Применение открытых каналов передачи данных создает потенциальные возможности для действий злоумышленников (нарушителей). Поэтому одной из важных задач обеспечения информационной безопасности при взаимодействии пользователей является использование методов и средств, позволяющих одной (проверяющей) стороне убедиться в подлинности другой (проверяемой) стороны. Обычно для решения данной проблемы применяются специальные приемы, дающие возможность проверить подлинность проверяемой стороны.

Надежная аутентификация является тем ключевым фактором, который гарантирует, что только авторизованные пользователи получат доступ к контролируемой информации.

Для подтверждения своей подлинности субъект может предъявлять системе разные сущности. В зависимости от предъявляемых субъектом сущностей процессы аутентификации могут быть разделены на следующие категории:

· на основе знания чего-либо. Примерами могут служить пароль, персональный идентификационный код PIN (Personal Identification Number), а также секретные и открытые ключи, знание которых демонстрируется в протоколах типа запрос-ответ;

· на основе обладания чем-либо. Обычно это магнитные карты, смарт-карты, сертификаты и устройства touch memory;

· на основе каких-либо неотъемлемых характеристик. Эта категория включает методы, базирующиеся на проверке биометрических характеристик пользователя (голос, радужная оболочка и сетчатка глаза, отпечатки пальцев, геометрия ладони и др.). В данной категории не используются криптографические методы и средства. Аутентификация на основе биометрических характеристик применяется для контроля доступа в помещения или к какой-либо технике.

Сертификаты и цифровые подписи - если для аутентификации используются сертификаты, то требуется применение цифровых подписей на этих сертификатах. Сертификаты выдаются ответственным лицом в организации пользователя, сервером сертификатов или внешней доверенной организацией. В рамках Интернета появился ряд коммерческих инфраструктур управления открытыми ключами PKI (Public Key Infrastructure) для распространения сертификатов открытых ключей. Пользователи могут получить сертификаты различных уровней.

Процессы аутентификации можно также классифицировать по уровню обеспечиваемой безопасности. В соответствии с данным подходом процессы аутентификации разделяются на следующие типы:

· аутентификация, использующая пароли и PIN-коды;

· строгая аутентификация на основе использования криптографических методов и средств;

· процессы (протоколы) аутентификации, обладающие свойством доказательства с нулевым знанием;

· биометрическая аутентификация пользователей.

С точки зрения безопасности, каждый из перечисленных типов способствует решению своих специфических задач, поэтому процессы и протоколы аутентификации активно используются на практике.

Основными атаками на протоколы аутентификации являются:

· маскарад (impersonation). Пользователь пытается выдать себя за другого с целью получения полномочий и возможности действий от лица другого пользователя;

· подмена стороны аутентификационного обмена (interleaving attack). Злоумышленник в ходе данной атаки участвует в процессе аутентификационного обмена между двумя сторонами с целью модификации проходящего через него трафика;

· повторная передача (replay attack). Заключается в повторной передаче аутентификационных данных каким-либо пользователем;

· принудительная задержка (forced delay). Злоумышленник перехватывает некоторую информацию и передает ее спустя некоторое время;

· атака с выборкой текста (chosen-text attack). Злоумышленник перехватывает аутентификационный трафик и пытается получить информацию о долговременных криптографических ключах.

Для предотвращения таких атак при построении протоколов аутентификации применяются следующие приемы:

· использование механизмов типа запрос-ответ, меток времени, случайных чисел, идентификаторов, цифровых подписей;

· привязка результата аутентификации к последующим действиям пользователей в рамках системы. Примером подобного подхода может служить осуществление в процессе аутентификации обмена секретными сеансовыми ключами, которые применяются при дальнейшем взаимодействии пользователей;

· периодическое выполнение процедур аутентификации в рамках уже установленного сеанса связи и т.п.

Механизм запроса-ответа состоит в следующем. Если пользователь А хочет быть уверенным, что сообщения, получаемые им от пользователя В, не являются ложными, он включает в посылаемое для В сообщение непредсказуемый элемент-запрос X (например, некоторое случайное число). При ответе пользователь В должен выполнить над этим элементом некоторую операцию (например, вычислить некоторую функцию f(X)). Это невозможно осуществить заранее, так как пользователю В неизвестно, какое случайное число X придет в запросе. Получив ответ с результатом действий В, пользователь А может быть уверен, что В - подлинный. Недостаток этого метода - возможность установления закономерности между запросом и ответом.

Механизм отметки времени подразумевает регистрацию времени для каждого сообщения. В этом случае каждый пользователь сети может определить, насколько "устарело" пришедшее сообщение, и решить не принимать его, поскольку оно может быть ложным.

В обоих случаях для защиты механизма контроля следует применять шифрование, чтобы быть уверенным, что ответ послан не злоумышленником. При использовании отметок времени возникает проблема допустимого временного интервала задержки для подтверждения подлинности сеанса. Ведь сообщение с "временным штемпелем", в принципе, не может быть передано мгновенно. Кроме того, компьютерные часы получателя и отправителя не могут быть абсолютно синхронизированы. При сравнении и выборе протоколов аутентификации необходимо учитывать следующие характеристики:

· наличие взаимной аутентификации. Это свойство отражает необходимость обоюдной аутентификации между сторонами аутентификационного обмена;

· вычислительная эффективность. Количество операций, необходимых для выполнения протокола;

· коммуникационная эффективность. Данное свойство отражает количество сообщений и их длину, необходимую для осуществления аутентификации;

· наличие третьей стороны. Примером третьей стороны может служить доверенный сервер распределения симметричных ключей или сервер, реализующий дерево сертификатов для распределения открытых ключей;

· гарантии безопасности. Примером может служить применение шифрования и цифровой подписи.

2.2.1 Методы аутентификации, использующие пароли

Одной из распространенных схем аутентификации является простая аутентификация, которая основана на применении традиционных многоразовых паролей с одновременным согласованием средств его использования и обработки. Аутентификация на основе многоразовых паролей является простым и наглядным примером использования разделяемой информации. Пока в большинстве защищенных виртуальных сетей VPN (Virtual Private Network) доступ клиента к серверу разрешается по паролю.

Аутентификация на основе многоразовых паролей. Базовый принцип "единого входа" предполагает достаточность одноразового прохождения пользователем процедуры аутентификации для доступа ко всем сетевым ресурсам. Поэтому в современных операционных системах предусматривается централизованная служба аутентификации, которая выполняется одним из серверов сети и использует для своей работы базу данных. В этой базе данных хранятся учетные данные о пользователях сети. В эти учетные данные наряду с другой информацией включены идентификаторы и пароли пользователей.

В схеме простой аутентификации передача пароля и идентификатора пользователя может производиться следующими способами:

· в незашифрованном виде; например, согласно протоколу парольной аутентификации РАР (Password Authentication Protocol) пароли передаются по линии связи в открытой незащищенной форме;

· в защищенном виде; все передаваемые данные (идентификатор и пароль пользователя, случайное число и метки времени) защищены посредством шифрования или однонаправленной функции.

Очевидно, что вариант аутентификации с передачей пароля пользователя в незашифрованном виде не гарантирует даже минимального уровня безопасности, так как подвержен многочисленным атакам и легко компрометируется. Чтобы защитить пароль, его нужно зашифровать перед пересылкой по незащищенному каналу. Для этого в схему включены средства шифрования EK и дешифрования DK, управляемые разделяемым секретным ключом K. Проверка подлинности пользователя основана на сравнении присланного пользователем пароля PA и исходного значения PA', хранящегося на сервере аутентификации. Если значения PA и PA' совпадают, то пароль PA считается подлинным, а пользователь А - законным.

Схемы организации простой аутентификации отличаются не только методами передачи паролей, но и видами их хранения и проверки. Наиболее распространенным способом является хранение паролей пользователей в открытом виде в системных файлах, причем на эти файлы устанавливаются атрибуты защиты от чтения и записи (например, при помощи описания соответствующих привилегий в списках контроля доступа операционной системы). Система сопоставляет введенный пользователем пароль с хранящейся в файле парольной записью. При этом способе не используются криптографические механизмы, такие как шифрование или однонаправленные функции. Очевидным недостатком данного способа является возможность получения злоумышленником в системе привилегий администратора, включая права доступа к системным файлам и, в частности, к файлу паролей.

С точки зрения безопасности предпочтительным является метод передачи и хранения паролей с использованием односторонних функций. Обычно для шифрования паролей в списке пользователей используют одну из известных криптографически стойких хэш-функций. В списке пользователей хранится не сам пароль, а образ пароля, являющийся результатом применения к паролю хэш-функции.

В простейшем случае в качестве хэш-функции используется результат шифрования некоторой константы на пароле. Например, односторонняя функция h(·) может быть определена следующим образом:

h(P) =?EP K (ID),

где P - пароль пользователя;ID - идентификатор пользователя;

EP - процедура шифрования, выполняемая с использованием пароля P в качестве ключа.

Такие функции удобны, если длина пароля и ключа одинакова. В этом случае проверка подлинности пользователя А с помощью пароля РА состоит из пересылки серверу аутентификации отображения ( ) A h P и сравнения его с предварительно вычисленным и хранимым в базе данных сервера аутентификации эквивалентом h'(РА) - рис. 2.17. Если отображения h(PA) и h'(РA) равны, то считается, что пользователь успешно прошел аутентификацию.

Рис. 2.17. Использование односторонней функции для проверки пароля

На практике пароли состоят лишь из нескольких символов, чтобы дать возможность пользователям запомнить их. Короткие пароли уязвимы к атаке полного перебора всех вариантов. Для того чтобы предотвратить такую атаку, функцию h(Р) можно определить иначе, например в следующем виде:

h--(P)=--EP--ЕK--(ID),

где К и ID - соответственно ключ и идентификатор отправителя.

Различают две формы представления объектов, аутентифицирующих пользователя:

· внешний аутентифицирующий объект, не принадлежащий системе;

· внутренний объект, принадлежащий системе, в который переносится информация из внешнего объекта.

Допустим, что в компьютерной системе зарегистрировано n пользователей. Пусть і-й аутентифицирующий объект і-го пользователя содержит два информационных поля:

· IDi - неизменный идентификатор і-го пользователя, который является аналогом имени и используется для идентификации пользователя;

· Ki - аутентифицирующая информация пользователя, которая может изменяться и используется для аутентификации (например, пароль Pi = Ki).

Совокупную информацию в ключевом носителе можно назвать первичной аутентифицирующей информацией i-го пользователя. Очевидно, что внутренний аутентифицирующий объект не должен существовать в системе длительное время (больше времени работы конкретного пользователя). Для длительного хранения следует использовать данные в защищенной форме.

Системы простой аутентификации на основе многоразовых паролей имеют пониженную стойкость, поскольку в них выбор аутентифицирующей информации происходит из относительно небольшого множества слов. Срок действия многоразового пароля должен быть определен в политике безопасности организации, и такие пароли необходимо регулярно изменять. Выбирать пароли нужно так, чтобы они были трудны для угадывания и не присутствовали в словаре.

Аутентификация на основе одноразовых паролей. Суть схемы одноразовых паролей - использование различных паролей при каждом новом запросе на предоставление доступа. Одноразовый динамический пароль действителен только для одного входа в систему, и затем его действие истекает. Даже если кто-то перехватил его, пароль окажется бесполезен. Динамический механизм задания пароля является одним из лучших способов защитить процесс аутентификации от угроз извне. Обычно системы аутентификации с одноразовыми паролями используются для проверки удаленных пользователей.

Известны следующие методы применения одноразовых паролей для аутентификации пользователей:

1) Использование механизма временных меток на основе системы единого времени.

2) Использование списка случайных паролей, общего для легального пользователя и проверяющего, и надежного механизма их синхронизации.

3) Использование генератора псевдослучайных чисел, общего для пользователя и проверяющего, с одним и тем же начальным значением.

Генерация одноразовых паролей может осуществляться аппаратным или программным способом. Некоторые аппаратные средства доступа на основе одноразовых паролей реализуются в виде миниатюрных устройств со встроенным микропроцессором, внешне похожих на платежные пластиковые карточки. Такие карты, обычно называемые ключами, могут иметь клавиатуру и небольшой дисплей.

В качестве примера реализации первого метода рассмотрим технологию аутентификации SecurID на основе одноразовых паролей с использованием аппаратных ключей и механизма временной синхронизации. Эта технология аутентификации разработана компанией Security Dynamics и реализована в коммуникационных серверах ряда компаний, в частности в серверах компании Cisco Systems и др.

При использовании этой схемы аутентификации, естественно, требуется жесткая временная синхронизация аппаратного ключа и сервера. Поскольку аппаратный ключ может работать несколько лет, вполне возможно постепенное рассогласование внутренних часов сервера и аппаратного ключа. Для решения этой проблемы компания Security Dynamics применяет два способа:

· при производстве аппаратного ключа точно измеряется отклонение частоты его таймера от номинала. Величина этого отклонения учитывается как параметр алгоритма сервера;

· сервер отслеживает коды, генерируемые конкретным аппаратным ключом, и при необходимости динамически подстраивается под этот ключ.

Со схемой аутентификации, основанной на временной синхронизации, связана еще одна проблема. Генерируемое аппаратным ключом случайное число является достоверным паролем в течение небольшого конечного промежутка времени. Поэтому, в принципе, возможна кратковременная ситуация, когда хакер может перехватить PIN-код и случайное число, чтобы использовать их для доступа в сеть. Это самое уязвимое место схемы аутентификации, основанной на временной синхронизации.

Существуют и другие варианты аппаратной реализации процедуры аутентификации с использованием одноразовых паролей, например аутентификация по схеме запрос-ответ. При попытке пользователя осуществить логический вход в сеть, аутентификационный сервер передает ему запрос в виде случайного числа. Аппаратный ключ пользователя зашифровывает это случайное число, используя, например, алгоритм DES и секретный ключ пользователя, хранящийся в памяти аппаратного ключа и в базе данных сервера. Случайное число-запрос возвращается в зашифрованном виде на сервер. Сервер, в свою очередь, также зашифровывает сгенерированное им самим случайное число с помощью того же алгоритма DES и того же секретного ключа пользователя, извлеченного из базы данных сервера. Затем сервер сравнивает результат своего шифрования с числом, пришедшим от аппаратного ключа. При совпадении этих чисел пользователь получает разрешение на вход в сеть. Следует отметить, что схема аутентификации запрос-ответ сложнее в использовании по сравнению со схемой аутентификации с временной синхронизацией.

Второй метод применения одноразовых паролей для аутентификации пользователей основан на использовании списка случайных паролей, общего для пользователя и проверяющего, и надежного механизма их синхронизации. Разделяемый список одноразовых паролей представляется в виде последовательности или набора секретных паролей, где каждый пароль употребляется только один раз. Данный список должен быть заранее распределен между сторонами аутентификационного обмена. Вариантом данного метода является использование таблицы запросов ответов, в которой содержатся запросы и ответы, используемые сторонами для проведения аутентификации, причем каждая пара должна применяться только один раз.

Третий метод применения одноразовых паролей для аутентификации пользователей основан на использовании генератора псевдослучайных чисел, общего для пользователя и проверяющего, с одним и тем же начальным значением. Известны следующие варианты реализации этого метода:

· последовательность преобразуемых одноразовых паролей. В ходе очередной сессии аутентификации пользователь создает и передает пароль именно для данной сессии, зашифрованный на секретном ключе, полученном из пароля предыдущей сессии;

· последовательности паролей, основанные на односторонней функции. Суть данного метода составляет последовательное использование односторонней функции (известная схема Лампорта). Этот метод является более предпочтительным с точки зрения безопасности по сравнению с методом последовательно преобразуемых паролей.

Одним из наиболее распространенных протоколов аутентификации на основе одноразовых паролей является стандартизованный в Интернете протокол S/Key (RFC 1760). Данный протокол реализован во многих системах, требующих проверки подлинности удаленных пользователей, в частности в системе TACACS+ компании Cisco.

2.2.2 Строгая аутентификация

Идея строгой аутентификации, реализуемая в криптографических протоколах, заключается в следующем. Проверяемая (доказывающая) сторона доказывает свою подлинность проверяющей стороне, демонстрируя знание некоторого секрета. Например, этот секрет может быть предварительно распределен безопасным способом между сторонами аутентификационного обмена. Доказательство знания секрета осуществляется с помощью последовательности запросов и ответов с использованием криптографических методов и средств.

Существенным является тот факт, что доказывающая сторона демонстрирует только знание секрета, но сам секрет в ходе аутентификационного обмена не раскрывается. Это обеспечивается посредством ответов доказывающей стороны на различные запросы проверяющей стороны. При этом результирующий запрос зависит только от пользовательского секрета и начального запроса, который обычно представляет произвольно выбранное в начале протокола большое число.

В большинстве случаев строгая аутентификация заключается в том, что каждый пользователь аутентифицируется по признаку владения своим секретным ключом. Иначе говоря, пользователь имеет возможность определить, владеет ли его партнер по связи надлежащим секретным ключом и может ли он использовать этот ключ для подтверждения того, что он действительно является подлинным партнером по информационному обмену.

В соответствии с рекомендациями стандарта Х.509 различают процедуры строгой аутентификации следующих типов:

· односторонняя аутентификация;

· двусторонняя аутентификация;

· трехсторонняя аутентификация.

Односторонняя аутентификация предусматривает обмен информацией только в одном направлении. Данный тип аутентификации позволяет:

· подтвердить подлинность только одной стороны информационного обмена;

· обнаружить нарушение целостности передаваемой информации;

· обнаружить проведение атаки типа "повтор передачи";

· гарантировать, что передаваемыми аутентификационными данными может воспользоваться только проверяющая сторона.

Двусторонняя аутентификация по сравнению с односторонней содержит дополнительный ответ проверяющей стороны доказывающей стороне, который должен убедить ее, что связь устанавливается именно с той стороной, которой были предназначены аутентификационные данные.

Трехсторонняя аутентификация содержит дополнительную передачу данных от доказывающей стороны проверяющей. Этот подход позволяет отказаться от использования меток времени при проведении аутентификации.

Следует отметить, что данная классификация достаточно условна. Отмеченные особенности носят в большей степени теоретический характер. На практике набор используемых приемов и средств зависит непосредственно от конкретных условий реализации процесса аутентификации. Необходимо также учитывать, что проведение строгой аутентификации требует обязательного согласования сторонами используемых криптографических алгоритмов и ряда дополнительных параметров.

Одноразовые параметры позволяют избежать повтора передачи, подмены стороны аутентификационного обмена и атаки с выбором открытого текста. При помощи одноразовых параметров можно обеспечить уникальность, однозначность и временные гарантии передаваемых сообщений. Различные типы одноразовых параметров могут употребляться как отдельно, так и дополнять друг друга. Следует отметить, что одноразовые параметры широко используются и в других вариантах криптографических протоколов (например, в протоколах распределения ключевой информации).

В зависимости от используемых криптографических алгоритмов протоколы строгой аутентификации можно разделить на следующие группы:

· протоколы строгой аутентификации на основе симметричных алгоритмов шифрования;

· протоколы строгой аутентификации на основе однонаправленных ключевых хэш-функций;

· протоколы строгой аутентификации на основе асимметричных алгоритмов шифрования;

· протоколы строгой аутентификации на основе алгоритмов электронной цифровой подписи.

Строгая аутентификация, основанная на симметричных алгоритмах. Для работы протоколов аутентификации, построенных на основе симметричных алгоритмов, необходимо, чтобы проверяющий и доказывающий с самого начала имели один и тот же секретный ключ. Для закрытых систем с небольшим количеством пользователей каждая пара пользователей может заранее разделить его между собой. В больших распределенных системах, применяющих технологию симметричного шифрования, часто используются протоколы аутентификации с участием доверенного сервера, с которым каждая сторона разделяет знание ключа. Такой сервер распределяет сеансовые ключи для каждой пары пользователей всякий раз, когда один из них запрашивает аутентификацию другого. Кажущаяся простота данного подхода является обманчивой, на самом деле разработка протоколов аутентификации этого типа является сложной и с точки зрения безопасности неочевидной.

Ниже приводится три примера отдельных протоколов аутентификации, специфицированных в ISO/IEC 9798-2. Эти протоколы предполагают предварительное распределение разделяемых секретных ключей. Рассмотрим следующие варианты аутентификации:

· односторонняя аутентификация с использованием меток времени;

· односторонняя аутентификация с использованием случайных чисел;

· двусторонняя аутентификация.

В каждом из этих случаев пользователь доказывает свою подлинность, демонстрируя знание секретного ключа, так как производит дешифрование запросов с помощью этого секретного ключа.

При использовании в процессе аутентификации симметричного шифрования необходимо также реализовать механизмы обеспечения целостности передаваемых данных на основе общепринятых способов.

Введем следующие обозначения:

rA - случайное число, сгенерированное участником А;

rB - случайное число, сгенерированное участником В;

tA - метка времени, сгенерированная участником А;

EK - симметричное шифрование на ключе К (ключ К должен быть предварительно распределен между А и В).

1) Односторонняя аутентификация, основанная на метках времени:

A®B : EK (tA, B)

После получения и дешифрования данного сообщения участник В убеждается в том, что метка времени tA действительна и идентификатор В, указанный в сообщении, совпадает с его собственным. Предотвращениеповторной передачи данного сообщения основывается на том, что без знания ключа невозможно изменить метку времени tA и идентификатор В.

2) Односторонняя аутентификация, основанная на использовании случайных чисел:

A¬B:--r--B

A®B--E--K--(r B B)

Участник В отправляет участнику А случайное число rB. Участник А шифрует сообщение, состоящее из полученного числа rB и идентификатора В, и отправляет зашифрованное сообщение участнику В. Участник В расшифровывает полученное сообщение и сравнивает случайное число, содержащееся в сообщении, с тем, которое он послал участнику А. Дополнительно он проверяет имя, указанное в сообщении.

3) Двусторонняя аутентификация, использующая случайные значения:



A¬B--r--B

A®B:EK--(--rA,rB--,B)

A¬B:EK--(r--A, r B)

При получении второго сообщения участник В выполняет те же проверки, что и в предыдущем протоколе, и дополнительно расшифровывает случайное число rА для включения его в третье сообщение для участника А. Третье сообщение, полученное участником А, позволяет ему убедиться на основе проверки значений rA и rB, что он имеет дело именно с участником В.

Широко известными представителями протоколов, обеспечивающих аутентификацию пользователей с привлечением в процессе аутентификации третьей стороны, являются протокол распределения секретных ключей Нидхэма и Шредера и протокол Kerberos.

Протоколы, основанные на использовании однонаправленных ключевых хэш-функций. Протоколы, представленные выше, могут быть модифицированы путем замены симметричного шифрования на шифрование с помощью односторонней ключевой хэш-функции. Это бывает необходимо, если алгоритмы блочного шифрования недоступны или не отвечают предъявляемым требованиям (например, в случае экспортных ограничений).

Своеобразие шифрования с помощью односторонней хэш-функции заключается в том, что оно, по существу, является односторонним, то есть не сопровождается обратным преобразованием - дешифрованием на принимающей стороне. Обе стороны (отправитель и получатель) используют одну и ту же процедуру одностороннего шифрования.

Односторонняя хэш-функция hK(·) с параметром-ключом К, примененная к шифруемым данным M, дает в результате хэш-значение m (дайджест), состоящее из фиксированного небольшого числа байтов (рис. 2.18).



Рис. 2.18. Применение для аутентификации односторонней хэш-функции с параметром-ключом

Дайджест m = hK(М) передается получателю вместе с исходным сообщением M. Получатель сообщения, зная, какая односторонняя хэш-функция была применена для получения дайджеста, заново вычисляет ее, используя расшифрованное сообщение M. Если значения полученного дайджеста m и вычисленного дайджеста m' совпадают, значит, содержимое сообщения М не было подвергнуто никаким изменениям. Знание дайджеста не дает возможности восстановить исходное сообщение, но позволяет проверить целостность данных. Дайджест можно рассматривать как своего рода контрольную сумму для исходного сообщения. Однако между дайджестом и обычной контрольной суммой имеется и существенное различие. Контрольную сумму используют как средство проверки целостности передаваемых сообщений по ненадежным линиям связи. Это средство проверки не рассчитано на борьбу со злоумышленниками, которым в такой ситуации ничто не мешает подменить сообщение, добавив к нему новое значение контрольной суммы, Получатель в таком случае не заметит никакой подмены.

На рис. 2.19 показан вариант использования односторонней хэш-функции для проверки целостности данных. В этом случае односторонняя хэш функция h() не имеет параметра-ключа, но зато применяется не просто к сообщению М, а к сообщению, дополненному секретным ключом K, то есть отправитель вычисляет дайджест m = h(M,K) . Получатель, извлекая исходное сообщение M, также дополняет его тем же известным ему секретным ключом K, после чего применяет к полученным данным одностороннюю хэш-функцию h(.). Результат вычислений-дайджест m', который сравнивается с полученным по сети дайджестом m.

Рис. 2.19. Применение односторонней хэш-функции к сообщению, дополненному секретным ключом К.

При использовании для аутентификации односторонних функций шифрования в рассмотренные выше протоколы необходимо внести следующие изменения:

· функция симметричного шифрования Еk заменяется функцией hk;

· проверяющий, вместо установления факта совпадения полей в расшифрованных сообщениях с предполагаемыми значениями, вычисляет значение однонаправленной функции и сравнивает его с полученным от другого участника обмена информацией;

· для обеспечения возможности независимого вычисления значения однонаправленной функции получателем сообщения в протоколе 1, метка времени tA должна передаваться дополнительно в открытом виде, а в сообщении 2 протокола 3 случайное число rA должно передаваться дополнительно в открытом виде.

Заметим, что в третье сообщение протокола включено поле А. Результирующий протокол обеспечивает взаимную аутентификацию и известен как протокол SKID 3.

Строгая Аутентификация, основанная на ассиметричных алгоритмах. В протоколах строгой аутентификации могут быть использованы асимметричные алгоритмы с открытыми ключами. В этом случае доказывающий может продемонстрировать знание секретного ключа одним из следующих способов:

· расшифровать запрос, зашифрованный на открытом ключе;

· поставить свою цифровую подпись на запросе.

Пара ключей, необходимая для аутентификации, не должна использоваться для других целей (например, для шифрования) по соображениям безопасности. Следует также предостеречь потенциальных пользователей о том, что выбранная система с открытым ключом должна быть устойчивой к атакам с выборкой шифрованного текста даже в том случае, если нарушитель пытается получить критичную информацию, выдавая себя за проверяющего и действуя от его имени.

В качестве примера протокола, построенного на использовании асимметричного алгоритма шифрования, можно привести следующий протокол аутентификации:

A¬B:--h--(r),--B,--PA--(r--,B)

A®--B--: r

Участник В выбирает случайным образом r и вычисляет значение x = h(r) (значение х демонстрирует знание r без раскрытия самого значения r), далее он вычисляет значение e = PA (r, B) . Под PА подразумевается алгоритм асимметричного шифрования (например, RSA), а под h() - хэш-функция. Участник В отправляет сообщение участнику А. Участник А расшифровывает e = PA (r, B) и получает значения г1 и В1, а также вычисляет x1=h(r1). После этого производится ряд сравнений, доказывающих, что х=х1 и что полученный идентификатор В1 действительно указывает на участника B.

В случае успешного проведения сравнения участнике A посылает r. Получив его, участник В проверяет, то ли это значение, которое он отправил в первом сообщении.

2.2.3 Аутентификация, основанная на использовании цифровой подписи

В рекомендациях стандарта Х.509 специфицирована схема аутентификации, основанная на использовании цифровой подписи, меток времени и случайных чисел.

Для описания данной схемы аутентификации введем следующие обозначения:

tA, rА и rB - временная метка и случайные числа соответственно;

SA - подпись, сгенерированная участником A;

SB - подпись, сгенерированная участником В;

certA - сертификат открытого ключа участника A;

certB - сертификат открытого ключа участника В.

Если участники имеют аутентичные открытые ключи, полученные друг от друга, тогда можно не пользоваться сертификатами, в противном случае они служат для подтверждения подлинности открытых ключей.

В качестве примеров приведем следующие протоколы аутентификации:

1) Односторонняя аутентификация с применением меток времени:

A®B: certA, tA, B, S A (tA, B)

После принятия данного сообщения участник В проверяет правильность метки времени tA, полученный идентификатор В и, используя открытый ключ из сертификата certA, корректность цифровой подписи SA(tA, В).

2) Односторонняя аутентификация с использованием случайных чисел:

A¬B:--r--B

A®B:--certA,--rA,--B,--SA--(rA,--rB,--B)

????????--?,--???????--?????????--??--?????????--A,--??????????,--???--??????--??--????????--?????????--?????????;--?????????--????????--????--?????????--?,--??????--??--???????????--certA,--?????????--????????????--???????--SA(rA,rB,?)--???--??????--r?,--??????????--?--????????--????,--??????--rB,--???????--????--????????--?--??????--?????????,--?--???--???????????????--?.--???????????--?????????--?????--r?--????????????--???--??????????????--????--?--????????--?????????--??????.

3)--????????????--??????????????--?--??????????????--?????????--?????:

A¬B:--r--B

A®B:--cert--A,--rA B, SA, (rA, rB, B)

A¬B: certB ,A, SB ( rA, rB, A)

В данном протоколе обработка сообщений 1 и 2 выполняется так же, как и в предыдущем протоколе, а сообщение 3 обрабатывается аналогично сообщению 2.

2.2.4 Биометрическая аутентификация пользователя

В последнее время все большее распространение получает биометрическая аутентификация пользователя, позволяющая уверенно аутентифицировать потенциального пользователя путем измерения физиологических параметров и характеристик человека, особенностей его поведения. Использование решений, основанных на биометрической технологии, позволяет в ряде случаев улучшить положение дел в области аутентификации.

Для методов аутентификации, основанных на использовании многоразовых паролей, характерен следующий недостаток: многоразовый пароль может быть скомпрометирован множеством способов. Недостатком методов, связанных с использованием токенов (токен - компактное устройство в виде USB-брелока, которое служит для авторизации пользователя), является возможность потери, кражи, дублирования токенов - носителей критической информации. Биометрические методы, использующие для идентификации уникальные характеристики пользователя, свободны от перечисленных недостатков.

Отметим основные достоинства биометрических методов аутентификации пользователя по сравнению с традиционными:

· высокая степень достоверности аутентификации по биометрическим признакам из-за их уникальности;

· неотделимость биометрических признаков от дееспособной личности;

· трудность фальсификации биометрических признаков.

В качестве биометрических признаков, которые активно используются при аутентификации потенциального пользователя, можно выделить следующие:

· отпечатки пальцев;

· геометрическая форма кисти руки;

· форма и размеры лица;

· особенности голоса;

· узор радужной оболочки и сетчатки глаз.

Рассмотрим типичную схему функционирования биометрической подсистемы утентификации. При регистрации в системе пользователь должен продемонстрировать один или несколько раз свои характерные биометрические признаки. Эти признаки (известные как подлинные) регистрируются системой как "контрольный образ" (биометрическая подпись) законного пользователя. Этот образ пользователя хранится системой в электронной форме и используется для проверки идентичности каждого, кто выдает себя за соответствующего законного пользователя. В зависимости от совпадения или несовпадения совокупности предъявленных признаков с зарегистрированными в контрольном образе их предъявивший признается законным пользователем (при совпадении) или нет (при несовпадении).

2.2.5 Выбор методов аутентификация

Аутентификация по логину и паролю, по сути, является слабым звеном в общей информационной безопасности. Все исследования показывают, что большинство инцидентов происходят по вине пользователя. Это звено - первоочередная задача отдела ИБ. Если пользователи передают пароли, сложно думать о защите системы. Доступ все равно подберут или украдут.

В во второй главе рассмотрены способы аутентификации пользователей, по паролям(многоразовым/одноразовым), смар-картам, токенам, биометрии.

Для выбора аутентификации пользователей важно подходить с умом, т.е. охранять важную и особо важную информацию дифференцированно, и не "грузить" пользователей излишней безопасностью. Например, если пользователь всего лишь заказывает воду в офис и канцтовары, то авторизация по сетчатке глаза для таких целей будет выглядеть смешно. Здесь хватит обычного пароля. Но таких пользователей которые могут работать с информацией ограниченного доступа или обладающие правами администраторов необходима более надежна система авторизации, такие как смарт-карты, токены, биометрия.

Применение технологии авторизации пользователей по многоразовым паролям самая доступная и дешевая, чего не скажешь о технологиях основанных на одноразовых паролях, смарт-картах, токенах и т.д.

Поэтому выбор технологии остается за теми требованиями и бюджетами которые ставятся на этапе проектирования систем безопасности в системе Э-Управления.

2.3 Технологии защиты корпоративных сетей

2.3.1 Межсетевые экраны

Межсетевым Экраном (МЭ) называют локальное или функционально распределенное программное (программно-аппаратное) средство (комплекс), реализующее контроль за информацией, поступающей в автоматизированную систему и/или выходящей из автоматизированной системы. По определению МЭ служит контрольным пунктом на границе двух сетей. В самом распространенном случае эта граница лежит между внутренней сетью организации и внешней сетью, обычно сетью Интернет. Однако в общем случае, МЭ могут применяться для разграничения внутренних подсетей корпоративной сети организации.

Рис. 2.20. Типовое размещение МЭ в корпоративной сети

Задачами МЭ, как контрольного пункта, являются:

· Контроль всего трафика, ВХОДЯЩЕГО во внутреннюю корпоративную сеть

· Контроль всего трафика, ИСХОДЯЩЕГО из внутренней корпоративной сети

Контроль информационных потоков состоит в их фильтрации и преобразовании в соответствие с заданным набором правил. Поскольку в современных МЭ фильтрация может осуществляться на разных уровнях эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС, OSI), МЭ удобно представить в виде системы фильтров. Каждый фильтр на основе анализа проходящих через него данных, принимает решение - пропустить дальше, перебросить за экран, блокировать или преобразовать данные рис. 2.21.

Рис. 2.21. Схема фильтрации в МЭ.

Неотъемлемой функцией МЭ является протоколирование информационного обмена. Ведение журналов регистрации позволяет администратору выявить подозрительные действия, ошибки в конфигурации МЭ и принять решение об изменении правил МЭ.

Классификация МЭ. Выделяют следующую классификацию МЭ, в соответствие с функционированием на разных уровнях МВОС (OSI):

· Мостиковые экраны (2 уровень OSI)

· Фильтрующие маршрутизаторы (3 и 4 уровни OSI)

· Шлюзы сеансового уровня (5 уровень OSI)

· Шлюзы прикладного уровня (7 уровень OSI)

· Комплексные экраны (3-7 уровни OSI)

· Рассмотрим данные категории подробнее.

Мостиковые МЭ. Данный класс МЭ, функционирующий на 2-м уровне модели OSI, известен также как прозрачный (stealth), скрытый, теневой МЭ.

Мостиковые МЭ появились сравнительно недавно и представляют перспективное направление развития технологий межсетевого экранирования. Фильтрация трафика ими осуществляется на канальном уровне, т.е. МЭ работают с фреймами (frame, кадр).

К достоинствам подобных МЭ можно отнести:

· Нет необходимости в изменении настроек корпоративной сети, не требуется дополнительного конфигурирования сетевых интерфейсов МЭ.

· Высокая производительность. Поскольку это простые устройства, они не требуют больших затрат ресурсов. Ресурсы требуются либо для повышения возможностей машин, либо для более глубокого анализа данных.

· Прозрачность. Ключевым для этого устройства является его функционирование на 2 уровне модели OSI. Это означает, что сетевой интерфейс не имеет IP-адреса. Эта особенность более важна, чем легкость в настройке. Без IP-адреса это устройство не доступно в сети и является невидимым для окружающего мира. Если такой МЭ недоступен, то как его атаковать? Атакующие даже не будут знать, что существует МЭ, проверяющий каждый их пакет.

Рис. 2.22. Фильтрация трафика МЭ на разных уровнях МВОС.

Фильтрующие маршрутизаторы. Packet-filtering firewall (Межсетевой экран с фильтрацией пакетов) -- межсетевой экран, который является маршрутизатором или компьютером, на котором работает программное обеспечение, сконфигурированное таким образом, чтобы отфильтровывать определенные виды входящих и исходящих пакетов. Фильтрация пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в TCP- и IP-заголовках пакетов (адреса отправителя и получателя, их номера портов и др.)

· Работают на 3 уровне

· Также известны, как МЭ на основе порта

· Каждый пакет сравнивается со списками правил (адрес источника/получателя, порт источника/получателя)

· Недорогой, быстрый (производительный в силу простоты), но наименее безопасный

· Технология 20-летней давности

· Пример: список контроля доступа (ACL, access control lists) маршрутизатора

Circuit-level gateway (Шлюз сеансового уровня) -- межсетевой экран, который исключает прямое взаимодействие между авторизированным клиентом и внешним хостом. Сначала он принимает запрос доверенного клиента на определенные услуги и, после проверки допустимости запрошенного сеанса, устанавливает соединение с внешним хостом.

После этого шлюз просто копирует пакеты в обоих направлениях, не осуществляя их фильтрации. На этом уровне появляется возможность использования функции сетевой трансляции адресов (NAT, network address translation). Трансляция внутренних адресов выполняется по отношению ко всем пакетам, следующим из внутренней сети во внешнюю. Для этих пакетов IP-адреса компьютеров-отправителей внутренней сети автоматически преобразуются в один IP-адрес, ассоциируемый с экранирующим МЭ. В результате все пакеты, исходящие из внутренней сети, оказываются отправленными МЭ, что исключает прямой контакт между внутренней и внешней сетью. IP- адрес шлюза сеансового уровня становится единственным активным IP-адресом, который попадает во внешнюю сеть.

Работает на 4 уровне:

· Передает TCP подключения, основываясь на порте

· Недорогой, но более безопасный, чем фильтр пакетов

· Вообще требует работы пользователя или программы

· конфигурации для полноценной работы

· Пример: SOCKS файрвол

Шлюз прикладного уровня. Application-level gateways (Шлюз прикладного уровня) - межсетевой экран, который исключает прямое взаимодействие между авторизированным клиентом и внешним хостом, фильтруя все входящие и исходящие пакеты на прикладном уровне модели OSI.

Связанные с приложением программы-посредники перенаправляют через шлюз информацию, генерируемую конкретными сервисами TCP/IP.

Возможности:

· Идентификация и аутентификация пользователей при попытке

· установления соединения через МЭ;

· Фильтрация потока сообщений, например, динамический поиск

· вирусов и прозрачное шифрование информации;

· Регистрация событий и реагирование на события;

· Кэширование данных, запрашиваемых из внешней сети.

На этом уровне появляется возможность использования функций посредничества (Proxy).

Для каждого обсуживаемого протокола прикладного уровня можно вводить программных посредников - HTTP-посредник, FTP-посредник и т.д. Посредник каждой службы TCP/IP ориентирован на обработку сообщений и выполнение функций защиты, относящихся именно к этой службе. Также, как и шлюз сеансового уровня, прикладной шлюз перехватывает с помощью соответствующих экранирующих агентов входящие и сходящие пакеты, копирует и перенаправляет информацию через шлюз, и функционирует в качестве сервера-посредника, исключая прямые соединения между внутренней и внешней сетью. Однако, посредники, используемые прикладным шлюзом, имеют важные отличия от канальных посредников шлюзов сеансового уровня. Во-первых, посредники прикладного шлюза связаны с конкретными приложениями программными серверами), а во-вторых, они могут фильтровать поток сообщений на прикладном уровне модели МВОС.

Особенности:

· Работает на 7 уровне

· Специфический для приложений

· Умеренно дорогой и медленный, но более безопасный и допускает регистрацию деятельности пользователей

· Требует работы пользователя или программы конфигурации для полноценной работы

· Пример: Web (http) proxy

МЭ экспертного уровня. Stateful inspection firewall -- межсетевой экран экспертного уровня, который проверяет содержимое принимаемых пакетов на трех уровнях модели OSI: сетевом, сеансовом и прикладном. При выполнении этой задачи используются специальные алгоритмы фильтрации пакетов, с помощью которых каждый пакет сравнивается с известным шаблоном авторизированных пакетов.

· Фильтрация 3 уровня

· Проверка правильности на 4 уровне

· Осмотр 5 уровня

· Высокие уровни стоимости, защиты и сложности

· Пример: CheckPoint Firewall-1

Некоторые современные МЭ используют комбинацию вышеперечисленных методов и обеспечивают дополнительные способы защиты, как сетей, так и систем.

"Персональные" МЭ. Этот класс МЭ позволяет далее расширять защиту, допуская управление по тому, какие типы системных функций или процессов имеют доступ к ресурсам сети. Эти МЭ могут использовать различные типы сигнатур и условий, для того, чтобы разрешать или отвергать трафик. Вот некоторые из общих функций персональных МЭ:

· Блокирование на уровне приложений - позволять лишь некоторым приложениям или библиотекам исполнять сетевые действия или принимать входящие подключения

· Блокирование на основе сигнатуры - постоянно контролировать сетевой трафик и блокировать все известные атаки.

Дополнительный контроль увеличивает сложность управления безопасностью из-за потенциально большого количества систем, которые могут быть защищены персональным файрволом. Это также увеличивает риск повреждения и уязвимости из-за плохой настройки

Динамические МЭ. Динамические МЭ объединяют в себе стандартные МЭ (перечислены выше) и методы обнаружения вторжений, чтобы обеспечить блокирование "на лету" сетевых подключений, которые соответствуют определённой сигнатуре, позволяя при этом подключения от других источников к тому же самому порту. Например, можно блокировать деятельность сетевых червей, не нарушая работу нормального трафика.

Политика работы МЭ. МЭ функционируют по одному из двух принципов:

· запрещать все, что не разрешено в явной форме

· разрешать все, что не запрещено в явной форме

Схемы подключения МЭ

· Схема единой защиты локальной сети

· Схема защищаемой закрытой и не защищаемой открытой подсетями

· Схема с раздельной защитой закрытой и открытой подсетей.

Схема единой защиты локальной сети.

Наиболее простым является решение, при котором межсетевой экран просто экранирует локальную сеть от глобальной рис 2.23. При этом WWW-сервер, FTP-сервер, почтовый сервер и другие сервера, оказываются также защищены межсетевым экраном.

При этом требуется уделить много внимания на предотвращение проникновения на защищаемые станции локальной сети при помощи средств легкодоступных WWW-серверов.

Рис. 2.23. Схема единой защиты локальной сети.

Схема защищаемой закрытой и не защищаемой открытой подсетями. Для предотвращения доступа в локальную сеть, используя ресурсы WWW-сервера, рекомендуется общедоступные серверы подключать перед межсетевым экраном. Данный способ обладает более высокой защищенностью локальной сети, но низким уровнем защищенности WWW- и FTP-серверов.

Рис. 2.24. Схема защищаемой закрытой и не защищаемой открытой подсетями

Схема с раздельной защитой закрытой и открытой подсетей

Данная схема подключения обладает наивысшей защищенностью по сравнению с рассмотренными выше. Схема основана на применении двух МЭ, защищающих отдельно закрытую и открытую подсети.

Участок сети между МЭ также называется экранированной подсетью или демилитаризованной зоной (DMZ, demilitarized zone).



Рис. 2.25. Схема с раздельной защитой закрытой и открытой подсетей

2.3.2 Системы обнаружения атак

Наряду со стандартными средствами защиты, без которых немыслимо нормальное функционирование АС (таких как МЭ, системы резервного копирования и антивирусные средства), существует необходимость использования СОА (IDS, систем обнаружения атак или вторжений), которые являются основным средством борьбы с сетевыми атаками [20].

В настоящее время СОА начинают все шире внедряться в практику обеспечения безопасности корпоративных сетей. Однако существует ряд проблем, с которыми неизбежно сталкиваются организации, развертывающие у себя систему выявления атак. Эти проблемы существенно затрудняют, а порой и останавливают процесс внедрения IDS. Вот некоторые из них: