Криптографические методы защиты информации
Готовое к передаче информационное сообщение, первоначально открытое и незащищенное, зашифровывается и тем самым преобразуется в шифрограмму, т. е. в закрытые текст или графическое изображение документа. В таком виде сообщение передается по каналу связи, даже и не защищенному. Санкционированный пользователь после получения сообщения дешифрует его (т. е. раскрывает) посредством обратного преобразования криптограммы, вследствие чего получается исходный, открытый вид сообщения, доступный для восприятия санкционированным пользователям.
Методу преобразования в криптографической системе соответствует использование специального алгоритма. Действие такого алгоритма запускается уникальным числом (последовательностью бит), обычно называемым шифрующим ключом.
Для большинства систем схема генератора ключа может представлять собой набор инструкций и команд либо узел аппаратуры, либо компьютерную программу, либо все это вместе, но в любом случае процесс шифрования (дешифрования) реализуется только этим специальным ключом. Чтобы обмен зашифрованными данными проходил успешно, как отправителю, так и получателю, необходимо знать правильную ключевую установку и хранить ее в тайне.
Стойкость любой системы закрытой связи определяется степенью секретности используемого в ней ключа. Тем не менее, этот ключ должен быть известен другим пользователям сети, чтобы они могли свободно обмениваться зашифрованными сообщениями. В этом смысле криптографические системы также помогают решить проблему аутентификации (установления подлинности) принятой информации. Взломщик в случае перехвата сообщения будет иметь дело только с зашифрованным текстом, а истинный получатель, принимая сообщения, закрытые известным ему и отправителю ключом, будет надежно защищен от возможной дезинформации.
Современная криптография знает два типа криптографических алгоритмов: классические алгоритмы, основанные на использовании закрытых, секретных ключей, и новые алгоритмы с открытым ключом, в которых используются один открытый и один закрытый ключ (эти алгоритмы называются также асимметричными). Кроме того, существует возможность шифрования информации и более простым способом - с использованием генератора псевдослучайных чисел.
Использование генератора псевдослучайных чисел заключается в генерации гаммы шифра с помощью генератора псевдослучайных чисел при определенном ключе и наложении полученной гаммы на открытые данные обратимым способом.
Надежность шифрования с помощью генератора псевдослучайных чисел зависит как от характеристик генератора, так и, причем в большей степени, от алгоритма получения гаммы.
Этот метод криптографической защиты реализуется достаточно легко и обеспечивает довольно высокую скорость шифрования, однако недостаточно стоек к дешифрованию и поэтому неприменим для таких серьезных информационных систем, каковыми являются, например, банковские системы.
Для классической криптографии характерно использование одной секретной единицы - ключа, который позволяет отправителю зашифровать сообщение, а получателю расшифровать его. В случае шифрования данных, хранимых на магнитных или иных носителях информации, ключ позволяет зашифровать информацию при записи на носитель и расшифровать при чтении с него.
Наиболее перспективными системами криптографической защиты данных сегодня считаются асимметричные криптосистемы, называемые также системами с открытым ключом. Их суть состоит в том, что ключ, используемый для зашифровывания, отличен от ключа расшифровывания. При этом ключ зашифровывания не секретен и может быть известен всем пользователям системы. Однако расшифровывание с помощью известного ключа зашифровывания невозможно. Для расшифровывания используется специальный, секретный ключ. Знание открытого ключа не позволяет определить ключ секретный. Таким образом, расшифровать сообщение может только его получатель, владеющий этим секретным ключом.
Известно несколько криптосистем с открытым ключом. Наиболее разработана на сегодня система RSA. RSA - это система коллективного пользования, в которой каждый из пользователей имеет свои ключи зашифровывания и расшифровывания данных, причем секретен только ключ расшифровывания.
Специалисты считают, что системы с открытым ключом больше подходят для шифрования передаваемых данных, чем для защиты данных, хранимых на носителях информации. Существует еще одна область применения этого алгоритма - цифровые подписи, подтверждающие подлинность передаваемых документов и сообщений.
Из изложенного следует, что надежная криптографическая система должна удовлетворять ряду определенных требований.
- Процедуры зашифровывания и расшифровывания должны быть «прозрачны» для пользователя.
- Дешифрование закрытой информации должно быть максимально затруднено.
- Содержание передаваемой информации не должно сказываться на эффективности криптографического алгоритма.
Процессы защиты информации, шифрования и дешифрования связаны с кодируемыми объектами и процессами, их свойствами, особенностями перемещения. Такими объектами и процессами могут быть материальные объекты, ресурсы, товары, сообщения, блоки информации, транзакции (минимальные взаимодействия с базой данных по сети). Кодирование кроме целей защиты, повышая скорость доступа к данным, позволяет быстро определять и выходить на любой вид товара и продукции, страну-производителя и т.д. В единую логическую цепочку связываются операции, относящиеся к одной сделке, но географически разбросанные по сети.
Например, штриховое кодирование используется как разновидность автоматической идентификации элементов материальных потоков, например товаров, и применяется для контроля за их движением в реальном времени. Достигается оперативность управления потоками материалов и продукции, повышается эффективность управления предприятием. Штриховое кодирование позволяет не только защитить информацию, но и обеспечивает высокую скорость чтения и записи кодов. Наряду со штриховыми кодами в целях защиты информации используют голографические методы.
Методы защиты информации с использованием голографии являются актуальным и развивающимся направлением. Голография представляет собой раздел науки и техники, занимающийся изучением и созданием способов, устройств для записи и обработки волн различной природы. Оптическая голография основана на явлении интерференции волн. Интерференция волн наблюдается при распределении в пространстве волн и медленном пространственном распределении результирующей волны. Возникающая при интерференции волн картина содержит информацию об объекте. Если эту картину фиксировать на светочувствительной поверхности, то образуется голограмма. При облучении голограммы или ее участка опорной волной можно увидеть объемное трехмерное изображение объекта. Голография применима к волнам любой природы и в настоящее время находит все большее практическое применение для идентификации продукции различного назначения.
Технология применения кодов в современных условиях преследует цели защиты информации, сокращения трудозатрат и обеспечение быстроты ее обработки, экономии компьютерной памяти, формализованного описания данных на основе их систематизации и классификации.
В совокупности кодирование, шифрование и защита данных предотвращают искажения информационного отображения реальных производственно-хозяйственных процессов, движения материальных, финансовых и других потоков, а тем самым способствуют обоснованности формирования и принятия управленческих решений.
IDS и IPS
На сегодняшний день в сфере компьютерной безопасности существует два принципиально разных подхода к защите от проникновений в корпоративные сети. Первый и более старый из них это IDS (Intrusion Detection Systems, IDS). IDS – это система призванная обнаружить попытки проникновения в частную сеть и сообщить системному администратору о факте вторжения. Эта технология защиты информации используется довольно давно и уже завоевала популярность среди заказчиков.
IDS защищает компьютер от атаки, незаконного использования и компрометации. Некоторые системы IDS основаны на знаниях и заранее предупреждают администраторов о вторжении, используя базу данных распространённых атак. Системы IDS, основанные на поведении, напротив, обнаруживают аномалии, которые часто являются признаком активности злоумышленников, отслеживая использование ресурсов. Некоторые IDS — отдельные службы, работающие в фоновом режиме и анализирующие активность пассивно, регистрируя все подозрительные пакеты извне. Другие мощные средства выявления вторжений получаются в результате сочетания стандартных системных средств, изменённых конфигураций и подробного ведения журнала с интуицией и опытом администратора. Найти средство, подходящее для вашей организации, можно, познакомившись с различными приёмами обнаружения вторжения.
Однако, многие аналитики считают, что сегодня существует более эффективный и удобный способ борьбы с хакерами. Эта система – Intrusion Prevention System, IPS. Аббревиатура IPS в области информационной безопасности закреплена за системами и решениями, которые служат для предотвращения нападений. Под ней подразумевается набор технологий, которые появились на стыке межсетевых экранов и систем обнаружения нападений IDS. От межсетевых экранов в IPS взят принцип активного вмешательства в сетевое взаимодействие или поведение программ, а от IDS – интеллектуальные методы мониторинга происходящих событий. Таким образом, IPS не только обнаруживает нападения, но и пытается предотвратить их. В России решения IPS появились еще в составе межсетевых экранов или классических систем IDS. Сегодня, на рынке есть и специализированные продукты, такие как семейство аппаратных IPS компании NetScreen. Среди продуктов IPS аналитики выделяют пять типов компонентов, каждый из которых выполняет свои функции и может комбинироваться с другими.
Сетевая IDS
Устройство, которое анализирует проходящие через него IP-пакеты, пытаясь найти в них признаки атаки по заранее определенным правилам и сигнатурам, называется сетевой IDS (NIDS). От традиционной IDS такие продукты отличаются тем, что они не только выискивают случаи ненормального и нестандартного использования сетевых протоколов, но и пытаются блокировать все несоответствия.
Коммутаторы седьмого уровня
Сетевые устройства, которые определяют маршруты IP-пакетов в зависимости от типа приложения, называются коммутаторами седьмого уровня (приложений). Их можно использовать для разных целей: создание кластеров, балансировки нагрузки, раздельного хранения данных по типам, а также для защиты. Подозрительные пакеты такие устройства либо полностью уничтожают, либо перенаправляют на специальный сервер для дальнейшего анализа. Этот тип IPS хорошо отражает атаки, направленные на отказ в обслуживании и на совместный взлом нескольких служб.
Экран приложений
Механизм, который контролирует системные вызовы сетевых программ, называется экраном приложений (application firewall/IDS). Он отслеживает не сетевое взаимодействие, а поведение программ и библиотек, работающих с сетью. Такой экран может работать и по фиксированному набору правил, однако наибольший интерес представляют самообучающиеся продукты, которые вначале запоминают штатную работу приложения, а в последствии фиксируют или не допускают нештатное их поведение. Такие экраны блокируют неизвестные атаки, но их необходимо устанавливать на каждый компьютер и «переобучать» при изменении конфигурации приложений.
Гибридные коммутаторы
Есть технологии, которые объединят в себе экраны приложений и коммутаторы седьмого уровня, - это гибридные коммутаторы. Они, в отличие от экранов приложений, имеют дело уже с IP-пакетами, в начале обучаясь штатным запросам, а все нештатные либо блокируя, либо направляя на специальный сервер для дальнейшего изучения. Они могут отразить и атаки на отказ в обслуживании, и неизвестные атаки, но их придется каждый раз переобучать заново при каждом изменении конфигурации системы.
Ловушки
К категории IPS относятся также приложения-ловушки, которые пытаются активно вмешиваться в процесс нападения. Такие продукты, эмулируя работу других программ, провоцируют нападающего атаковать, а потом контратакуют его, стараясь одновременно выяснить его личность. Ловушки лучше всего комбинировать с коммутаторами – гибридными или седьмого уровня, чтобы реагировать не на основной поток информации, а только на подозрительные соединения. Ловушки используют скорее для устрашения и контратаки, чем для защиты.
Следует отметить, что IPS разных типов хорошо интегрируются в достаточно интеллектуальную систему защиты, каждый элемент которого хорошо дополняет другие. При этом они не конкурируют с уже существующими средствами информационной безопасности: межсетевыми экранами, IDS, антивирусами и др., поскольку дополняют их.
Смогут ли системы предотвращения несанкционированных проникновений в корпоративные сети справится со своей задачей? Этим вопросом озабочены не только заказчики IPS, уже существующие и потенциальные, но и производители систем обнаружения проникновений, пытающиеся понять, каким образом справится с технологией, которая угрожает основам их бизнеса. Превосходство IPS по сравнению с IDS выделяется особенно ярко на фоне растущих требований клиентов к созданию более эффективных средств предотвращения несанкционированных вторжений в их сети. Но поскольку технологии становятся все сложнее, корпоративные клиенты чаще испытывают трудности при выявлении различий между «истинными» IPS и их упрощенными версиями, а также при интеграции IPS с различными элементами сетевых инфраструктур.
Ложные срабатывания – один из самых серьезных недостатков IDS – представляет собой весьма обременительную ношу при нехватке опыта обеспечения внутренней безопасности, а постоянно сокращающиеся бюджеты заставляют вновь и вновь поднимать вопросы, связанные с приоритетами обработки соответствующих событий. Технологии IPS позволяют избежать получения фальсифицированных позитивных результатов благодаря различным механизмам.