Средства обеспечения безопасности

Альтернативы применения паролей

В среде z/OS RACF допускает ряд альтернативных возможностей использования паролей:

Например, IBM HTTP Server for z/OS отождествляет клиентов, используя клиентские сертификаты, на защищенной SSL-сессии. При этом НТТР-сервер передает клиентский цифровой сертификат системе z/OS Unix System Services для подтверждения, которая далее передает сертификат RACF для поиска пользовательского IP из профиля отображений в БД RACF. Таким образом, доступ к защищенным Web-страницам или другим ресурсам осуществляется без ID и пароля пользователя.

Авторизация пользователя для получения доступа к ресурсам

После идентификации и проверки полномочий пользователя RACF осуществляет контроль взаимодействия между пользователем и системными ресурсами. RACF по запросу менеджеров ресурсов определяет не только то, какие пользователи могут получить доступ, но и уровень доступа, например, READ (для чтения, отображения или копирования ресурса) или UPDATE (для записи, модификации или передачи ресурса). Уровни доступа организованы в RACF иерархически. Так, UPDATE включает READ и т.д.

Для выполнения задач авторизации RACF использует макрос RACROUTE=AUTH. Пользователь получает доступ к ресурсу после выполнения следующих действий:

Регистрация и составление отчетов

Идентифицировав и проверив полномочия пользователя и установив затем ограничения на доступ к ресурсам, RACF производит регистрацию попыток пользователей получить доступ к системе и защищенным ресурсам, ввода команд RACF, а также составляет отчеты с информацией обо всех попытках получения доступа к защищенным ресурсам. RACF регистрирует эти события главным инструментом z/OS - SMF (System Management Facility) 80-го типа записей.

Управление защитой

Требования к защите изменяются в зависимости от потребностей конкретной системы обработки данных. RACF позволяет удовлетворить требования к защите для каждой отдельной системы обработки данных, предоставляя возможность выбрать конкретный способ управления защитой из ряда возможностей: гибкое управление доступом к защищенным ресурсам; защита ресурсов, описанных при инсталляции; возможность сохранять информацию для других программных продуктов; выбор централизованного или децентрализованного управления профилями; простые в применении панели ввода RACF-команд ISPF (Interactive System Productivity Facility); прозрачность для конечных пользователей, которые не обязаны знать о том, что RACF защищает их данные; возможность использования программ выхода, написанных для каждой конкретной инсталляции; текущий контроль защиты данных; составление отчетов RACF.

Гибкое управление

RACF позволяет системе обработки данных устанавливать собственные правила для осуществления контроля доступа к ресурсам. Она может определять, что является защищенным, на каком уровне и кто имеет право получить доступ к защищенным ресурсам. Благодаря гибкой структуре RACF любая информационная система может настроить RACF на взаимодействие со своей операционной средой. Благодаря возможности настройки управления защитой при инсталляции каждая информационная система может адаптировать средства RACF под свои потребности защиты.

Защита ресурсов, описанных при инсталляции

Кроме предварительно определенных ресурсов, таких как наборы данных, мини-диски, терминалы и транзакции, определенные для IMS/ESA и CICS/ESA, RACF позволяет вычислительной системе защищать свои ресурсы, описанные при инсталляции. Наличие такой возможности существенно увеличивает гибкость управления ресурсами, которые могут быть защищены в вычислительной системе.

В среде с системно-управляемой памятью RACF позволяет администратору памяти управлять использованием классов данных и памятью, а также дает возможность передавать информацию другим программным продуктам.

RACF обеспечивает сохранение информации, необходимой для других продуктов, если эта информация относится к тем пользователям или ресурсам, с которыми взаимодействует такой продукт. Например, RACF может сохранять информацию в профилях:

Дополнительным свойством является способность администратора защиты возлагать ответственность за обслуживание этой информации на других администраторов в системе. Например, информация, используемая DFSMS, может быть передана в управление администратору памяти.

Прозрачность для пользователей

Обычно пользователи систем обработки данных не хотят, чтобы их данные могли быть прочитаны или изменены другими субъектами, кроме тех случаев, когда это специально подразумевается. К сожалению, пользователи всех типов часто не решаются принимать меры для обеспечения защиты своих данных, так как во многих случаях проще проигнорировать процедуру защиты, чем использовать ее.

При наличии RACF конечный пользователь может даже не осознавать, что его данные защищены. Используя административные возможности RACF, вычислительная система способна сделать работу RACF незаметной для большинства пользователей.

Использование программ выхода

RACF позволяет написать собственные программы выхода для каждой конкретной системы обработки данных для удовлетворения уникальных потребностей защиты. Эти программы выхода могут быть связаны с командами RACF, либо могут обрабатывать проверку авторизации или пароли пользователей.

Текущий контроль защиты данных

Монитор защиты данных RACF DSMON (Data Security Monitor) позволяет авторизованному пользователю получать отчеты о состоянии среды защиты в системе, особенно о ресурсах, управляемых RACF. Отчеты DSMON можно использовать для сравнения действительного уровня защиты, обеспечиваемого в вычислительной системе, с запланированным уровнем защиты.

Примерами информации, которую можно получить из отчетов монитора защиты данных, являются список всех пользователей с атрибутами SPECIAL, OPERATIONS и AUDITOR, список программ выхода RACF, написанных для конкретной вычислительной системы, и список программ в таблице программ, авторизованных для вызова RACF.

Программа записи отчетов RACF

Программа записи отчетов RACF позволяет аудиторам или администраторам защиты получать доступ к средствам RACF и использовать защищаемые ими ресурсы. Программа записи отчетов RACF обеспечивает широкий набор видов отчетов, которые позволяют производить текущий контроль и проверку правильности использования системы и ресурсов.

Программа записи отчетов RACF составляет список содержимого записей средства управления системой (SMF) в удобном для чтения формате.

Программа записи отчетов RACF тоже может генерировать отчеты на основе информации, содержащейся в записях SMF, такие как:

Обслуживающая программа разгрузки данных SMF

Обслуживающая программа разгрузки данных SMF, как и программа записи отчетов RACF, обрабатывает записи SMF. При этом она позволяет выполнить более комплексную проверку, чем программа записи отчетов RACF.

Выходная информация обслуживающей программы разгрузки данных SMF может быть: непосредственно просмотрена, использована в качестве входных данных для программ, написанных для конкретной вычислительной установки; обработана обслуживающей программой слияния/сортировки; передана программе управления базой данных, такой как DB2.

Программа управления базой данных может составить как справочные, так и общие отчеты на базе выходной информации от программы разгрузки данных SMF. Эти отчеты могут пригодиться при обработке подозрительных попыток доступа авторизованных пользователей, которые могут оказаться пропущенными при работе программы, предназначенной для составления отчетов о неавторизованных попытках доступа. Поскольку данные чаще ошибочно портятся авторизованными пользователями, чем умышленно копируются неавторизованными, такие отчеты для защиты особенно важны.

z/OS Unix System Services

Функции безопасности Unix System Services реализованы в RACF частично как расширение существующих RACF-функций, частично как новые функции RACF. Эти функции включают аутентификацию пользователей, контроль доступа к файлам и привилегированных пользователей. Пользователи Unix System Services определены командами RACF.

Класс операционных систем Unix включает множество предложений поставщиков, таких как AIX компании IBM, HP-UX компании Hewlett-Packard, Solaris (Sun). Некоторые системы ряда распространяются свободно (Linux, Free BCD). Общей характеристикой этих операционных систем является то, что решение задач обеспечения безопасности осуществляется средствами пользовательских идентификаторов (UID и GID), битов разрешения и списков управления доступом ACLs (Access Control Lists).

В Unix-архитектуре каждый пользователь системы имеет имя пользователя и идентификатор UID (число, обычно из диапазона 0 - 2³¹-1). Подобным же образом идентифицируются группы. В некоторых Unix-системах пользователь может одновременно быть включенным только в одну группу. В других, как, например, в AIX - в несколько, подобно функции RACF <список групп>.

Каждый объект (файл или каталог) файловой системы HFS (Hierarchical File System) имеет девять битов разрешения (permission bits), разделенных в три группы по три бита. Три бита в каждой из групп обозначают, соответственно, разрешение чтения, записи и исполнения. Разрешение чтения в каталоге позволяет распечатку файлов и поддиректорий. Разрешение записи в директории позволяет создавать, обновлять или удалять объект каталога, разрешение исполнения - осуществлять операции поиска.

В z/OS каждый пользователь системы имеет идентификатор UID. Для каждого UID в БД RACF определен пользовательский профиль в классе USER, содержащий всю информацию о пользователе. В продукте z/OS Unix System Services поддерживается два уровня безопасности:

Unix-уровень, традиционный для Unix, и z/OS Unix-уровень с дополнительными функциями безопасности. Второй из них (рекомендуемый) уровень безопасности реализуется, если определен по крайней мере один из профилей BPX.DAEMON или BPX.SERVER в классе FACILITY. В этом случае существенно усиливается общая безопасность системы, в особенности в плане управления процедур смены параметров идентичности работой суперпользователей. В частности, одной из целей инсталляции систем безопасности является сокращение числа суперпользователей до абсолютного минимума, что достигается использованием функции структурирования суперпользователя (superuser granularity).

В целом использование концепции RACF позволяет обеспечить такие исключительные свойства для усиления безопасности Unix, как:

Общая архитектура и средства криптографии

Компания IBM имеет давние традиции разработки и внедрения аппаратных решений в области криптографии. Так, первыми широко известными практическими реализациями итерационного блочного шифра были разработанные сотрудниками фирмы Х. Фейстелем, Д. Копперсмитом и др. криптоалгоритмы Lucifer и созданный на его основе в 1974 г. в качестве стандарта шифрования данных в государственных и частных организациях DES (Data Encryption Standard). В дальнейшем был реализован ряд новых предложений, направленных на усовершенствование DES. Наиболее известное из них заключается в трехкратном применении алгоритма (Triple DES). За долгие годы применения этого самого распространенного криптоалгоритма в мире не было найдено методов вскрытия данного шифра, существенно отличающихся по эффективности от полного перебора по ключевому пространству. В конкурсе на новый стандарт криптозащиты AES, объявленном в 1997 г. национальным институтом стандартов и технологий США (NIST - National Institute of Standards and Technology), компания представила алгоритм MARS.

Общая архитектура криптографии CCA (Common Cryptographic Architecture) компании IBM определяет набор криптографических функций, внешних интерфейсов и набор правил управления ключами, относящимися к технологиям реализации симметричных (на базе DES) и асимметричных (PKA, Public Key Algorithm) алгоритмов шифрования данных. Функции ССА определяют сервисы для:

Управление ключами в IBM ССА включает концепцию основных и временных ключей. Основные ключи применяются в течение относительно долгого периода времени, а временные генерируются в рамках одного защищенного соединения. Основные ключи (Master Key) закрепляются за пользователями и серверами сети и обеспечивают аутентификацию сторон, а также криптозащиту распределяемых временных ключей. После аутентификации сторон и безопасного распределения временных ключей криптозащита трафика осуществляется на основе временных ключей.

Для симметричных (на основе DES) криптосистем характерна сложность и ненадежность распределения основных ключей шифрования. Кроме того, при использовании в качестве основных ключей симметричного шифрования невозможно реализовать протоколы защищенного взаимодействия не доверяющих друг другу сторон, так как общий секретный ключ любая из обладающих им сторон может разгласить.

Более высокая эффективность распределения основных криптографических ключей достигается при использовании асимметричных криптосистем, когда распределению подлежат только открытые ключи. В этом случае закрытые (private) ключи должны находиться у того, кто их сгенерировал. Распределение открытых ключей, в отличие от закрытых ключей симметричного шифрования, не требует поддержания их конфиденциальности. Необходимо лишь обеспечить их подлинность и целостность, что достигается использованием цифровых сертификатов. Такой сертификат включает имя центра сертификации CA (Certificate Authority), описание владельца сертификата, его открытый ключ, период действия сертификата, а также дополнительные параметры. Цифровая подпись центра сертификации, сформированная под содержимым каждого сертификата, обеспечивает подлинность и целостность указанной в нем информации, включая описание владельца и его открытый ключ. Общепринятым стандартом здесь является стандарт Х.509.

Аппаратные средства поддержки криптографических систем реализованы, начиная с ранних моделей IBM 9672 управляемых OS/390. Серверы zSeries во многом наследуют характеристики этих встраиваемых устройств, вместе с тем реализуют расширенный список инструкций и наделены дополнительной функциональностью.

Так, криптографические средства z990 включают функции синхронной и асинхронной обработки сообщений. В первом случае для функций с открытыми ключами аппаратные решения ориентированы на выполнение алгоритмов:

Второму случаю (с защищенными ключами) соответствуют функции:

В z990 имеются три типа средств аппаратной криптографии, каждое из которых может использоваться только после активации в системе компании IBM.

CP Assist for Cryptographic Function (CPACF)

Каждый из центральных процессоров имеет спецпроцессор поддержки криптографии, обеспечивающий функции высокопроизводительного шифрования/дешифрации. В моделях z800 и z900 таких сопроцессоров может быть не более двух на систему. Для поддержки специальных функций криптографии в систему команд CPACF z990 включены пять новых инструкций:

Хэш-код (или профиль сообщения) представляет собой короткую цифровую строку (обычно 128 или 160 битов), формируемую из более длинного сообщения (message) с использованием специального алгоритма. Обычно используемыми алгоритмами являются MD5 (описан в RFC 1321), SHA-1 (описан в стандарте FIPS PUB 180-1), SHA-256 и SHA-512 (разработаны национальным агентством по безопасности правительства США). Алгоритм MD5 для входных сообщений произвольной длины генерирует на выходе 128-битовый алгоритм SHA-1 и, соответственно, 160-битовый хэш-код. Поскольку защита от атак хэш-алгоритма SHA-1 обеспечивается 80 битами, разработаны усовершенствованные алгоритмы SHA-256 и SHA-512, генерирующие строки, соответственно, в 256 и 512 бит, в большей степени отвечающие условиям применения нового стандарта шифрования AES (с предусматриваемыми длинами ключей до 256 бит). Для предотвращения подделок передаваемых сообщений хэш-код шифруется обычно по принципам асимметричного шифрования. Получаемая при этом информационная структура обозначается как МАС-код (Message Authentication Code) и является основой цифровой подписи (Digital Signature), обеспечивающей решение задач целостности документов (сообщений) и идентификации их отправителей.

Рис. 4.17 иллюстрируют процессы создания и верификации цифровой подписи. Сначала отправитель и получатель должны договориться об алгоритме шифрования общим ключом, создать пары общих/частных ключей и обменяться общими ключами. Им также нужно прийти к согласию в выборе алгоритма хэширования (например, MD5).

Перечисленные инструкции сопроцессора ориентированы на использование нового метода формирования МАС-кода НМАС (Keyed Hashing for Message Authentication Code), изобретенного сотрудниками IBM Г. Кравчиком и Р. Канетти (описан в REC 2104 как предлагаемый Internet-стандарт). НМАС устраняет такие недостатки алгоритма MD5 как возможность преобразования различающихся сообщений в одинаковый хэш-код.

Базовые возможности CPACF представлены выбором криптографических функций, повышающих производительность операций шифрования/дешифрации для приложений протоколов SSL и VPN, не требующих безопасности уровня 4 по классификатору FIPS 140-2. Архитектурное решение при этом включает шифрование и дешифрацию по алгоритмам DES, Triple-DES, авторизацию на основе МАС-кода и алгоритм хэширования SHA-1. Эти функции непосредственно доступны приложениям.

Криптографический сопроцессор PCIXCC

Опционально поставляемый сопроцессор PCIXCC (Peripheral Component Interconnect Extended Cryptographic Coprocessor - расширенный криптографический сопроцессор с шиной PCI) обеспечивает высокопроизводительную криптографическую среду с дополнительными функциями. Он, по сути, консолидирует функциональные возможности аппаратных средств CCF (Cryptographic Coprocessor Feature) и PCICC (Peripheral Component Interconnect Cryptographic Coprocessor), включаемых в архитектуру z900 (Turbo model), начиная с 1994 года. CCF обеспечивает шифрование по стандарту DES, выполняет функции формирования цифровой подписи и распределения ключей по алгоритму RSA (Rivest, Shamir, Adleman), которые становятся все более важными для технологий SSL, реализуемых в среде z/OS.

PCICC-плата имеет операционную систему и соответствующую среду программирования для разработки и внедрения новых функций безопасности. Устройство обеспечивает высокую скорость выполнения RSA-алгоритма, в особенности при операциях с частными ключами, которые используются на этапе установления SSL-сессий. Одна плата может выполнить 135 процедур <рукопожатия> в секунду в сравнении с 75 для CCF.

Процедура <рукопожатия> отрабатывается перед непосредственной защитой информационного блока по протоколу начального приветствия (Handshake Protocol), входящему в состав протокола SSL. Обе рассмотренные возможности в z990 недоступны. Сопроцессор PCIXCC осуществляет только асинхронные функции и предусматривает выполнение пользователем следующих действий:

Криптографический акселератор PCICA

Акселератор PCICA (Peripheral Component Interconnect Cryptographic Accelerator) является в z990 заказным устройством. Он представляет собой дополнение к средствам CPACF и PCIXCC и имеет сокращенные функциональные характеристики. Обычно предназначается для ускорения операций модульной арифметики, в частности характерных для сложных RSA-преобразований, используемых в SSL-протоколе, представляющем сейчас значительный интерес с точки зрения защищенных приложений электронной коммерции. При этом максимальное количество SSL-транзакций с секунду в любой комбинации из CPACF и PCICA ограничивается только реализацией циклов программной составляющей транзакций. Например, в модели B16 IBM 2084 с 16 активными процессорами и шестью акселераторами, разработанной для условий высокоскоростной безопасной обработки Web-транзакций, достигается производительность в 11000 SSL <рукопожатий> в секунду.

Поскольку устройства PCICA участвуют только в операциях, связанных с обработкой открытых ключей, они не имеют защищенного конструктивного исполнения, как это принято в PCIXCC. В конфигурацию систем zSeries может быть включено максимум шесть акселераторов (по два на один конструктив ввода/вывода) вместе с четырьмя PCIXCC. При этом суммарное количество устройств этих типов в z990 не должно превышать восьми. В этих пределах допускается любое сочетание используемых PCICA и PCIXCC, что позволяет клиентам (заказчикам систем) гибко масштабировать структуру обеспечения защищенного электронного бизнеса.

Каждое устройство PCICA имеет до двух плат акселераторов, встраиваемых в модуль адаптера, и может быть распределено на любой логический раздел, определенный в системе (табл. 4.6).

В таблице 4.7. приведены данные, позволяющие оценить основные функциональные возможности криптографических устройств системы z990.

Все рассматриваемые устройства имеют специфические системные требования, которые представлены в таблице 4.8.

Система базовых криптографических сервисов z/OS обеспечивает доступ приложений к аппаратным средствам криптографии тремя путями с использованием продуктов (рис. 4.18):

Потребителями ресурсов и возможностей PCI-сопроцессоров являются многие программные продукты IBM. Причем они могут использовать собственные программные криптографические сервисы, если система ICSF не активизирована или ограничена по функциональности. В частности, потребителями по направлению z/OS System SSL являются:

Примерами обращений к криптографическим сервисам посредством OCSF являются компонент ISAKMP (Internet Security Association Key Management Protocol) продукта z/OS Firewall Technologies, компонент OCEP (Open Cryptography Enhanced Plug-in) системы RACF и др. Прямой доступ к аппаратным криптографическим ресурсам характерен для протокола туннелирования IPSec (Internet Protocol Security) как компонента z/OS Firewall Technologies, z/OS DCE, z/OS Network Authentication Service (Kerberos), Web Sphere Payment Manager при реализации протокола безопасных функций SET (Secure Electronic Transactions). В этих случаях приложения обращаются непосредственно к ICSF.

Помимо организации интерфейса доступа приложений к аппаратным средствам криптографии ICSF реализует несколько вариантов решений для ввода мастер-ключей. В частности, для предприятий, требующих повышенной степени безопасности, z990 как опцию предлагает рабочую станцию TKE (Trusted Key Entry). Эта станция осуществляет защищенное управление PCIXCC, включая загрузку мастер-ключей (DES и РКА мастер-ключей). Физически эти ключи могут храниться в наборах данных VSAM, управляемых ICSF отдельно для симметричных (в шифрованной форме) и асимметричных ключей. Для ускорения доступа к симметричным криптографическим ключам они дублируются к кэш ICSF.

Криптосистема zSeries в действительности имеет 16 физических наборов регистров хранения мастер-ключей, каждый набор принадлежит домену. Домен размещен в логическом разделе через определение раздела в профиле ее копии. Тот же домен должен быть размещен в экземпляре ICSF, исполняемом в логическом разделе. Каждый логический раздел или каждая копия ICSF имеет свои уникальные значения мастер-ключей и может шифровать собственный набор пользовательских ключей на основе уникальных мастер-ключей, таким образом обеспечивая надежную изоляцию друг от друга пользователей разделяемых криптопроцессоров.

Защита TCP/IP-сетей

Вопросам защиты сетей, основанных на использовании стека протоколов TCP/IP, посвящена обширная литература, например, [4.13, 4.14, 4.15]. Безопасность информационного взаимодействия корпоративных компьютерных сетей и отдельных компьютеров через незащищенные сети, например, через Internet, требует решения задач защиты сетевых компонентов от несанкционированных действий со стороны внешней среды и защиты информации в процессе ее передачи по каналам связи.

Решение первой задачи основано на использовании межсетевых экранов Firewalls, поддерживающих безопасность взаимодействия путем фильтрации двустороннего трафика сообщений, а также выполнения функций посредничества при обмене информацией.

Защита информации в процессе передачи по открытым каналам связи обеспечивается выполнением функций:

Защита информации в процессе ее передачи по открытым каналам связи основана на построении защищенных каналов связи, называемых криптозащищенными туннелями или туннелями VPN (Virtual Private Network). Для независимости от прикладных протоколов и приложений защищенные VPN формируются на нижних уровнях стека TCP/IP (рис. 4.19). Уровню сетевых интерфейсов соответствуют такие протоколы реализации VPN, как PPTP (Point-to-Point Tunneling Protokol), L2F (Layer-2 Forwading) и L2TP (Layer-2 Tunneling Protocol) как объединение первых двух протоколов. Уровню межсетевого взаимодействия соответствует IPSec (Internet Protocol Security). Для управления криптографическими ключами на этом уровне используются протоколы SKIP (Simple Key Management for Internet Protocols) и ISAKMP.

Транспортному уровню отвечают протоколы SSL/TLS (Secur Sockets Layer/Transport Layer Security) и SOCKS, стандартизирующий процедуры взаимодействия клиент-серверных приложений TCP/IP через сервер-посредник (Firewall, брандмауэр). Протокол позволяет реализовать функцию трансляции IP-адресов (NAT-Network Address Translation), состоящую в замене для исходящих пакетов внутренних IP-адресов отправителей одним IP-адресом шлюза, что усложняет задачу несанкционированного доступа.

Нужно отметить, что имеются протоколы для реализации защищенного взаимодействия и на прикладном уровне. Эти протоколы, как правило, являются дополнениями к различным протоколам прикладного уровня. Например, протокол Secure MIME (S/MIME) является дополнением по защитным функциям к протоколу электронной почты.

Протокол удаленного доступа PPP (Point-to-Point Protokol) предусматривает, что в процессе установления соединения любая из взаимодействующих систем может потребовать использования одного из двух стандартных протоколов аутентификации - PAP (Password Authentication Protocol) или CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol). Некоторые фирменные протоколы представляют модификации PAP и СНАР. Например, служба RAS операционной системы Windows NT использует вариант протокола СНАР с хэш-функцией алгоритма MD4, называемый MS-CHAP.

К наиболее популярным протоколам централизованного контроля удаленного доступа относятся протоколы Kerberos, RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) и др.

Названный продукт IBM z/OS Firewall Technologies представляет собой популярное решение в классе брандмауэров. Для управления взаимодействием между intranet и Internet, включая одновременное разрешение авторизованных транзакций, он обеспечивает три ключевых технологии:

К группе сетевых серверов относятся:

Следует также отметить, что система RACF обладает средствами защиты TCP/IP-портов и сокетов TCP и UDP, основанными на использовании профилей из класса SERVAUTH [4.16]. Например, доступ к локальным TCP или UDP портам может быть определен в профиле EZB.PORTACCESS.sysname.tcpname.SAFkeyword.