будет воспринята как сбой в работе системы.

Графическая и звуковая информация представляются в число-

вом виде. Так в графических объектах наименьший элемент изо-

бражения может кодироваться одним байтом. В младшие разряды

135

определенных байтов изображения в соответствии с алгоритмом

криптографического преобразования помещаются биты скрытого

файла. Если правильно подобрать алгоритм преобразования и

изображение, на фоне которого помещается скрытый файл, то че-

ловеческому глазу практически невозможно отличить полученное

изображение от исходного. Очень сложно выявить скрытую ин-

формацию и с помощью специальных программ. Наилучшим об-

разом для внедрения скрытой информации подходят изображения

местности: фотоснимки со спутников, самолетов и т. п. С помо-

щью средств стеганографии могут маскироваться текст, изобра-

жение, речь, цифровая подпись, зашифрованное сообщение. Ком-

плексное использование стеганографии и шифрования много-

кратно повышает сложность решения задачи обнаружения и рас-

крытия конфиденциальной информации.

Содержанием процесса кодирования информации является

замена смысловых конструкций исходной информации (слов,

предложений) кодами. В качестве кодов могут использоваться

сочетания букв, цифр, букв и цифр. При кодировании и обратном

преобразовании используются специальные таблицы или словари.

Кодирование информации целесообразно применять в системах с

ограниченным набором смысловых конструкций. Такой вид крип-

тографического преобразования применим, например, в команд-

ных линиях АСУ. Недостатками кодирования конфиденциальной

информации является необходимость хранения и распространения

кодировочных таблиц, которые необходимо часто менять, чтобы

избежать раскрытия кодов статистическими методами обработки

перехваченных сообщений.

Сжатие информации может быть отнесено к методам крипто-

графического преобразования информации с определенными ого-

ворками. Целью сжатия является сокращение объема информа-

ции. В то же время сжатая информация не может быть прочитана

или использована без обратного преобразования. Учитывая дос-

тупность средств сжатия и обратного преобразования, эти методы

нельзя рассматривать как надежные средства криптографического

преобразования информации. Даже если держать в секрете алго-

ритмы, то они могут быть сравнительно легко раскрыты статисти-

ческими методами обработки. Поэтому сжатые файлы конфиден-

циальной информации подвергаются последующему шифрова-

136

нию. Для сокращения времени целесообразно совмещать процесс

сжатия и шифрования информации.

9.2. Шифрование. Основные понятия

Основным видом криптографического преобразования ин-

формации в КС является шифрование. Под шифрованием пони-

мается процесс преобразования открытой информации в зашиф-

рованную информацию (шифртекст) или процесс обратного пре-

образования зашифрованной информации в открытую. Процесс

преобразования открытой информации в закрытую получил на-

звание зашифрование, а процесс преобразования закрытой ин-

формации в открытую - расшифрование.

За многовековую историю использования шифрования ин-

формации человечеством изобретено множество методов шифро-

вания или шифров. Методом шифрования (шифром) называется

совокупность обратимых преобразований открытой информации в

закрытую информацию в соответствии с алгоритмом шифрова-

ния. Большинство методов шифрования не выдержали проверку

временем, а некоторые используются и до сих пор. Появление

ЭВМ и КС инициировало процесс разработки новых шифров,

учитывающих возможности использования ЭВМ как для зашиф-

рования/расшифрования информации, так и для атак на шифр.

Атака на шифр (криптоанализ) - это процесс расшифрования

закрытой информации без знания ключа и, возможно, при отсут-

ствии сведений об алгоритме шифрования.

Современные методы шифрования должны отвечать следую-

щим требованиям:

стойкость шифра противостоять криптоанализу (крипто-

стойкость) должна быть такой, чтобы вскрытие его могло быть

осуществлено только путем решения задачи полного перебора

ключей;

криптостойкость обеспечивается не секретностью алго-

ритма шифрования, а секретностью ключа;

шифртекст не должен существенно превосходить по объ-

ему исходную информацию;

ошибки, возникающие при шифровании, не должны при-

водить к искажениям и потерям информации;

137

время шифрования не должно быть большим; стоимость

шифрования должна быть согласована со стоимостью

закрываемой информации.

Криптостойкость шифра является его основным показателем

эффективности. Она измеряется временем или стоимостью

средств, необходимых криптоаналитику для получения исходной

информации по шифртексту, при условии, что ему неизвестен

ключ.

Сохранить в секрете широко используемый алгоритм шифро-

вания практически невозможно. Поэтому алгоритм не должен

иметь скрытых слабых мест, которыми могли бы воспользоваться

криптоаналитики. Если это условие выполняется, то криптостой-

кость шифра определяется длиной ключа, так как единственный

путь вскрытия зашифрованной информации - перебор комбинаций

ключа и выполнение алгоритма расшифрования. Таким образом,

время и средства, затрачиваемые на криптоанализ, зависят от

длины ключа и сложности алгоритма шифрования.

В качестве примера удачного метода шифрования можно при-

вести шифр DES (Data Encryption Standard), применяемый в США

с 1978 года в качестве государственного стандарта. Алгоритм

шифрования не является секретным и был опубликован в откры-

той печати. За все время использования этого шифра не было об-

нароловано ни одного случая обнаружения слабых мест в алго-

ритме шифрования.

В конце 70-х годов использование ключа длиной в 56 бит га-

рантировало, что для раскрытия шифра потребуется несколько

лет непрерывной работы самых мощных по тем временам компь-

ютеров. Прогресс в области вычислительной техники позволил

значительно сократить время определения ключа путем полного

перебора. Согласно заявлению специалистов Агентства нацио-

нальной безопасности США 56-битный ключ для DES может быть

найден менее чем за 453 дня с использованием суперЭВМ Cray

T3D, которая имеет 1024 узла и стоит 30 млн. долл. Используя чип

FPGA (Field Progammably Gate Array - программируемая

вентильная матрица) стоимостью 400 долл., можно восстановить

40-битный ключ DES за 5 часов. Потратив 10000 долл. за 25 чипов

FPGA, 40-битный ключ можно найти в среднем за 12 мин. Для

вскрытия 56-битного ключа DES при опоре на серийную техноло-

138

гию и затратах в 300000 долл. требуется в среднем 19 дней, а если

разработать специальный чип, то - 3 часа. При затратах в 300 млн.

долл. 56-битные ключи могут быть найдены за 12 сек. Расчеты

показывают, что в настоящее время для надежного закрытия ин-

формации длина ключа должна быть не менее 90 бит.

Все методы шифрования могут быть классифицированы по

различным признакам. Один из вариантов классификации приве-

ден на рис. 15 [8].

9.3. Методы шифрования с симметричным ключом

9.3.1. Методы замены

Сущность методов замены (подстановки) заключается в замене

символов исходной информации, записанных в одном алфавите,

символами из другого алфавита по определенному правилу [56].

Самым простым является метод прямой замены. Символам So;

исходного алфавита Ао, с помощью которых записывается ис-

ходная информация, однозначно ставятся в соответствие символы

Su шифрующего алфавита Аь В простейшем случае оба алфавита

могут состоять из одного и того же набора символов. Например,

оба алфавита могут содержать буквы русского алфавита.

Задание соответствия между символами обоих алфавитов

осуществляется с помощью преобразования числовых эквивален-

тов символов исходного текста То, длиной - К символов, по опре-

деленному алгоритму.

Алгоритм моноалфавитной замены может быть представлен в

виде последовательности шагов.

Шаг 1. Формирование числового кортежа Lot, путем замены

каждого символа s

е Т

(i=l,K), представленного в исходном ал-

фавите Ао размера [lxR], на число hoi(soi), соответствующее по-

рядковому номеру символа soi в алфавите Ао.

Шаг 2. Формирование числового кортежа Li

путем замены

каждого числа кортежа Lo

на соответствующее число hn кортежа

, вычисляемое по формуле:

= (k,xhoi(soi)+k

)(mod R),

где ki - десятичный коэффициент; k

- коэффициент сдвига. Вы-

бранные коэффициенты ki, k

должны обеспечивать однозначное

139