В работе любой организации зачастую возникает потребность в обмене конфиденциальной информацией между двумя или более лицами. Самое простое решение - передавать ее устно либо лично в бумажном виде. Однако, если такой возможности нет, а также при необходимости передачи информации именно в электронном виде обычно используются криптографические преобразования. Несмотря на широкое применение, криптография имеет свои недостатки - факт передачи не скрывается и при недостаточной стойкости алгоритма шифрования появляется возможность восстановления информации нарушителем. Кроме того, ввиду сложности криптографических преобразований накладывается ограничение на скорость передачи данных, что может быть критичным при трансляции по открытому каналу больших объемов документарной или мультимедийной информации (видео или звук), например, в режиме телеконференции.

На взгляд авторов, альтернативой криптографическим преобразованиям в этом случае может стать комплексный подход к организации обмена конфиденциальной информацией, включающий стеганографические преобразования (предполагающие сокрытие самого факта передачи конфиденциальных сведений) и применение различных методов аутентификации и балансировки нагрузки сети.

Целью данного исследования являются разработка методики скрытой передачи информации в видеопотоке и реализация ее в виде программного комплекса. В основе методики лежит приоритизация трафика одних пользователей по отношению к другим. В ходе работы был создан собственный алгоритм управления трафиком, который применяется в данной методике для организации защищенного обмена информацией.

Возможные области применения алгоритма - балансировка нагрузки сети, привилегированный доступ к ресурсам, организация скрытого канала передачи сообщений.

К программной реализации алгоритма предъявляются следующие требования:

Прозрачность для пользователя;

Отказоустойчивость;

- надежное хранение секретных ключей и системных данных ограниченного доступа;

Целесообразность применения, то есть выигрыш в скорости, качестве обслуживания или защищенности;

Совместимость с различным сетевым оборудованием.

Рассмотрим алгоритм «Метка привилегий» подробнее. В обычном режиме пакеты передаются непосредственно от источника адресату, минуя сервер. Это обычная локальная сеть организации. Перед предполагаемым началом специального режима администратор запускает службу на сервере. Сеть переходит в режим ожидания.

Принимается пакет, проверяется, есть ли метка начала специального режима, если она есть, осуществляется переход к специальному режиму, иначе пакет доставляется адресату и принимается новый. Структура пакета показана на рисунке 1.

Специальный режим. Проверяется аутентификационная информация отправителя пакета. Наглядно работа сервера показана в виде блок-схемы на рисунке 2.

На рисунке 3 представлена схема отправки пакетов адресату. Все пакеты проходят через сервер, где выполняется чтение метки, соответствующей адресу получателя. При удачной аутентификации пакет направляется адресату.

Клиент запускает службу на своем компьютере. Служба проверяет, запущен ли сервер. Если сервер не запущен, в журнале программы фиксируется запись о возникшей ошибке и происходит переключение в режим источник-адресат. Если сервер запущен, проверяется, есть ли аппаратный ключ. Если аппаратного ключа нет, фиксируется ошибка и происходит возврат в режим источник-адресат. Если аппаратный ключ есть, осуществляется переход в режимы источник-сервер и сервер-адресат.

В режимах источник-сервер и сервер-адресат отправка сообщений происходит следующим образом. В пакет добавляются информация о пользователе, метка привилегии и скрытые данные. Пакет отсылается. Прием сообщений выполняется так: принятое сообщение записывается в буфер; согласно таблице стеганографических преобразований выделяются пакеты со скрытой информацией; происходит сбор конфиденциальной информации (рис. 4).

Методика организации защищенного канала

Защищенный канал передачи информации решает задачи защиты от несанкционированного доступа узлов сети, между которыми происходит передача информации, и самой информации в процессе передачи по открытым каналам связи.

На основании алгоритма «Метка привилегий» была разработана методика организации защищенного канала передачи информации с управлением трафиком при передаче.

Рассмотрим этапы, которые включает данный способ обмена конфиденциальной информацией для пользователя.

1. Предъявляется аутентификатор (электронный ключ).

2. При удачной аутентификации в программу вводится необходимая конфиденциальная информация.

3. Начинается видеоконференция (а во время нее - отправка конфиденциальной информации).

4. В ходе видеоконференции также принимается и распознается информация от другого участника обмена данными.

5. Конференция завершается.

Таким образом, для организации защищенного канала пользователю необходимо иметь установленную программу «Метка привилегий», электронный ключ с аутентификационными данными, веб-камеру и доступ в сеть для организации связи.

Аутентификация

В данной методике процедура аутентификации используется для авторизации пользователя-опе-ратора перед началом работы с клиентским программным модулем и подтверждения подлинности сообщения с меткой привилегий, пришедшего от клиента на сервер системы.

Таким образом, требуется применить одношаговую схему аутентификации по аппаратному ключу и по полю данных в заголовке пакета TCP. Наиболее простым и эффективным способом решения этой задачи будет применение алгоритма вычисления имитовставки по ГОСТу 28147-89, поскольку он обеспечивает высокую криптостойкость, позволяет варьировать длину аутентификационного поля в пакете и эффективно реализуется на современных аппаратных платформах ПЭВМ общего назначения. При этом для решения обеих задач может применяться один и тот же ключ, хранимый на предъявляемом оператором ключевом носителе. При аутентификации пользователя для входа в систему (при запуске клиентского приложения) на сервер отправляется тестовое сообщение, зашифрованное на ключе с предъявленного ключевого носителя. Если серверу удалось расшифровать его ключом, соответствующим легальному пользователю данного узла сети, аутентификация считается пройденной и сервер сообщает об этом клиентскому приложению.

Аутентификация передаваемых TCP-пакетов осуществляется по стандартной схеме, когда информационное поле пакета зашифровывается в режиме вычисления имитовставки и добавляется в поле аутентификации, а сервер проверяет корректность вычисленной имитовставки, используя сохраненный в своей БД ключ шифрования.

Следует отметить, что для обеспечения надежности такой схемы при высокой загрузке сети ключи шифрования для всех пользователей необходимо менять не реже одного раза в месяц, что в случае использования системы при работе в локальной сети организации несложно и решается организационно-распорядительными методами.

Стеганография

При стеганографическом преобразовании добавление контейнеров должно происходить в реальном времени, кроме того, необходимо обеспечить стойкость ключа.

Наиболее часто для модификации видеотрафика и встраивания стегоконтейнеров применяют метод наименее значащих битов. Этот метод неустойчив к искажению передаваемой в стегоконтейнерах информации, например, можно обнулять все последние биты, что уничтожит всю конфиденциальную информацию. Также можно восстанавливать скрытую информацию, используя статистические закономерности.

Особенностями применения стеганографии в разрабатываемой методике для видеоконференций являются следующие:

Стегоконтейнеры встраиваются в реальном времени;

Открытая передаваемая информация имеет большой размер - увеличивается нагрузка на канал;

В стегоконтейнерах необходимо передавать аутентификационные метки;

Добавление контейнеров должно проходить в прозрачном для пользователя режиме;

Аутентификация должна быть простой для пользователя и выполняться в автоматическом режиме;

Передача аутентификационных меток должна проводиться постоянно.

Информацию о номерах пакетов можно передавать различными способами. Суть первого способа передачи: в первый пакет включается смещение до следующего пакета с конфиденциальной информацией и т.д., то есть каждый пакет со стегоконтейнером в начале поля данных будет содержать информацию о номере следующего пакета со стегоконтейнером. Важно, что задается смещение, а не номер пакета, так как в общем случае на кодирование смещения потребуется меньшее количество бит.

В настройках программы необходимо определить, какое количество бит в начале пакета будет выделено под адрес следующего пакета. Например, если расстояние между пакетами не превышает 100, на кодирование смещения необходимо выделить 7 бит. Каждый выделенный под смещение бит позволяет существенно увеличить расстояние между пакетами и тем самым сгладить статистические характеристики видеопотока.

Недостаток метода в том, что, перехватывая первый пакет, злоумышленник узнает номер следующего пакета и таким образом постепенно может восстановить всю последовательность.

Второй способ передачи - запись таблицы, содержащей номера пакетов с конфиденциальной информацией, на аппаратные ключи до начала видеоконференции. Все преобразования трафика происходят на клиентских машинах, тем самым обеспечивается дополнительная безопасность, так как информация в открытом виде не перемещается по сети.

Недостаток данного метода в том, что получение злоумышленником аппаратного ключа позволяет ему восстановить переданную конфиденциальную информацию.

Третьим способом передачи таблицы является передача ее на материальном носителе, например в бумажном виде. Недостатки этого метода: ввод таблицы клиентом в программу вручную и возможность перехвата ключевой информации нарушителем.

Программная реализация

Рассмотрим работу программы, реализующей данный алгоритм. Необходимо отметить, что она состоит из клиентской и серверной частей.

Клиентская часть запускается в фоновом режиме, предоставляя минимальный набор возможностей:

Участвовать в видеоконференции;

Отправить конфиденциальную информацию адресату;

Принять и распознать конфиденциальную информацию.

Причем пользователь не должен задумываться о выборе из видеопотока необходимой скрытой информации - сборка данных из разрозненных пакетов происходит автоматизированно клиентской частью приложения. Данный процесс выполняется на клиентской машине для того, чтобы информация не курсировала в сети в открытом виде, так как, если восстанавливать ее на сервере и затем передавать, участок от адресата до сервера будет потенциально опасным.

Серверная часть предназначена для админи- стратора. При первом запуске администратор вручную добавляет IP-адреса своей сети, затем переходит к назначению меток. Напротив привилегированного адреса ставится отметка. Администратор также задает размер смещения (количество бит, выделенных в начале пакета), так как, если задавать его клиентской частью приложения, могут возникнуть коллизии, когда размеры смещений у разных пользователей не совпадают.

Таким образом, администратор вручную выполняет следующие действия:

Ввод IP-адреса пользователей видеоконференции;

Выбор размера смещения под адрес;

Ввод пользовательских ключей для осуществления аутентификации.

Служебная информация, необходимая для функционирования программы, конфиденциальная информация и непосредственно ключи хранятся как на сервере, так и на клиентских рабочих местах.

На сервере хранится информация об аппаратных ключах пользователей, о паролях пользователей, о размерах смещений под адрес, IP-адреса пользователей, а также метка начала специального режима.

На клиентском рабочем месте хранятся аппаратный ключ, пароль, конфиденциальная информация, информация об IP-адресах других участников информационного обмена.

Необходимо отметить, что интерфейс данной программы не подразумевает множества тонких настроек. Программа предназначена для того, чтобы обеспечить администратору простое представление назначения меток. Все преобразования она будет производить на уровне пакетов самостоятельно.

Программа предполагает наличие двух видов пользователей - клиент и администратор.

Клиент при помощи клиентской части приложения и аутентификатора авторизуется в системе и получает доступ к видеоконференции, в ходе которой передает и получает конфиденциальную информацию. Он не имеет доступа к настройкам сети, знает ключ, с помощью которого можно выделить стегоконтейнеры и собрать конфиденциальную информацию в ее исходное состояние.

Администратор управляет настройками сети с помощью серверной части приложения. Он добавляет и удаляет пользователей, разрешенные IP-адреса, не имеет доступа к конфиденциальной информации как таковой и не знает ключа, с помощью которого можно выделить стегоконтейнеры из общего потока.

Программа должна поддерживать операционные системы семейств Windows и Linux. Важно, чтобы система была кроссплатформенной, так как сеть может быть гетерогенной, особенно для удаленных пользователей.

Для реализации алгоритма «Метки привилегий» необходимо модифицировать заголовки TCP-пакетов. Вначале была изучена спецификация RFC 793 (описывающая структуру пакета TCP) и подобраны инструменты - библиотеки PCAP и libnet. Обе библиотеки являются кроссплатформенными. С их помощью можно создать собственную программу, реализующую функции обработки TCP-заголовков.

В качестве прототипа была создана собственная реализация программы, позволяющей создать сокет либо в состоянии сервера (ожидает подключение клиента), либо в состоянии клиента (пытается подключиться к серверу). Были учтены результаты предыдущих разработок в университете по смежной тематике .

Созданная TCP-программа обеспечивает устойчивое соединение, самостоятельно формируются пакеты. В результате имеется возможность добавлять в поле опций TCP-заголовка собственную информацию. Для создания основной программы осталось сформировать на данном прототипе сервер и клиента, добавить пользовательский интерфейс, учесть требования стандартов и нормативных актов .

Задача сервера - перенаправлять пакеты клиентам. Необходимо задать список IP-адресов, с которых можно подключаться к серверу. Кроме того, администратор должен конфигурировать конференции и указывать клиентов, участвующих в них. Конфигурация сервера задается в текстовом файле, а сам сервер запускается как консольное приложение.

В заключение можно сделать следующие выводы. Цель работы - разработка методики организации защищенного канала передачи конфиденциальной информации путем встраивания стегоконтейнеров в видеопоток - была достигнута. Разработан алгоритм организации логического канала на основе меток привилегий, выбраны способы аутентификации. Были определены требования к программной реализации. Создан механизм стеганографических преобразований. В целом работа представляет собой алгоритм приоритизации трафика «Метка привилегий», перечень необходимых компонентов для организации защищенного канала, методику встраивания стегоконтейнеров, описание требований к программной реализации, первоначальную версию программного продукта. Планируются дальнейшее совершенствование алгоритма, добавление новых функций и более удобного для пользователя интерфейса, а также реализация всего вышеперечисленного в виде полноценного программного комплекса.

Литература

1. Литвиненко В.А., Ховансков С.А. Распределенные вычисления в сети методом коллективного принятия решения // Изв. ЮФУ. Технич. науки: тематич. вып.: Безопасность телекоммуникационных систем. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. № 3 (80). С. 110-113.

2. Свентусов С.В. Методы снижения загрузки серверов аудиоконференций // Изв. СПбГЭУ (ЛЭТИ), 2008. Вып. 2. С. 25-30.

3. Шейда В.В. Использование протоколов TCP И UDP для защищенной передачи информации по SSL-VPN-туннелям: докл. ТГУСУР, 2010. С. 225-229.

4. Самуйлов К.Е. Метод решения задачи разделения ресурсов мультисервисной сети между виртуальными частными сетями с одноадресными и многоадресными соединениями // Вестн. РУДН. Сер.: Математика, информатика, физика. 2010. № 2 (1). С. 42-53.

5. Антамошкин А.Н., Золотарев В.В. Алгоритм расчета прогнозируемого трафика при проектировании распределенных систем обработки и хранения информации // Вестн. СибГАУ, Красноярск, 2006. № 1. С. 5-10.

6. Бондарь И.В., Золотарев В.В., Попов А.М. Методика оценки защищенности информационной системы по требованиям стандартов информационной безопасности // Информатика и системы управления. 2010. Вып. 4 (26). С. 3-12.

Андрей Субботин Материал приводится с разрешения редакции.

В настоящее время наблюдается резкий рост объемов информации (в том числе и конфиденциальной), передаваемой по открытым каналам связи. По обычным телефонным каналам осуществляется взаимодействие между банками, брокерскими конторами и биржами, удаленными филиалами организаций, проводятся торги ценными бумагами. Поэтому все более актуальной становится проблема защиты передаваемой информации. Несмотря на то, что конкретные реализации систем защиты информации могут существенно отличаться друг от друга из-за различия процессов и алгоритмов передачи данных, все они должны обеспечивать решение триединой задачи:

конфиденциальность информации (доступность ее только для того, кому она предназначена);

целостность информации (ее достоверность и точность, а также защищенность ее преднамеренных и непреднамеренных искажений);

готовность информации (в любой момент, когда в ней возникает необходимость).

Основными направлениями решения этих задач являются некриптографическая и криптографическая защита. Некриптографическая защита включает в себя организационно-технические меры по охране объектов, снижению уровня опасных излучений и созданию искусственных помех. Ввиду сложности и объемности данной темы некриптографическая защита в рамках данной статьи рассматриваться не будет.

Криптографическая защита в большинстве случаев является более эффективной и дешевой. Конфиденциальность информации при этом обеспечивается шифрованием передаваемых документов или всего трафика работы.

Первый вариант более прост в реализации и может использоваться для работы практически с любыми системами передачи электронной почты. Наиболее часто применяются алгоритмы шифрования DES, RSA, ГОСТ 28147-89, "Веста-2".

Второй вариант можно использовать только в специально разработанных системах, и в этом случае требуется алгоритм высокого быстродействия, так как необходима обработка потоков информации в режиме реального времени. Данный вариант можно считать более безопасным по сравнению с первым, так как шифруются не только передаваемые данные, но и сопроводительная информация, которая включает в себя обычно типы данных, адреса отправителя и получателя, маршруты прохождения и многое другое. Такой подход существенно усложняет задачу введения в систему ложной информации, а также дублирование перехваченной ранее подлинной информации.

Целостность передаваемой по открытым каналам связи информации обеспечивается использованием специальной электронной подписи, которая позволяет установить авторство и подлинность информации. Электронная подпись в настоящее время широко применяется для подтверждения юридической значимости электронных документов в таких системах обмена информации, как Банк - Банк, Банк - Филиал, Банк - Клиент, Биржа - Брокерская контора и т. п. Из наиболее распространенных алгоритмов электронной подписи можно назвать такие, как RSA, PGP, ElGamal.

Готовность информации в большинстве случаев обеспечивается организационно-техническими мерами и установкой специального отказоустойчивого оборудования. Выбор того или иного алгоритма криптографического преобразования обычно сопряжен с большими трудностями. Приведем несколько характерных примеров.

Положим, разработчик системы защиты утверждает, что полностью реализовал в ней требования ГОСТ 28147-89. Этот ГОСТ был опубликован, но не полностью. Не были опубликованы некоторые специальные криптографические подстановки, от которых существенно зависит ее криптостойкость. Таким образом, в правильности реализации ГОСТ можно быть уверенным только при наличии сертификата ФАПСИ, которого у большинства разработчиков нет.

Разработчик системы защиты сообщает, что у реализовал алгоритм RSA. При этом он умалчивает о том, что реализация должна лицензироваться фирмой RSA Data Security Inc. (патент США # 4 405 829). Более того, вывоз из США реализаций RSA с длиной ключа более 40 бит запрещен (криптостойкость такого ключа оценивается специалистами примерно в несколько дней работы обычного компьютера с процессором Pentium).

Разработчик системы защиты сообщает, что в ней реализован алгоритм PGP, который широко применяется у нас в стране благодаря бесплатно распространявшимся до 1995 г. его исходным текстам через BBS США. Здесь две проблемы. Первая - электронная подпись сделана на базе алгоритма RSA и, с точки зрения охраны авторских прав, также должна лицензироваться фирмой RSA Data Security Inc. Вторая - распространяемые программы нечувствительны к вмешательству в их работу, поэтому с помощью специального криптовируса можно легко получить секретный ключ для формирования электронной подписи.

В заключение хочется с сожалением отметить, что в нашей стране практически отсутствует нормативно-методическая база, с помощью которой можно было бы обоснованно сопоставлять предлагаемые системы защиты информации и выбирать наиболее оптимальные решения.

В условиях нарастающих интеграционных процессов и создания единого информационного пространства во многих организациях ЛАНИТ предлагает провести работы по созданию защищенной телекоммуникационной инфраструктуры, связывающей удаленные офисы фирм в единое целое, а также обеспечение высокого уровня безопасности информационных потоков между ними.

Применяемая технология виртуальных частных сетей позволяет объединять территориально распределенные сети как с помощью защищенных выделенных каналов, так и виртуальных каналов, проходящих через глобальные общедоступные сети. Последовательный и системный подход к построению защищенных сетей предполагает не только защиту внешних каналов связи, но и эффективную защиту внутренних сетей путем выделения замкнутых внутренних контуров VPN. Таким образом, применение технологии VPN позволяет организовать безопасный доступ пользователей в Интернет, защитить серверные платформы и решить задачу сегментирования сети в соответствии с организационной структурой.

Защита информации при передаче между виртуальными подсетями реализуется на алгоритмах асимметричных ключей и электронной подписи, защищающей информацию от подделки. Фактически данные, подлежащие межсегментной передаче, кодируются на выходе из одной сети, и декодируются на входе другой сети, при этом алгоритм управления ключами обеспечивает их защищенное распределение между оконечными устройствами. Все манипуляции с данными прозрачны для работающих в сети приложений.

Удаленный доступ к информационным ресурсам. Защита информации, передаваемой по каналам связи

При межсетевом взаимодействии между территориально удаленными объектами компании возникает задача обеспечения безопасности информационного обмена между клиентами и серверами различных сетевых служб. Сходные проблемы имеют место и в беспроводных локальных сетях (Wireless Local Area Network, WLAN), а также при доступе удаленных абонентов к ресурсам корпоративной информационной системы. В качестве основной угрозы здесь рассматривается несанкционированное подключение к каналам связи и осуществление перехвата (прослушивания) информации и модификация (подмена) передаваемых по каналам данных (почтовые сообщения, файлы и т.п.).

Для защиты данных, передаваемых по указанным каналам связи, необходимо использовать соответствующие средства криптографической защиты. Криптопреобразования могут осуществляться как на прикладном уровне (или на уровнях между протоколами приложений и протоколом TCP/IP), так и на сетевом (преобразование IP-пакетов).

В первом варианте шифрование информации, предназначенной для транспортировки по каналу связи через неконтролируемую территорию, должно осуществляться на узле-отправителе (рабочей станции - клиенте или сервере), а расшифровка - на узле-получателе. Этот вариант предполагает внесение существенных изменений в конфигурацию каждой взаимодействующей стороны (подключение средств криптографической защиты к прикладным программам или коммуникационной части операционной системы), что, как правило, требует больших затрат и установки соответствующих средств защиты на каждый узел локальной сети. К решениям данного варианта относятся протоколы SSL, S-HTTP, S/MIME, PGP/MIME, которые обеспечивают шифрование и цифровую подпись почтовых сообщений и сообщений, передаваемых с использованием протокола http.

Второй вариант предполагает установку специальных средств, осуществляющих криптопреобразования в точках подключения локальных сетей и удаленных абонентов к каналам связи (сетям общего пользования), проходящим по неконтролируемой территории. При решении этой задачи необходимо обеспечить требуемый уровень криптографической защиты данных и минимально возможные дополнительные задержки при их передаче, так как эти средства туннелируют передаваемый трафик (добавляют новый IP-заголовок к туннелируемому пакету) и используют различные по стойкости алгоритмы шифрования. В связи с тем, что средства, обеспечивающие криптопреобразования на сетевом уровне полностью совместимы с любыми прикладными подсистемами, работающими в корпоративной информационной системе (являются «прозрачными» для приложений), то они наиболее часто и применяются. Поэтому, остановимся в дальнейшем на данных средствах защиты информации, передаваемой по каналам связи (в том числе и по сетям общего доступа, например, Internet). Необходимо учитывать, что если средства криптографической защиты информации планируются к применению в государственных структурах, то вопрос их выбора должен решаться в пользу сертифицированных в России продуктов.

Протокол Kerberos

Протоколы аутентификации:

3. Аутентификация с помощью открытого ключа

Описание DSA

p = простое число длинной L битов, где L принимает значение, кратное 64, в диапазоне от 512 до 1024.

q= 160-битовой простое число - множитель p-1

g = , где h - любое число, меньшее p-1, для которого больше 1

x = число, меньшее q

Используется однонаправленная хэш-функция: Н(m).

Первые три параметра, p, q, g, открыты и могут быть общими для пользователей сети. Закрытым ключом является х, а открытым - у. Чтобы подписать сообщение, m:

1. А генерирует случайное число k, меньше q

2. А генерирует

Его подписью служат параметры r и s, он посылает их В

3. В проверяет подпись, вычисляя

Если v=r, то подпись правильна.

Резюме

Система стандартов IPSec вобрала в себя прогрессивные методики и достижения в области сетевой безопасности. Система IPSec прочно занимает лидирующие позиции в наборе стандартов для создания VPN. Этому способствует ее открытое построение, способное включать все новые достижения в области криптографии. IPsec позволяет защитить сеть от большинства сетевых атак, «сбрасывая» чужие пакеты еще до того, как они достигнут уровня IP на принимающем компьютере. В защищаемый компьютер или сеть могут войти только пакеты от зарегистрированных партнеров по взаимодействию.

IPsec обеспечивает:

• аутентификацию - доказательство отправки пакетов вашим партнером по взаимодействию, то есть обладателем разделяемого секрета;
• целостность - невозможность изменения данных в пакете;
• конфиденциальность - невозможность раскрытия передаваемых данных;
• надежное управление ключами - протокол IKE вычисляет разделяемый секрет, известный только получателю и отправителю пакета;
• туннелирование - полную маскировку топологии локальной сети предприятия

Работа в рамках стандартов IPSec обеспечивает полную защиту информационного потока данных от отправителя до получателя, закрывая трафик для наблюдателей на промежуточных узлах сети. VPN-решения на основе стека протоколов IPSec обеспечивают построение виртуальных защищенных сетей, их безопасную эксплуатацию и интеграцию с открытыми коммуникационными системами.

Защита на прикладном уровне

Протокол SSL

Протокол SSL (Secure Socket Layer - уровень защищенных сокетов), разработанный Netscape Communications при участии RSA Data Security, предназначен для реализации защищенного обмена информацией в клиент/серверных приложениях. На практике SSL широко реализуется только совместно с протоколом прикладного уровня HHTP.

Функции безопасности, предоставляемые протоколом SSL:

• шифрование данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;
• подписывание данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;
• аутентификация клиента и сервера.

Протокол SSL использует криптографические методы защиты информации для обеспечения безопасности информационного обмена. Данный протокол выполняет взаимную аутентификацию, обеспечивает конфиденциальность и аутентичность передаваемых данных. Ядро протокола SSL - технология комплексного использования симметричных и асимметричных криптосистем. Взаимная аутентификация сторон выполняется при помощи обмена цифровыми сертификатами открытых ключей клиента и сервера, заверенными цифровой подписью специальных сертификационных центров. Конфиденциальность обеспечивается шифрованием передаваемых данных с использованием симметричных сессионных ключей, которыми стороны обмениваются при установлении соединения. Подлинность и целостность информации обеспечиваются за счет формирования и проверки цифровой подписи. В качестве алгоритмов асимметричного шифрования применяются алгоритм RSA и алгоритм Диффи-Хеллмана.

Рисунок 9 Криптозащищенные туннели, сформированные на основе протокола SSL

Согласно протоколу SSL криптозащищенные туннели создаются между конечными точками виртуальной сети. Клиент и сервер функционируют на компьютерах в конечных точках туннеля (рис. 9)

Протокол диалога SSL имеет два основных этапа формирования и поддержки защищаемого соединения:

• установление SSL-сессии;
• защищенное взаимодействие.

Первый этап отрабатывается перед непосредственной защитой информационного обмена и выполняется по протоколу начального приветствия (Handshake Protocol), входящему в состав протокола SSL. При установлении повторного соединения, возможно сформировать новые сеансовые ключи на основе старого общего секрета.

В процессе установления SSL - сессии решаются следующие задачи:

• аутентификация сторон;
• согласование криптографических алгоритмов и алгоритмов сжатия, которые будут использоваться при защищенном информационном обмене;
• формирование общего секретного мастер-ключа;
• генерация на основе сформированного мастер-ключа общих секретных сеансовых ключей для криптозащиты информационного обмена.

Рисунок 10 Процесс аутентификации клиента сервером

В протоколе SSL предусмотрено два типа аутентификации:

• аутентификация сервера клиентом;
• аутентификация клиента сервером.

Клиентское/серверное ПО, поддерживающее SSL, может с помощью стандартных приемов криптографии с открытым ключом проверить, что сертификат сервера/клиента и открытый ключ действительны и были выданы источником сертификатов из списка доверенных источников. Пример процесса аутентификации клиента сервером представлен на рисунке 10.

Схема применения протокола

До передачи сообщение по линии передачи данных, сообщение проходит следующие этапы обработки:

1.Сообщение фрагментируется на блоки, пригодные для обработки;

2.Данные сжимаются (опционально);

3.Генерируется MAC ключ ;

4.Данные зашифровываются с помощью ключа ;

1.Используя ключ , данные расшифровываются;

2.Проверяется MAC ключ ;

3.Происходит декомпрессия данных (если использовалось сжатие);

4.Сообщение собирается из блоков и получатель читает сообщение.

Аутентичное распределение ключей

A , Клиент	CA Удостоверяющий центр	B , Сервер
Генерация пары ключей цифровой подписи: . Передача в УЦ	- симметричная схема шифрования; - схема открытого шифрования; - схема ЦП; - любые функции (лучше ОНФ)	Генерация пары ключей схемы открытого шифрования: . Передача в УЦ
K - случайный сеансовый ключ.
		Если , то K принимается как аутентичный общий секретный ключ

Рабочий этап

A		B
	Симметричная схема шифрования
. . .	и т.д.	. . .

Атаки на протокол SSL

Как и другие протоколы, SSL подвержен атакам, связанным с не доверенной программной средой, внедрение программ-закладок и др.:

• Атака отклика. Заключается в записи злоумышленником успешной коммуникационной сессии между клиентом и сервером. Позднее, он устанавливает соединение с сервером, используя записанные сообщения клиента. Но при помощи уникального идентификатора соединения "nonce" SSL отбивает эту атаку. Коды этих идентификаторов имеют длину 128 бит, в связи с чем злоумышленнику необходимо записать 2^64 идентификаторов, чтобы вероятность угадывания была 50%. Количество необходимых записей и низкую вероятность угадывания делают эту атаку бессмысленной.
• Атака протокола рукопожатия. Злоумышленник может попытаться повлиять на процесс обмена рукопожатиями для того, чтобы стороны выбрали разные алгоритмы шифрования. Из-за того, что многие реализации поддерживают экспортированное шифрование, а некоторые даже 0-шифрование или MAC-алгоритм, эти атаки представляют большой интерес. Для реализации такой атаки злоумышленнику необходимо подменить одно или более сообщений рукопожатия. Если это происходит, то клиент и сервер вычислят различные значения хэшей сообщения рукопожатия. В результате чего стороны не примут друг от друга сообщения "finished". Без знания секрета злоумышленник не сможет исправить сообщение "finished", поэтому атака может быть обнаружена.
• Раскрытие шифров. SSL зависит от нескольких криптографических технологий. Шифрование с общедоступным ключом RSA используется для пересылки ключей сессии и аутентификации клиента/сервера. В качестве шифра сессии применяются различные криптографические алгоритмы. Если осуществлена успешная атака на эти алгоритмы, SSL не может уже считаться безопасным. Атаки против определенных коммуникационных сессий могут производиться путем записи сессии, и затем предпринимается попытка подобрать ключ сессии или ключ RSA. В случае успеха открывается возможность прочесть переданную информацию.
• Злоумышленник посередине. Man-in-the-Middle атака предполагает наличие трех сторон: клиента, сервера и злоумышленника. Злоумышленник, находясь между ними, может перехватывать обмен сообщениями между клиентом и сервером. Атака является эффективной только если для обмена ключами применяется алгоритм Диффи-Хэлмана, так как целостность принимаемой информации и ее источник проверить невозможно. В случае SSL такая атака невозможна из-за использования сервером сертификатов, заверенных центром сертификации.

Протокол TLS

Цель создания и преимущества

Цель создания TLS - повышение защиты SSL и более точное и полное определение протокола:

• Более надежный алгоритм MAC
• Более детальные предупреждения
• Более четкие определения спецификаций "серой области"

TLS предоставляет следующие усовершенствованные способы защиты:

• Хэширование ключей для идентификации с помощью сообщений - TLS применяет в коде идентификации сообщения (HMAC) хэширование, предотвращающее от изменения записи при передаче по незащищенной сети, например в Internet. SSL версии 3.0 также поддерживает идентификацию сообщений с помощью ключей, но HMAC считается более надежным, чем функция MAC, применяемая в SSL версии 3.0.
• Улучшенная псевдослучайная функция (PRF) С помощью PRF создаются данные ключа. В TLS функция PRF определена с помощью HMAC. PRF применяет два алгоритма хэширования, обеспечивающих ее защиту. Если один из алгоритмов будет взломан, данные будут защищены вторым алгоритмом.
• Улучшенная проверка сообщения "Готово" - Протоколы TLS версии 1.0 и SSL версии 3.0 отправляют обеим конечным системам сообщение "Готово", означающее, что доставленное сообщение не было изменено. Однако в TLS эта проверка основана на значениях PRF и HMAC, что обеспечивает более высокий уровень защиты по сравнению с SSL версии 3.0.
• Согласованная обработка сертификатов - В отличие от SSL версии 3.0, TLS пытается указать тип сертификата, который может применяться различными реализациями TLS.
• Особые предупреждающие сообщения - TLS предоставляет более точные и полные предупреждения о неполадках, обнаруженных одной из конечных систем. TLS также содержит информацию о том, когда какие сообщения с предупреждениями следует отправлять.

Протокол SSH

Протокол SSH (Secure Shell-оболочка безопасности) - это набор протоколов аутентификации с открытым ключом, позволяющий пользователю на стороне клиента безопасно регистрироваться на удалённом сервере.

Главная идея протокола заключается в том, что пользователь на стороне клиента, должен загрузить с удаленного сервера открытый ключ и установить с его помощью защищённый канал, используя криптографический мандат. Криптографическим мандатом пользователя является его пароль: его можно зашифровать с помощью полученного открытого ключа и передать на сервер.

Все сообщения шифруются с помощью IDEA .

Архитектура протокола SSH

SSH выполняется между двумя ненадёжными компьютерами, работающими в незащищенной сети(клиент - сервер).

Набор протоколов SSH состоит из трех компонентов:

• Протокол транспортного уровня SSH (SSH Transport Layer Protocol), обеспечивает аутентификацию сервера. Для этого используется открытый ключ. Исходной информацией для этого протокола как со стороны сервера, так и со стороны клиента, является пара открытых ключей - "ключи головного компьютера". Итогом протоколом является взаимно аутентифицированный защищённый канал, который гарантирует секретность и целостность данных.

• Протокол аутентификации пользователя SSH (SSH User Authentication Protocol). Выполняется по каналу односторонней аутентификации, установленному протоколом транспортного уровня SSH. Для выполнения аутентификации от клиента к серверу, поддерживаются различные протоколы односторонней аутентификации. Эти протоколы могут применять либо открытый ключ, либо пароль. Например, они могут быть созданы на основе протокола аутентификации с помощью простого пароля. Результатом протокола является взаимно аутентифицированный защищённый канал между сервером и пользователем. Применяются следующие методы:

publickey - клиент высылается ЭЦП , сервер проверяет доверие открытому ключу клиента по имеющейся на сервере копии ключа, затем проверяет аутентичность клиента по Sc.

password - клиент подтверждает свою аутентичность паролем.

hostbased - аналогично publickey, только используется пара ключей для клиентского хоста; подтвердив аутентичность хоста, сервер доверяет имени пользователя.

• Протокол связи SSH (SSH Connection Protocol) выполняется по взаимно аутентифицированному защищённому каналу, установленному предыдущими протоколами. Протокол обеспечивает работу защищённого канала при этом разделяя его на несколько защищённых логических каналов.

Протокол распределения ключами

Протокол включает в себя 3 этапа. Первый этап - "Hello" phase, где первый идентификатор это строка, I, отправляется, чтобы начать протокол, за которым следует список поддерживаемых алгоритмов - X.

На 2-й стадии стороны согласуют секретный ключ, s. Для этого применяется алгоритм Диффи-Хеллмана . Сервер подтверждает свою идентичность, отправляя клиенты свой открытый ключ, , верифицированный цифровой подписью, , и подпись дайджеста, h. В качестве идентификатора sid устанавливается значение h.

На стадии 3 секретный ключ, идентификатор сессии и дайджест используются для создании 6 "apllication keys", вычисленных с помощью .

Резюме

К преимуществам протокола относится:

• возможность действий на сквозной основе (end - to - end) с осуществляющими стеками TCP/IP, существующими интерфейсами прикладного программирования;
• повышенная эффективность по сравнению с медленными каналами;
• отсутствие каких-либо проблем с фрагментацией, определением максимального объёма блоков, передаваемых по данному маршруту;
• сочетание компрессии с шифрованием.