Технологии защиты информации в компьютерных сетях

Механизмы защиты информации

Разбить на страницы
Показывать лекцию целиком

Механизмы защиты информации

Одним из условий безопасной работы в информационной системе является соблюдение пользователем ряда правил, которые проверены на практике и показали свою высокую эффективность. Их несколько:

  • Использование программных продуктов, полученных законным официальным путем. Вероятность наличия вируса в пиратской копии во много раз выше, чем в официально полученном программном обеспечении.
  • Дублирование информации. Прежде всего, необходимо сохранять дистрибутивные носители программного обеспечения. При этом запись на носители, допускающие выполнение этой операции, должна быть, по возможности, заблокирована. Следует особо позаботиться о сохранении рабочей информации. Предпочтительнее регулярно создавать копии рабочих файлов на съемных машинных носителях информации с защитой от записи. Копируется либо весь файл, либо только вносимые изменения. Последний вариант применим, например, при работе с базами данных.
  • Регулярное обновление системного ПО. Операционную систему необходимо регулярно обновлять и устанавливать все исправления безопасности от Microsoft и других производителей, чтобы устранить существующие уязвимости программного обеспечения.
  • Ограничение доступа пользователей к настройкам операционной системы и системным данным. Для обеспечения стабильной работы системы довольно часто требуется ограничивать возможности пользователей, что можно сделать либо с помощью встроенных средств Windows, либо с помощью специализированных программ, предназначенных для управления доступом к компьютеру.

    В корпоративных сетях возможно применение групповых политик в сети домена Windows.

  • Для максимально эффективного использования сетевых ресурсов необходимо вводить ограничения доступа авторизованных пользователей к внутренним и внешним сетевым ресурсам и блокировать доступ неавторизованных пользователей.
  • Регулярное использование антивирусных средств. Перед началом работы целесообразно выполнять программы-сканеры и программы-ревизоры. Антивирусные базы должны регулярно обновляться. Кроме того, необходимо проводить антивирусный контроль сетевого трафика.
  • Защита от сетевых вторжений обеспечивается применением программно-аппаратных средств, в том числе: использованием межсетевых экранов, систем обнаружения/предотвращения вторжений IDS/IPS (Intrusion Detection/Prevention System), реализацией технологий VPN (Virtual Private Network).
  • Применение средств аутентификации и криптографии – использование паролей (простых/сложных/неповторяющихся) и методов шифрования. Не рекомендуется использовать один и тот же пароль на разных ресурсах и разглашать сведения о паролях. При написании пароля на сайтах следует быть особенно внимательным, чтобы не допустить ввода своего пароля на мошенническом сайте-двойнике.
  • Особую осторожность следует проявлять при использовании новых (не известных) съемных носителей информации и новых файлов. Новые съёмные носители обязательно должны быть проверены на отсутствие загрузочных и файловых вирусов, а полученные файлы – на наличие файловых вирусов. При работе в распределенных системах или в системах коллективного пользования новые сменные носители информации и вводимые в систему файлы целесообразно проверять на специально выделенных для этой цели компьютерах, не подключенных к локальной сети. Только после всесторонней антивирусной проверки дисков и файлов они могут передаваться пользователям системы.
  • При работе с полученными (например, посредством электронной почты) документами и таблицами целесообразно запретить выполнение макрокоманд средствами, встроенными в текстовые и табличные редакторы (MS Word, MS Excel), до завершения полной проверки этих файлов.
  • Если не предполагается осуществлять запись информации на внешние носители, то необходимо заблокировать выполнение этой операции, например, программно отключив USB-порты.
  • При работе с общими ресурсами в открытых сетях (например, Интернет) использовать только проверенные сетевые ресурсы, не имеющие вредоносного контента. Не следует доверять всей поступающей на компьютер информации – электронным письмам, ссылкам на Web-сайты, сообщениям на Интернет-пейджеры. Категорически не рекомендуется открывать файлы и ссылки, приходящие из неизвестного источника.
  • Постоянное следование приведенным рекомендациям позволяет значительно уменьшить вероятность заражения программными вирусами и защищает пользователя от безвозвратных потерь информации. Однако даже при скрупулезном выполнении всех правил профилактики возможность заражения ПК компьютерными вирусами полностью исключить нельзя, поэтому методы и средства противодействия вредоносному ПО необходимо постоянно совершенствовать и поддерживать в работоспособном состоянии.

    Антивирусные средства защиты информации

    Массовое распространение вредоносного программного обеспечения, серьезность последствий его воздействия на информационные системы и сети вызвали необходимость разработки и использования специальных антивирусных средств и методов их применения.

    Нужно отметить, что не существует антивирусных средств, гарантирующих обнаружение всех возможных программ-вирусов.

    Антивирусные средства применяются для решения следующих задач:

  • обнаружение вредоносного ПО в информационных системах;
  • блокирование работы вредоносного ПО;
  • устранение последствий воздействия вредоносного ПО.
  • Обнаружение вредоносного ПО желательно осуществлять на стадии его внедрения в систему или, по крайней мере, до начала осуществления им деструктивных действий. При обнаружении такого программного обеспечения или его деятельности необходимо сразу же прекратить работу программы-вируса в целях минимизации ущерба от ее воздействия на систему.

    Устранение последствий воздействия вирусов ведется в двух направлениях:

  • удаление вирусов;
  • восстановление (при необходимости) файлов, областей памяти.
  • Процедуру удаления обнаруженного вредоносного кода из зараженной системы необходимо выполнять крайне аккуратно. Часто вирусы и троянские программы предпринимают специальные действия, чтобы скрыть факт своего присутствия в системе, или встраиваются в нее так глубоко, что задача его уничтожения становится достаточно нетривиальной.

    Восстановление системы зависит от типа вируса, а также от времени его обнаружения по отношению к началу деструктивных действий. В том случае, когда программа-вирус уже запущена в системе и ее деятельность предусматривает изменение или удаление данных, восстановление информации (особенно, если она не продублирована) может быть невыполнимо.Для борьбы с вирусами используются программные и программно-аппаратные средства, которые применяются в определенной последовательности и комбинации, образуя методы защиты от вредоносного ПО.

    Известны следующие методы обнаружения вирусов, активно применяемые современными антивирусными средствами:

  • сканирование;
  • обнаружение изменений;
  • эвристический анализ;
  • использование резидентных сторожей;
  • использование программно-аппаратной защиты от вирусов.
  • Сканирование – один из самых простых методов обнаружения вирусов, осуществляется программой-сканером, которая просматривает файлы в поисках опознавательной части вируса – сигнатуры. Под сигнатурой понимается уникальная последовательность байтов, принадлежащая конкретному вирусу и не встречающаяся в других программах.

    Программа фиксирует наличие уже известных вирусов, для которых сигнатура определена. Для эффективного применения антивирусных программ, использующих метод сканирования, необходимо регулярное обновление сведений о новых вирусах.

    Метод обнаружения изменений базируется на использовании программ-ревизоров, которые следят за изменениями файлов и дисковых секторов на компьютере. Любой вирус каким-либо образом изменяет систему данных на диске. Например, может измениться загрузочный сектор, появиться новый исполняемый файл или измениться уже существующий, и т.п.

    Как правило, антивирусные программы-ревизоры определяют и запоминают в специальных файлах образы главной загрузочной записи, загрузочных секторов логических дисков, характеристики всех контролируемых файлов, каталогов и номера дефектных кластеров диска. Периодически ревизор проверяет текущее состояние областей дисков и файловой системы, сравнивает с предыдущим состоянием и немедленно выдает сообщения обо всех подозрительных изменениях.

    Главным достоинством метода является возможность обнаружения вирусов всех типов, а также новых неизвестных вирусов.

    Имеются у этого метода и недостатки. С помощью программ-ревизоров невозможно определить вирус в файлах, которые поступают в систему уже зараженными. Вирусы будут обнаружены только после размножения в системе.

    Эвристический анализ, как и метод обнаружения изменений, позволяет определять неизвестные вирусы, но не требует предварительного сбора, обработки и хранения информации о файловой системе.

    Эвристический анализ в антивирусных программах основан на сигнатурах и эвристическом алгоритме, призван улучшить способность программ-сканеров применять сигнатуры и распознавать модифицированные версии вирусов в тех случаях, когда код неизвестной программы совпадает с сигнатурой не полностью, но в подозрительной программе явно выражены более общие признаки вируса либо его поведенческая модель. При обнаружении подобных кодов, выдается сообщение о возможном заражении. После получения таких сообщений необходимо тщательно проверить предположительно зараженные файлы и загрузочные сектора всеми имеющимися антивирусными средствами.

    Недостатком данного метода является большое количество ложных срабатываний антивирусных средств в тех случаях, когда в легальной программе присутствуют фрагменты кода, выполняющего действия и/или последовательности, свойственные некоторым вирусам.

    Метод использования резидентных сторожей основан на применении программ, которые постоянно находятся в оперативной памяти устройства (компьютера) и отслеживают все действия, выполняемые остальными программами. В случае выполнения какой-либо программой подозрительных действий, свойственных вирусам (обращение для записи в загрузочные сектора, помещение в оперативную память резидентных модулей, попытки перехвата прерываний и т.п.), резидентный сторож выдает сообщение пользователю.

    Применение антивирусных программ с резидентным сторожем снижает вероятность запуска вирусов на компьютере, но следует учитывать, что постоянное использование ресурсов оперативной памяти под резидентные программы уменьшает объем памяти, доступной для других программ.

    На сегодняшний день одним из самых надежных механизмов защиты информационных систем и сетей являются программно-аппаратные средства, как правило, включающие в себя не только антивирусные системы, но и обеспечивающие дополнительный сервис. Эта тема подробно рассмотрена в разделе "Программно-аппаратные средства обеспечения безопасности информационных сетей".

    Криптографические методы защиты информации

    Криптографические методы защиты информации – это мощное оружие в борьбе за информационную безопасность.

    Криптография (от древне-греч. κρυπτος – скрытый и γραφω – пишу) – наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации.

    Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на то, чтобы сделать эти данные бесполезными для злоумышленника. Такие преобразования позволяют решить два главных вопроса, касающихся безопасности информации:

  • защиту конфиденциальности;
  • защиту целостности.
  • Проблемы защиты конфиденциальности и целостности информации тесно связаны между собой, поэтому методы решения одной из них часто применимы для решения другой.

    Известны различные подходы к классификации методов криптографического преобразования информации. По виду воздействия на исходную информацию методы криптографического преобразования информации могут быть разделены на четыре группы:

    (рис 2.1) Классификация методов криптографического преобразования информации

    Процесс шифрования заключается в проведении обратимых математических, логических, комбинаторных и других преобразований исходной информации, в результате которых зашифрованная информация представляет собой хаотический набор букв, цифр, других символов и двоичных кодов.

    Для шифрования информации используются алгоритм преобразования и ключ. Как правило, алгоритм для определенного метода шифрования является неизменным. Исходными данными для алгоритма шифрования служит информация, подлежащая зашифрованию, и ключ шифрования. Ключ содержит управляющую информацию, которая определяет выбор преобразования на определенных шагах алгоритма и величины операндов, используемых при реализации алгоритма шифрования. Операнд – это константа, переменная, функция, выражение и другой объект языка программирования, над которым производятся операции.

    В отличие от других методов криптографического преобразования информации, методы стеганографии позволяют скрыть не только смысл хранящейся или передаваемой информации, но и сам факт хранения или передачи закрытой информации. В основе всех методов стеганографии лежит маскирование закрытой информации среди открытых файлов, т.е. скрываются секретные данные, при этом создаются реалистичные данные, которые невозможно отличить от настоящих. Обработка мультимедийных файлов в информационных системах открыла практически неограниченные возможности перед стеганографией.

    Графическая и звуковая информация представляются в числовом виде. Так, в графических объектах наименьший элемент изображения может кодироваться одним байтом. В младшие разряды 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 человеческому глазу практически невозможно отличить полученное изображение от исходного. С помощью средств стеганографии могут маскироваться текст, изображение, речь, цифровая подпись, зашифрованное сообщение.

    Скрытый файл также может быть зашифрован. Если кто-то случайно обнаружит скрытый файл, то зашифрованная информация будет воспринята как сбой в работе системы. Комплексное использование стеганографии и шифрования многократно повышает сложность решения задачи обнаружения и раскрытия конфиденциальной информации.

    Содержанием процесса кодирование информации является замена исходного смысла сообщения (слов, предложений) кодами. В качестве кодов могут использоваться сочетания букв, цифр, знаков. При кодировании и обратном преобразовании используются специальные таблицы или словари. В информационных сетях кодирование исходного сообщения (или сигнала) программно-аппаратными средствами применяется для повышения достоверности передаваемой информации.

    Часто кодирование и шифрование ошибочно принимают за одно и тоже, забыв о том, что для восстановления закодированного сообщения, достаточно знать правило замены, в то время как для расшифровки сообщения помимо знания правил шифрования, требуется ключ к шифру.

    Сжатие информации может быть отнесено к методам криптографического преобразования информации с определенными оговорками. Целью сжатия является сокращение объема информации. В то же время сжатая информация не может быть прочитана или использована без обратного преобразования. Учитывая доступность средств сжатия и обратного преобразования, эти методы нельзя рассматривать как надежные средства криптографического преобразования информации. Даже если держать в секрете алгоритмы, то они могут быть сравнительно легко раскрыты статистическими методами обработки. Поэтому сжатые файлы конфиденциальной информации подвергаются последующему шифрованию. Для сокращения времени передачи данных целесообразно совмещать процесс сжатия и шифрования информации.

    Основным видом криптографического преобразования информации в компьютерных сетях является шифрование. Под шифрованием понимается процесс преобразования открытой информации в зашифрованную информацию (шифртекст) или процесс обратного преобразования зашифрованной информации в открытую. Процесс преобразования открытой информации в закрытую получил название зашифрование, а процесс преобразования закрытой информации в открытую – расшифрование.

    За многовековую историю использования шифрования информации человечеством изобретено множество методов шифрования или шифров. Методом шифрования (шифром) называется совокупность обратимых преобразований открытой информации в закрытую информацию в соответствии с алгоритмом шифрования. Большинство методов шифрования не выдержали проверку временем, а некоторые используются и до сих пор. Появление компьютеров и компьютерных сетей инициировало процесс разработки новых шифров, учитывающих возможности использования компьютерной техники как для зашифрования/расшифрования информации, так и для атак на шифр. Атака на шифр (криптоанализ, криптоатака) – это процесс расшифрования закрытой информации без знания ключа и, возможно, при отсутствии сведений об алгоритме шифрования.

    Современные методы шифрования должны отвечать следующим требованиям:

  • стойкость шифра противостоять криптоанализу (криптостойкость) должна быть такой, чтобы вскрытие его могло быть осуществлено только путем решения задачи полного перебора ключей;
  • криптостойкость обеспечивается не секретностью алгоритма шифрования, а секретностью ключа;
  • шифртекст не должен существенно превосходить по объему исходную информацию;
  • ошибки, возникающие при шифровании, не должны приводить к искажениям и потерям информации;
  • 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 шифрования практически невозможно. Поэтому алгоритм не должен иметь скрытых слабых мест, которыми могли бы воспользоваться криптоаналитики. Если это условие выполняется, то криптостойкость 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.

    Работа простой криптосистемы проиллюстрирована на рис 2.2.

    (рис 2.2) Обобщённая схема криптографической системы

    Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения М, которое должно быть передано законному получателю по незащищённому каналу. За каналом следит перехватчик с целью перехватить и раскрыть передаваемое сообщение. Для того чтобы перехватчик не смог узнать содержание сообщения М, отправитель шифрует его с помощью обратимого преобразования Ек и получает шифртекст (или криптограмму) С=Ек(М) , который отправляет получателю.

    Законный получатель, приняв шифртекст С, расшифровывает его с помощью обратного преобразования Dк(С) и получает исходное сообщение в виде открытого текста М.

    Преобразование Ек выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное преобразование, называется криптографическим ключом К.

    Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифртекст различными способами, один из которых выбирается с помощью конкретного ключа К.

    Преобразование шифрования может быть симметричным и асимметричным относительно преобразования расшифрования. Это важное свойство определяет два класса криптосистем:

  • симметричные (одноключевые) криптосистемы;
  • асимметричные (двухключевые) криптосистемы (с открытым ключом).
  • Симметричное шифрование

    Симметричное шифрование, которое часто называют шифрованием с помощью секретных ключей, в основном используется для обеспечения конфиденциальности данных. Для того чтобы обеспечить конфиденциальность данных, пользователи должны совместно выбрать единый математический алгоритм, который будет использоваться для шифрования и расшифровки данных. Кроме того, им нужно выбрать общий (секретный) ключ, который будет использоваться с принятым ими алгоритмом шифрования/дешифрования, т.е. один и тот же ключ используется и для зашифрования, и для расшифрования (слово "симметричный" означает одинаковый для обеих сторон).

    Пример симметричного шифрования показан на рис 2.2.

    Сегодня широко используются такие алгоритмы шифрования, как Data Encryption Standard (DES), 3DES (или "тройной DES") и International Data Encryption Algorithm (IDEA). Эти алгоритмы шифруют сообщения блоками по 64 бита. Если объем сообщения превышает 64 бита (как это обычно и бывает), необходимо разбить его на блоки по 64 бита в каждом, а затем каким-то образом свести их воедино. Такое объединение, как правило, происходит одним из следующих четырех методов:

  • электронной кодовой книги (Electronic Code Book, ECB);
  • цепочки зашифрованных блоков (Cipher Block Changing, CBC);
  • x-битовой зашифрованной обратной связи (Cipher FeedBack, CFB-x);
  • выходной обратной связи (Output FeedBack, OFB).
  • Triple DES (3DES) – симметричный блочный шифр, созданный на основе алгоритма DES, с целью устранения главного недостатка последнего – малой длины ключа (56 бит), который может быть взломан методом полного перебора ключа. Скорость работы 3DES в 3 раза ниже, чем у DES, но криптостойкость намного выше. Время, требуемое для криптоанализа 3DES, может быть намного больше, чем время, нужное для вскрытия DES.

    Алгоритм AES (Advanced Encryption Standard), также известный как Rijndael – симметричный алгоритм блочного шифрования – шифрует сообщения блоками по 128 бит, использует ключ 128/192/256 бит.

    Шифрование с помощью секретного ключа часто используется для поддержки конфиденциальности данных и очень эффективно реализуется с помощью неизменяемых "вшитых" программ (firmware). Этот метод можно использовать для аутентификации и поддержания целостности данных.

    С методом симметричного шифрования связаны следующие проблемы:

  • необходимо часто менять секретные ключи, поскольку всегда существует риск их случайного раскрытия (компрометации);
  • достаточно сложно обеспечить безопасность секретных ключей при их генерировании, распространении и хранении.
  • Асимметричное шифрование

    Асимметричное шифрование часто называют шифрованием с помощью открытого ключа, при котором используются разные, но взаимно дополняющие друг друга ключи и алгоритмы шифрования и расшифровки. Отношение между ключами является математическим – один ключ зашифровывает информацию, а другой ее расшифровывает.

    Асимметричное шифрование – система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу, и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации цифровой подписи и для расшифрования сообщения используется секретный ключ. Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в защищенных протоколах передачи данных TLS и его предшественнике SSL (лежащих в основе протокола HTTPS), в протоколе безопасного удаленного управления SSH. Также используется в протоколах шифрования электронной почты PGP и S/MIME.

    Для того чтобы установить связь с использованием шифрования через открытый ключ, обеим сторонам нужно получить два ключа: открытый К1 и частный (секретный) К2 (рис 2.3). Для шифрования и расшифровки данных обе стороны будут пользоваться разными ключами.

    В симметричной криптосистеме секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищённому схеме распространения ключей (например из рук в руки или с помощью поверенного курьера). В асимметричной криптосистеме по подобной схеме передается только открытый ключ, а частный (секретный) ключ хранится на месте его генерации (у владельца).

    (рис 2.3) Обобщенная схема асимметричной криптосистемы

    Механизмы генерирования пар открытых/частных ключей являются достаточно сложными, но в результате получаются пары очень больших случайных чисел, одно из которых становится открытым ключом, а другое – секретным. Генерирование таких чисел требует больших процессорных мощностей, поскольку эти числа, а также их произведения должны отвечать строгим математическим критериям. Однако этот процесс генерирования абсолютно необходим для обеспечения уникальности каждой пары открытых/частных ключей. Алгоритмы шифрования с использованием открытых ключей часто используют в приложениях, где аутентификация проводится с помощью цифровой подписи и управления ключами.

    Среди наиболее известных алгоритмов открытых ключей можно назвать RSA (Rivest-Shamir-Adleman) и DSA (Digital Signature Algorithm). Криптосистема RSA стала первой системой, пригодной и для шифрования, и для цифровой подписи. Алгоритм DSA применяется для создания цифровой подписи, но не для шифрования

    При использовании алгоритма RSA можно не только использовать открытый ключ для зашифрования, а секретный для расшифрования, но и наоборот: данные можно зашифровать с помощью секретного ключа, а открытый ключ применять при расшифровывании данных. Конечно, такой способ не дает возможность сохранять секреты, поскольку открытый ключ свободно доступен и любой может расшифровать информацию, но это дает способ поручиться за целостность содержимого сообщения: если открытый ключ правильно расшифровывает данные, значит, они были зашифрованы с помощью секретного ключа. Такой метод называется электронной цифровой подписью. Идея применения цифровой подписи строится на двух основных предположениях: во-первых, что секретный ключ уникален и защищен (только владелец ключа имеет к нему доступ), и, во-вторых, единственным способом поставить цифровую подпись является применение этого секретного ключа.

    (рис 2.4) Применение цифровой подписи

    Если данные зашифрованы с помощью не секретного ключа отправителя, а, например, открытого ключа или какого-либо другого, то получатель, расшифровав данные с использованием открытого ключа, получит не открытый текст сообщения, а бессмыслицу.

    Как правило, при создании цифровой подписи шифруется не весь открытый текст, а определенный фрагмент, так называемый дайджест сообщения (message digest), который генерируется (на основе вычислений) из исходного текста сообщения. К нему добавляется информация о том, кто подписывает документ. Получившаяся строка далее зашифровывается секретным ключом подписывающего с использованием того или иного алгоритма. Получившийся зашифрованный набор бит и представляет собой подпись.

    Отправитель посылает дайджест сообщения вместе с этим сообщением. При приеме получателем производятся такие же вычисления дайджеста. Если в сообщение были внесены изменения, результат вычисления будет отличаться от полученного, что свидетельствует о том, что целостность сообщения нарушена.

    Алгоритм вычисления дайджеста принимает входные данные любой длины и преобразует их, чтобы получить псевдослучайный результат фиксированной длины. Другой термин, часто использующийся для дайджеста сообщений, – это хэш.

    Хэш (hash) – это результат преобразования входных данных произвольной длины в данные фиксированной длины. Функция, с помощью которой реализуется это преобразование, называется функция хэширования или хэш-функция.

    В криптографии принято выделять криптографически стойкие хэш-функции, удовлетворяющие следующим условиям: во-первых, необратимость (т.е. невозможность восстановления исходного текста по результатам вычислений) и, во-вторых, стойкость к коллизиям. Коллизия – это ситуация, когда двум сообщениям соответствует один и тот же хэш. Наиболее часто в качестве алгоритма хэширования используется алгоритм MD5 (генерируется 128-битное значение) или SHA-1 (генерируется 160-битное значение).

    Хэш-функции широко применяются при создании пользовательских паролей, когда строка произвольной длины (пароль) преобразуется в указанный ключ заранее заданной длины, и для проверки целостности данных, когда данные отправляются вместе с контрольным значением.

    Сертификаты открытых ключей

    Криптография с открытым ключом предоставляет не только мощный механизм для шифрования, но и средства идентификации и аутентификации пользователей и устройств. Однако, если между отправителем и получателем нет конфиденциальной схемы передачи асимметричных ключей, то возникает серьезная опасность появления злоумышленника-посредника. Ручное распространение ключей становится непрактичным и создает бреши в системе безопасности. По этим причинам было разработано другое решение – применение сертификатов открытых ключей.

    В своей основной форме сертификатом называется информационный пакет, содержащий открытый ключ, электронную подпись, подтверждающую этот ключ, и имя доверенной третьей стороны, удостоверяющей достоверность этих фактов. Третья сторона, которой доверяют пользователи и которая подтверждает идентичность пользователя и его права, называется удостоверяющим центром CA (Certificate Authority) или центром сертификации . CA создает сертификаты пользователей, включающие следующую информацию: имя пользователя (сюда же относится пароль и другие дополнительные сведения, однозначно идентифицирующие этого пользователя), открытый ключ пользователя, время действия сертификата, конкретные операции, в которых этот ключ может быть использован (идентификация, шифрование). Удостоверяющий центр полностью ответственен за аутентичность своих конечных пользователей.

    Удостоверяющие центры можно разделить на 2 категории: открытые и частные. Открытые СА действуют через Интернет, предоставляя услуги сертификации всем желающим. Частные СА, как правило, принадлежат организациям или закрытым сетям и выдают сертификаты только пользователям локальных сетей.

    (рис 2.5) Выдача сертификатов удостоверяющим центром СА

    Наиболее широко распространенным форматом сертификатов, принятым для технологии открытых ключей, является стандарт X.509 v.3, описанный в документах RFC 2459 и RFC 5280.

    Надежной системой распространения открытого ключа CA является инфраструктура открытых ключей PKI (Public Key Infrastructure), которая определяет взаимодействие между конечными пользователями и доверяющими сторонами, предоставляя возможность безопасно выпускать и работать с сертификатами.

    Криптографические средства широко применяются в различных программно-аппаратных элементах системы защиты информации, таких как межсетевые экраны, Интернет-маршрутизаторы, концентраторы доступа. Один из примеров реализации программно-аппаратной криптографической системы представлен комплексом "КРИПТОН" фирмы "Анкад". Программный комплекс Crypton IPMobile предназначен для организации виртуальной частной сети (VPN).

    (рис 2.6) Типичная схема организации частной виртуальной сети с использованием VPN-шлюзов

    Crypton IPMobile может работать на основе концентратора доступа D-Link DSA-3110.

    (рис 2.7) Crypton-VPN на базе концентратора доступа D-Link DSA-3110

    Программно-аппаратный комплекс Crypton-VPN DSA-3110 обладает функциональностью криптографического маршрутизатора с применением шифрования. Концентратор доступа DSA-3110 представляет собой систему обеспечения доступа к сети с использованием технологии VPN, которая интеллектуально управляет аутентификацией, авторизацией и учетом подключающихся пользователей. Это устройство обеспечивает сеть полным набором функций, включая управление учетными записями и выдачу статистики по трафику с использованием технологии NetFlow.

    Безопасность сетевого доступа

    Концентратор доступа DSA-3110 обеспечивает клиентским компьютерам удобный и безопасный способ предоставления доступа к сети оператора/глобальной сети. Система гарантирует, что только зарегистрированные пользователи смогут использовать ресурсы сети. Используемые технологии доступа VPN (PPTP или PPPoE) позволяют надежно авторизовать пользователей и обеспечить защищенное и безопасное подключение. Активирование режима криптографического маршрутизатора и инициализация ключей и политики осуществляется с помощью информации, записанной на сменный носитель Touch Memory (TM).

    Выполнение функций AAA

    DSA-3110 выполняет 3 основные функции – аутентификацию, авторизацию и учет (Authentication, Authorization and Accounting (AAA)), которые часто встречаются во многих сетевых сервисах. Примером этих сервисов является доступ в Интернет через телефонную линию, электронная коммерция, печать через Интернет. Аутентификация выполняет проверку идентичности для авторизации доступа к сетевому ресурсу. Для учета использования ресурсов выдаются данные статистики подключений и соответствующая информация о трафике с целью анализа тенденций, планирования пропускной способности, биллинга, аудита и распределения затрат.

    Использование в сетях операторов

    DSA-3110 также может использоваться в коммерческих сетях, предоставляя сервисы клиентам (рис 2.8). Для того чтобы удостовериться, что пользователь является именно тем, кем он себя заявил, необходима аутентификация. После того, как пользователь будет аутентифицирован, необходимо удостовериться, что он авторизован на выполнение тех операций, которые запрашивает. Авторизация обычно обеспечивается путем использования списков доступа или политик безопасности.

    Использование в компаниях

    Зачастую при предоставлении сотрудникам доступа в глобальную сеть предприятию необходимо разграничить доступ своих сотрудников к различным службам (рис 2.9). DSA-3110 позволяет инициировать и использовать различные гибкие правила доступа к сети оператора/глобальной сети на основании множества критериев, таких как: адрес/служба/протокол/порт. Использование режима криптомаршрутизатора базируется на статических IP-адресах клиентов. При этом DSA-3110 является аппаратным межсетевым экраном (Firewall), что позволяет организовать защиту сети предприятия от внешних атак. Так же устройство позволяет сотрудникам, находящимся за пределами компании, получить защищенный доступ в локальную сеть предприятия.

    (рис 2.8) Схема применения DSA-3110 в сети оператора (рис 2.9) Схема применения DSA-3110 в сети компании

    Способы предотвращения удаленных атак на информационные системы

    Удаленные атаки были бы не осуществимы, если бы на каждое сетевое соединение была выделена отдельная линия связи, но инфраструктура сетей общего пользования не предусматривает соединения по принципу выделенного канала для каждого сетевого объекта. Альтернативой выделенному каналу связи стало использование защищенных виртуальных соединений по технологиям VPN (Virtual Private Network – виртуальные частные сети). Данному механизму посвящен отдельный раздел "Виртуальные частные сети (VPN)".

    Задача идентификации и аутентификации пользователей в распределенной сети имеет чрезвычайно важное значение. От успеха ее решения зависит безопасность информационной системы в целом. Как выше было рассмотрено, стандартными способами компрометации пользователей злоумышленником являются:

  • выдача себя за легального пользователя с присвоением его прав и полномочий для доступа в систему (например, типовая удалённая атака "MITM");
  • внедрение в систему ложного объекта, выдающего себя за доверенный объект системы (например, типовая удалённая атака "Ложный объект сети").
  • Исходя из того, что стандартные методы идентификации и аутентификации (имя/ пароль) в информационных системах не достаточны для защиты от удалённых атак на неё, необходимо введение дополнительных средств идентификации объектов в информационной сети и криптозащиты передаваемой в ней информации.

    При создании виртуального канала могут использоваться криптоалгоритмы с открытым ключом (например, SSL – Secret Socket Layer). Как упоминалось ранее, основная идея заключается в способе шифрования с двумя ключами, при котором ключ шифрования и ключ для дешифровки отличаются друг от друга, причем последний нельзя определить по первому. Суть криптографии с открытым ключом (или двухключевой криптографии) заключается в том, что ключи, имеющиеся в криптосистеме, входят в нее парами и каждая пара удовлетворяет следующим двум свойствам:

  • информация, зашифрованная на одном ключе, может быть дешифрована на другом;
  • знание одного ключа не позволяет вычислить другой.
  • Поэтому один из ключей может быть опубликован. При опубликованном (открытом) ключе шифрования и секретном ключе дешифрования получается система шифрования с открытым ключом. Каждый пользователь сети связи может зашифровать сообщение при помощи открытого ключа, а расшифровать его сможет только владелец секретного ключа. При опубликовании ключа дешифрования получается система цифровой подписи. Здесь только владелец секретного ключа создания подписи может правильно зашифровать текст (т.е. подписать его), а проверить подпись (дешифровать текст) может любой на основании опубликованного ключа проверки подписи.

    В 1976 г. У. Диффи и М. Хеллман предложили следующий метод открытого распределения ключей. Пусть два объекта A и B условились о выборе в качестве общей начальной информации большого простого числа P и большого простого числа a. Тогда эти пользователи действуют в соответствии с алгоритмом:

  • A вырабатывает случайное число x, вычисляет число ax (mod P) и посылает его B;
  • B вырабатывает случайное число y, вычисляет число ay (mod P) и посылает его A;
  • затем A и B возводят полученное число в степень со своим показателем и получают число axy (mod P).
  • (рис 2.10) Алгоритм В.Диффи и М.Хеллмана открытого распределения ключей

    Следует отметить, что объекты А и В обменялись не своими секретными кодами, а только результатами mod-функций, что делает достаточно трудным провести обратную операцию для получения секретного ключа.

    Это число и является сеансовым ключом для одноключевого алгоритма, например, DES. Для раскрытия этого ключа криптоаналитику необходимо по известным ax (mod P), ay (mod P) найти axy (mod P), т.е. найти x или y. Нахождение числа x по его экспоненте ax (mod P) называется задачей дискретного логарифмирования в простом поле. Эта задача является труднорешаемой, и поэтому полученный ключ, в принципе, может быть стойким.

    Особенность данного криптоалгоритма состоит в том, что перехват по каналу связи пересылаемых в процессе создания виртуального канала сообщений ax (mod P) и ay (mod P) не позволит атакующему получить конечный ключ шифрования axy (mod P). Этот ключ далее должен использоваться, во-первых, для цифровой подписи сообщений и, во-вторых, для их криптозащиты. Цифровая подпись сообщений позволяет надежно идентифицировать объект распределенной сети, который запрашивает доступ к ресурсам информационной системы по виртуальному каналу.

    Защита от атаки "анализ сетевого трафика"

    Анализ сетевого трафика относится к постоянно ожидаемой угрозе, которую невозможно устранить, но можно сделать бессмысленной для атакующего, если применять стойкие криптоалгоритмы в передаваемом потоке данных.

    Для предоставления удаленного авторизованного доступа к ресурсам информационных систем не рекомендуется использовать протоколы удаленного доступа TELNET, HTTP и FTP, так как они не предусматривают элементарную криптозащиту передаваемых по сети идентификаторов (имен) и аутентификаторов (паролей). Использование защищенных протоколов обмена (таких как SSL, TLS, SSH, HTTPS) обеспечит защищенный удаленный доступ к ресурсам своих систем.

    Для передачи конфиденциальной информации рекомендуется применять виртуальные каналы связи (VPN), подключения в которых обеспечиваются с использованием средств криптографии.

    Защита от DoS-атак

    Сегодня ряд компаний предлагает как программные средства защиты от DoS-атак, так и программно-аппаратные. Однако стопроцентной защиты от отказа в обслуживании для стандарта IPv4 в распределенной сети не существует. Это связано с тем, что в IPv4 невозможен контроль за маршрутом сообщений. Поэтому нельзя обеспечить надежный контроль за сетевыми соединениями, так как одним пользователем может быть занято неограниченное число каналов связи с удаленным объектом, и при этом сохраняется анонимность пользователя.

    Тем не менее, выполняя определенные правила, можно значительно ослабить DoS-атаку и снизить ее воздействие на атакуемую систему. Ниже приведены рекомендации, применение которых позволит в определенной степени защититься от DoS-атак.

  • Для повышения надежности работы системы использовать как можно более мощные компьютеры. Чем больше число и частота работы процессоров, чем больше объем оперативной памяти, тем более надежной будет работа сетевой ОС, когда на нее обрушится направленный шторм ложных запросов на создание соединения. Кроме того, необходимо использование соответствующих вычислительным мощностям операционных систем с внутренней очередью, способной вместить большое число запросов на подключение.
  • Применение функций анти-DoS и анти-spoofing на межсетевых экранах и маршрутизаторах защищает систему от перегрузки за счет ограничения полуоткрытых каналов.
  • Регулярное обновление операционной системы и программного обеспечения.
  • Использование кластера серверов позволяет увеличить надежность и производительность работы в несколько раз по сравнению с обычным сервером.
  • При обнаружении атаки маскирование IP-адреса сервера.
  • Программно-аппаратные средства обеспечения безопасности информационных сетей

    Как указывалось выше, система защиты информации – это комплекс мер, а также соответствующих им мероприятий, сил, средств и методов. Программно-аппаратный компонент системы защиты информации предназначен для защиты данных, обрабатываемых и хранящихся в компьютерах и серверах локальных сетей в различных информационных системах. Как правило, он реализует тесно взаимосвязанные процессы:

  • управление доступом и управление политикой безопасности,
  • идентификацию и аутентификацию пользователей,
  • регистрацию событий и аудит,
  • криптографическую защиту,
  • сетевую защиту,
  • антивирусную защиту,
  • обнаружение атак программными средствами (IDS – Intrusion Detection Systems).
  • Средства управления доступом позволяют разграничивать и контролировать выполняемые над информацией действия, которые совершаются пользователями (ограничение доступа на вход в систему, разграничение доступа авторизованных пользователей, запрет доступа неавторизованных пользователей и т.п.). То есть речь идет о логическом управлении доступом, который реализуется программными средствами. Контроль прав доступа осуществляется посредством различных компонентов программной среды – ядром сетевой операционной системы, системой управления базами данных, дополнительным программным обеспечением и т.д.

    Идентификация предназначена для того, чтобы пользователь мог идентифицировать себя путем сообщения своего имени. С помощью аутентификации вторая сторона убеждается, что пользователь, пытающийся войти в систему, действительно тот, за кого себя выдает.

    Регистрация событий (протоколирование, журналирование) – это процесс сбора и накопления информации о событиях, происходящих в информационной системе. Возможные события принято делить на две группы:

  • внешние события, вызванные действиями как авторизованных, так и неавторизованных пользователей;
  • внутренние события, вызванные действиями пользователей и администраторов. Аудитом называется процедура анализа накопленной в результате журналирования информации. Этот анализ может осуществляться оперативно, почти в реальном времени, или периодически.
  • Методы криптографии – одно из наиболее мощных средств обеспечения конфиденциальности и целостности информации. Как уже упоминалось, основной элемент криптографии – шифрование.

    Сетевая защита, как правило, обеспечивается установкой на границе сетей так называемых экранов. Экран – это средство разграничения доступа пользователей из одного сетевого множества к ресурсам, принадлежащим другому сетевому множеству. Функция экрана заключается в контроле всех информационных потоков между двумя множествами систем. Примерами экранов являются межсетевые экраны, устанавливаемые для защиты локальной сети организации, имеющей выход в публичную сеть (такую как Интернет).

    Помимо прочего, сегодня практически все производители программно-аппаратных средств обеспечения безопасности информации включают поддержку антивирусной защиты и систем обнаружения вторжений, обеспечивающих защиту от вредоносного ПО и атак.

    Для примера приведем аппаратные межсетевые экраны D-Link серии DFL, обладающие функцией проверки трафика на наличие вредоносных программ. В частности, даже "младшая" модель DFL-260/260E позволяет сканировать на наличие вредоносного ПО файлы любого размера, используя технологию потокового сканирования. Данный метод сканирования увеличивает производительность проверки, сокращая так называемые "узкие места" в сети. Межсетевые экраны серии DFL используют сигнатуры вирусов от антивирусной компании "Лаборатории Касперского" (Kaspersky Labs). При этом существует возможность обновления сигнатур. В результате вирусы и вредоносные программы могут быть эффективно заблокированы до того, как они достигнут устройств локальной сети.

    Кроме того, для эффективной борьбы с вредоносным трафиком и для того, чтобы минимизировать влияние аварийной ситуации на всю сеть, межсетевые экраны компании D-Link (DFL-800/860/860E/1600/1660/2500/2560) поддерживают специальную функцию – ZoneDefense, представляющую собой механизм, позволяющий им работать с коммутаторами локальных сетей D-Link и обеспечивающий активную сетевую безопасность. Функция ZoneDefense автоматически изолирует инфицированные компьютеры локальной сети и предотвращает распространение ими вредоносного трафика. Более подробно аппаратные межсетевые экраны компании D-Link и о технологии ZoneDefense мы рассмотрим в следующих главах.

    (рис 2.11) DFL-260E – межсетевой экран NetDefend для сетей SOHO

    Межсетевой экран

    Говоря о программно-аппаратной составляющей системы информационной безопасности, следует признать, что наиболее эффективный способ защиты объектов локальной сети (сегмента сети) от воздействий из открытых сетей (например, Интернета), предполагает размещение некоего элемента, осуществляющего контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами. Такой элемент получил название межсетевой экран (сетевой экран) или файрволл, брандмауэр.

    Файрволл, файрвол, файервол, фаервол – образовано транслитерацией английского термина firewall.

    Брандмауэр (нем. Brandmauer) – заимствованный из немецкого языка термин, являющийся аналогом английского "firewall" в его оригинальном значении (стена, которая разделяет смежные здания, предохраняя от распространения пожара).

    Сетевой/межсетевой экран (МСЭ) – комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов по различным протоколам в соответствии с заданными правилами.

    Основной задачей межсетевого экрана является защита компьютерных сетей и/или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Иногда межсетевые экраны называют фильтрами, так как их основная задача – не пропускать (фильтровать) пакеты, не подходящие под критерии, определённые в конфигурации.

    Для того чтобы эффективно обеспечивать безопасность сети, межсетевой экран отслеживает и управляет всем потоком данных, проходящим через него. Для принятия управляющих решений для TCP/IP-сервисов (то есть передавать, блокировать или отмечать в журнале попытки установления соединений) межсетевой экран должен получать, запоминать, выбирать и обрабатывать информацию, полученную от всех коммуникационных уровней и от других приложений.

    Межсетевой экран пропускает через себя весь трафик, принимая относительно каждого проходящего пакета решение: дать ему возможность пройти или нет. Для того чтобы межсетевой экран мог осуществить эту операцию, ему необходимо определить набор правил фильтрации. Решение о том, фильтровать ли с помощью межсетевого экрана пакеты данных, связанные с конкретными протоколами и адресами, зависит от принятой в защищаемой сети политики безопасности. По сути, межсетевой экран представляет собой набор компонентов, настраиваемых для реализации выбранной политики безопасности. Политика сетевой безопасности каждой организации должна включать (кроме всего прочего) две составляющие: политика доступа к сетевым сервисам и политика реализации межсетевых экранов.

    Однако недостаточно просто проверять пакеты по отдельности. Информация о состоянии соединения, полученная из инспекции соединений в прошлом и других приложений – главный фактор в принятии управляющего решения при попытке установления нового соединения. Для принятия решения могут учитываться как состояние соединения (полученное из прошлого потока данных), так и состояние приложения (полученное из других приложений).

    Таким образом, управляющие решения требуют, чтобы межсетевой экран имел доступ, возможность анализа и использования следующих факторов:

  • информации о соединениях – информация от всех семи уровней (модели OSI) в пакете;
  • истории соединений – информация, полученная от предыдущих соединений;
  • состоянии уровня приложения – информация о состоянии соединения, полученная из других приложений;
  • манипулировании информацией – вычисление разнообразных выражений, основанных на всех вышеперечисленных факторах.
  • Типы межсетевых экранов

    Различают несколько типов межсетевых экранов в зависимости от следующих характеристик:

  • обеспечивает ли экран соединение между одним узлом и сетью или между двумя или более различными сетями;
  • происходит ли контроль потока данных на сетевом уровне или более высоких уровнях модели OSI;
  • отслеживаются ли состояния активных соединений или нет.
  • В зависимости от охвата контролируемых потоков данных межсетевые экраны подразделяются на:

  • традиционный сетевой (или межсетевой) экран – программа (или неотъемлемая часть операционной системы) на шлюзе (устройстве, передающем трафик между сетями) или аппаратное решение, контролирующие входящие и исходящие потоки данных между подключенными сетями (объектами распределённой сети);
  • персональный межсетевой экран – программа, установленная на пользова-тельском компьютере и предназначенная для защиты от несанкционированного доступа только этого компьютера.
  • В зависимости от уровня OSI, на котором происходит контроль доступа, сетевые экраны могут работать на:

  • сетевом уровне, когда фильтрация происходит на основе адресов отправителя и получателя пакетов, номеров портов транспортного уровня модели OSI и статических правил, заданных администратором;
  • сеансовом уровне (также известные, как stateful), когда отслеживаются сеансы между приложениями и не пропускаются пакеты, нарушающие спецификации TCP/IP, часто используемые в злонамеренных операциях – сканирование ресурсов, взломы через неправильные реализации TCP/IP, обрыв/замедление соединений, инъекция данных;
  • прикладном уровне (или уровне приложений), когда фильтрация производится на основании анализа данных приложения, передаваемых внутри пакета. Такие типы экранов позволяют блокировать передачу нежелательной и потенциально опасной информации на основании политик и настроек.
  • Фильтрация на сетевом уровне

    Фильтрация входящих и исходящих пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в следующих полях TCP- и IP-заголовков пакетов: IP-адрес отправителя; IP-адрес получателя; порт отправителя; порт получателя.

    Фильтрация может быть реализована различными способами для блокирования соединений с определенными компьютерами или портами. Например, можно блокировать соединения, идущие от конкретных адресов тех компьютеров и сетей, которые считаются ненадежными.

    К преимуществам такой фильтрации относится:

  • сравнительно невысокая стоимость;
  • гибкость в определении правил фильтрации;
  • небольшая задержка при прохождении пакетов.
  • Недостатки:

  • не собирает фрагментированные пакеты;
  • нет возможности отслеживать взаимосвязи (соединения) между пакетами.?
  • Фильтрация на сеансовом уровне

    В зависимости от отслеживания активных соединений межсетевые экраны могут быть:

  • stateless (простая фильтрация), которые не отслеживают текущие соединения (например, TCP), а фильтруют поток данных исключительно на основе статических правил;
  • stateful, stateful packet inspection (SPI) (фильтрация с учётом контекста), с отслеживанием текущих соединений и пропуском только таких пакетов, которые удовлетворяют логике и алгоритмам работы соответствующих протоколов и приложений.
  • Межсетевые экраны с SPI позволяют эффективнее бороться с различными видами DoS-атак и уязвимостями некоторых сетевых протоколов. Кроме того, они обеспечивают функционирование таких протоколов, как H.323, SIP, FTP и т. п., которые используют сложные схемы передачи данных между адресатами, плохо поддающиеся описанию статическими правилами, и зачастую несовместимых со стандартными, stateless сетевыми экранами.

    К преимуществам такой фильтрации относится:

  • анализ содержимого пакетов;
  • не требуется информации о работе протоколов 7 уровня.
  • Недостатки:

  • сложно анализировать данные уровня приложений (возможно с использованием ALG – Application level gateway).
  • Application level gateway, ALG (шлюз прикладного уровня) – компонент NAT-маршрутизатора, который понимает какой-либо прикладной протокол, и при прохождении через него пакетов этого протокола модифицирует их таким образом, что находящиеся за NAT’ом пользователи могут пользоваться протоколом.

    Служба ALG обеспечивает поддержку протоколов на уровне приложений (таких как SIP, H.323, FTP и др.), для которых подмена адресов/портов (Network Address Translation) недопустима. Данная служба определяет тип приложения в пакетах, приходящих со стороны интерфейса внутренней сети и соответствующим образом выполняя для них трансляцию адресов/портов через внешний интерфейс.

    Технология SPI (Stateful Packet Inspection) или технология инспекции пакетов с учетом состояния протокола на сегодня является передовым методом контроля трафика. Эта технология позволяет контролировать данные вплоть до уровня приложения, не требуя при этом отдельного приложения посредника или proxy для каждого защищаемого протокола или сетевой службы.

    Исторически эволюция межсетевых экранов происходила от пакетных фильтров общего назначения, затем стали появляться программы-посредники для отдельных протоколов, и, наконец, была разработана технология stateful inspection. Предшествующие технологии только дополняли друг друга, но всеобъемлющего контроля за соединениями не обеспечивали. Пакетным фильтрам недоступна информация о состоянии соединения и приложения, которая необходима для принятия заключительного решения системой безопасности. Программы-посредники обрабатывают только данные уровня приложения, что зачастую порождает различные возможности для взлома системы. Архитектура stateful inspection уникальна потому, что она позволяет оперировать всей возможной информацией, проходящей через машину-шлюз: данными из пакета, данными о состоянии соединения, данными, необходимыми для приложения.

    Пример работы механизма Stateful Inspection. Межсетевой экран отслеживает сессию FTP, проверяя данные на уровне приложения. Когда клиент запрашивает сервер об открытии обратного соединения (команда FTP PORT), межсетевой экран извлекает номер порта из этого запроса. В списке запоминаются адреса клиента и сервера, номера портов. При фиксировании попытки установить соединение FTP-data, межсетевой экран просматривает список и проверяет, действительно ли данное соединение является ответом на допустимый запрос клиента. Список соединений поддерживается динамически, так что открыты только необходимые порты FTP. Как только сессия закрывается, порты блокируются, обеспечивая высокий уровень защищенности.

    (рис 2.12) Пример работы механизма Stateful Inspection с FTP-протоколом

    Фильтрация на прикладном уровне

    С целью защиты ряда уязвимых мест, присущих фильтрации пакетов, межсетевые экраны должны использовать прикладные программы для фильтрации соединений с такими сервисами, как, например, Telnet, HTTP, FTP. Подобное приложение называется proxy-службой , а хост, на котором работает proxy-служба – шлюзом уровня приложений. Такой шлюз исключает прямое взаимодействие между авторизованным клиентом и внешним хостом. Шлюз фильтрует все входящие и исходящие пакеты на прикладном уровне (уровне приложений – верхний уровень сетевой модели) и может анализировать содержимое данных, например, адрес URL, содержащийся в HTTP-сообщении, или команду, содержащуюся в FTP-сообщении. Иногда эффективнее бывает фильтрация пакетов, основанная на информации, содержащейся в самих данных. Фильтры пакетов и фильтры уровня канала не используют содержимое информационного потока при принятии решений о фильтрации, но это можно сделать с помощью фильтрации уровня приложений. Фильтры уровня приложений могут использовать информацию из заголовка пакета, а также содержимого данных и информации о пользователе. Администраторы могут использовать фильтрацию уровня приложений для контроля доступа на основе идентичности пользователя и/или на основе конкретной задачи, которую пытается осуществить пользователь. В фильтрах уровня приложений можно установить правила на основе отдаваемых приложением команд. Например, администратор может запретить конкретному пользователю скачивать файлы на конкретный компьютер с помощью FTP или разрешить пользователю размещать файлы через FTP на том же самом компьютере.

    К преимуществам такой фильтрации относится:

  • простые правила фильтрации;
  • возможность организации большого числа проверок. Защита на уровне приложений позволяет осуществлять большое количество дополнительных проверок, что снижает вероятность взлома с использованием "дыр" в программном обеспечении;
  • способность анализировать данные приложений.
  • Недостатки:

  • относительно низкая производительность по сравнению с фильтрацией пакетов;
  • proxy должен понимать свой протокол (невозможность использования с неизвестными протоколами)?;
  • как правило, работает под управлением сложных ОС.
  • Сравнение аппаратных и программных межсетевых экранов

    Для сравнения межсетевых экранов разделим их на два типа: 1-й – аппаратные и программно-аппаратные и 2-й – программные.

    К аппаратным и программно-аппаратным межсетевым экранам относятся устройства, установленные на границе сети. Программные межсетевые экраны – это те, которые установлены на конечных хостах.

    Основные направления, присущие и первому, и второму типам:

  • обеспечение безопасности входящего и исходящего трафика;
  • значительное увеличение безопасности сети и уменьшение риска для хостов подсети при фильтрации заведомо незащищенных служб;
  • возможность контроля доступа к системам сети;
  • уведомление о событиях с помощью соответствующих сигналов тревоги, которые срабатывают при возникновении какой-либо подозрительной деятельности (попытки зондирования или атаки);
  • обеспечение недорогого, простого в реализации и управлении решения безопасности.
  • Аппаратные и программно-аппаратные межсетевые экраны дополнительно поддерживают функционал, который позволяет:

  • препятствовать получению из защищенной подсети или внедрению в защищенную подсеть информации с помощью любых уязвимых служб;
  • регистрировать попытки доступа и предоставлять необходимую статистику об использовании Интернет;
  • предоставлять средства регламентирования порядка доступа к сети;
  • обеспечивать централизованное управление трафиком.
  • Программные межсетевые экраны, кроме основных направлений, позволяют:

  • контролировать запуск приложений на том хосте, где установлены;
  • защищать объект от проникновения через "люки" (back doors);
  • обеспечивать защиту от внутренних угроз.
  • Межсетевой экран не является симметричным устройством. Он различает понятия: "снаружи" и "внутри". Межсетевой экран обеспечивает защиту внутренней области от неконтролируемой и потенциально враждебной внешней среды. В то же время межсетевой экран позволяет разграничить доступ к объектам общедоступной сети со стороны субъектов защищенной сети. При нарушении полномочий работа субъекта доступа блокируется, и вся необходимая информация записывается в журнал.

    Межсетевые экраны могут использоваться и внутри защищенных корпоративных сетей. Если в локальной сети имеются подсети с различной степенью конфиденциальности информации, то такие фрагменты целесообразно отделять межсетевыми экранами. В этом случае экраны называют внутренними.

    Прокси-сервер

    Прокси-сервер (proxy – представитель, уполномоченный) – служба в компьютерных сетях, позволяющая клиентам выполнять косвенные запросы к другим сетевым службам. Сначала клиент подключается к прокси-серверу и запрашивает какой-либо ресурс (например, e-mail), расположенный на другом сервере. Затем прокси-сервер либо подключается к указанному серверу и получает ресурс у него, либо возвращает ресурс из собственного кэша (cache) (в случаях, если прокси имеет свой кэш). В некоторых случаях запрос клиента или ответ сервера может быть изменён прокси-сервером в определённых целях. Также прокси-сервер позволяет защищать клиентский компьютер от некоторых сетевых атак и помогает сохранять анонимность клиента.

    Proxy являются попыткой реализовать межсетевой экран на уровне приложения. Их основное преимущество – поддержка полной информации о приложениях. Proxy обеспечивают частичную информацию об истории соединений, полную информацию о приложении и частичную информацию о текущем соединении и имеют возможность обработки и действий над информацией.

    Однако имеются очевидные трудности в использовании proxy на уровне приложения в качестве межсетевого экрана:

  • Ограничения на соединения – каждый сервис требует наличия своего собственного прокси, поэтому число доступных сервисов и их масштабируемость ограничены.
  • Ограничения технологии – шлюз прикладного уровня (ALG) не может обеспечить прокси для протокола UDP.
  • Производительность – реализация на уровне приложения имеет значительные потери в производительности.
  • В добавление, proxy беззащитны к ошибкам в приложениях и OC, неверной информации в нижних уровнях протоколов и в случае традиционных прокси-серверы очень редко являются прозрачными.

    Исторически proxy уровня приложений удовлетворяли общему их применению и нуждам сети Интернет. Однако, по мере превращения Интернета в постоянно меняющуюся динамичную среду, предлагающую новые протоколы, сервисы и приложения, proxy более не способны обработать различные типы взаимодействий в сети Интернет или отвечать новым нуждам бизнеса, высоким требованиям к пропускной способности и безопасности сетей.

    Интернет-маршрутизатор

    Так называемые классические маршрутизаторы действуют на сетевом уровне, и их очевидным недостатком является неспособность обеспечивать безопасность даже для наиболее известных сервисов и протоколов. Маршрутизаторы не являются устройствами обеспечения безопасности, так как они не имеют основных возможностей межсетевого экрана:

  • информации о соединении – маршрутизаторы имеют доступ лишь к ограниченной части заголовка пакетов;
  • наследуемой информации о соединении и приложении – маршрутизаторы не поддерживают хранение информации об истории соединения или приложения;
  • манипулирований информацией – маршрутизаторы имеют очень ограниченные возможности по действиям над информацией.
  • К тому же, маршрутизаторы достаточно сложно конфигурировать, следить за их состоянием и управлять. Они не обеспечивают должного уровня журналирования событий и механизмов оповещения.

    В последнее время получили распространение устройства класса SOHO (Small Office/Home Office), значительно упрощающие задачу подключения локальной вычислительной сети к сети Интернет и условно называемые Интернет-маршрутизаторами . Как правило, Интернет-маршрутизатор – это аппаратное решение с одним (или несколькими) портом WAN для подключения к сети общего пользования (Интернет) и несколькими (чаще четыре) портами LAN для подключения рабочих станций локальной сети. Иногда Интернет-маршрутизатор оборудован беспроводной точкой доступа для организации связи в локальной сети с беспроводными клиентами. Может оснащаться USB-портом для подключения принтера и/или других устройств (например, 3G-модема).

    Интернет-маршрутизатор разработан для совместного доступа группы пользователей к широкополосному Интернет-соединению через выделенную линию, DSL или кабельный модем. Кроме того, в качестве дополнительного канала возможно применение Wimax / 3G-модемов, обеспечивающих доступ в Интернет через Wimax / 3G-сети.

    Интернет-маршрутизатор оснащен встроенным межсетевым экраном для защиты компьютеров в сети от вирусных и DoS-атак. Управление доступом осуществляется с помощью фильтрации пакетов на основе МАС-адресов источника и приемника.

    Маршрутизатор может быть настроен таким образом, что отдельные FTP, Web- и игровые серверы смогут совместно использовать один, видимый извне IP-адрес, и в тоже время останутся защищенными от атак хакеров. Пользователи через Web-интерфейс маршрутизатора могут настроить любой (или конкретно выделенный производителем для этой цели) из LAN-портов как DMZ-порт (см. раздел "Механизмы PAT и NAT"). В последнее время всё чаще стала присутствовать функция "родительского" контроля (Parental control), которая позволяет фильтровать нежелательные URL-адреса Web-сайтов, блокировать домены и управлять использованием Интернет по расписанию.

    Поддержка Интернет-маршрутизаторами технологии QoS (см. раздел "Качество обслуживания (QoS) и управление полосой пропускания трафика (Traffic Shaping)") обеспечивает более эффективную передачу приложений, чувствительных к задержкам, таких как Интернет-телефония (VoIP), мультимедиа и игры по Интернет.

    Стандартный набор возможностей Интернет-маршрутизаторов и используемых в работе технологий
    Типы подключения WAN: Поддержка VPN:
  • Static IP
  • Dynamic IP
  • PPPoE
  • L2TP
  • PPTP
  • DualAccess PPPoE
  • DualAccess PPTP
  • PPTP pass-through
  • IPSec pass-through
  • L2TP pass-through
  • Функции Интернет-шлюза:

  • Преобразование сетевых адресов (NAT)
  • DHCP-сервер (для автоматического назначения параметров IP)
  • Управление доступом пользователей:

  • Фильтрация MAC-адресов
  • Фильтрация по расписанию
  • Межсетевой экран:

  • NAT (преобразование сетевых адресов) с VPN pass-through
  • SPI (Stateful Packet Inspection)
  • Фильтрация Web-сайтов с помощью фильтрации URL-адресов.

    Приоритизация VoIP-трафика и потоковых медиафайлов при приеме/передаче.

    Широковещательный поток IGMP (Internet Group Management Protocol)

    (рис 2.13) DIR-857 – Высокопроизводительный двухдиапазонный беспроводной Интернет-маршрутизатор D-Link, оснащенный 4 портами Gigabit Ethernet, портом USB 3.0 и слотом для SD-карты
    Страницы:

    Механизмы защиты информации

    Одним из условий безопасной работы в информационной системе является соблюдение пользователем ряда правил, которые проверены на практике и показали свою высокую эффективность. Их несколько:

  • Использование программных продуктов, полученных законным официальным путем. Вероятность наличия вируса в пиратской копии во много раз выше, чем в официально полученном программном обеспечении.
  • Дублирование информации. Прежде всего, необходимо сохранять дистрибутивные носители программного обеспечения. При этом запись на носители, допускающие выполнение этой операции, должна быть, по возможности, заблокирована. Следует особо позаботиться о сохранении рабочей информации. Предпочтительнее регулярно создавать копии рабочих файлов на съемных машинных носителях информации с защитой от записи. Копируется либо весь файл, либо только вносимые изменения. Последний вариант применим, например, при работе с базами данных.
  • Регулярное обновление системного ПО. Операционную систему необходимо регулярно обновлять и устанавливать все исправления безопасности от Microsoft и других производителей, чтобы устранить существующие уязвимости программного обеспечения.
  • Ограничение доступа пользователей к настройкам операционной системы и системным данным. Для обеспечения стабильной работы системы довольно часто требуется ограничивать возможности пользователей, что можно сделать либо с помощью встроенных средств Windows, либо с помощью специализированных программ, предназначенных для управления доступом к компьютеру.

    В корпоративных сетях возможно применение групповых политик в сети домена Windows.

  • Для максимально эффективного использования сетевых ресурсов необходимо вводить ограничения доступа авторизованных пользователей к внутренним и внешним сетевым ресурсам и блокировать доступ неавторизованных пользователей.
  • Регулярное использование антивирусных средств. Перед началом работы целесообразно выполнять программы-сканеры и программы-ревизоры. Антивирусные базы должны регулярно обновляться. Кроме того, необходимо проводить антивирусный контроль сетевого трафика.
  • Защита от сетевых вторжений обеспечивается применением программно-аппаратных средств, в том числе: использованием межсетевых экранов, систем обнаружения/предотвращения вторжений IDS/IPS (Intrusion Detection/Prevention System), реализацией технологий VPN (Virtual Private Network).
  • Применение средств аутентификации и криптографии – использование паролей (простых/сложных/неповторяющихся) и методов шифрования. Не рекомендуется использовать один и тот же пароль на разных ресурсах и разглашать сведения о паролях. При написании пароля на сайтах следует быть особенно внимательным, чтобы не допустить ввода своего пароля на мошенническом сайте-двойнике.
  • Особую осторожность следует проявлять при использовании новых (не известных) съемных носителей информации и новых файлов. Новые съёмные носители обязательно должны быть проверены на отсутствие загрузочных и файловых вирусов, а полученные файлы – на наличие файловых вирусов. При работе в распределенных системах или в системах коллективного пользования новые сменные носители информации и вводимые в систему файлы целесообразно проверять на специально выделенных для этой цели компьютерах, не подключенных к локальной сети. Только после всесторонней антивирусной проверки дисков и файлов они могут передаваться пользователям системы.
  • При работе с полученными (например, посредством электронной почты) документами и таблицами целесообразно запретить выполнение макрокоманд средствами, встроенными в текстовые и табличные редакторы (MS Word, MS Excel), до завершения полной проверки этих файлов.
  • Если не предполагается осуществлять запись информации на внешние носители, то необходимо заблокировать выполнение этой операции, например, программно отключив USB-порты.
  • При работе с общими ресурсами в открытых сетях (например, Интернет) использовать только проверенные сетевые ресурсы, не имеющие вредоносного контента. Не следует доверять всей поступающей на компьютер информации – электронным письмам, ссылкам на Web-сайты, сообщениям на Интернет-пейджеры. Категорически не рекомендуется открывать файлы и ссылки, приходящие из неизвестного источника.
  • Постоянное следование приведенным рекомендациям позволяет значительно уменьшить вероятность заражения программными вирусами и защищает пользователя от безвозвратных потерь информации. Однако даже при скрупулезном выполнении всех правил профилактики возможность заражения ПК компьютерными вирусами полностью исключить нельзя, поэтому методы и средства противодействия вредоносному ПО необходимо постоянно совершенствовать и поддерживать в работоспособном состоянии.

    Антивирусные средства защиты информации

    Массовое распространение вредоносного программного обеспечения, серьезность последствий его воздействия на информационные системы и сети вызвали необходимость разработки и использования специальных антивирусных средств и методов их применения.

    Нужно отметить, что не существует антивирусных средств, гарантирующих обнаружение всех возможных программ-вирусов.

    Антивирусные средства применяются для решения следующих задач:

  • обнаружение вредоносного ПО в информационных системах;
  • блокирование работы вредоносного ПО;
  • устранение последствий воздействия вредоносного ПО.
  • Обнаружение вредоносного ПО желательно осуществлять на стадии его внедрения в систему или, по крайней мере, до начала осуществления им деструктивных действий. При обнаружении такого программного обеспечения или его деятельности необходимо сразу же прекратить работу программы-вируса в целях минимизации ущерба от ее воздействия на систему.

    Устранение последствий воздействия вирусов ведется в двух направлениях:

  • удаление вирусов;
  • восстановление (при необходимости) файлов, областей памяти.
  • Процедуру удаления обнаруженного вредоносного кода из зараженной системы необходимо выполнять крайне аккуратно. Часто вирусы и троянские программы предпринимают специальные действия, чтобы скрыть факт своего присутствия в системе, или встраиваются в нее так глубоко, что задача его уничтожения становится достаточно нетривиальной.

    Восстановление системы зависит от типа вируса, а также от времени его обнаружения по отношению к началу деструктивных действий. В том случае, когда программа-вирус уже запущена в системе и ее деятельность предусматривает изменение или удаление данных, восстановление информации (особенно, если она не продублирована) может быть невыполнимо.Для борьбы с вирусами используются программные и программно-аппаратные средства, которые применяются в определенной последовательности и комбинации, образуя методы защиты от вредоносного ПО.

    Известны следующие методы обнаружения вирусов, активно применяемые современными антивирусными средствами:

  • сканирование;
  • обнаружение изменений;
  • эвристический анализ;
  • использование резидентных сторожей;
  • использование программно-аппаратной защиты от вирусов.
  • Сканирование – один из самых простых методов обнаружения вирусов, осуществляется программой-сканером, которая просматривает файлы в поисках опознавательной части вируса – сигнатуры. Под сигнатурой понимается уникальная последовательность байтов, принадлежащая конкретному вирусу и не встречающаяся в других программах.

    Программа фиксирует наличие уже известных вирусов, для которых сигнатура определена. Для эффективного применения антивирусных программ, использующих метод сканирования, необходимо регулярное обновление сведений о новых вирусах.

    Метод обнаружения изменений базируется на использовании программ-ревизоров, которые следят за изменениями файлов и дисковых секторов на компьютере. Любой вирус каким-либо образом изменяет систему данных на диске. Например, может измениться загрузочный сектор, появиться новый исполняемый файл или измениться уже существующий, и т.п.

    Как правило, антивирусные программы-ревизоры определяют и запоминают в специальных файлах образы главной загрузочной записи, загрузочных секторов логических дисков, характеристики всех контролируемых файлов, каталогов и номера дефектных кластеров диска. Периодически ревизор проверяет текущее состояние областей дисков и файловой системы, сравнивает с предыдущим состоянием и немедленно выдает сообщения обо всех подозрительных изменениях.

    Главным достоинством метода является возможность обнаружения вирусов всех типов, а также новых неизвестных вирусов.

    Имеются у этого метода и недостатки. С помощью программ-ревизоров невозможно определить вирус в файлах, которые поступают в систему уже зараженными. Вирусы будут обнаружены только после размножения в системе.

    Эвристический анализ, как и метод обнаружения изменений, позволяет определять неизвестные вирусы, но не требует предварительного сбора, обработки и хранения информации о файловой системе.

    Эвристический анализ в антивирусных программах основан на сигнатурах и эвристическом алгоритме, призван улучшить способность программ-сканеров применять сигнатуры и распознавать модифицированные версии вирусов в тех случаях, когда код неизвестной программы совпадает с сигнатурой не полностью, но в подозрительной программе явно выражены более общие признаки вируса либо его поведенческая модель. При обнаружении подобных кодов, выдается сообщение о возможном заражении. После получения таких сообщений необходимо тщательно проверить предположительно зараженные файлы и загрузочные сектора всеми имеющимися антивирусными средствами.

    Недостатком данного метода является большое количество ложных срабатываний антивирусных средств в тех случаях, когда в легальной программе присутствуют фрагменты кода, выполняющего действия и/или последовательности, свойственные некоторым вирусам.

    Метод использования резидентных сторожей основан на применении программ, которые постоянно находятся в оперативной памяти устройства (компьютера) и отслеживают все действия, выполняемые остальными программами. В случае выполнения какой-либо программой подозрительных действий, свойственных вирусам (обращение для записи в загрузочные сектора, помещение в оперативную память резидентных модулей, попытки перехвата прерываний и т.п.), резидентный сторож выдает сообщение пользователю.

    Применение антивирусных программ с резидентным сторожем снижает вероятность запуска вирусов на компьютере, но следует учитывать, что постоянное использование ресурсов оперативной памяти под резидентные программы уменьшает объем памяти, доступной для других программ.

    На сегодняшний день одним из самых надежных механизмов защиты информационных систем и сетей являются программно-аппаратные средства, как правило, включающие в себя не только антивирусные системы, но и обеспечивающие дополнительный сервис. Эта тема подробно рассмотрена в разделе "Программно-аппаратные средства обеспечения безопасности информационных сетей".

    Криптографические методы защиты информации

    Криптографические методы защиты информации – это мощное оружие в борьбе за информационную безопасность.

    Криптография (от древне-греч. κρυπτος – скрытый и γραφω – пишу) – наука о методах обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации.

    Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на то, чтобы сделать эти данные бесполезными для злоумышленника. Такие преобразования позволяют решить два главных вопроса, касающихся безопасности информации:

  • защиту конфиденциальности;
  • защиту целостности.
  • Проблемы защиты конфиденциальности и целостности информации тесно связаны между собой, поэтому методы решения одной из них часто применимы для решения другой.

    Известны различные подходы к классификации методов криптографического преобразования информации. По виду воздействия на исходную информацию методы криптографического преобразования информации могут быть разделены на четыре группы:

    (рис 2.1) Классификация методов криптографического преобразования информации

    Процесс шифрования заключается в проведении обратимых математических, логических, комбинаторных и других преобразований исходной информации, в результате которых зашифрованная информация представляет собой хаотический набор букв, цифр, других символов и двоичных кодов.

    Для шифрования информации используются алгоритм преобразования и ключ. Как правило, алгоритм для определенного метода шифрования является неизменным. Исходными данными для алгоритма шифрования служит информация, подлежащая зашифрованию, и ключ шифрования. Ключ содержит управляющую информацию, которая определяет выбор преобразования на определенных шагах алгоритма и величины операндов, используемых при реализации алгоритма шифрования. Операнд – это константа, переменная, функция, выражение и другой объект языка программирования, над которым производятся операции.

    В отличие от других методов криптографического преобразования информации, методы стеганографии позволяют скрыть не только смысл хранящейся или передаваемой информации, но и сам факт хранения или передачи закрытой информации. В основе всех методов стеганографии лежит маскирование закрытой информации среди открытых файлов, т.е. скрываются секретные данные, при этом создаются реалистичные данные, которые невозможно отличить от настоящих. Обработка мультимедийных файлов в информационных системах открыла практически неограниченные возможности перед стеганографией.

    Графическая и звуковая информация представляются в числовом виде. Так, в графических объектах наименьший элемент изображения может кодироваться одним байтом. В младшие разряды 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 человеческому глазу практически невозможно отличить полученное изображение от исходного. С помощью средств стеганографии могут маскироваться текст, изображение, речь, цифровая подпись, зашифрованное сообщение.

    Скрытый файл также может быть зашифрован. Если кто-то случайно обнаружит скрытый файл, то зашифрованная информация будет воспринята как сбой в работе системы. Комплексное использование стеганографии и шифрования многократно повышает сложность решения задачи обнаружения и раскрытия конфиденциальной информации.

    Содержанием процесса кодирование информации является замена исходного смысла сообщения (слов, предложений) кодами. В качестве кодов могут использоваться сочетания букв, цифр, знаков. При кодировании и обратном преобразовании используются специальные таблицы или словари. В информационных сетях кодирование исходного сообщения (или сигнала) программно-аппаратными средствами применяется для повышения достоверности передаваемой информации.

    Часто кодирование и шифрование ошибочно принимают за одно и тоже, забыв о том, что для восстановления закодированного сообщения, достаточно знать правило замены, в то время как для расшифровки сообщения помимо знания правил шифрования, требуется ключ к шифру.

    Сжатие информации может быть отнесено к методам криптографического преобразования информации с определенными оговорками. Целью сжатия является сокращение объема информации. В то же время сжатая информация не может быть прочитана или использована без обратного преобразования. Учитывая доступность средств сжатия и обратного преобразования, эти методы нельзя рассматривать как надежные средства криптографического преобразования информации. Даже если держать в секрете алгоритмы, то они могут быть сравнительно легко раскрыты статистическими методами обработки. Поэтому сжатые файлы конфиденциальной информации подвергаются последующему шифрованию. Для сокращения времени передачи данных целесообразно совмещать процесс сжатия и шифрования информации.

    Основным видом криптографического преобразования информации в компьютерных сетях является шифрование. Под шифрованием понимается процесс преобразования открытой информации в зашифрованную информацию (шифртекст) или процесс обратного преобразования зашифрованной информации в открытую. Процесс преобразования открытой информации в закрытую получил название зашифрование, а процесс преобразования закрытой информации в открытую – расшифрование.

    За многовековую историю использования шифрования информации человечеством изобретено множество методов шифрования или шифров. Методом шифрования (шифром) называется совокупность обратимых преобразований открытой информации в закрытую информацию в соответствии с алгоритмом шифрования. Большинство методов шифрования не выдержали проверку временем, а некоторые используются и до сих пор. Появление компьютеров и компьютерных сетей инициировало процесс разработки новых шифров, учитывающих возможности использования компьютерной техники как для зашифрования/расшифрования информации, так и для атак на шифр. Атака на шифр (криптоанализ, криптоатака) – это процесс расшифрования закрытой информации без знания ключа и, возможно, при отсутствии сведений об алгоритме шифрования.

    Современные методы шифрования должны отвечать следующим требованиям:

  • стойкость шифра противостоять криптоанализу (криптостойкость) должна быть такой, чтобы вскрытие его могло быть осуществлено только путем решения задачи полного перебора ключей;
  • криптостойкость обеспечивается не секретностью алгоритма шифрования, а секретностью ключа;
  • шифртекст не должен существенно превосходить по объему исходную информацию;
  • ошибки, возникающие при шифровании, не должны приводить к искажениям и потерям информации;
  • 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 шифрования практически невозможно. Поэтому алгоритм не должен иметь скрытых слабых мест, которыми могли бы воспользоваться криптоаналитики. Если это условие выполняется, то криптостойкость 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.

    Работа простой криптосистемы проиллюстрирована на рис 2.2.

    (рис 2.2) Обобщённая схема криптографической системы

    Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения М, которое должно быть передано законному получателю по незащищённому каналу. За каналом следит перехватчик с целью перехватить и раскрыть передаваемое сообщение. Для того чтобы перехватчик не смог узнать содержание сообщения М, отправитель шифрует его с помощью обратимого преобразования Ек и получает шифртекст (или криптограмму) С=Ек(М) , который отправляет получателю.

    Законный получатель, приняв шифртекст С, расшифровывает его с помощью обратного преобразования Dк(С) и получает исходное сообщение в виде открытого текста М.

    Преобразование Ек выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное преобразование, называется криптографическим ключом К.

    Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифртекст различными способами, один из которых выбирается с помощью конкретного ключа К.

    Преобразование шифрования может быть симметричным и асимметричным относительно преобразования расшифрования. Это важное свойство определяет два класса криптосистем:

  • симметричные (одноключевые) криптосистемы;
  • асимметричные (двухключевые) криптосистемы (с открытым ключом).
  • Симметричное шифрование

    Симметричное шифрование, которое часто называют шифрованием с помощью секретных ключей, в основном используется для обеспечения конфиденциальности данных. Для того чтобы обеспечить конфиденциальность данных, пользователи должны совместно выбрать единый математический алгоритм, который будет использоваться для шифрования и расшифровки данных. Кроме того, им нужно выбрать общий (секретный) ключ, который будет использоваться с принятым ими алгоритмом шифрования/дешифрования, т.е. один и тот же ключ используется и для зашифрования, и для расшифрования (слово "симметричный" означает одинаковый для обеих сторон).

    Пример симметричного шифрования показан на рис 2.2.

    Сегодня широко используются такие алгоритмы шифрования, как Data Encryption Standard (DES), 3DES (или "тройной DES") и International Data Encryption Algorithm (IDEA). Эти алгоритмы шифруют сообщения блоками по 64 бита. Если объем сообщения превышает 64 бита (как это обычно и бывает), необходимо разбить его на блоки по 64 бита в каждом, а затем каким-то образом свести их воедино. Такое объединение, как правило, происходит одним из следующих четырех методов:

  • электронной кодовой книги (Electronic Code Book, ECB);
  • цепочки зашифрованных блоков (Cipher Block Changing, CBC);
  • x-битовой зашифрованной обратной связи (Cipher FeedBack, CFB-x);
  • выходной обратной связи (Output FeedBack, OFB).
  • Triple DES (3DES) – симметричный блочный шифр, созданный на основе алгоритма DES, с целью устранения главного недостатка последнего – малой длины ключа (56 бит), который может быть взломан методом полного перебора ключа. Скорость работы 3DES в 3 раза ниже, чем у DES, но криптостойкость намного выше. Время, требуемое для криптоанализа 3DES, может быть намного больше, чем время, нужное для вскрытия DES.

    Алгоритм AES (Advanced Encryption Standard), также известный как Rijndael – симметричный алгоритм блочного шифрования – шифрует сообщения блоками по 128 бит, использует ключ 128/192/256 бит.

    Шифрование с помощью секретного ключа часто используется для поддержки конфиденциальности данных и очень эффективно реализуется с помощью неизменяемых "вшитых" программ (firmware). Этот метод можно использовать для аутентификации и поддержания целостности данных.

    С методом симметричного шифрования связаны следующие проблемы:

  • необходимо часто менять секретные ключи, поскольку всегда существует риск их случайного раскрытия (компрометации);
  • достаточно сложно обеспечить безопасность секретных ключей при их генерировании, распространении и хранении.
  • Асимметричное шифрование

    Асимметричное шифрование часто называют шифрованием с помощью открытого ключа, при котором используются разные, но взаимно дополняющие друг друга ключи и алгоритмы шифрования и расшифровки. Отношение между ключами является математическим – один ключ зашифровывает информацию, а другой ее расшифровывает.

    Асимметричное шифрование – система шифрования и/или электронной цифровой подписи (ЭЦП), при которой открытый ключ передаётся по открытому (то есть незащищённому, доступному для наблюдения) каналу, и используется для проверки ЭЦП и для шифрования сообщения. Для генерации цифровой подписи и для расшифрования сообщения используется секретный ключ. Криптографические системы с открытым ключом в настоящее время широко применяются в различных сетевых протоколах, в частности, в защищенных протоколах передачи данных TLS и его предшественнике SSL (лежащих в основе протокола HTTPS), в протоколе безопасного удаленного управления SSH. Также используется в протоколах шифрования электронной почты PGP и S/MIME.

    Для того чтобы установить связь с использованием шифрования через открытый ключ, обеим сторонам нужно получить два ключа: открытый К1 и частный (секретный) К2 (рис 2.3). Для шифрования и расшифровки данных обе стороны будут пользоваться разными ключами.

    В симметричной криптосистеме секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищённому схеме распространения ключей (например из рук в руки или с помощью поверенного курьера). В асимметричной криптосистеме по подобной схеме передается только открытый ключ, а частный (секретный) ключ хранится на месте его генерации (у владельца).

    (рис 2.3) Обобщенная схема асимметричной криптосистемы

    Механизмы генерирования пар открытых/частных ключей являются достаточно сложными, но в результате получаются пары очень больших случайных чисел, одно из которых становится открытым ключом, а другое – секретным. Генерирование таких чисел требует больших процессорных мощностей, поскольку эти числа, а также их произведения должны отвечать строгим математическим критериям. Однако этот процесс генерирования абсолютно необходим для обеспечения уникальности каждой пары открытых/частных ключей. Алгоритмы шифрования с использованием открытых ключей часто используют в приложениях, где аутентификация проводится с помощью цифровой подписи и управления ключами.

    Среди наиболее известных алгоритмов открытых ключей можно назвать RSA (Rivest-Shamir-Adleman) и DSA (Digital Signature Algorithm). Криптосистема RSA стала первой системой, пригодной и для шифрования, и для цифровой подписи. Алгоритм DSA применяется для создания цифровой подписи, но не для шифрования

    При использовании алгоритма RSA можно не только использовать открытый ключ для зашифрования, а секретный для расшифрования, но и наоборот: данные можно зашифровать с помощью секретного ключа, а открытый ключ применять при расшифровывании данных. Конечно, такой способ не дает возможность сохранять секреты, поскольку открытый ключ свободно доступен и любой может расшифровать информацию, но это дает способ поручиться за целостность содержимого сообщения: если открытый ключ правильно расшифровывает данные, значит, они были зашифрованы с помощью секретного ключа. Такой метод называется электронной цифровой подписью. Идея применения цифровой подписи строится на двух основных предположениях: во-первых, что секретный ключ уникален и защищен (только владелец ключа имеет к нему доступ), и, во-вторых, единственным способом поставить цифровую подпись является применение этого секретного ключа.

    (рис 2.4) Применение цифровой подписи

    Если данные зашифрованы с помощью не секретного ключа отправителя, а, например, открытого ключа или какого-либо другого, то получатель, расшифровав данные с использованием открытого ключа, получит не открытый текст сообщения, а бессмыслицу.

    Как правило, при создании цифровой подписи шифруется не весь открытый текст, а определенный фрагмент, так называемый дайджест сообщения (message digest), который генерируется (на основе вычислений) из исходного текста сообщения. К нему добавляется информация о том, кто подписывает документ. Получившаяся строка далее зашифровывается секретным ключом подписывающего с использованием того или иного алгоритма. Получившийся зашифрованный набор бит и представляет собой подпись.

    Отправитель посылает дайджест сообщения вместе с этим сообщением. При приеме получателем производятся такие же вычисления дайджеста. Если в сообщение были внесены изменения, результат вычисления будет отличаться от полученного, что свидетельствует о том, что целостность сообщения нарушена.

    Алгоритм вычисления дайджеста принимает входные данные любой длины и преобразует их, чтобы получить псевдослучайный результат фиксированной длины. Другой термин, часто использующийся для дайджеста сообщений, – это хэш.

    Хэш (hash) – это результат преобразования входных данных произвольной длины в данные фиксированной длины. Функция, с помощью которой реализуется это преобразование, называется функция хэширования или хэш-функция.

    В криптографии принято выделять криптографически стойкие хэш-функции, удовлетворяющие следующим условиям: во-первых, необратимость (т.е. невозможность восстановления исходного текста по результатам вычислений) и, во-вторых, стойкость к коллизиям. Коллизия – это ситуация, когда двум сообщениям соответствует один и тот же хэш. Наиболее часто в качестве алгоритма хэширования используется алгоритм MD5 (генерируется 128-битное значение) или SHA-1 (генерируется 160-битное значение).

    Хэш-функции широко применяются при создании пользовательских паролей, когда строка произвольной длины (пароль) преобразуется в указанный ключ заранее заданной длины, и для проверки целостности данных, когда данные отправляются вместе с контрольным значением.

    Сертификаты открытых ключей

    Криптография с открытым ключом предоставляет не только мощный механизм для шифрования, но и средства идентификации и аутентификации пользователей и устройств. Однако, если между отправителем и получателем нет конфиденциальной схемы передачи асимметричных ключей, то возникает серьезная опасность появления злоумышленника-посредника. Ручное распространение ключей становится непрактичным и создает бреши в системе безопасности. По этим причинам было разработано другое решение – применение сертификатов открытых ключей.

    В своей основной форме сертификатом называется информационный пакет, содержащий открытый ключ, электронную подпись, подтверждающую этот ключ, и имя доверенной третьей стороны, удостоверяющей достоверность этих фактов. Третья сторона, которой доверяют пользователи и которая подтверждает идентичность пользователя и его права, называется удостоверяющим центром CA (Certificate Authority) или центром сертификации . CA создает сертификаты пользователей, включающие следующую информацию: имя пользователя (сюда же относится пароль и другие дополнительные сведения, однозначно идентифицирующие этого пользователя), открытый ключ пользователя, время действия сертификата, конкретные операции, в которых этот ключ может быть использован (идентификация, шифрование). Удостоверяющий центр полностью ответственен за аутентичность своих конечных пользователей.

    Удостоверяющие центры можно разделить на 2 категории: открытые и частные. Открытые СА действуют через Интернет, предоставляя услуги сертификации всем желающим. Частные СА, как правило, принадлежат организациям или закрытым сетям и выдают сертификаты только пользователям локальных сетей.

    (рис 2.5) Выдача сертификатов удостоверяющим центром СА

    Наиболее широко распространенным форматом сертификатов, принятым для технологии открытых ключей, является стандарт X.509 v.3, описанный в документах RFC 2459 и RFC 5280.

    Надежной системой распространения открытого ключа CA является инфраструктура открытых ключей PKI (Public Key Infrastructure), которая определяет взаимодействие между конечными пользователями и доверяющими сторонами, предоставляя возможность безопасно выпускать и работать с сертификатами.

    Криптографические средства широко применяются в различных программно-аппаратных элементах системы защиты информации, таких как межсетевые экраны, Интернет-маршрутизаторы, концентраторы доступа. Один из примеров реализации программно-аппаратной криптографической системы представлен комплексом "КРИПТОН" фирмы "Анкад". Программный комплекс Crypton IPMobile предназначен для организации виртуальной частной сети (VPN).

    (рис 2.6) Типичная схема организации частной виртуальной сети с использованием VPN-шлюзов

    Crypton IPMobile может работать на основе концентратора доступа D-Link DSA-3110.

    (рис 2.7) Crypton-VPN на базе концентратора доступа D-Link DSA-3110

    Программно-аппаратный комплекс Crypton-VPN DSA-3110 обладает функциональностью криптографического маршрутизатора с применением шифрования. Концентратор доступа DSA-3110 представляет собой систему обеспечения доступа к сети с использованием технологии VPN, которая интеллектуально управляет аутентификацией, авторизацией и учетом подключающихся пользователей. Это устройство обеспечивает сеть полным набором функций, включая управление учетными записями и выдачу статистики по трафику с использованием технологии NetFlow.

    Безопасность сетевого доступа

    Концентратор доступа DSA-3110 обеспечивает клиентским компьютерам удобный и безопасный способ предоставления доступа к сети оператора/глобальной сети. Система гарантирует, что только зарегистрированные пользователи смогут использовать ресурсы сети. Используемые технологии доступа VPN (PPTP или PPPoE) позволяют надежно авторизовать пользователей и обеспечить защищенное и безопасное подключение. Активирование режима криптографического маршрутизатора и инициализация ключей и политики осуществляется с помощью информации, записанной на сменный носитель Touch Memory (TM).

    Выполнение функций AAA

    DSA-3110 выполняет 3 основные функции – аутентификацию, авторизацию и учет (Authentication, Authorization and Accounting (AAA)), которые часто встречаются во многих сетевых сервисах. Примером этих сервисов является доступ в Интернет через телефонную линию, электронная коммерция, печать через Интернет. Аутентификация выполняет проверку идентичности для авторизации доступа к сетевому ресурсу. Для учета использования ресурсов выдаются данные статистики подключений и соответствующая информация о трафике с целью анализа тенденций, планирования пропускной способности, биллинга, аудита и распределения затрат.

    Использование в сетях операторов

    DSA-3110 также может использоваться в коммерческих сетях, предоставляя сервисы клиентам (рис 2.8). Для того чтобы удостовериться, что пользователь является именно тем, кем он себя заявил, необходима аутентификация. После того, как пользователь будет аутентифицирован, необходимо удостовериться, что он авторизован на выполнение тех операций, которые запрашивает. Авторизация обычно обеспечивается путем использования списков доступа или политик безопасности.

    Использование в компаниях

    Зачастую при предоставлении сотрудникам доступа в глобальную сеть предприятию необходимо разграничить доступ своих сотрудников к различным службам (рис 2.9). DSA-3110 позволяет инициировать и использовать различные гибкие правила доступа к сети оператора/глобальной сети на основании множества критериев, таких как: адрес/служба/протокол/порт. Использование режима криптомаршрутизатора базируется на статических IP-адресах клиентов. При этом DSA-3110 является аппаратным межсетевым экраном (Firewall), что позволяет организовать защиту сети предприятия от внешних атак. Так же устройство позволяет сотрудникам, находящимся за пределами компании, получить защищенный доступ в локальную сеть предприятия.

    (рис 2.8) Схема применения DSA-3110 в сети оператора (рис 2.9) Схема применения DSA-3110 в сети компании

    Способы предотвращения удаленных атак на информационные системы

    Удаленные атаки были бы не осуществимы, если бы на каждое сетевое соединение была выделена отдельная линия связи, но инфраструктура сетей общего пользования не предусматривает соединения по принципу выделенного канала для каждого сетевого объекта. Альтернативой выделенному каналу связи стало использование защищенных виртуальных соединений по технологиям VPN (Virtual Private Network – виртуальные частные сети). Данному механизму посвящен отдельный раздел "Виртуальные частные сети (VPN)".

    Задача идентификации и аутентификации пользователей в распределенной сети имеет чрезвычайно важное значение. От успеха ее решения зависит безопасность информационной системы в целом. Как выше было рассмотрено, стандартными способами компрометации пользователей злоумышленником являются:

  • выдача себя за легального пользователя с присвоением его прав и полномочий для доступа в систему (например, типовая удалённая атака "MITM");
  • внедрение в систему ложного объекта, выдающего себя за доверенный объект системы (например, типовая удалённая атака "Ложный объект сети").
  • Исходя из того, что стандартные методы идентификации и аутентификации (имя/ пароль) в информационных системах не достаточны для защиты от удалённых атак на неё, необходимо введение дополнительных средств идентификации объектов в информационной сети и криптозащиты передаваемой в ней информации.

    При создании виртуального канала могут использоваться криптоалгоритмы с открытым ключом (например, SSL – Secret Socket Layer). Как упоминалось ранее, основная идея заключается в способе шифрования с двумя ключами, при котором ключ шифрования и ключ для дешифровки отличаются друг от друга, причем последний нельзя определить по первому. Суть криптографии с открытым ключом (или двухключевой криптографии) заключается в том, что ключи, имеющиеся в криптосистеме, входят в нее парами и каждая пара удовлетворяет следующим двум свойствам:

  • информация, зашифрованная на одном ключе, может быть дешифрована на другом;
  • знание одного ключа не позволяет вычислить другой.
  • Поэтому один из ключей может быть опубликован. При опубликованном (открытом) ключе шифрования и секретном ключе дешифрования получается система шифрования с открытым ключом. Каждый пользователь сети связи может зашифровать сообщение при помощи открытого ключа, а расшифровать его сможет только владелец секретного ключа. При опубликовании ключа дешифрования получается система цифровой подписи. Здесь только владелец секретного ключа создания подписи может правильно зашифровать текст (т.е. подписать его), а проверить подпись (дешифровать текст) может любой на основании опубликованного ключа проверки подписи.

    В 1976 г. У. Диффи и М. Хеллман предложили следующий метод открытого распределения ключей. Пусть два объекта A и B условились о выборе в качестве общей начальной информации большого простого числа P и большого простого числа a. Тогда эти пользователи действуют в соответствии с алгоритмом:

  • A вырабатывает случайное число x, вычисляет число ax (mod P) и посылает его B;
  • B вырабатывает случайное число y, вычисляет число ay (mod P) и посылает его A;
  • затем A и B возводят полученное число в степень со своим показателем и получают число axy (mod P).
  • (рис 2.10) Алгоритм В.Диффи и М.Хеллмана открытого распределения ключей

    Следует отметить, что объекты А и В обменялись не своими секретными кодами, а только результатами mod-функций, что делает достаточно трудным провести обратную операцию для получения секретного ключа.

    Это число и является сеансовым ключом для одноключевого алгоритма, например, DES. Для раскрытия этого ключа криптоаналитику необходимо по известным ax (mod P), ay (mod P) найти axy (mod P), т.е. найти x или y. Нахождение числа x по его экспоненте ax (mod P) называется задачей дискретного логарифмирования в простом поле. Эта задача является труднорешаемой, и поэтому полученный ключ, в принципе, может быть стойким.

    Особенность данного криптоалгоритма состоит в том, что перехват по каналу связи пересылаемых в процессе создания виртуального канала сообщений ax (mod P) и ay (mod P) не позволит атакующему получить конечный ключ шифрования axy (mod P). Этот ключ далее должен использоваться, во-первых, для цифровой подписи сообщений и, во-вторых, для их криптозащиты. Цифровая подпись сообщений позволяет надежно идентифицировать объект распределенной сети, который запрашивает доступ к ресурсам информационной системы по виртуальному каналу.

    Защита от атаки "анализ сетевого трафика"

    Анализ сетевого трафика относится к постоянно ожидаемой угрозе, которую невозможно устранить, но можно сделать бессмысленной для атакующего, если применять стойкие криптоалгоритмы в передаваемом потоке данных.

    Для предоставления удаленного авторизованного доступа к ресурсам информационных систем не рекомендуется использовать протоколы удаленного доступа TELNET, HTTP и FTP, так как они не предусматривают элементарную криптозащиту передаваемых по сети идентификаторов (имен) и аутентификаторов (паролей). Использование защищенных протоколов обмена (таких как SSL, TLS, SSH, HTTPS) обеспечит защищенный удаленный доступ к ресурсам своих систем.

    Для передачи конфиденциальной информации рекомендуется применять виртуальные каналы связи (VPN), подключения в которых обеспечиваются с использованием средств криптографии.

    Защита от DoS-атак

    Сегодня ряд компаний предлагает как программные средства защиты от DoS-атак, так и программно-аппаратные. Однако стопроцентной защиты от отказа в обслуживании для стандарта IPv4 в распределенной сети не существует. Это связано с тем, что в IPv4 невозможен контроль за маршрутом сообщений. Поэтому нельзя обеспечить надежный контроль за сетевыми соединениями, так как одним пользователем может быть занято неограниченное число каналов связи с удаленным объектом, и при этом сохраняется анонимность пользователя.

    Тем не менее, выполняя определенные правила, можно значительно ослабить DoS-атаку и снизить ее воздействие на атакуемую систему. Ниже приведены рекомендации, применение которых позволит в определенной степени защититься от DoS-атак.

  • Для повышения надежности работы системы использовать как можно более мощные компьютеры. Чем больше число и частота работы процессоров, чем больше объем оперативной памяти, тем более надежной будет работа сетевой ОС, когда на нее обрушится направленный шторм ложных запросов на создание соединения. Кроме того, необходимо использование соответствующих вычислительным мощностям операционных систем с внутренней очередью, способной вместить большое число запросов на подключение.
  • Применение функций анти-DoS и анти-spoofing на межсетевых экранах и маршрутизаторах защищает систему от перегрузки за счет ограничения полуоткрытых каналов.
  • Регулярное обновление операционной системы и программного обеспечения.
  • Использование кластера серверов позволяет увеличить надежность и производительность работы в несколько раз по сравнению с обычным сервером.
  • При обнаружении атаки маскирование IP-адреса сервера.
  • Программно-аппаратные средства обеспечения безопасности информационных сетей

    Как указывалось выше, система защиты информации – это комплекс мер, а также соответствующих им мероприятий, сил, средств и методов. Программно-аппаратный компонент системы защиты информации предназначен для защиты данных, обрабатываемых и хранящихся в компьютерах и серверах локальных сетей в различных информационных системах. Как правило, он реализует тесно взаимосвязанные процессы:

  • управление доступом и управление политикой безопасности,
  • идентификацию и аутентификацию пользователей,
  • регистрацию событий и аудит,
  • криптографическую защиту,
  • сетевую защиту,
  • антивирусную защиту,
  • обнаружение атак программными средствами (IDS – Intrusion Detection Systems).
  • Средства управления доступом позволяют разграничивать и контролировать выполняемые над информацией действия, которые совершаются пользователями (ограничение доступа на вход в систему, разграничение доступа авторизованных пользователей, запрет доступа неавторизованных пользователей и т.п.). То есть речь идет о логическом управлении доступом, который реализуется программными средствами. Контроль прав доступа осуществляется посредством различных компонентов программной среды – ядром сетевой операционной системы, системой управления базами данных, дополнительным программным обеспечением и т.д.

    Идентификация предназначена для того, чтобы пользователь мог идентифицировать себя путем сообщения своего имени. С помощью аутентификации вторая сторона убеждается, что пользователь, пытающийся войти в систему, действительно тот, за кого себя выдает.

    Регистрация событий (протоколирование, журналирование) – это процесс сбора и накопления информации о событиях, происходящих в информационной системе. Возможные события принято делить на две группы:

  • внешние события, вызванные действиями как авторизованных, так и неавторизованных пользователей;
  • внутренние события, вызванные действиями пользователей и администраторов. Аудитом называется процедура анализа накопленной в результате журналирования информации. Этот анализ может осуществляться оперативно, почти в реальном времени, или периодически.
  • Методы криптографии – одно из наиболее мощных средств обеспечения конфиденциальности и целостности информации. Как уже упоминалось, основной элемент криптографии – шифрование.

    Сетевая защита, как правило, обеспечивается установкой на границе сетей так называемых экранов. Экран – это средство разграничения доступа пользователей из одного сетевого множества к ресурсам, принадлежащим другому сетевому множеству. Функция экрана заключается в контроле всех информационных потоков между двумя множествами систем. Примерами экранов являются межсетевые экраны, устанавливаемые для защиты локальной сети организации, имеющей выход в публичную сеть (такую как Интернет).

    Помимо прочего, сегодня практически все производители программно-аппаратных средств обеспечения безопасности информации включают поддержку антивирусной защиты и систем обнаружения вторжений, обеспечивающих защиту от вредоносного ПО и атак.

    Для примера приведем аппаратные межсетевые экраны D-Link серии DFL, обладающие функцией проверки трафика на наличие вредоносных программ. В частности, даже "младшая" модель DFL-260/260E позволяет сканировать на наличие вредоносного ПО файлы любого размера, используя технологию потокового сканирования. Данный метод сканирования увеличивает производительность проверки, сокращая так называемые "узкие места" в сети. Межсетевые экраны серии DFL используют сигнатуры вирусов от антивирусной компании "Лаборатории Касперского" (Kaspersky Labs). При этом существует возможность обновления сигнатур. В результате вирусы и вредоносные программы могут быть эффективно заблокированы до того, как они достигнут устройств локальной сети.

    Кроме того, для эффективной борьбы с вредоносным трафиком и для того, чтобы минимизировать влияние аварийной ситуации на всю сеть, межсетевые экраны компании D-Link (DFL-800/860/860E/1600/1660/2500/2560) поддерживают специальную функцию – ZoneDefense, представляющую собой механизм, позволяющий им работать с коммутаторами локальных сетей D-Link и обеспечивающий активную сетевую безопасность. Функция ZoneDefense автоматически изолирует инфицированные компьютеры локальной сети и предотвращает распространение ими вредоносного трафика. Более подробно аппаратные межсетевые экраны компании D-Link и о технологии ZoneDefense мы рассмотрим в следующих главах.

    (рис 2.11) DFL-260E – межсетевой экран NetDefend для сетей SOHO

    Межсетевой экран

    Говоря о программно-аппаратной составляющей системы информационной безопасности, следует признать, что наиболее эффективный способ защиты объектов локальной сети (сегмента сети) от воздействий из открытых сетей (например, Интернета), предполагает размещение некоего элемента, осуществляющего контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами. Такой элемент получил название межсетевой экран (сетевой экран) или файрволл, брандмауэр.

    Файрволл, файрвол, файервол, фаервол – образовано транслитерацией английского термина firewall.

    Брандмауэр (нем. Brandmauer) – заимствованный из немецкого языка термин, являющийся аналогом английского "firewall" в его оригинальном значении (стена, которая разделяет смежные здания, предохраняя от распространения пожара).

    Сетевой/межсетевой экран (МСЭ) – комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов по различным протоколам в соответствии с заданными правилами.

    Основной задачей межсетевого экрана является защита компьютерных сетей и/или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Иногда межсетевые экраны называют фильтрами, так как их основная задача – не пропускать (фильтровать) пакеты, не подходящие под критерии, определённые в конфигурации.

    Для того чтобы эффективно обеспечивать безопасность сети, межсетевой экран отслеживает и управляет всем потоком данных, проходящим через него. Для принятия управляющих решений для TCP/IP-сервисов (то есть передавать, блокировать или отмечать в журнале попытки установления соединений) межсетевой экран должен получать, запоминать, выбирать и обрабатывать информацию, полученную от всех коммуникационных уровней и от других приложений.

    Межсетевой экран пропускает через себя весь трафик, принимая относительно каждого проходящего пакета решение: дать ему возможность пройти или нет. Для того чтобы межсетевой экран мог осуществить эту операцию, ему необходимо определить набор правил фильтрации. Решение о том, фильтровать ли с помощью межсетевого экрана пакеты данных, связанные с конкретными протоколами и адресами, зависит от принятой в защищаемой сети политики безопасности. По сути, межсетевой экран представляет собой набор компонентов, настраиваемых для реализации выбранной политики безопасности. Политика сетевой безопасности каждой организации должна включать (кроме всего прочего) две составляющие: политика доступа к сетевым сервисам и политика реализации межсетевых экранов.

    Однако недостаточно просто проверять пакеты по отдельности. Информация о состоянии соединения, полученная из инспекции соединений в прошлом и других приложений – главный фактор в принятии управляющего решения при попытке установления нового соединения. Для принятия решения могут учитываться как состояние соединения (полученное из прошлого потока данных), так и состояние приложения (полученное из других приложений).

    Таким образом, управляющие решения требуют, чтобы межсетевой экран имел доступ, возможность анализа и использования следующих факторов:

  • информации о соединениях – информация от всех семи уровней (модели OSI) в пакете;
  • истории соединений – информация, полученная от предыдущих соединений;
  • состоянии уровня приложения – информация о состоянии соединения, полученная из других приложений;
  • манипулировании информацией – вычисление разнообразных выражений, основанных на всех вышеперечисленных факторах.
  • Типы межсетевых экранов

    Различают несколько типов межсетевых экранов в зависимости от следующих характеристик:

  • обеспечивает ли экран соединение между одним узлом и сетью или между двумя или более различными сетями;
  • происходит ли контроль потока данных на сетевом уровне или более высоких уровнях модели OSI;
  • отслеживаются ли состояния активных соединений или нет.
  • В зависимости от охвата контролируемых потоков данных межсетевые экраны подразделяются на:

  • традиционный сетевой (или межсетевой) экран – программа (или неотъемлемая часть операционной системы) на шлюзе (устройстве, передающем трафик между сетями) или аппаратное решение, контролирующие входящие и исходящие потоки данных между подключенными сетями (объектами распределённой сети);
  • персональный межсетевой экран – программа, установленная на пользова-тельском компьютере и предназначенная для защиты от несанкционированного доступа только этого компьютера.
  • В зависимости от уровня OSI, на котором происходит контроль доступа, сетевые экраны могут работать на:

  • сетевом уровне, когда фильтрация происходит на основе адресов отправителя и получателя пакетов, номеров портов транспортного уровня модели OSI и статических правил, заданных администратором;
  • сеансовом уровне (также известные, как stateful), когда отслеживаются сеансы между приложениями и не пропускаются пакеты, нарушающие спецификации TCP/IP, часто используемые в злонамеренных операциях – сканирование ресурсов, взломы через неправильные реализации TCP/IP, обрыв/замедление соединений, инъекция данных;
  • прикладном уровне (или уровне приложений), когда фильтрация производится на основании анализа данных приложения, передаваемых внутри пакета. Такие типы экранов позволяют блокировать передачу нежелательной и потенциально опасной информации на основании политик и настроек.
  • Фильтрация на сетевом уровне

    Фильтрация входящих и исходящих пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в следующих полях TCP- и IP-заголовков пакетов: IP-адрес отправителя; IP-адрес получателя; порт отправителя; порт получателя.

    Фильтрация может быть реализована различными способами для блокирования соединений с определенными компьютерами или портами. Например, можно блокировать соединения, идущие от конкретных адресов тех компьютеров и сетей, которые считаются ненадежными.

    К преимуществам такой фильтрации относится:

  • сравнительно невысокая стоимость;
  • гибкость в определении правил фильтрации;
  • небольшая задержка при прохождении пакетов.
  • Недостатки:

  • не собирает фрагментированные пакеты;
  • нет возможности отслеживать взаимосвязи (соединения) между пакетами.?
  • Фильтрация на сеансовом уровне

    В зависимости от отслеживания активных соединений межсетевые экраны могут быть:

  • stateless (простая фильтрация), которые не отслеживают текущие соединения (например, TCP), а фильтруют поток данных исключительно на основе статических правил;
  • stateful, stateful packet inspection (SPI) (фильтрация с учётом контекста), с отслеживанием текущих соединений и пропуском только таких пакетов, которые удовлетворяют логике и алгоритмам работы соответствующих протоколов и приложений.
  • Межсетевые экраны с SPI позволяют эффективнее бороться с различными видами DoS-атак и уязвимостями некоторых сетевых протоколов. Кроме того, они обеспечивают функционирование таких протоколов, как H.323, SIP, FTP и т. п., которые используют сложные схемы передачи данных между адресатами, плохо поддающиеся описанию статическими правилами, и зачастую несовместимых со стандартными, stateless сетевыми экранами.

    К преимуществам такой фильтрации относится:

  • анализ содержимого пакетов;
  • не требуется информации о работе протоколов 7 уровня.
  • Недостатки:

  • сложно анализировать данные уровня приложений (возможно с использованием ALG – Application level gateway).
  • Application level gateway, ALG (шлюз прикладного уровня) – компонент NAT-маршрутизатора, который понимает какой-либо прикладной протокол, и при прохождении через него пакетов этого протокола модифицирует их таким образом, что находящиеся за NAT’ом пользователи могут пользоваться протоколом.

    Служба ALG обеспечивает поддержку протоколов на уровне приложений (таких как SIP, H.323, FTP и др.), для которых подмена адресов/портов (Network Address Translation) недопустима. Данная служба определяет тип приложения в пакетах, приходящих со стороны интерфейса внутренней сети и соответствующим образом выполняя для них трансляцию адресов/портов через внешний интерфейс.

    Технология SPI (Stateful Packet Inspection) или технология инспекции пакетов с учетом состояния протокола на сегодня является передовым методом контроля трафика. Эта технология позволяет контролировать данные вплоть до уровня приложения, не требуя при этом отдельного приложения посредника или proxy для каждого защищаемого протокола или сетевой службы.

    Исторически эволюция межсетевых экранов происходила от пакетных фильтров общего назначения, затем стали появляться программы-посредники для отдельных протоколов, и, наконец, была разработана технология stateful inspection. Предшествующие технологии только дополняли друг друга, но всеобъемлющего контроля за соединениями не обеспечивали. Пакетным фильтрам недоступна информация о состоянии соединения и приложения, которая необходима для принятия заключительного решения системой безопасности. Программы-посредники обрабатывают только данные уровня приложения, что зачастую порождает различные возможности для взлома системы. Архитектура stateful inspection уникальна потому, что она позволяет оперировать всей возможной информацией, проходящей через машину-шлюз: данными из пакета, данными о состоянии соединения, данными, необходимыми для приложения.

    Пример работы механизма Stateful Inspection. Межсетевой экран отслеживает сессию FTP, проверяя данные на уровне приложения. Когда клиент запрашивает сервер об открытии обратного соединения (команда FTP PORT), межсетевой экран извлекает номер порта из этого запроса. В списке запоминаются адреса клиента и сервера, номера портов. При фиксировании попытки установить соединение FTP-data, межсетевой экран просматривает список и проверяет, действительно ли данное соединение является ответом на допустимый запрос клиента. Список соединений поддерживается динамически, так что открыты только необходимые порты FTP. Как только сессия закрывается, порты блокируются, обеспечивая высокий уровень защищенности.

    (рис 2.12) Пример работы механизма Stateful Inspection с FTP-протоколом

    Фильтрация на прикладном уровне

    С целью защиты ряда уязвимых мест, присущих фильтрации пакетов, межсетевые экраны должны использовать прикладные программы для фильтрации соединений с такими сервисами, как, например, Telnet, HTTP, FTP. Подобное приложение называется proxy-службой , а хост, на котором работает proxy-служба – шлюзом уровня приложений. Такой шлюз исключает прямое взаимодействие между авторизованным клиентом и внешним хостом. Шлюз фильтрует все входящие и исходящие пакеты на прикладном уровне (уровне приложений – верхний уровень сетевой модели) и может анализировать содержимое данных, например, адрес URL, содержащийся в HTTP-сообщении, или команду, содержащуюся в FTP-сообщении. Иногда эффективнее бывает фильтрация пакетов, основанная на информации, содержащейся в самих данных. Фильтры пакетов и фильтры уровня канала не используют содержимое информационного потока при принятии решений о фильтрации, но это можно сделать с помощью фильтрации уровня приложений. Фильтры уровня приложений могут использовать информацию из заголовка пакета, а также содержимого данных и информации о пользователе. Администраторы могут использовать фильтрацию уровня приложений для контроля доступа на основе идентичности пользователя и/или на основе конкретной задачи, которую пытается осуществить пользователь. В фильтрах уровня приложений можно установить правила на основе отдаваемых приложением команд. Например, администратор может запретить конкретному пользователю скачивать файлы на конкретный компьютер с помощью FTP или разрешить пользователю размещать файлы через FTP на том же самом компьютере.

    К преимуществам такой фильтрации относится:

  • простые правила фильтрации;
  • возможность организации большого числа проверок. Защита на уровне приложений позволяет осуществлять большое количество дополнительных проверок, что снижает вероятность взлома с использованием "дыр" в программном обеспечении;
  • способность анализировать данные приложений.
  • Недостатки:

  • относительно низкая производительность по сравнению с фильтрацией пакетов;
  • proxy должен понимать свой протокол (невозможность использования с неизвестными протоколами)?;
  • как правило, работает под управлением сложных ОС.
  • Сравнение аппаратных и программных межсетевых экранов

    Для сравнения межсетевых экранов разделим их на два типа: 1-й – аппаратные и программно-аппаратные и 2-й – программные.

    К аппаратным и программно-аппаратным межсетевым экранам относятся устройства, установленные на границе сети. Программные межсетевые экраны – это те, которые установлены на конечных хостах.

    Основные направления, присущие и первому, и второму типам:

  • обеспечение безопасности входящего и исходящего трафика;
  • значительное увеличение безопасности сети и уменьшение риска для хостов подсети при фильтрации заведомо незащищенных служб;
  • возможность контроля доступа к системам сети;
  • уведомление о событиях с помощью соответствующих сигналов тревоги, которые срабатывают при возникновении какой-либо подозрительной деятельности (попытки зондирования или атаки);
  • обеспечение недорогого, простого в реализации и управлении решения безопасности.
  • Аппаратные и программно-аппаратные межсетевые экраны дополнительно поддерживают функционал, который позволяет:

  • препятствовать получению из защищенной подсети или внедрению в защищенную подсеть информации с помощью любых уязвимых служб;
  • регистрировать попытки доступа и предоставлять необходимую статистику об использовании Интернет;
  • предоставлять средства регламентирования порядка доступа к сети;
  • обеспечивать централизованное управление трафиком.
  • Программные межсетевые экраны, кроме основных направлений, позволяют:

  • контролировать запуск приложений на том хосте, где установлены;
  • защищать объект от проникновения через "люки" (back doors);
  • обеспечивать защиту от внутренних угроз.
  • Межсетевой экран не является симметричным устройством. Он различает понятия: "снаружи" и "внутри". Межсетевой экран обеспечивает защиту внутренней области от неконтролируемой и потенциально враждебной внешней среды. В то же время межсетевой экран позволяет разграничить доступ к объектам общедоступной сети со стороны субъектов защищенной сети. При нарушении полномочий работа субъекта доступа блокируется, и вся необходимая информация записывается в журнал.

    Межсетевые экраны могут использоваться и внутри защищенных корпоративных сетей. Если в локальной сети имеются подсети с различной степенью конфиденциальности информации, то такие фрагменты целесообразно отделять межсетевыми экранами. В этом случае экраны называют внутренними.

    Прокси-сервер

    Прокси-сервер (proxy – представитель, уполномоченный) – служба в компьютерных сетях, позволяющая клиентам выполнять косвенные запросы к другим сетевым службам. Сначала клиент подключается к прокси-серверу и запрашивает какой-либо ресурс (например, e-mail), расположенный на другом сервере. Затем прокси-сервер либо подключается к указанному серверу и получает ресурс у него, либо возвращает ресурс из собственного кэша (cache) (в случаях, если прокси имеет свой кэш). В некоторых случаях запрос клиента или ответ сервера может быть изменён прокси-сервером в определённых целях. Также прокси-сервер позволяет защищать клиентский компьютер от некоторых сетевых атак и помогает сохранять анонимность клиента.

    Proxy являются попыткой реализовать межсетевой экран на уровне приложения. Их основное преимущество – поддержка полной информации о приложениях. Proxy обеспечивают частичную информацию об истории соединений, полную информацию о приложении и частичную информацию о текущем соединении и имеют возможность обработки и действий над информацией.

    Однако имеются очевидные трудности в использовании proxy на уровне приложения в качестве межсетевого экрана:

  • Ограничения на соединения – каждый сервис требует наличия своего собственного прокси, поэтому число доступных сервисов и их масштабируемость ограничены.
  • Ограничения технологии – шлюз прикладного уровня (ALG) не может обеспечить прокси для протокола UDP.
  • Производительность – реализация на уровне приложения имеет значительные потери в производительности.
  • В добавление, proxy беззащитны к ошибкам в приложениях и OC, неверной информации в нижних уровнях протоколов и в случае традиционных прокси-серверы очень редко являются прозрачными.

    Исторически proxy уровня приложений удовлетворяли общему их применению и нуждам сети Интернет. Однако, по мере превращения Интернета в постоянно меняющуюся динамичную среду, предлагающую новые протоколы, сервисы и приложения, proxy более не способны обработать различные типы взаимодействий в сети Интернет или отвечать новым нуждам бизнеса, высоким требованиям к пропускной способности и безопасности сетей.

    Интернет-маршрутизатор

    Так называемые классические маршрутизаторы действуют на сетевом уровне, и их очевидным недостатком является неспособность обеспечивать безопасность даже для наиболее известных сервисов и протоколов. Маршрутизаторы не являются устройствами обеспечения безопасности, так как они не имеют основных возможностей межсетевого экрана:

  • информации о соединении – маршрутизаторы имеют доступ лишь к ограниченной части заголовка пакетов;
  • наследуемой информации о соединении и приложении – маршрутизаторы не поддерживают хранение информации об истории соединения или приложения;
  • манипулирований информацией – маршрутизаторы имеют очень ограниченные возможности по действиям над информацией.
  • К тому же, маршрутизаторы достаточно сложно конфигурировать, следить за их состоянием и управлять. Они не обеспечивают должного уровня журналирования событий и механизмов оповещения.

    В последнее время получили распространение устройства класса SOHO (Small Office/Home Office), значительно упрощающие задачу подключения локальной вычислительной сети к сети Интернет и условно называемые Интернет-маршрутизаторами . Как правило, Интернет-маршрутизатор – это аппаратное решение с одним (или несколькими) портом WAN для подключения к сети общего пользования (Интернет) и несколькими (чаще четыре) портами LAN для подключения рабочих станций локальной сети. Иногда Интернет-маршрутизатор оборудован беспроводной точкой доступа для организации связи в локальной сети с беспроводными клиентами. Может оснащаться USB-портом для подключения принтера и/или других устройств (например, 3G-модема).

    Интернет-маршрутизатор разработан для совместного доступа группы пользователей к широкополосному Интернет-соединению через выделенную линию, DSL или кабельный модем. Кроме того, в качестве дополнительного канала возможно применение Wimax / 3G-модемов, обеспечивающих доступ в Интернет через Wimax / 3G-сети.

    Интернет-маршрутизатор оснащен встроенным межсетевым экраном для защиты компьютеров в сети от вирусных и DoS-атак. Управление доступом осуществляется с помощью фильтрации пакетов на основе МАС-адресов источника и приемника.

    Маршрутизатор может быть настроен таким образом, что отдельные FTP, Web- и игровые серверы смогут совместно использовать один, видимый извне IP-адрес, и в тоже время останутся защищенными от атак хакеров. Пользователи через Web-интерфейс маршрутизатора могут настроить любой (или конкретно выделенный производителем для этой цели) из LAN-портов как DMZ-порт (см. раздел "Механизмы PAT и NAT"). В последнее время всё чаще стала присутствовать функция "родительского" контроля (Parental control), которая позволяет фильтровать нежелательные URL-адреса Web-сайтов, блокировать домены и управлять использованием Интернет по расписанию.

    Поддержка Интернет-маршрутизаторами технологии QoS (см. раздел "Качество обслуживания (QoS) и управление полосой пропускания трафика (Traffic Shaping)") обеспечивает более эффективную передачу приложений, чувствительных к задержкам, таких как Интернет-телефония (VoIP), мультимедиа и игры по Интернет.

    Стандартный набор возможностей Интернет-маршрутизаторов и используемых в работе технологий
    Типы подключения WAN: Поддержка VPN:
  • Static IP
  • Dynamic IP
  • PPPoE
  • L2TP
  • PPTP
  • DualAccess PPPoE
  • DualAccess PPTP
  • PPTP pass-through
  • IPSec pass-through
  • L2TP pass-through
  • Функции Интернет-шлюза:

  • Преобразование сетевых адресов (NAT)
  • DHCP-сервер (для автоматического назначения параметров IP)
  • Управление доступом пользователей:

  • Фильтрация MAC-адресов
  • Фильтрация по расписанию
  • Межсетевой экран:

  • NAT (преобразование сетевых адресов) с VPN pass-through
  • SPI (Stateful Packet Inspection)
  • Фильтрация Web-сайтов с помощью фильтрации URL-адресов.

    Приоритизация VoIP-трафика и потоковых медиафайлов при приеме/передаче.

    Широковещательный поток IGMP (Internet Group Management Protocol)

    (рис 2.13) DIR-857 – Высокопроизводительный двухдиапазонный беспроводной Интернет-маршрутизатор D-Link, оснащенный 4 портами Gigabit Ethernet, портом USB 3.0 и слотом для SD-карты
    Вернуться к учебному плану