Анализ угроз безопасности информационных систем и противодействующих им средств и систем защиты информации, использующих логические вычисления

В настоящее время информация уже стала товаром и мощным ресурсом. Развитие современных информационных технологий, под которыми понимаются процессы, методы поиска, сбора, хранения, обработки, предоставления, распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов, является одними из важнейших составляющих национальных интересов Российской Федерации в информационной сфере [1, 2].

Однако, наряду с преимуществами построения информационного общества, увеличиваются и риски, связанные с существованием угроз безопасности информационным и телекоммуникационным средствам и системам. Защита информационных ресурсов от несанкционированного доступа, обеспечение безопасности информационных и телекоммуникационных систем, также является одним из основных национальных интересов в информационной сфере [2]. Для обеспечения безопасности информации необходимо решить задачи обеспечения конфиденциальности, целостности и доступности.

Таким образом, в условиях развития информационного общества, возникает проблема. С одной стороны повышаются объемы информации, обрабатываемой в информационных и телекоммуникационных системах. Об этом свидетельствует увеличение доли предоставления государственных услуг в электронном виде, развитие системы ситуационных центров, повсеместное введение электронного документооборота, использование сети видеоконференцсвязи. С другой стороны — увеличивается и вероятность рисков, связанных с существованием угроз безопасности информации. В связи с этим возникает необходимость разработки высокопроизводительных систем защиты информации от различных типов угроз во всех перечисленных системах. Так как обработка информации в информационных системах происходит средствами серийной вычислительной техники, то необходимо разработать такие алгоритмы защиты, которые позволяли бы, не сильно сказываясь на производительности, производить решать указанные задачи. защита информация логический Достаточно большое количество средств и систем защиты информации используют в своей работе интенсивные логические вычисления. Это криптографические средства защиты информации, средства защиты от ошибок, системы разграничения доступа, а также процессы моделирования средств и систем защиты информации. На рис. 1 показаны угрозы информационным и телекоммуникационным системам и противодействующие им средства и системы, использующие в своей работе логические вычисления.

Рис. 1 Анализ угроз, методов и средств защиты информации, использующих в своих алгоритмах логические вычисления

Криптографические средства защиты информации, используя алгоритм шифрования и секретные ключи (либо пару секретный и открытый), осуществляют такие преобразования исходных сообщений, что злоумышленник, не зная секретный ключ, не сможет выполнить обратные преобразования и получить исходное сообщение. Основные направления применения криптографических средств это защита от несанкционированного доступа при передаче и хранении информации, а также подтверждение подлинности отправителя (аутентификация). Таким образом, криптографические средства решают задачи обеспечения конфиденциальности и целостности информации.

С интенсивными логическими вычислениями связано функционирование симметричных алгоритмов шифрования. Симметричный алгоритм шифрования выполняет некоторое число циклов (итераций). Каждый цикл состоит в применении базовых преобразований. Такой принцип построения дает возможность реализовать каждый цикл шифрования с использованием однотипных узлов, а также выполнять расшифрование путем обработки данных в обратном направлении. [12].

Получили распространение алгоритмы, в которых осуществляются преобразования над векторами, представляющими собой левую и правую половины содержимого регистра сдвига. Для построения таких алгоритмов часто используется конструкция, называемая сетью Фейстеля [20]. Данная конструкция была признана удачной и нашла широкое применение в дальнейших разработках блочных шифров (FEAL, DES, Khufu, Khafre, LOKI, ГОСТ) [12].

Анализ симметричных криптографических алгоритмов показал, что основными криптографическими узлами, использующих интенсивные логические вычисления, являются: рекуррентные регистры сдвига; нелинейные узлы усложнения; блоки подстановок; блоки перестановок; регистры циклического сдвига [12, 20].

Работу современных цифровых систем передачи и хранения информации невозможно представить без использования методов помехоустойчивого кодирования. Необходимость их применения продиктована тем, что каналы связи несовершенны и при передаче и хранении информации возможно появление ошибок. Можно привести примеры систем, использующих методы помехоустойчивого кодирования, это: системы сотовой, транкинговой, спутниковой связи, системы цифрового телевидения, беспроводные сети, системы записи информации на оптические диски и др. [7, 15, 17].

Помехоустойчивые коды делятся на два класса: блочные коды и сверточные [15]. В блочных кодах передаваемое сообщение разбивается на блоки определенной длины, которые кодируются и декодируются независимо друг от друга. В сверточных кодах передаваемая информационная последовательность не разделяется на блоки, проверочные элементы размещаются в определённом порядке между информационными и зависят от нескольких предыдущих значений передаваемого сообщения.

В реально действующих системах для обнаружения и исправления ошибок в основном используются коды линейные блочные коды двух типов: циклические и итеративные (матричные), что обусловлено простотой аппаратурной или программной реализации кодирования и декодирования.

Среди линейных блочных кодов наибольшее значение имеют коды с одной проверкой на чётность, Хэмминга, Голея, Боуза-Чоудхури — Хоквингема, CRC-коды, Рида-Маллера и др. [15].

Для обеспечения безопасности информации, при ее обработки в информационных системах, разрабатывают и используют политику безопасности, под которой понимается совокупность норм и правил, регламентирующих процесс обработки информации, выполнение которых обеспечивает защиту от определенного множества угроз и составляет необходимое (а иногда и достаточное) условие безопасности системы [8]. Формальное выражение политики безопасности называется моделью политики безопасности. Основные модели политик безопасности могут быть следующие: дискреционная, мандатная, ролевая, безопасности информационных потоков, изолированной программной среды [5].

В дискреционной модели разграничения доступа основой является матрица доступа, определяющая наличие того или иного права субъекта по отношению к объекту информационной системы. Определение прав в соответствии с матрицей доступа можно свести к вычислению системы булевых функций. Политика ролевого разграничения доступа является развитием политики дискреционного разграничения доступа, при этом права доступа субъектов системы на объекты группируются с учетом специфики их применения, образуя роли [5].

В настоящее время разработан целый ряд методов защиты информации в информационных системах, для реализации которых существует множество постоянно обновляющихся средств защиты. Каждая конкретная защищенная информационная система имеет свои особенности (значимость обрабатываемой и хранимой информации, условия функционирования и т. п.), которые определяют требования к системе защиты информации. В этих условиях практически важным является получение оценок эффективности различных вариантов реализации системы защиты информации, что впоследствии может быть использовано для выбора оптимального с точки зрения предъявляемых требований комплекса защитных методов и средств, необходимых для её создания [11, 13].

Ущерб, наносимый защищенной информационной системе угрозами, часто реализуется достаточно быстро, поэтому для корректной оценки эффективности системы защиты информации необходимо учитывать динамику функционирования рассматриваемой системы [13]. Получение оценок эффективности системы защиты информации с учётом динамики, возможно на основе математического моделирования процесса функционирования защищенной информационной системы в условиях воздействия угроз, которое, осуществляется с использованием теории автоматов [13]. Как известно [18], реализация автоматов на ЭВМ, связана с выполнением логических вычислений.