Защита каналов связи

Защита информации в каналах связи - важнейший вопрос организации безопасности на предприятии. На сегодняшний день используют много способов успешно защитить информацию, передаваемую по каналам связи внутри корпорации или во внешний мир.

Защита каналов связи и ее основные методы

Защита связи и информации осуществляется при помощи двух методов. Это метод защиты, основанный на физическом ограничении доступа непосредственно к каналу связи, а также преобразование сигнала (шифрование), которое не позволит злоумышленнику прочитать передаваемую информацию без специального ключа.

В первом способе защита канала связи организовывается ограничением доступа к аппаратуре, по которой передается информация. Используется, в основном, в крупных компаниях и правительственных структурах. Данный метод действует лишь в том случае, если информация не поступает во внешний мир.

Защита информации в каналах связи во всех остальных случаях выполняется благодаря шифрованию данных. Шифрование передаваемой информации, если говорить о классических компьютерных сетях, может выполняться на различных уровнях сетевой модели OSI. Чаще всего преобразование данных происходят на сетевом или прикладном уровнях.

В первом случае шифрование данных осуществляется непосредственно на аппаратуре, которая является отправителем информации, а расшифровка - на приемнике. Данный вариант наиболее эффективно защитит передаваемые данные, однако для его реализации необходимо постороннее программное обеспечение, которое работало бы на прикладном уровне.

Во втором случае шифрование осуществляется непосредственно на узлах канала связи в локальной или глобальной сети. Этот способ защиты связи менее действенный, чем первый, и для должного уровня защиты информации требует реализацию надежных алгоритмов шифрования.

Защита информации в каналах связи также организовывается при построении виртуальных каналов VPN. Данная технология позволяет организовать защищенное соединение с указанным шифрованием по особому виртуальному каналу. Такая технология обеспечивает целостность и конфиденциальность передаваемой по каналу связи информации.

Устройства защиты каналов связи

К таким устройствам относятся:

• всевозможные глушители,
• подавители связи,
• антижучки,
• детекторы,

благодаря которым можно взять под контроль состояние эфира внутри или снаружи предприятия. Это один из действенных методов защиты связи еще на ранней стадии нейтрализовать несанкционированный доступ к источнику информации.

Технология защищенного канала призвана обеспечивать безопасность передачи данных по открытой транспортной сети, например по Интернету. Защищенный канал подразумевает выполнение трех основных функций:

· взаимную аутентификацию абонентов при установлении соединения, которая может быть выполнена, например, путем обмена паролями;

· защиту передаваемых по каналу сообщений от несанкционированного доступа, например, путем шифрования;

· подтверждение целостности поступающих по каналу сообщений, например, путем передачи одновременно с сообщением его дайджеста.

Совокупность защищенных каналов, созданных предприятием в публичной сети для объединения своих филиалов, часто называют виртуальной частной сетью (Virtual Private Network, VPN).

Существуют разные реализации технологии защищенного канала, которые, в частности, могут работать на разных уровнях модели OSI. Так, функции популярного протокола SSL соответствуют представительному уровню модели OSI. Новая версия сетевого протокола IP предусматривает все функции – взаимную аутентификацию, шифрование и обеспечение целостности, – которые по определению свойственны защищенному каналу, а протокол туннелирования РРТР защищает данные на канальном уровне.

В зависимости от места расположения программного обеспечения защищенного канала различают две схемы его образования:

· схему с конечными узлами, взаимодействующими через публичную сеть (Рис. 1.2, а);

· схему с оборудованием поставщика услуг публичной сети, расположенным на границе между частной и публичной сетями (Рис. 1.2, б).

В первом случае защищенный канал образуется программными средствами, установленными на двух удаленных компьютерах, принадлежащих двум разным локальным сетям одного предприятия и связанных между собой через публичную сеть. Преимуществом этого подхода является полная защищенность канала вдоль всего пути следования, а также возможность использования любых протоколов создания защищенных каналов, лишь бы на конечных точках канала поддерживался один и тот же протокол. Недостатки заключаются в избыточности и децентрализованности решения. Избыточность состоит в том, что вряд ли стоит создавать защищенный канал на всем пути прохождения данных: уязвимыми для злоумышленников обычно являются сети с коммутацией пакетов, а не каналы телефонной сети или выделенные каналы, через которые локальные сети подключены к территориальной сети. Поэтому защиту каналов доступа к публичной сети можно считать избыточной. Децентрализация заключается в том, что для каждого компьютера, которому требуется предоставить услуги защищенного канала, необходимо отдельно устанавливать, конфигурировать и администрировать программные средства защиты данных. Подключение каждого нового компьютера к защищенному каналу требует выполнения этих трудоемких работ заново.

Рисунок 1.2 – Два способа образования защищенного канала

Во втором случае клиенты и серверы не участвуют в создании защищенного канала – он прокладывается только внутри публичной сети с коммутацией пакетов, например, внутри Интернета. Канал может быть проложен, например, между сервером удаленного доступа поставщика услуг публичной сети и пограничным маршрутизатором корпоративной сети. Это хорошо масштабируемое решение, управляемое централизованно как администратором корпоративной сети, так и администратором сети поставщика услуг. Для компьютеров корпоративной сети канал прозрачен – программное обеспечение этих конечных узлов остается без изменений. Такой гибкий подход позволяет легко образовывать новые каналы защищенного взаимодействия между компьютерами независимо от их места расположения. Реализация этого подхода сложнее – нужен стандартный протокол образования защищенного канала, требуется установка у всех поставщиков услуг программного обеспечения, поддерживающего такой протокол, необходима поддержка протокола производителями пограничного коммуникационного оборудования. Однако вариант, когда все заботы по поддержании защищенного канала берет на себя поставщик услуг публичной сети, оставляет сомнения в надежности защиты: во-первых, незащищенными оказываются каналы доступа к публичной сети, во-вторых, потребитель услуг чувствует себя в полной зависимости от надежности поставщика услуг. И, тем не менее, специалисты прогнозируют, что именно вторая схема в ближайшем будущем станет основной в построении защищенных каналов.

2. Принципы криптографической защиты информации

Криптография представляет собой совокупность методов преобразования данных, направленных на то, чтобы сделать эти данные недоступными для противника. Такие преобразования позволяют решить две главные проблемы защиты данных: проблему конфиденциальности (путем лишения противника возможности извлечь информацию из канала связи) и проблему целостности (путем лишения противника возможности изменить сообщение так, чтобы изменился его смысл, или ввести ложную информацию в канал связи).

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

2.1. Схема симметричной криптосистемы

Обобщенная схема криптографической системы, обеспечивающей шифрование передаваемой информации, показана на рис.2.1.

Рисунок 2.1 – Обобщенная схема криптосистемы

Отправитель генерирует открытый текст исходного сообщения М, которое должно быть передано законному получателю по незащищенному 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 Е К и получает шифртекст (или криптограмму ) С = Е К (М), который отправляет получателю.

Законный получатель, приняв шифртекст С, расшифровы-вает его с помощью обратного преобразования D = Е К –1 и получает исходное сообщение в виде открытого текста М:

D K (C) = Е К –1 (Е К (М)) = M.

Преобразование Е К выбирается из семейства криптографических преобразований, называемых криптоалгоритмами. Параметр, с помощью которого выбирается отдельное используемое преобразование, называетсякриптографическим ключом К. Криптосистема имеет разные варианты реализации: набор инструкций, аппаратные средства, комплекс программ компьютера, которые позволяют зашифровать открытый текст и расшифровать шифр-текст различными способами, один из которых выбирается с помощью конкретного ключа К.

Криптографическая система – это однопараметрическое семейство обратимых преобразований

из пространства сообщений открытого текста в пространство шифрованных текстов. Параметр К (ключ) выбирается из конечного множества , называемого пространством ключей.

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

· симметричные (одноключевые) криптосистемы;

· асимметричные (двухключевые) криптосистемы (с открытым ключом).

Схема симметричной криптосистемы с одним секретным ключом показана на рис.2.1. В ней используются одинаковые секретные ключи в блоке шифрования и блоке расшифрования.

2.2. Схема асимметричной криптосистемы

Обобщенная схема асимметричной криптосистемы с двумя разными ключами К 1 и К 2 показана на рис. 2.2. В этой криптосистеме один из ключей является открытым, а другой – секретным.

Рисунок 2.2 – Обобщенная схема асимметричной криптосистемы

с открытым ключом

В симметричной криптосистеме секретный ключ надо передавать отправителю и получателю по защищенному каналу распространения ключей, например такому, как курьерская служба. На рис. 2.1 этот канал показан "экранированной" линией. Существуют и другие способы распределения секретных ключей, они будут рассмотрены позднее. В асимметричной криптосистеме передают по незащищенному каналу только открытый ключ, а секретный ключ сохраняют на месте его генерации.

На рис. 2.3 показан поток информации в криптосистеме в случае активных действий перехватчика. Активный перехватчик не только считывает все шифртексты, передаваемые по каналу, но может также пытаться изменять их по своему усмотрению.

Любая попытка со стороны перехватчика расшифровать шифртекст С для получения открытого текста М или зашифровать свой собственный текст М’ для получения правдоподобного шифртекста С’, не имея подлинного ключа, называется крипто-аналитической атакой.

Рисунок 2.3 – Поток информации в криптосистеме при активном

перехвате сообщений

Если предпринятые криптоаналитические атаки не достигают поставленной цели и криптоаналитик не может, не имея подлинного ключа, вывести М из С или С’ из М’, то считается, что такая криптосистема является криптостойкой .

Криптоанализ – это наука о раскрытии исходного текста зашифрованного сообщения без доступа к ключу. Успешный анализ может раскрыть исходный текст или ключ. Он позволяет также обнаружить слабые места в криптосистеме, что, в конечном счете, ведет к тем же результатам.

Фундаментальное правило криптоанализа, впервые сформулированное голландцем А.Керкхоффом еще в XIX веке заключается в том, что стойкость шифра (криптосистемы) должна определяться только секретностью ключа. Иными словами, правило Керкхоффа состоит в том, что весь алгоритм шифрования, кроме значения секретного ключа, известен криптоаналитику противника. Это обусловлено тем, что криптосистема, реализующая семейство криптографических преобразований, обычно рассматривается как открытая система.

2.3. Аппаратно-программные средства защиты компьютерной информации

Аппаратно-программные средства, обеспечивающие повышенный уровень защиты можно разбить на пять основных групп (Рис. 2.4).

Первую группу образуют системы идентификации и аутентификации пользователей . Такие системы применяются для ограничения доступа случайных и незаконных пользователей к ресурсам компьютерной системы. Общий алгоритм работы этих систем заключается в том, чтобы получить от пользователя информацию, удостоверяющую его личность, проверить ее подлинность и затем предоставить (или не предоставить) этому пользователю возможность работы с системой.

При построении подобных систем возникает проблема выбора информации, на основе которой осуществляются процедуры идентификации и аутентификации пользователя. Можно выделить следующие типы:

(1) секретная информация, которой обладает пользователь (пароль, персональный идентификатор, секретный ключ и т.п.); эту информацию пользователь должен запомнить или же могут быть применены специальные средства хранения этой информации);

(2) физиологические параметры человека (отпечатки пальцев, рисунок радужной оболочки глаза и т.п.) или особенности поведения человека (особенности работы на клавиатуре и т.п.).

Системы идентификации, основанные на первом типе информации, принято считать традиционными . Системы идентификации, использующие второй тип информации, называются биометрическими .

Вторую группу средств, обеспечивающих повышенный уровень защиты, составляют системы шифрования дисковых данных . Основная задача, решаемая такими системами, состоит в защите от несанкционированного использования данных, расположенных на магнитных носителях.

Обеспечение конфиденциальности данных, располагаемых на магнитных носителях, осуществляется путем их шифрования с использованием симметричных алгоритмов шифрования. Основным классификационным признаком для комплексов шифрования служит уровень их встраивания в компьютерную систему.

Работа прикладных программ с дисковыми накопителями состоит из двух этапов – “логического” и “физического”.

Логический этап соответствует уровню взаимодействия прикладной программы с операционной системой (например, вызов сервисных функций чтения/записи данных). На этом уровне основным объектом является файл.

Физический этап соответствует уровню взаимодействия операционной системы и аппаратуры. В качестве объектов этого уровня выступают структуры физической организации данных - сектора диска.

В результате, системы шифрования данных могут осуществлять криптографические преобразования данных на уровне файлов (защищаются отдельные файлы) и на уровне дисков (защищаются диски целиком).

Другим классификационным признаком систем шифрования дисковых данных является способ их функционирования.

По способу функционирования системы шифрования дисковых данных делят на два класса:

(1) системы “прозрачного” шифрования;

(2) системы, специально вызываемые для осуществления шифрования.

Рисунок 2.4 – Аппаратно-программные средства защиты компьютерной информации

В системах прозрачного шифрования (шифрования “на лету”) криптографические преобразования осуществляются в режиме реального времени, незаметно для пользователя. Например, пользователь записывает подготовленный в текстовом редакторе документ на защищаемый диск, а система защиты в процессе записи выполняет его шифрование.

Системы второго класса обычно представляют собой утилиты, которые необходимо специально вызывать для выполнения шифрования. К ним относятся, например, архиваторы со встроенными средствами парольной защиты.

К третьей группе средств относятся системы шифрования данных, передаваемых по компьютерным сетям . Различают два основных способа шифрования: канальное шифрование и оконечное (абонентское) шифрование.

В случае канального шифрования защищается вся передаваемая по каналу связи информация, включая служебную. Соответствующие процедуры шифрования реализуются с помощью протокола канального уровня семиуровневой эталонной модели взаимодействия открытых систем OSI.

Этот способ шифрования обладает следующим достоинством - встраивание процедур шифрования на канальный уровень позволяет использовать аппаратные средства, что способствует повышению производительности системы.

Однако, у данного подхода имеются существенные недостатки:

Шифрованию на данном уровне подлежит вся информация, включая служебные данные транспортных протоколов; это осложняет механизм маршрутизации сетевых пакетов и требует расшифрования данных в устройствах промежуточной коммутации (шлюзах, ретрансляторах и т.п.);

Шифрование служебной информации, неизбежное на данном уровне, может привести к появлению статистических закономерностей в шифрованных данных; это влияет на надежность защиты и накладывает ограничения на использование криптографических алгоритмов.

Оконечное (абонентское) шифрование позволяет обеспечить конфиденциальность данных, передаваемых между двумя прикладными объектами (абонентами). Оконечное шифрование реализуется с помощью протокола прикладного или представительного уровня эталонной модели OSI. В этом случае защищенным оказывается только содержание сообщения, вся служебная информация остается открытой. Данный способ позволяет избежать проблем, связанных с шифрованием служебной информации, но при этом возникают другие проблемы. В частности, злоумышленник, имеющий доступ к каналам связи компьютерной сети, получает возможность анализировать информацию о структуре обмена сообщениями, например, об отправителе и получателе, о времени и условиях передачи данных, а также об объеме передаваемых данных.

Четвертую группу средств защиты составляют системы аутентификации электронных данных .

При обмене электронными данными по сетям связи возникает проблема аутентификации автора документа и самого документа, т.е. установление подлинности автора и проверка отсутствия изменений в полученном документе.

Для аутентификации электронных данных применяют код аутентификации сообщения (имитовставку) или электронную цифровую подпись. При формировании кода аутентификации сообщения и электронной цифровой подписи используются разные типы систем шифрования.

Код аутентификации сообщения МАС (Message Authentication Code) формируют с помощью симметричных систем шифрования данных. Проверка целостности принятого сообщения осуществляется путем проверки кода MAC получателем сообщения.

В отечественном стандарте симметричного шифрования данных (ГОСТ 28147-89) предусмотрен режим выработки имитовставки, обеспечивающий имитозащиту , т.е. защиту системы шифрованной связи от навязывания ложных данных.

Имитовставка вырабатывается из открытых данных посредством специального преобразования шифрования с использованием секретного ключа и передается по каналу связи в конце зашифрованных данных. Имитовставка проверяется получателем сообщения, владеющим секретным ключом, путем повторения процедуры, выполненной ранее отправителем, над полученными открытыми данными.

Электронная цифровая подпись (ЭЦП) представляет собой относительно небольшое количество дополнительной аутентифицирующей цифровой информации, передаваемой вместе с подписываемым текстом.

Для реализации ЭЦП используются принципы асимметричного шифрования. Система ЭЦП включает процедуру формирования цифровой подписи отправителем с использованием секретного ключа отправителя и процедуру проверки подписи получателем с использованием открытого ключа отправителя.

Пятую группу средств, обеспечивающих повышенный уровень защиты, образуют средства управления ключевой информацией . Под ключевой информацией понимается совокупность всех используемых в компьютерной системе или сети криптографических ключей.

Безопасность любого криптографического алгоритма определяется используемыми криптографическими ключами. В случае ненадежного управления ключами злоумышленник может завладеть ключевой информацией и получить полный доступ ко всей информации в компьютерной системе или сети.

Основным классификационным признаком средств управления ключевой информацией является вид функции управления ключами. Различают следующие основные виды функций управления ключами: генерация ключей, хранение ключей и распределение ключей.

Способы генерации ключей различаются для симметричных и асимметричных криптосистем. Для генерации ключей симметричных криптосистем используются аппаратные и программные средства генерации случайных чисел, в частности, схемы с применением блочного симметричного алгоритма шифрования. Генерация ключей для асимметричных криптосистем представляет существенно более сложную задачу в связи с необходимостью получения ключей с определенными математическими свойствами.

Функция хранения ключей предполагает организацию безопасного хранения, учета и удаления ключей. Для обеспечения безопасного хранения и передачи ключей применяют их шифрование с помощью других ключей. Такой подход приводит к концепции иерархии ключей . В иерархию ключей обычно входят главный ключ (мастер-ключ), ключ шифрования ключей и ключ шифрования данных. Следует отметить, что генерация и хранение мастер-ключей являются критическими вопросами криптографической защиты.

Распределение ключей является самым ответственным процессом в управлении ключами. Этот процесс должен гарантировать скрытность распределяемых ключей, а также оперативность и точность их распределения. Различают два основных способа распределения ключей между пользователями компьютерной сети:

1) применение одного или нескольких центров распределения ключей;

2) прямой обмен сеансовыми ключами между пользователями.

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.

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.