Технологии защиты информации

Наряду с позитивным влиянием на все стороны человеческой деятельности широкое внедрение информационных технологий привело к появлению новых угроз безопасности людей. Это связано с тем обстоятельством, что информация, создаваемая, хранимая и обрабатываемая средствами вычислительной техники, стала определять действия большей части людей и технических систем. В связи с этим резко возросло количество предпосылок к нанесению ущерба, связанных с хищением информации, так как воздействовать на любую систему (социальную, биологическую или техническую) с целью ее уничтожения, снижения эффективности функционирования или воровства ее ресурсов (денег, товаров, оборудования) возможно только в том случае, когда известна информация о ее структуре и принципах функционирования.

Все виды информационных угроз можно разделить на две большие группы:

• • отказы и нарушения работоспособности программных и технических средств;
• • преднамеренные угрозы, заранее планируемые злоумышленниками для нанесения вреда.

Выделяют следующие основные группы причин сбоев и отказов в работе компьютерных систем:

• • нарушения физической и логической целостности хранящихся в оперативной и внешней памяти структур данных, возникающие по причине старения или преждевременного износа их носителей;
• • нарушения, возникающие в работе аппаратных средств из-за их старения или преждевременного износа;
• • нарушения физической и логической целостности хранящихся в оперативной и внешней памяти структур данных, возникающие по причине некорректного использования компьютерных ресурсов;
• • нарушения, возникающие в работе аппаратных средств из-за неправильного использования или повреждения, в том числе из-за неправильного использования программных средств;
• • не устраненные ошибки в программных средствах, не выявленные в процессе отладки и испытаний, а также оставшиеся в аппаратных средствах после их разработки.

Помимо естественных способов выявления и своевременного устранения указанных выше причин, используют следующие специальные способы защиты информации от нарушений работоспособности компьютерных систем:

• • внесение структурной, временной, информационной и функциональной избыточности компьютерных ресурсов,
• • защита от некорректного использования ресурсов компьютерной системы;
• • выявление и своевременное устранение ошибок на этапах разработки программно-аппаратных средств.

Структурная избыточность компьютерных ресурсов достигается за счет резервирования аппаратных компонентов и машинных носителей данных, организации замены отказавших и своевременного пополнения резервных компонентов. Структурная избыточность составляет основу остальных видов избыточности.

Внесение информационной избыточности выполняется путем периодического или постоянного (фонового) резервирования данных на основных и резервных носителях. Зарезервированные данные обеспечивают восстановление случайно или преднамеренно уничтоженной и искаженной информации. Для восстановления работоспособности компьютерной системы после появления устойчивого отказа кроме резервирования обычных данных должна заблаговременно резервироваться и системная информация, а также подготавливаться программные средства восстановления.

Функциональная избыточность компьютерных ресурсов достигается дублированием функций или внесением дополнительных функций в программно-аппаратные ресурсы вычислительной системы для повышения ее защищенности от сбоев и отказов, например периодическое тестирование и восстановление, а также самотестирование и самовосстановление компонентов компьютерной системы.

Защита от некорректного использования информационных ресурсов заключается в корректном функционировании программного обеспечения с позиции использования ресурсов вычислительной системы. Программа может четко и своевременно выполнять свои функции, но некорректно использовать компьютерные ресурсы из-за отсутствия всех необходимых функций (например, изолирование участков оперативной памяти для операционной системы и прикладных программ, защита системных областей на внешних носителях, поддержка целостности и непротиворечивости данных).

Выявление и устранение ошибок при разработке программно-аппаратных средств достигается путем качественного выполнения базовых стадий разработки на основе системного анализа концепции, проектирования и реализации проекта.

Однако основным видом угроз целостности и конфиденциальности информации являются преднамеренные угрозы, заранее планируемые злоумышленниками для нанесения вреда, которые можно разделить на две группы:

• 1) угрозы, реализация которых выполняется при постоянном участии человека;
• 2) угрозы, реализация которых после разработки злоумышленником соответствующих компьютерных программ выполняется этими программами без непосредственного участия человека.

Задачи по защите от угроз каждого вида одинаковы:

• • запрещение несанкционированного доступа к ресурсам вычислительных систем;
• • невозможность несанкционированного использования компьютерных ресурсов при осуществлении доступа;
• • своевременное обнаружение факта несанкционированных действий, устранение их причин и последствий.

Основным способом запрещения несанкционированного доступа к ресурсам вычислительных систем является подтверждение подлинности пользователей и разграничение их доступа к информационным ресурсам, включающего следующие этапы:

• • идентификация;
• • установление подлинности (аутентификация);
• • определение полномочий для последующего контроля и разграничения доступа к компьютерным ресурсам.

Идентификация необходима для указания компьютерной системе уникального идентификатора обращающегося к ней пользователя. Идентификатор может представлять собой любую последовательность символов и должен быть заранее зарегистрирован в системе администратора службы безопасности. В процессе регистрации заносится следующая информация:

• • фамилия, имя, отчество (при необходимости другие характеристики пользователя);
• • уникальный идентификатор пользователя;
• • имя процедуры установления подлинности;
• • эталонная информация для подтверждения подлинности (например, пароль);
• • ограничения на используемую эталонную информацию (например, время действия пароля);
• • полномочия пользователя по доступу к компьютерным ресурсам.

Установление подлинности (аутентификация) заключается в проверке истинности полномочий пользователя.

Общая схема идентификации и установления подлинности пользователя представлена на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Схема идентификации и установления подлинности пользователя.

Для особо надежного опознания для идентификации используются технические средства, определяющие индивидуальные характеристики человека (голос, отпечатки пальцев, структура значка). Однако такие методы требуют значительных затрат и поэтому используются редко. Наиболее массово используемыми являются парольные методы проверки подлинности пользователей, которые можно разделить на две группы:

• • простые пароли;
• • динамически изменяющиеся пароли.

Простой пароль не изменяется от сеанса к сеансу в течение установленного времени его существования.

Во втором случае пароль изменяется по правилам, определяемым используемым методом. Выделяют следующие методы реализации динамически изменяющихся паролей:

• • методы модификации простых паролей, например, случайная выборка символов пароля и одноразовое использование паролей;
• • метод «запрос — ответ», основанный на предъявлении пользователю случайно выбираемых запросов из имеющегося массива;
• • функциональные методы, основанные на использовании некоторой функции F с динамически изменяющимися параметрами (дата, время, день недели и др.), с помощью которой определяется пароль.

Для защиты от несанкционированного входа в компьютерную систему используются как общесистемные, так и специализированные программные средства защиты.

После идентификации и аутентификации пользователя система защиты должна определить его полномочия для последующего контроля санкционированного доступа к компьютерным ресурсам (разграничение доступа). В качестве компьютерных ресурсов рассматриваются:

• • программы;
• • внешняя память (файлы, каталоги, логические диски);
• • информация, разграниченная по категориям в базах данных;
• • оперативная память;
• • время (приоритет) использования процессора;
• • порты ввода-вывода;
• • внешние устройства.

Различают следующие виды прав пользователей по доступу к ресурсам:

• • всеобщее право (полное предоставление ресурса);
• • функциональное или частичное право;
• • временное право.

Наиболее распространенными способами разграничения доступа являются:

• • разграничение доступа по спискам (пользователей или ресурсов);
• • использование матрицы установления полномочий (строки матрицы — идентификаторы пользователей, столбцы — ресурсы компьютерной системы);
• • разграничение доступа по уровням секретности и категориям (например, общий доступ, конфиденциально, секретно);
• • парольное разграничение доступа.

Защита информации от исследования и копирования предполагает криптографическое закрытие защищаемых от хищения данных. Задачей криптографии является обратимое преобразование некоторого понятного исходного текста (открытого текста) в кажущуюся случайной последовательность некоторых знаков, часто называемых шифротекстом или криптограммой. В шифре выделяют два основных элемента — алгоритм и ключ. Алгоритм шифрования представляет собой последовательность преобразований обрабатываемых данных, зависящих от ключа шифрования. Ключ задает значения некоторых параметров алгоритма шифрования, обеспечивающих шифрование и дешифрование информации. В криптографической системе информация I и ключ К являются входными данными для шифрования (рис. 3.7) и дешифрования (рис. 3.8) информации. При похищении информации необходимо знать ключ и алгоритм шифрования.

По способу использования ключей различают два типа криптографических систем: симметрические и асимметрические.

Рис. 3.8. Процесс дешифрования.

В симметрических (одноключевых) криптографических системах ключи шифрования и дешифрования либо одинаковы, либо легко выводятся один из другого.

В асимметрических (двухключевых, или системах с открытым ключом) криптографических системах ключи шифрования и дешифрования различаются таким образом, что с помощью вычислений нельзя вывести один ключ из другого.

Скорость шифрования в двухключевых криптографических системах намного ниже, чем в одноключевых. Поэтому асимметрические системы используют в двух случаях:

• • для шифрования секретных ключей, распределенных между пользователями вычислительной сети;
• • формирования цифровой подписи.

Одним из сдерживающих факторов массового применения методов шифрования является потребление значительных временных ресурсов при программной реализации большинства хорошо известных шифров (DES, FEAL, REDOC, IDEA, ГОСТ).

Одной из основных угроз хищения информации является угроза доступа к остаточным данным в оперативной и внешней памяти компьютера. Под остаточной информацией понимаются данные, оставшиеся в освободившихся участках оперативной и внешней памяти:

• • оставшиеся после удаления файлов пользователя;
• • оставшиеся после удаления временных файлов без ведома пользователя;
• • находящиеся в неиспользуемых хвостовых частях последних кластеров, занимаемых файлами;
• • оставшиеся в кластерах, освобожденных после уменьшения размеров файлов;
• • оставшиеся после форматирования дисков.

Основным способом защиты от доступа к конфиденциальным остаточным данным является своевременное уничтожение данных в следующих областях памяти компьютера:

• • в рабочих областях оперативной и внешней памяти, выделенных пользователю, после окончания им сеанса работы;
• • в местах расположения файлов после выдачи запросов на их удаление.

Уничтожение остаточных данных может быть реализовано либо средствами операционных сред, либо с помощью специализированных программ. Использование специализированных программ (автономных или в составе системы защиты) обеспечивает гарантированное уничтожение информации.

Подсистема защиты от компьютерных вирусов (специально разработанных программ для выполнения несанкционированных действий) является одним из основных компонентов системы защиты информации и процесса ее обработки в вычислительных системах.

Выделяют три уровня защиты от компьютерных вирусов:

• • защита от проникновения в вычислительную систему вирусов известных типов;
• • углубленный анализ на наличие вирусов известных и неизвестных типов, преодолевших первый уровень защиты;
• • защита от деструктивных действий и размножения вирусов, преодолевших первые два уровня.

Поиск и обезвреживание вирусов осуществляется как автономными антивирусными программными средствами (сканеры), так и в рамках комплексных систем защиты информации.

Среди транзитных сканеров, которые загружаются в оперативную память, наибольшей популярностью в нашей стране пользуются антивирусные программы Aidstest Дмитрия Лозинского и DrWeb Игоря Данилова. Эти программы просты в использовании и для детального ознакомления с руководством по каждой из них следует прочитать файл, поставляемый вместе с антивирусным средством.

Широкое внедрение в повседневную практику компьютерных сетей, их открытость, масштабность делают проблему защиты информации исключительно сложной. Выделяют две базовые подзадачи:

• • обеспечение безопасности обработки и хранения информации в каждом из компьютеров, входящих в сеть;
• • защита информации, передаваемой между компьютерами сети.

Решение первой задачи основано на многоуровневой защите автономных компьютерных ресурсов от несанкционированных и некорректных действий пользователей и программ, рассмотренных выше.

Безопасность информации при сетевом обмене данными требует также обеспечения их конфиденциальности и подлинности. Защита информации в процессе передачи достигается на основе защиты каналов передачи данных, а также криптографического закрытия передаваемых сообщений. В идеальном случае защита каналов передачи данных должна обеспечивать их защиту, как от нарушений работоспособности, так и несанкционированных действий (например, подключения к линиям связи). По причине большой протяженности каналов связи, а также возможной доступности их отдельных участков (например, при беспроводной связи) защита каналов передачи данных от несанкционированных действий экономически неэффективна, а в ряде случаев невозможна. Поэтому реально защита каналов передачи данных строится на основе защиты нарушений их работоспособности. На рис. 3.9 представлены цели и способы защиты передаваемых данных.

Рис. 3.9. Цели и способы защиты передаваемых данных.

Ввиду актуальности проблемы защиты информации ранок насыщен значительным количеством средств защиты информации, которые можно классифицировать следующим образом:

• • средства защиты от несанкционированного доступа (далее — НСД): средства авторизации, мандатное управление доступом, избирательное управление доступом, управление доступом на основе ролей, журналирование (так же называется аудит);
• • системы анализа и моделирования информационных потоков (CASE-системы);
• • системы мониторинга сетей: системы обнаружения и предотвращения вторжений (IDS/IPS), системы предотвращения утечек конфиденциальной информации (DLP-системы).
• • анализаторы протоколов;
• • антивирусные средства;
• • межсетевые экраны;
• • криптографические средства: шифрование, цифровая подпись;
• • системы резервного копирования;
• • системы бесперебойного питания: источники бесперебойного питания, резервирование нагрузки, генераторы напряжения;
• • системы аутентификации: пароль, ключ доступа (физический или электронный), сертификат, биометрия;
• • средства предотвращения взлома корпусов и краж оборудования;
• • средства гарантированного уничтожения информации;
• • средства контроля доступа в помещения;
• • инструментальные средства анализа систем защиты: мониторинговый программный продукт.