Базовые научные дисциплины, принятая аксиоматика и терминология

Теоретические основы

Развитие теоретических основ создания и применения сложных систем управления существенно зависит от темпов развития информатики — комплекса наук, изучающих закономерности проявления и движения информации, ее источники, информационные потоки, информационные процессы в различных областях деятельности человека, методы и средства накопления, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ и других технических средств. В то же время, информатика является лишь обеспечивающим звеном в общей системе научных основ управления, которые опираются на теоретический фундамент кибернетики.

Кибернетический подход к созданию систем управления организационно-технического типа состоит в том, чтобы в необходимой мере были учтены информационные и динамические свойства всех элементов системы, функционирующей на основе принципов обратной связи, для выполнения целевых задач.

Теоретическим базисом информатики является теория информации, которая входит на правах самостоятельного раздела в кибернетику и включает методы математического описания и исследования информационных процессов различной природы, методы передачи, обработки, хранения, извлечения и классификации информации в различных областях деятельности. Информатика включает в себя методы теории информации, но применительно к техническим системам ее обработки.

Создание любой компьютерной системы невозможно без разработки и оптимизации алгоритмического обеспечения. Основой создания алгоритмического обеспечения является теория алгоритмов — раздел математики, изучающий процедуры (алгоритмы) вычислений и математические объекты, которые могут быть определены на базе методов теорий множеств, отношений и функционалов. Причем наиболее важными для решений проблем функционирования программного обеспечения КС являются такие разделы этой теории, как теория вычислительных процедур и теория сложности алгоритмов. Теория вычислительных процедур изучает различные классы автоматов с точки зрения их алгоритмических возможностей, а также процессы вычислений, порождаемые автоматами различных классов. Теория сложности алгоритмов изучает методы получения оценок сложности вычислений различных функций и классов функций. Эти две теории послужили основой создания в рамках информатики раздела, именуемого прикладной теорией алгоритмов и изучающего математические модели дискретных систем, входящих в состав систем управления. Прикладная теория алгоритмов в значительной мере определяет основное содержание процессов исследования функциональных свойств и характеристик элементов систем управления, а также может использоваться для синтеза алгоритмического обеспечения комплексов средств автоматизации, входящих в состав компьютерных систем.

Построение сложных программных комплексов для КС предполагает необходимость исследования не только методов повышения качества программного обеспечения, но и методов обеспечения его надежности на всех этапах жизненного цикла КС. Это обстоятельство обуславливает использование при исследовании и разработке КС методов теории управления качеством ПО и методов обеспечения надежности программ. Теория обеспечения качества программного обеспечения изучает методы подтверждения его качества и связанной с ним документации с целью получения гарантии, что создаваемые и используемые программы во всех отношениях соответствует своему назначению. Теория надежности программного обеспечения, являясь разделом теории надежности технических систем, изучает вероятностные и сложностные аспекты способности программ выполнять возложенные на нее функции при поступлении требований на их выполнение.

Совокупность этих теорий, хотя и охватывает различные области организации процессов разработки и эксплуатации компьютерных систем позволяет, тем не менее, структурировать проблему обеспечения безопасности программных комплексов, проводить анализ процессов во всех аспектах функционирования компьютерной системы (морфологическом, функциональном, информационном и прагматическом). Следовательно, возникает необходимость изучения научного направления, именуемого — теорией обеспечения безопасности программ и их комплексов, интегрирующей основные научные положения прикладной теории алгоритмов, теории управления качеством программного обеспечения, теории надежности и с единых системных позиций изучающей методы предотвращения случайного или преднамеренного раскрытия, искажения или уничтожения хранимой, обрабатываемой и передаваемой информации в компьютерных системах, а также предотвращения нарушения их функционирования.

Основные предположения и ограничения

В качестве вычислительной среды рассматривается совокупность установленных для данной КС алгоритмов использования системных ресурсов, программного и информационного обеспечения, которая потенциально может быть представлена пользователю для решения прикладных задач. Операционной средой является совокупность функционирующих в данный момент времени элементов вычислительной среды, участвующих в процессе решения конкретной задачи пользователя.

Принципиально возможность программного воздействия определяется открытостью вычислительной системы, под которой понимается предоставление пользователю возможности формировать элементную базу вычислительной среды под свои задачи, а также возможность использовать в полном объеме системные ресурсы, что является неотъемлемым признаком автоматизированных рабочих мест на базе персональных ЭВМ.

В качестве средства борьбы с «пассивными» методами воздействия допускается создание служб безопасности, ограничивающих доступ пользователей к элементам вычислительной среды, в первую очередь к программам обработки чувствительной информации. Предполагается, что возможности «активных» методов воздействия значительно шире.

Необходимым условием для отнесения программы к классу разрушающих программных средств является наличие в ней процедуры нападения, которую можно определить как процедуру нарушения целостности вычислительной среды, поскольку объектом нападения РПС всегда выступает элемент этой среды.

При этом необходимо учитывать два фактора:

• · любая прикладная программа, не относящаяся к числу РПС, потенциально может содержать в себе алгоритмические ошибки, появление которых при ее функционировании приведет к непреднамеренному разрушению элементов вычислительной среды;
• · любая прикладная или сервисная программа, ориентированная на работу с конкретными входными данными может нанести непреднамеренный ущерб элементам операционной или вычислительной среды в случае, когда входные данные либо отсутствуют, либо не соответствуют заданным форматам их ввода в программу.

Для устранения указанной неопределенности по отношению к испытываемым программам следует исходить из предположения, что процедура нарушения целостности вычислительной среды введена в состав ПО умышленно. Кроме условия необходимости, целесообразно ввести условия достаточности, которые обеспечат возможность описания РПС различных классов:

• · достаточным условием для отнесения РПС к классу компьютерных вирусов является наличие в его составе процедуры саморепродукции;
• · достаточным условием для отнесения РПС к классу средств несанкционированного доступа являются наличие в его составе процедуры преодоления защиты и отсутствия процедуры саморепродукции;
• · достаточным условием для отнесения РПС к классу программных закладок является отсутствие в его составе процедур саморепродукции и преодоления защиты.

Предполагается наличие в РПС следующего набора возможных функциональных элементов:

• · процедуры захвата (получения) управления;
• · процедуры самомодификации («мутации»);
• · процедуры порождения (синтеза);
• · процедуры маскировки (шифрования).

Этих элементов достаточно для построения обобщенной концептуальной модели РПС, которая отражает возможную структуру (на семантическом уровне) основных классов РПС.

Используемая терминология

Разработка терминологии в области обеспечения безопасности ПО является базисом для формирования нормативно-правового обеспечения и концептуальных основ по рассматриваемой проблеме. Единая терминологическая база является ключом к единству взглядов в области, информационной безопасности, стимулирует скорейшее развитие методов и средств защиты ПО. Термины освещают основные понятия, используемые в рассматриваемой области на данный период времени. Определения освещают толкование конкретных форм, методов и средств обеспечения информационной безопасности.

Термины и определения

Непреднамеренный дефект — объективно и (или) субъективно образованный дефект, приводящий к получению неверных решений (результатов) или нарушению функционирования КС.

Преднамеренный дефект — криминальный дефект, внесенный субъектом для целенаправленного нарушения и (или) разрушения информационного ресурса.

Разрушающее программное средство (РПС) — совокупность программных и/или технических средств, предназначенных для нарушения (изменения) заданной технологии обработки информации и/или целенаправленного разрушения извне внутреннего состояния информационно-вычислительного процесса в КС.

Средства активного противодействия — средства защиты информационного ресурса КС, позволяющие блокировать канал утечки информации, разрушающие действия противника, минимизировать нанесенный ущерб и предотвращать дальнейшие деструктивные действия противника посредством ответного воздействия на его информационный ресурс.

Несанкционированный доступ — действия, приводящие к нарушению безопасности информационного ресурса и получению секретных сведений.

Нарушитель (нарушители) — субъект (субъекты), совершающие несанкционированный доступ к информационному ресурсу.

Модель угроз — вербальная, математическая, имитационная или натурная модель, формализующая параметры внутренних и внешних угроз безопасности ПО.

Оценка безопасности ПО — процесс получения количественных или качественных показателей информационной безопасности при учете преднамеренных и непреднамеренных дефектов в системе.

Система обеспечения информационной безопасности — объединенная совокупность мероприятий, методов и средств, создаваемых и поддерживаемых для обеспечения требуемого уровня безопасности информационного ресурса.

Информационная технология — упорядоченная совокупность организационных, технических и технологических процессов создания ПО и обработки, хранения и передачи информации.

Технологическая безопасность — свойство программного обеспечения и информации не быть преднамеренно искаженными и (или) начиненными избыточными модулями (структурами) диверсионного назначения на этапе создания КС.

Эксплуатационная безопасность — свойство программного обеспечения и информации не быть несанкционированно искаженными (измененными) на этапе эксплуатации КС.

Технические средства защиты

Методы можно классифицировать по способу распространения защищаемого программного обеспечения и типу носителя лицензии.

Локальная программная защита

Требование ввода серийного номера (ключа) при установке/запуске. История этого метода началась тогда, когда приложения распространялись только на физических носителях (к примеру, компакт-дисках). На коробке с диском был напечатан серийный номер, подходящий только к данной копии программы.

С распространением сетей очевидным недостатком стала проблема распространения образов дисков и серийных номеров по сети. Поэтому в настоящий момент метод используется только в совокупности одним или более других методов (к примеру, организационных).

Сетевая программная защита

· локальная Сканирование сети исключает одновременный запуск двух программ с одним регистрационным ключом на двух компьютерах в пределах одной локальной сети.

Недостаток в том, что брандмауэр можно настроить так, чтобы он не пропускал пакеты, принадлежащие защищённой программе. Правда, настройка брандмауэра требует некоторых пользовательских навыков. Кроме того, приложения могут взаимодействовать по сети (к примеру, при организации сетевой игры). В этом случае брандмауэр должен пропускать такой трафик.

· глобальная Если программа работает с каким-то централизованным сервером и без него бесполезна (например, сервера онлайн-игр, серверы обновлений антивирусов). Она может передавать серверу свой серийный номер; если номер неправильный, сервер отказывает в услуге. Недостаток в том, что, существует возможность создать сервер, который не делает такой проверки. Например, существовал сервер battle.da, который по функциям был аналогичен Battle.net (от компании Blizzard Entertainment), но пускал пользователей неавторизованных копий игр. Сейчас этот сервер закрыт, но существует немалое количество PvPGN-серверов, которые также не проверяют регистрационные номера.

Защита при помощи компакт-дисков

Программа может требовать оригинальный компакт-диск. В частности, такой способ применяется в играх. Стойкость таких защит невелика, ввиду широкого набора инструментов снятия образов компакт-дисков.^[1]

Как правило, этот способ защиты применяется для защиты программ, записанных на этом же компакт-диске, являющимся одновременно ключевым.

Для защиты от копирования используется:

• · запись информации в неиспользуемых секторах;
• · проверка расположения и содержимого «сбойных» секторов;
• · проверка скорости чтения отдельных секторов.

Первые два метода практически бесполезны из-за возможности снятия полного образа с диска с использованием соответствующего прикладного ПО. Третий метод считается более надежным (используется, в частности, в защите StarForce). Но существуют программы, которые могут эмулировать диски с учётом геометрии расположения данных, тем самым обходя и эту защиту. В StarForce, в числе прочих проверок, также выполняется проверка возможности записи на вставленный диск. Если она возможна, то диск считается не лицензионным. Однако, если образ будет записан на диск CD-R, то указанная проверка пройдет. Существует возможность скрыть тип диска, чтобы CD-R или CD-RW был виден как обычный CD-ROM. Однако, в драйвер защиты может быть встроена проверка на наличие эмуляции.

В настоящее время наибольшую известность в мире имеют системы защиты от копирования SecuROM, StarForce, SafeDisc, CD-RX и Tages.^[2]

Для многих программ указанный метод защиты недоступен ввиду отличного способа распространения (например, shareware-программы).

Защита при помощи электронных ключей

Электронный ключ, вставленный в один из портов компьютера (с интерфейсом USB, LPT или COM) содержит ключевые данные, называемые также лицензией, записанные в него разработчиком.

• · информация для чтения/записи (в настоящий момент практически не применяется, так как после считывания ключ может быть сэмулирован)
• · ключи аппаратных криптографических алгоритмов (используется наиболее часто)
• · алгоритмы, созданные разработчиком программы (ставший доступным сравнительно недавно метод, в связи с появлением электронных ключей с микропроцессором, способным исполнять произвольный код; в настоящее время используется все чаще)

Достоинства защиты с использованием электронных ключей:

• · Ключ можно вставлять в любой компьютер, на котором необходимо запустить программу
• · Ключ не занимает/не требует наличия дисковода
• · Электронный ключ умеет выполнять криптографические преобразования
• · Современные ключи могут исполнять произвольный код, помещаемый в них разработчиком защиты (пример — Guardant Code, Senselock)

Стойкость защиты основывается на том, что ключевая информация защиты (криптографические ключи, загружаемый код) не покидает ключа в процессе работы с ним.

Основные недостатки:

• · Цена (15—30 долларов за штуку)
• · Необходимость доставки ключа конечному пользователю

Ранее к недостаткам можно было также отнести невысокое быстродействие ключа (в сравнении с CPU компьютера). Однако современные ключи достигают производительности в 1.25 DMIPS (пример — HASP, Guardant), а техника защиты с их помощью не предполагает постоянного обмена с ключом.

Существовавшие также ранее проблемы с установкой ключа на определенные аппаратные платформы в настоящий момент решены при помощи сетевых ключей (которые способны работать с одной или более копиями защищенного приложения, просто находясь с ним в одной локальной сети) и с помощью программных или аппаратных средств «проброса» USB-устройств по сети.

Привязка к параметрам компьютера и активация

Привязка к информации о пользователе / серийным номерам компонентов его компьютера и последующая активация программного обеспечения в настоящий момент используется достаточно широко (пример: ОС Windows).

В процессе установки программа подсчитывает код активации — контрольное значение, однозначно соответствующее установленным комплектующим компьютера и параметрам установленной ОС. Это значение передается разработчику программы. На его основе разработчик генерирует ключ активации, подходящий для активации приложения только на указанной машине (копирование установленных исполняемых файлов на другой компьютер приведет к неработоспособности программы).

Достоинство в том, что не требуется никакого специфического аппаратного обеспечения, и программу можно распространять посредством цифровой дистрибуции (по Интернет).

Основной недостаток: если пользователь производит модернизацию компьютера (в случае привязки к железу), защита отказывает. Авторы многих программ в подобных случаях готовы дать новый регистрационный код. Например, Microsoft в Windows XP разрешает раз в 120 дней генерировать новый регистрационный код (но в исключительных случаях, позвонив в службу активации, можно получить новый код и после окончания этого срока).

В качестве привязки используются, в основном, серийный номер BIOS материнской платы, серийный номер винчестера. В целях сокрытия от пользователя данные о защите могут располагаться в неразмеченной области жесткого диска.

До недавнего времени такие защиты разрабатывались и внедрялись разработчиками самого программного продукта. Однако сейчас существуют SDK для работы с программными ключами, например HASP SL от компании Aладдин Р. Д. Также все большее распространение получают сервисы, предлагающие одновременно функционал «навесной» защиты и сервера активации/лицензирования (пример — Guardant Online, Protect online).

Защита программ от копирования путём переноса их в онлайн

Другим направлением защиты программ является использование подхода SaaS, то есть предоставление функционала этих программ (всего или части), как сервиса. При этом код программы расположен и исполняется на сервере, доступном в глобальной сети. Доступ к нему осуществляется по принципу тонкого клиента. Это один из немногих случаев, когда реализуется защита от копирования.

Код исполняется на «доверенной» стороне, откуда не может быть скопирован.

Однако, и здесь возникает ряд проблем, связанных с безопасностью:

• · стойкость такой защиты зависит, прежде всего, от защищенности серверов, на которых он исполняется (речь идет о Интернет-безопасности)
• · важно обеспечение конфиденциальности запросов, аутентификации пользователей, целостности ресурса (возможности «горячего» резервирования), и доступности решения в целом

Возникают также вопросы доверия сервису (в том числе правовые), так как ему фактически «в открытом виде» передаются как само ПО, так и данные, которые оно обрабатывает (к примеру, персональные данные пользователей).

Защита кода от анализа

Можно выделить здесь отдельно средства защиты непосредственно кода приложения от анализа и использования в других программах. В частности, применяются обфускаторы — программы нужны для запутывания кода с целью защиты от его анализа, модификации и несанкционированного использования.

Защита программного обеспечения на мобильных платформах

Способы защиты программного обеспечения для мобильных платформ от копирования обычно основываются на невозможности рядового пользователя считывать/изменять хранящиеся в ППЗУ аппарата данные. Может также использоваться активация программного обеспечения.