Аппаратно-программные средства криптографической защиты информации

ПРОГРАМНО-АПАРАТНАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

Полностью контролируемые компьютерные системы. Любая компьютерная система (КС) использует стандартное и специализированное оборудование и программное обеспечение, выполняющее определенный набор функций: аутентификацию пользователя, разграничение доступа к информации, обеспечение целостности информации и ее защиты от уничтожения, шифрование и электронную цифровую подпись и др.

Целостность и ограничение доступа к информации обеспечиваются специализированными компонентами системы, использующими криптографические методы защиты. Для того чтобы компьютерной системе можно было полностью доверять, ее необходимо аттестовать, а именно:

– определить множество выполняемых функций;

– доказать конечность этого множества;

– определить свойства всех функций.

Отметим, что в процессе функционирования системы невозможно появление в ней новой функции, в том числе и в результате выполнения любой комбинации функций, заданных при разработке.

При использовании системы ее функциональность не должна нарушаться, иными словами, необходимо обеспечить целостность системы в момент ее запуска и в процессе функционирования.

Надежность защиты информации в компьютерной системе определяется:

– конкретным перечнем и свойствами функций КС;

– используемыми в функциях КС методами;

– способом реализации функций КС.

Перечень используемых функций соответствует классу защищенности, присвоенному КС в процессе сертификации, и в принципе одинаков для систем одного класса. Поэтому при рассмотрении конкретной КС следует обратить внимание на используемые методы и способ реализации наиболее важных функций: аутентификацию и проверку целостности системы. Здесь следует отдать предпочтение криптографическим методам: шифрования (ГОСТ 28147-89), электронной цифровой подписи (ГОСТР 34.10-94) и функции хэширования (ГОСТР 34.11-94), надежность которых подтверждена соответствующими государственными организациями.

Программная реализация функций КС. Большинство функций современных КС реализованы в виде программ, поддержание целостности которых при запуске системы и особенно в процессе функционирования является трудной задачей. Значительное число пользователей в той или иной степени обладают познаниями в программировании, осведомлены об ошибках в построении операционных систем. Поэтому существует достаточно высокая вероятность применения ими имеющихся знаний для "атак" на программное обеспечение.

Проверка целостности одних программ при помощи других не является надежной. Необходимо четко представлять, каким образом обеспечивается целостность собственно программы проверки целостности. Если обе программы находятся на одних и тех же носителях, доверять результатам такой проверки нельзя. В связи с этим к программным системам защиты от несанкционированного доступа (НСД) следует относиться с особой осторожностью.

Аппаратная реализация функций КС. Использование аппаратных средств снимает проблему обеспечения целостности системы. В большинстве современных систем защиты от НСД применяется зашивка программного обеспечения в ПЗУ или в аналогичную микросхему. Таким образом, для внесения изменений в ПО необходимо получить доступ к соответствующей плате и заменить микросхему.

В случае использования универсального процессора реализация подобных действий потребует применения специального оборудования, что еще более затруднит проведение атаки. Использование специализированного процессора с реализацией алгоритма работы в виде интегральной микросхемы полностью снимает проблему нарушения целостности этого алгоритма.

На практике для повышения класса защищенности КС функции аутентификации пользователя, проверки целостности, криптографические функции, образующие ядро системы безопасности, реализуются аппаратно (табл. 1.1), все остальные функции – программно.

Таблица 1.1 – Аппаратные устройства криптографической защиты данных серии КРИПТОН

Наименование	Описание
КРИПТОН-4	Шифрование по ГОСТ28147-89 (специализированным шифропроцессором "Блюминг-1"). Генерация случайных чисел. Хранение 3 ключей и 1 узла замены в шифраторе. Загрузка ключей в устройство до загрузки ОС с дискеты или со смарт-карты, минуя оперативную память ПК. Защита от НСД. Скорость шифрования до 350 Кбайт/с. Интерфейс шины ISA-8
КРИПТОН-4К/8	Функции устройства КРИПТОН-4. Более современная, чем в КРИПТОН-4, отечественная элементная база (шифропроцессор "Блюминг-1К'). Аппаратный журнал работы с устройством. Загрузка ключей с Touch-Memory. Скорость шифрования до 610 Кбайт/с. Интерфейс шины ISA-8
КРИПТОН-4К/16	Функции устройства КРИПТОН-4К/8. Функции электронного замка персонального компьютера - разграничение доступа, проверка целостности ОС. Скорость шифрования до 950 Кбайт/с. Интерфейс шины ISA-16
КРИПТОН-4/PCI	Функции устройства КРИПТОН-4К/16. Скорость шифрования до 1100 Кбайт/с. Интерфейс шины PCI Target. Возможность параллельной работы нескольких плат
КРИПТОН-7/PCI	Функции устройства КРИПТОН-4/PCI. Хранение до 1000 ключей (таблиц сетевых ключей) в защищенном ОЗУ. Управление доступом к ключам. Скорость шифрования до 1300 Кбайт/с. Интерфейс шины PCI Master/Target. Возможность параллельной работы нескольких плат
КРИПТОН-8/PCI	Функции устройства КРИПТОН-7/PCI. Хранение 32 ключей и 2 узлов замены в шифраторе, до 4000 ключей в защищенном ОЗУ. Аппаратная реализация быстрой смены ключей. Скорость шифрования до 8800 Кбайт/с. Интерфейс шины PCI Master/Target. Возможность параллельной работы нескольких плат
КРИПТОН-НСД	Шифрование по ГОСТ28147-89 (программой из ПЗУ). Генерация случайных чисел. Защита от НСД. Загрузка ключей с дискет, смарт-карт и Touch-Memory
Специализированная сетевая плата	Размещение коммуникационных модулей внутри платы для исключения их обхода (стадия разработки)

Для построения надежной системы защиты КС ее разработчик должен владеть возможно более полными знаниями о конкретной операционной системе (ОС), под управлением которой будет работать система. В настоящее время отечественные разработчики располагают относительно полной информацией только об одной операционной системе-DOS. Таким образом, к целиком контролируемым можно отнести КС, работающие в операционной системе DOS, или КС собственной разработки.

Частично контролируемые компьютерные системы. Именно к таким системам можно отнести современные КС, использующие ОС Windows 95/98, Windows NT, различные версии UNIX, поскольку аттестовать их программное обеспечение полностью не представляется возможным. Сегодня вряд ли кто-нибудь возьмется достоверно утверждать, что в нем отсутствуют ошибки, программные закладки недобросовестных разработчиков или соответствующих служб. Безопасность в таких КС может быть обеспечена:

– использованием специальных аттестованных (полностью кон­тролируемых) аппаратно-программных средств, выполняющих ряд защищенных операций и играющих роль специализированных модулей безопасности;

– изоляцией от злоумышленника ненадежной компьютерной среды, отдельного ее компонента или отдельного процесса с помощью полностью контролируемых средств.

В частично контролируемых КС использование каких-либо программно реализованных функций, отвечающих за шифрование, электронную цифровую подпись, доступ к информации, доступ к сети и т.д., становится показателем наивности администратора безопасности. Основную опасность представляет при этом возможность перехвата ключей пользователя, используемых при шиф­ровании и предоставлении полномочий доступа к информации. Одним из наиболее известных и надежных аппаратных модулей безопасности являются платы серии КРИПТОН, обеспечивающие как защиту ключей шифрования и электронной цифровой подписи (ЭЦП), так и неизменность их алгоритмов. Все используемые в системе ключи могут шифроваться на мастер-ключе (загружаемом в плату минуя шину компьютера) и храниться на внешнем носителе в зашифрованном виде. Они расшифровываются только внутри платы, в которой применяются специальные методы фильтрации и зашумления для предотвращения возможности счи­тывания ключей с помощью специальной аппаратуры. В качестве ключевых носителей используются дискеты, микропроцессорные электронные карточки (смарт-карты) и "таблетки" Touch-Memory. В современных аппаратно-программных средствах защиты от НСД для частично контролируемых КС можно серьезно рассматривать только функции доступа к ПК, выполняемые до загрузки операционной системы, и аппаратные функции блокировки портов ПК. Таким образом, существуют широкие возможности для разработки модулей безопасности для защиты выбранных процессов в частично контролируемых системах. Основная проблема защиты отечественных корпоративных и ведомственных сетей состоит в том, что их программное и аппаратное обеспечение в значительной степени является заимствованным, приспособленным к ведомственным нуждам и производится за рубежом. Сертификация и аттестация компонентов этих сетей очень трудоемкий процесс. За время аттестации одной системы в продажу поступает, как правило, не одна, а несколько новых версий системы или отдельных ее элементов.

Для построения защищенной сети необходимо прежде всего обеспечить защиту ее компонентов. К основным компонентам сети относятся:

– абонентские места, персональные компьютеры или терминалы клиента;

– центры коммутации пакетов, маршрутизаторы, шлюзы и сетевые экраны;

– корпоративный сервер, локальные серверы и серверы приложений;

– отдельные сегменты сетей.

Защита каждого из компонентов (компьютера) складывается из:

– исключения несанкционированного доступа к компьютеру со сто­роны консоли;

– разграничения доступа к ресурсам компьютера со стороны консоли;

– исключения несанкционированного доступа к компьютеру со сто­роны сети;

– разграничения доступа к ресурсам компьютера со стороны сети;

– обеспечения секретности используемых для защиты криптогра­фических ключей. Кроме того, необходимо также защитить сеть целиком от проникновения извне и каналы обмена с другими сетями.