Анализ технологий криптографической защиты

Анализ угроз.

Информация, обрабатываемая в корпоративных сетях, особенно уязвима. Существенному повышению возможности несанкционированного использования или модификации данных, введению в оборот ложной информации способствуют:

· увеличение объемов обрабатываемой, передаваемой и хранимой в компьютерах информации;

· сосредоточение в базах данных информации различного уровня важности и конфиденциальности;

· расширение доступа круга пользователей к информации, хранящейся в базах данных, и к ресурсам вычислительной сети;

· увеличение числа удаленных рабочих мест;

· широкое использование для связи пользователей глобальной сети Internet и различных каналов связи;

· автоматизация обмена информацией между компьютерами пользователей.

На всех стадиях жизненного цикла информационной системы, возможны реализации большого числа угроз различных классов.

Под угрозой обычно понимают потенциально возможное событие, действие (воздействие), процесс или явление, которое может привести к нанесению ущерба чьим-либо интересам.

Угрозой информационной безопасности автоматизированной информационной системе (АИС) назовем возможность воздействия на информацию, обрабатываемую в системе, приводящего к искажению, уничтожению, копированию, блокированию доступа к информации, а также возможность воздействия на компоненты информационной системы, приводящего к утрате, уничтожению или сбою функционирования носителя информации или средства управления программно-аппаратным комплексом системы.

Угрозы конфиденциальности (неправомерный доступ к информации). Угроза нарушения конфиденциальности заключается в том, что информация становится известной тому, кто не располагает полномочиями доступа к ней. Она имеет место, когда получен доступ к некоторой информации ограниченного доступа, хранящейся в вычислительной системе или передаваемой от одной системы к другой. В связи с угрозой нарушения конфиденциальности, используется термин «утечка». Подобные угрозы могут возникать вследствие «человеческого фактора» (например, случайное делегировании тому или иному пользователю привилегий другого пользователя), сбоев работе программных и аппаратных средств. К информации ограниченного доступа относится государственная тайна и конфиденциальная информация (коммерческая тайна, персональные данные, профессиональные виды тайна: врачебная, адвокатская, банковская, служебная, нотариальная, тайна страхования, следствия и судопроизводства, переписки, телефонных переговоров, почтовых отправлений, телеграфных или иных сообщений (тайна связи), сведения о сущности изобретения, полезной модели или промышленного образца до официальной публикации (ноу-хау) и др.).

Угрозы целостности (неправомерное изменение данных). Угрозы нарушения целостности ‑ это угрозы, связанные с вероятностью модификации той или иной информации, хранящейся в информационной системе. Нарушение целостности может быть вызвано различными факторами ‑ от умышленных действий персонала до выхода из строя оборудования.

Угрозы доступности (осуществление действий, делающих невозможным или затрудняющих доступ к ресурсам информационной системы). Нарушение доступности представляет собой создание таких условий, при которых доступ к услуге или информации будет либо заблокирован, либо возможен за время, которое не обеспечит выполнение тех или иных бизнес-целей.

Первый шаг в анализе угроз — их идентификация. Рассматриваемые виды угроз следует выбирать исходя из соображений здравого смысла (исключив, например, землетрясения, однако не забывая о возможности захвата организации террористами), но в пределах выбранных видов провести максимально подробный анализ.

Отметим, что необходимо не только провести работу по выявлению и анализу самих угроз, но и изучить и описать источники возникновения выявленных угроз. Такой подход поможет в выборе комплекса средств защиты. Например, нелегальный вход в систему может стать следствием воспроизведения начального диалога, подбора пароля или подключения к сети неавторизованного оборудования. Очевидно, для противодействия каждому из перечисленных способов нелегального входа нужны свои механизмы безопасности.

Источники угроз информации баз данных

Разработка системы информационной безопасности должна базироваться на определенном перечне потенциальных угроз безопасности и установлении возможных источников их возникновения. Проектирование конкретной системы безопасности для любого объекта, в том числе и для систем баз данных, предполагает выявление и научную классификацию перечня источников угроз безопасности.

Сформулируем перечень внешних и внутренних угроз информационной безопасности баз данных.

Внешними дестабилизирующими факторами, создающими угрозы безопасности функционированию систем баз данных и СУБД, являются:

— умышленные, деструктивные действия лиц с целью искажения, уничтожения или хищения программ, данных и документов системы, причиной которых являются нарушения информационной безопасности защищаемого объекта;

— искажения в каналах передачи информации, поступающей от внешних источников, циркулирующих в системе и передаваемой потребителям, а также недопустимые значения и изменения характеристик потоков информации из внешней среды и внутри системы;

— сбои и отказы в аппаратуре вычислительных средств;

— вирусы и иные деструктивные программные элементы, распространяемые с использованием систем телекоммуникаций, обеспечивающих связь с внешней средой или внутренние коммуникации распределенной системы баз данных;

— изменения состава и конфигурации комплекса взаимодействующей аппаратуры системы за пределы, проверенные при тестировании или сертификации системы.

Внутренними источниками угроз безопасности баз данных и СУБД являются:

— системные ошибки при постановке целей и задач проектирования автоматизированных информационных систем и их компонент, допущенные при формулировке требований к функциям и характеристикам средств обеспечения безопасности системы;

— ошибки при определении условий и параметров функционирования внешней среды, в которой предстоит использовать информационную систему и, в частности, программно-аппаратные средства защиты данных;

— ошибки проектирования при разработке и реализации алгоритмов обеспечения безопасности аппаратуры, программных средств и баз данных;

— ошибки и несанкционированные действия пользователей, административного и обслуживающего персонала в процессе эксплуатации системы;

— недостаточная эффективность используемых методов и средств обеспечения информационной безопасности в штатных или особых условиях эксплуатации системы.

Полное устранение всех потенциальных угроз информационной безопасности баз данных принципиально невозможно. Реальная задача состоит в снижении вероятности реализации потенциальных угроз до приемлемого для конкретной системы уровня. Приемлемость соответствующего уровня угроз может определяться областью применения, выделенным бюджетом или положениями действующего законодательства. Как правило, не удается построить дерево угроз со строгой иерархией. Поэтому совокупный риск является достаточно сложной функцией уязвимости компонентов системы. Различные негативные воздействия также достаточно сложным образом влияют на основные характеристики качества и безопасности систем баз данных.

Основным руководящим принципом создания систем защиты является принцип равнопрочности. Следует распределять доступные ресурсы, обеспечивающие информационную безопасность системы, таким образом, чтобы минимизировать некоторый обобщенный показатель риска при любых негативных внешних и внутренних воздействиях на систему. Наличие в системе угроз, для защиты от которых в системе не предусмотрено каких-либо мер противодействия, приводит к тому, что все усилия, затраченные на возведение эффективных барьеров для иных способов деструктивного воздействия на систему, к ожидаемому результату не приведут. Отсюда следует важный практический вывод: учет угроз должен быть всесторонний и для каждой из возможных угроз должен быть реализован соответствующий угрозе метод защиты.

Классификация угроз информационной безопасности баз данных.

Для того чтобы обеспечить определенный уровень безопасности информационных систем, необходимо понять природу возникающих угроз, основные методы, обеспечивающие снижение уровня уязвимости системы или технологии, и стоимость соответствующих решений, соотнесенную с уровнем безопасности, который обеспечивается решением.

Недостаточный уровень осознания лицами, принимающими решения, природы угроз и назначения и характеристик методов обеспечения безопасности приводит к широкому распространению различных заблуждений.

Реализация всестороннего анализа угроз информационной безопасности любого объекта, в том числе и систем баз данных, требует проведения классификации. Научная классификация опирается на анализ предшествующего опыта, объединяет близкие по содержанию случаи в выделенные разделы классификатора. Независимо от принятого подхода к определению безопасности классификация угроз и их источников представляет самостоятельный интерес. Наличие различных классификаций позволяет исследователю не пропустить существенную для конкретной системы угрозу из богатого списка угроз информационной безопасности баз данных.

Проблема обеспечения информационной безопасности баз данных является многогранной. Сами базы данных — это модель реального мира, который бесконечно многообразен. Проектирование и сопровождение систем баз данных требуют современных программно-аппаратных средств обработки данных и достаточно сложных схем и структур организационного управления. Поэтому можно выбрать много оснований для классификации угроз информационной безопасности баз данных. Учитывая высокий темп изменений в компьютерной и телекоммуникационной индустрии, следует ясно понимать, что вряд ли представленная классификация является исчерпывающей.

Анализ современной научной литературы позволил выделить следующие варианты классификации возможных угроз нарушения информационной безопасности баз данных.

Классификация по цели реализации угрозы:

- Нарушение конфиденциальности информации, т. е. использование информации, хранящейся в системе, лицами или процессами, которые не были определены владельцами информации.

- Нарушение целостности информации, т. е. модификация или уничтожение информации для ее обесценивания путем утраты соответствия с состоянием моделируемых сущностей реального мира.

- Полное или частичное нарушение работоспособности системы за счет вывода из строя или некорректного изменения режимов работы компонентов системы, включая их модификацию или подмену.

Классификация по природе возникновения угрозы:

- Естественные угрозы — угрозы, вызванные воздействием на систему баз данных и ее компоненты объективных физических процессов или стихийно развивающихся природных явлений.

- Искусственные угрозы — угрозы информационной безопасности систем баз данных, связанных с деятельностью человека.

Классификация по локализации источника угрозы представляется следующим образом:

1. Угрозы, непосредственным источником которых является человек:

— разглашение, передача или утрата атрибутов разграничения доступа (паролей, ключей шифрования, электронных замков и т. п.) легальными пользователями системы;

— подкуп или шантаж обслуживающего персонала или пользователей, имеющих необходимые полномочия, с целью получения их параметров для процедур аутентификации;

— копирование конфиденциальных данных легальным пользователем системы с целью неправомерного использования (продажа, шантаж и т. п.);

— взлом системы защиты с целью выполнения деструктивных действий лицом, не являющимся законным пользователем системы;

— внедрение агентов фирм-конкурентов или преступных организаций в обслуживающий персонал атакуемой информационной системы (в том числе в административную группу, в группу обеспечения информационной безопасности).

2. Угрозы, непосредственным источником которых являются штатные программно-аппаратные средства информационной системы:

— неквалифицированное использование или ошибочный ввод параметров программ, способных привести к полной или частичной потере работоспособности системы (аварийное завершение системных процессов, нецелевое расходование вычислительных ресурсов и т. п.);

— неквалифицированное использование или ошибочный ввод параметров программ, способных привести к необратимым изменениям в системе (инициализация баз данных, форматирование или реструктуризацию носителей информации, удаление данных и т. п.);

— отказы и сбои в работе операционной системы, СУБД и прикладных программ.

3. Угрозы, непосредственным источником которых являются несанкционированно используемые программно-аппаратные средства:

— нелегальное внедрение и использование программ, не являющихся необходимыми для выполнения нарушителем своих служебных обязанностей;

— нелегальное внедрение (из-за халатности легального пользователя) и использование троянских программ, предназначенных для исследования параметров автоматизированной информационной системы, сбора данных, зомбирования компьютера с последующим нецелевым расходованием ресурсов и т. п.;

— заражение компьютера вирусами с деструктивными функциями;

— работа генераторов шума и подобных источников электромагнитного излучения.

4. Угрозы, непосредственным источником которых является среда обитания:

— внезапное и длительное отключение систем электропитания;

— техногенные и природные катастрофы;

— всплески природных электромагнитных излучений.

Классификация по расположению источника угроз.

1. Угрозы, источник которых расположен вне контролируемой зоны места расположения автоматизированной информационной системы:

— нарушение нормальной работы или разрушение систем жизнеобеспечения зданий, в которых расположены технические средства и обслуживающий персонал системы;

— блокирование физического доступа на объект размещения автоматизированной системы обслуживающего персонала или пользователей;

— нарушение нормальной работы или разрушение внешних каналов связи (проводные линии, радиоканалы, оптоволокно).

2. Угрозы, источник которых расположен в пределах контролируемой зоны расположения автоматизированной информационной системы, исключая места расположения клиентских терминалов и серверных помещений:

— нарушение нормальной работы или разрушение систем электропитания и водоснабжения помещений, в которых расположены технические средства, обеспечивающие работу автоматизированной системы;

— физическое разрушение линий связи или аппаратуры, обеспечивающей работу информационной системы;

— считывание конфиденциальной информации из аппаратных средств телекоммуникационной или вычислительной техники с использованием перехвата электромагнитных излучений;

— выведения из рабочего состояния обслуживающего персонала (организация саботажа, применение отравляющих веществ, психотропных средств и т. п.).

3. Угрозы, источник которых имеет доступ к терминальным устройствам автоматизированной информационной системы:

— получение параметров входа в систему и аутентифицирующей информации с использованием видеонаблюдения, клавиатурных закладок и технологий подбора паролей;

— получение параметров входа в систему и аутентифицирующей информации с использованием мошеннических приемов, насилия или угрозы насилия;

— получение возможности несанкционированного входа в систему в период, когда легальный пользователь покинул рабочее место, не завершив сеанс взаимодействия с системой;

— получение конфиденциальной информации из распечаток результатов выполнения запросов и иных выводимых системой данных.

4. Угрозы, источник которых имеет доступ к помещениям, где расположены серверы автоматизированной информационной системы:

— физическое разрушение элементов серверов и коммутационной аппаратуры;

— выключение электропитания серверов и коммутационной аппаратуры;

— остановка серверных и иных критически важных для функционирования автоматизированной системы процессов;

— уничтожение или модификация критически важных для функционирования автоматизированной системы файлов операционной системы;

— нарушение штатной работы базовой операционной системы, например, за счет запуска процессов, активно расходующих ресурсы системы, критически важных для функционирования операционной системы файлов и т. п.;

— рассылка сообщений, дезорганизующих работу пользователей и обслуживающего персонала системы.

Классификация по способу воздействия на методы и средства хранения данных информационной системы.

1. Угрозы нарушения информационной безопасности данных, хранимых на внешних запоминающих устройствах:

— нарушение конфиденциальности, уничтожение или модификация данных, сохраненных средствами создания резервных копий на магнитных носителях, путем незаконного восстановления баз данных с последующей заменой реальной копии или без таковой;

— нарушение конфиденциальности, уничтожение или модификация данных, созданных штатными средствами ведения журнала изменений баз данных;

— дискредитация криптографических систем защиты информации путем создания копии носителей ключевой информации;

— создание несанкционированных копий файлов операционной системы, содержащих информацию баз данных для проведения последующего анализа с целью доступа к конфиденциальной информации.

2. Угрозы нарушения информационной безопасности данных, хранимых в оперативной памяти серверов и клиентских компьютеров:

— изменение информации в оперативной памяти, используемой СУБД для кэширования данных, организации хранения промежуточных результатов выполнения запросов, констант и переменных процессов обработки данных;

— изменение информации в оперативной памяти, используемой операционной системой для кэширования данных, организации многопользовательского режима работы, констант и переменных процессов обработки данных;

— изменение информации в оперативной памяти, используемой прикладными программами в процессе организации и выполнения сессии взаимодействия с сервером баз данных и прослушивающим процессом.

3. Угрозы нарушения информационной безопасности данных, отображаемой на терминале пользователя или принтере:

— организация имитации процесса установления взаимодействия с сервером (ложной сессии) с целью получения идентификаторов и аутентифицирующей информации пользователей;

— изменение элементов данных, выводимых на терминал пользователя за счет перехвата потока вывода;

— изменение элементов данных, выводимых на принтер за счет перехвата потока вывода.

Классификация по характеру воздействия на информационную систему (целесообразно выделить два варианта):

— активное воздействие, т. е. выполнение пользователем системы баз данных каких-либо действий, выходящих за рамки его обязанностей, предусматривающих взаимодействие с системой, или действия внешнего по отношению к ИС пользователя или процесса, нацеленные на достижение одной или нескольких перечисленных выше целей;

— пассивное воздействие, т. е. наблюдение пользователем значений каких-либо параметров СУБД или системы баз данных, а также различных побочных эффектов и косвенных признаков с целью получения конфиденциальной информации на основе анализа собранных данных.

Проблема обеспечения безопасности баз данных является комплексной. Поэтому в качестве математической модели первого приближения уровень обеспечения информационной безопасности некоторой информационной системы может рассматриваться как многомерный вектор, включающий характеристики нескольких независимых измерений:

— физического;

— технологического;

— логического (процедурного);

— человеческого.

Характеристика физического измерения показывает, насколько эффективно обеспечена физическая защита элементов, образующих техническую основу информационной среды электронного бизнеса. Компьютеры, маршрутизаторы, линии связи должны быть физически недоступны для потенциальных носителей деструктивных воздействий. Экраны мониторов, электромагнитные излучения аппаратуры не должны быть источником конфиденциальной информации.

Характеристика технологического измерения показывает, насколько эффективно обеспечена программно-аппаратная реализация процедур, обеспечивающих требуемый уровень безопасности: аутентификация пользователей, разграничение доступа, обеспечение целостности информационной инфраструктуры и т. п. Н значительной степени средствам и методам, характерным для данного измерения безопасности баз данных, посвящен материал данного учебного пособия.

Характеристика логического (процедурного) измерения показывает, насколько адекватны логические основы заложенных в систему механизмов безопасности. Если неправильно определены блоки критически важной информации, то она становится уязвимой не из-за недостатков программно-аппаратного комплекса, а из-за ошибок проектирования системы.

Характеристика человеческого измерения показывает, насколько адекватно поведение людей, отвечающих за безопасность системы. Методики измерения этой характеристики должны быть выбраны из арсенала гуманитарных наук. В любой автоматизированной информационной системе есть люди, обладающие критически важной информацией и отвечающие за безопасность системы. Различные мотивы (алчность, неудовлетворенность чем-либо, тщеславие и т. п.) могут привести к добровольной передаче этой информации злоумышленнику либо к непринятию необходимых мер для эффективного противодействия деструктивному воздействию на систему.

Представленные четыре измерения в некотором смысле ортогональны друг другу. Меры, улучшающие характеристики некоторого измерения, не всегда приводят к повышению безопасности системы в целом. Характеристики различных измерений должны быть сбалансированы.

Угрозы, специфичные для систем управления базами данных

Существует несколько оснований для классификации угроз, специфичных для систем управления базами данных. Будем использовать упрощенную классификацию угроз по следующим основаниям: угрозы конфиденциальности информации, угрозы целостности информации и угрозы доступности.

Угрозы конфиденциальности информации.

К угрозам такого типа можно отнести:

1. Инъекция SQL. Во многих приложениях используется динамический SQL— формирование SQL-предложений кодом программы путем конкатенации строк и значений параметров. Зная структуру базы данных, злоумышленник может либо выполнить хранимую программу в запросе, либо закомментировать «легальные» фрагменты SQL-кода, внедрив, например, конструкцию UNION, запрос которой возвращает конфиденциальные данные. II последнее время даже появились специальные программы, автоматизирующие процесс реализации подобных угроз.

2. Логический вывод на основе функциональных зависимостей.

В базах данных при наличии сведений о функциональных зависимостях злоумышленник может вывести конфиденциальную информацию при наличии доступа только к части отношений, составляющих декомпозированное отношение.

3. Логический вывод на основе ограничений целостности.

Для кортежей отношений в реляционной модели данных (РМД) можно задать ограничения целостности — логические условия, которым должны удовлетворять атрибуты кортежей.

4. Использование оператора UPDATE для получения конфиденциальной информации. В некоторых стандартах SQL пользователь, не обладая привилегией на выполнение оператора SELECT, мог выполнить оператор UPDATE со сколь угодно сложным логическим условием. Так как после выполнения оператора UPDATE сообщается, сколько строк он обработал, фактически пользователь мог узнать, существуют ли данные, удовлетворяющие этому условию.

Рассмотрим угрозы целостности информации, специфические для систем управления базами данных. Модификация данных в реляционных СУБД возможна с помощью SQL-операторов UPDATE, INSERT и DELETE. Потенциальная опасность возникает из-за того, что пользователь, обладающий соответствующими привилегиями, может модифицировать все записи в таблице. Ограничить множество записей, доступных для модификации, можно с помощью создания представлений с оператором CHECK, но этот (равно как и любой другой) требует предварительного осмысливания существа задачи и соответствующего проектирования схемы.

Специфичными для систем управления базами данных угрозами доступности являются:

1. Использование свойств первичных и внешних ключей. В первую очередь сюда относится свойство уникальности пер­вичных ключей и наличие ссылочной целостности. В том случае, если используются натуральные, а не генерируемые системой значения первичных ключей, можно создать такую ситуацию, когда в таблицу невозможно будет вставить новые записи, так как там уже будут записи с такими же значениями первичных ключей. Если в базе данных поддерживается ссылочная целостность, можно организовать невозможность удаления родительских записей, умышленно создав подчиненные записи. Важной особенностью реализации ссылочной целостности является вопрос об индексировании внешнего ключа.

2. Блокировка записей при изменении. Заблокировав записи или всю таблицу, злоумышленник может на значительное время сделать ее недоступной для обновления.

3. Загрузка системы бессмысленной работой. Простейший
пример — выполнение запроса, содержащего декартово произведение двух больших отношений. В реляционных СУБД возможны реализации и других классических угроз, например атаки типа «троянский конь» — запуска пользователями программ, содержащих выполняющий определенные действия код, внедренный туда злоумышленником.

Практически все современные СУБД имеют встроенный процедурный язык программирования (PL/SQL, Transact SQL и т.п.) Программы на этом языке хранятся внутри базы данных и выполняются исполняющей подсистемой сервера баз данных. наличие и широкое использование производителями прикладного программного обеспечения механизма скрытия исходных текстов хранимых программ затрудняют его обнаружение. Также возможны многочисленные скрытые каналы, обусловленные семантикой данных и необходимостью обеспечения работы в условиях многопользовательского доступа.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что в современных реализациях СУБД имеется значительное число уязвимостей, которые могут быть использованы для различных атак на информационные системы, построенные на их базе. Эта проблема отчасти может быть решена использованием специализированных программных средств анализа уязвимостей и защиты от угроз различных типов.

 

Симметричные криптосистемы

Исторически первыми появились симметричные криптографические системы. В симметричной криптосистеме шифрования используется один и тот же ключ для зашифровывания и расшифровывания информации. Это означает, что любой, кто имеет доступ к ключу шифрования, может расшифровать сообщение.

Соответственно с целью предотвращения несанкционированного раскрытия зашифрованной информации все ключи шифрования в симметричных криптосистемах должны держаться в секрете. Именно поэтому симметричные криптосистемы называют криптосистемами с секретным ключом — ключ шифрования должен быть доступен только тем, кому предназначено сообщение. Симметричные криптосистемы называют еще одноключевыми криптографическими системами, или криптосистемами с закрытым ключом.

Данные криптосистемы характеризуются наиболее высокой скоростью шифрования, и с их помощью обеспечиваются как конфиденциальность и подлинность, так и целостность передаваемой информации. Конфиденциальность передачи информации с помощью симметричной криптосистемы зависит от надежности шифра и обеспечения конфиденциальности ключа шифрования.

Обычно ключ шифрования представляет собой файл или массив данных и хранится на персональном ключевом носителе, например дискете или смарт-карте; обязательно принятие мер, обеспечивающих недоступность персонального ключевого носителя кому-либо, кроме его владельца.

Подлинность обеспечивается за счет того, что без предварительного расшифровывания практически невозможно осуществить смысловую модификацию и подлог криптографически закрытого сообщения. Фальшивое сообщение не может быть правильно зашифровано без знания секретного ключа.

Целостность данных обеспечивается присоединением к передаваемым данным специального кода (имитовставки), вырабатываемой по секретному ключу. Имитовставка является разновидностью контрольной суммы, т. е. некоторой эталонной характеристикой сообщения, по которой осуществляется проверка целостности последнего. Алгоритм формирования имитовставки должен обеспечивать ее зависимость по некоторому сложному криптографическому закону от каждого бита сообщения. Проверка целостности сообщения выполняется получателем сообщения путем выработки по секретному ключу имитовставки, соответствующей полученному сообщению, и ее сравнения с полученным значением имитовставки. При совпадении делается вывод о том, что информация не была модифицирована на пути от отправителя к получателю.

Симметричное шифрование идеально подходит для шифрования информации «для себя», например, с целью предотвращения НСД к ней в отсутствие владельца. Это может быть как архивное шифрование выбранных файлов, так и прозрачное (автоматическое) шифрование целых логических или физических дисков.

Обладая высокой скоростью шифрования, одноключевые криптосистемы позволяют решать многие важные задачи защиты информации. Однако автономное использование симметричных криптосистем в компьютерных сетях порождает проблему распределения ключей шифрования между пользователями.

Перед началом обмена зашифрованными данными необходимо обменяться секретными ключами со всеми адресатами. Передача секретного ключа симметричной криптосистемы не может быть осуществлена по общедоступным каналам связи, секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищенному каналу. Для обеспечения эффективной защиты циркулирующих в сети сообщений необходимо огромное число часто меняющихся ключей (один ключ на каждую пару пользователей). При передаче ключей пользователям необходимо обеспечить конфиденциальность, подлинность и целостность ключей шифрования, что требует больших дополнительных затрат. Эти затраты связаны с необходимостью передачи секретных ключей по закрытым каналам связи или распределением таких ключей с помощью специальной службы доставки, например с помощью курьеров.

Проблема распределения секретных ключей при большом числе пользователей является весьма трудоемкой и сложной задачей. В сети на N пользователей необходимо распределить N(N- 1)/2 секретных ключей, т. е. число распределяемых секретных ключей растет по квадратичному закону с увеличением числа абонентов сети.

Существует множество (не менее двух десятков) алгоритмов симметричных шифров, существенными параметрами которых являются:

- стойкость

- длина ключа

- число раундов

- длина обрабатываемого блока

- сложность аппаратной/программной реализации

- сложность преобразования

Распространенные алгоритмы:

AES (Advanced Encryption Standard) - американский стандарт шифрования

ГОСТ 28147-89 — отечественный стандарт шифрования данных

DES (Data Encryption Standard) - стандарт шифрования данных в США до AES

3DES (Triple-DES, тройной DES)

RC6 (Шифр Ривеста)

Twofish

IDEA (International Data Encryption Algorithm)

SEED - корейский стандарт шифрования данных

Camellia - сертифицированный для использовании в Японии шифр

CAST (по инициалам разработчиков Carlisle Adams и Stafford Tavares)

XTEA - наиболее простой в реализации алгоритм

Достоинства

- скорость

- простота реализации (за счёт более простых операций)

- меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости

- изученность (за счёт большего возраста)

Недостатки

- сложность управления ключами в большой сети

- сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надёжной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам

Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная (гибридная) криптографическая схема, где с помощью асимметричного шифрования передаётся сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования.

Важным недостатком симметричных шифров является невозможность их использования в механизмах формирования электронной цифровой подписи и сертификатов, так как ключ известен каждой стороне.

Применение

Алгоритмы криптосистемы с открытым ключом можно использовать

- как самостоятельное средство для защиты передаваемой и хранимой информации,

- как средство распределения ключей (обычно с помощью алгоритмов криптосистем с открытым ключом распределяют ключи, малые по объёму, а саму передачу больших информационных потоков осуществляют с помощью других алгоритмов),

- как средство аутентификации пользователей.

Преимущества асимметричных шифров перед симметричными:

- Не нужно предварительно передавать секретный ключ по надёжному каналу.

- Только одной стороне известен ключ дешифрования, который нужно держать в секрете (в симметричной криптографии такой ключ известен обеим сторонам и должен держаться в секрете обеими).

- В больших сетях число ключей в асимметричной криптосистеме значительно меньше, чем в симметричной.

Недостатки

- Недостатки алгоритма несимметричного шифрования в сравнении с симметричным:

- В алгоритм сложнее внести изменения.

- Более длинные ключи.

- Шифрование-расшифрование с использованием пары ключей проходит на два-три порядка медленнее, чем шифрование-расшифрование того же текста симметричным алгоритмом.

- Требуются существенно большие вычислительные ресурсы, поэтому на практике асимметричные криптосистемы используются в сочетании с другими алгоритмами:

Для ЭЦП сообщение предварительно подвергается хешированию, а с помощью асимметричного ключа подписывается лишь относительно небольшой результат хеш-функции.

Для шифрования они используются в форме гибридных криптосистем, где большие объёмы данных шифруются симметричным шифром на сеансовом ключе, а с помощью асимметричного шифра передаётся только сам сеансовый ключ.

 

Центры сертификации

Центр сертификации (ЦС) - это служба, которая выдает сертификаты. Центр сертификации является гарантом связи между открытым ключом субъекта и содержащейся в сертификате информацией по идентификации этого субъекта. Различные ЦС устанавливают и гарантируют эту связь различными способами, поэтому прежде чем доверять сертификатам того или иного ЦС, следует ознакомиться с его политикой и регламентом.

Иерархия центров сертификации имеет также административные преимущества, в том числе следующие:

- Гибкая настройка среды безопасности ЦС (степень защиты ключа, физическая защищенность, защита от сетевых атак и так далее) для достижения компромиса между степенью защиты и удобством применения. Например, для корневого ЦС можно использовать специализированное криптографическ