Сетевая безопасность

Процедура, позволяющая получать копии закрытых ключей, называется восстановлением ключей. Вопрос, включать ли в продукты безопасности средства восстановления ключей, в последние  годы приобрел политический оттенок. В  Соединенных Штатах Америки прошли бурные дебаты, тему которых можно  примерно сформулировать так: обладает ли правительство правом иметь доступ к любой частной информации при  условии, что на это есть постановление  суда?

И хотя в такой широкой  постановке проблема восстановления ключей все еще не решена, необходимость  наличия средств восстановления в корпоративных продуктах ни у кого не вызывает никаких сомнений. Принцип доступности данных не должен нарушаться из-за волюнтаризма сотрудников, монопольно владеющих своими закрытыми  ключами. Ключ может быть восстановлен при выполнении некоторых условий, которые должны быть четко определены в политике безопасности предприятия.

Как только принимается решение  о включении в систему безопасности средств восстановления, возникает  вопрос, как же быть с надежностью  защиты данных, как обеспечить пользователю уверенность в том, что его  закрытый ключ не используется с какими-либо другими целями, отличными от резервирования? Некоторую уверенность в секретности  хранения закрытых ключей может дать технология депонирования ключей. Депонирование  ключей — это предоставление закрытых ключей на хранение третьей стороне, надежность которой не вызывает сомнений. Этой третьей стороной может быть правительственная организация  или группа уполномоченных на это  сотрудников предприятия, которым  оказывается полное доверие. 

 

Аутентификация информации

Под аутентификацией информации в компьютерных системах понимают установление подлинности данных, полученных по сети, исключительно на основе информации, содержащейся в полученном сообщении.

Если конечной целью шифрования информации является обеспечение защиты от несанкционированного ознакомления с этой информацией, то конечной целью  аутентификации информации является обеспечение  защиты участников информационного  обмена от навязывания ложной информации. Концепция аутентификации в широком  смысле предусматривает установление подлинности информации как при  условии наличия взаимного доверия  между участниками обмена, так  и при его отсутствии.

В компьютерных системах выделяют два вида аутентификации информации:  

• аутентификация хранящихся массивов данных и программ — установление того факта, что данные не подвергались модификации; 
• аутентификация сообщений — установление подлинности полученного сообщения, в том числе решение вопроса об авторстве этого сообщения и установление факта приема.

Цифровая подпись

Для решения задачи аутентификации информации используется концепция  цифровой (или электронной) подписи. Согласно терминологии, утвержденной Международной организацией по стандартизации (ISO), под термином «цифровая подпись» понимаются методы, позволяющие устанавливать  подлинность автора сообщения (документа) при возникновении спора относительно авторства этого сообщения. Основная область применения цифровой подписи  — это финансовые документы, сопровождающие электронные сделки, документы, фиксирующие  международные договоренности и  т. п.

До настоящего времени  наиболее часто для построения схемы  цифровой подписи использовался  алгоритм RSA. В основе этого алгоритма  лежит концепция Диффи-Хеллмана. Она заключается в том, что каждый пользователь сети имеет свой закрытый ключ, необходимый для формирования подписи; соответствующий этому секретному ключу открытый ключ, предназначенный для проверки подписи, известен всем другим пользователям сети.

Рис. 11.11. Схема формирования цифровой подписи по алгоритму RSA

На рис. 11.11 показана схема  формирования цифровой подписи по алгоритму RSA. Подписанное сообщение состоит  из двух частей: незашифрованной части, в которой содержится исходный текст Т, и зашифрованной части, представляющей собой цифровую подпись. Цифровая подпись S вычисляется с использованием закрытого ключа (D, п) по формуле

S =T^d mod n.

Сообщение посылается в виде пары (Т, S). Каждый пользователь, имеющий  соответствующий открытый ключ (Е, n), получив сообщение, отделяет открытую часть Т, расшифровывает цифровую подпись S и проверяет равенство

Т = S^E mod n.

Если результат расшифровки  цифровой подписи совпадает с  открытой частью сообщения, то считается, что документ подлинный, не претерпел  никаких изменений в процессе передачи, а автором его является именно тот человек, который передал  свой открытый ключ получателю. Если сообщение  снабжено цифровой подписью, то получатель может быть уверен, что оно не было изменено или подделано по пути. Такие схемы аутентификации называются асимметричными. К недостаткам данного  алгоритма можно отнести то, что  длина подписи в этом случае равна  длине сообщения, что не всегда удобно.

Цифровые подписи применяются  к тексту до того, как он шифруется. Если помимо снабжения текста электронного документа цифровой подписью надо обеспечить его конфиденциальность, то вначале  к тексту применяют цифровую подпись, а затем шифруют все вместе: и текст, и цифровую подпись (рис. 11.12).

Рис. 11.12. Обеспечение конфиденциальности документа с цифровой подписью

Другие методы цифровой подписи  основаны на формировании соответствующей  сообщению контрольной комбинации с помощью классических алгоритмов типа DES. Учитывая более высокую производительность алгоритма DES по сравнению с алгоритмом RSA, он более эффективен для подтверждения  аутентичности больших объемов  информации. А для коротких сообщений  типа платежных поручений или  квитанций подтверждения приема, наверное, лучше подходит алгоритм RSA.

Аутентификация  программных кодов

Компания Microsoft разработала средства для доказательства аутентичности программных кодов, распространяемых через Интернет. Пользователю важно иметь доказательства, что программа, которую он загрузил с какого-либо сервера, действительно содержит коды, разработанные определенной компанией. Протоколы защищенного канала типа SSL помочь здесь не могут, так как позволяют удостоверить только аутентичность сервера. Microsoft разработала технологию аутентикода (Authenticode), суть которой сострит в следующем.

Организация, желающая подтвердить  свое авторство на программу, должна встроить в распространяемый код так называемый подписывающий блок (рис. 11.13). Этот блок состоит из двух частей. Первая часть»— сертификат этой организации, полученный обычным  образом от какого-либо, сертифицирующего центра. Вторую часть образует зашифрованный дайджест, полученный в результате применения односторонней функции к распространяемому коду. Шифрование дайджеста выполняется с помощью закрытого ключа организации.

Рис. 11.13. Схема получения аутентикода

 

Система Kerberos

 
Kerberos — это сетевая служба, предназначенная для централизованного решения задач аутентификации и авторизации в крупных сетях. Она может работать в среде многих популярных ОС, например в последней версии Windows 2000 система Kerberos встроена как основной компонент безопасности.

В основе этой достаточно громоздкой системы лежит несколько простых  принципов. 

• В сетях, использующих систему безопасности Kerberos, все процедуры аутентификации между клиентами и серверами сети выполняются через посредника, которому доверяют обе стороны аутентификационного процесса, причем таким авторитетным арбитром является сама система Kerberos. 
• В системе Kerberos клиент должен доказывать свою аутентичность для доступа к каждой службе, услуги которой он вызывает. 
• Все обмены данными в сети выполняются в защищенном виде с использованием алгоритма шифрования DES.

Сетевая служба Kerberos построена по архитектуре клиент-сервер, что позволяет ей работать в самых сложных сетях. Kerberos-клиент устанавливается на всех компьютерах сети, которые могут обратиться к какой-либо сетевой службе. В таких случаях Kerberos-клиент от лица пользователя передает запрос на Kerberos-сервер и поддерживает с ним диалог, необходимый для выполнения функций системы Kerberos.

Итак, в системе Kerberos имеются следующие участники: Kerberos-сервер, Кег-beros-клиенты, ресурсные серверы (рис. 11.14). Kerberos-клиенты пытаются получить доступ к сетевым ресурсам — файлам, приложениям, принтеру и т. д. Этот доступ может быть предоставлен, во-первых, только легальным пользователям, а во-вторых, при наличии у пользователя достаточных полномочий, определяемых службами авторизации соответствующих ресурсных серверов — файловым сервером, сервером приложений, сервером печати. Однако в системе Kerberos ресурсным серверам запрещается «напрямую» принимать запросы от клиентов, им разрешается начинать рассмотрение запроса клиента только тогда, когда на это поступает разрешение от Kerberos-сервера. Таким образом, путь клиента к ресурсу в системе Kerberos состоит из трех этапов:

1. Определение легальности  клиента, логический вход в  сеть, получение разрешения на  продолжение процесса получения  доступа к ресурсу.

2. Получение разрешения  на обращение к ресурсному  серверу.

3. Получение разрешения  на доступ к ресурсу.

Рис. 11.14. Три этапа работы системы Kerberos

Для решения первой и второй задач клиент обращается к Kerberos-серверу. Каждая из этих двух задач решается отдельным сервером, входящим в состав Kerberos-сервера. Выполнение первичной  аутентификации и выдача разрешения на продолжение процесса получения  доступа к ресурсу осуществляется так называемым аутентификационным сервером (Authentication Server, AS). Этот сервер хранит в своей базе данных информацию об идентификаторах и паролях пользователей.

Вторую задачу, связанную  с получением разрешения на обращение  к ресурсному серверу, решает другая часть Kerberos-сервера — сервер квитанций (Ticket-Granting Server, TGS). Сервер квитанций для легальных клиентов выполняет дополнительную проверку и дает клиенту разрешение на доступ к нужному ему ресурсному серверу, Для чего наделяет его электронной формой-квитанцией. Для выполнения своих функций сервер квитанций использует копии секретных ключей всех ресурсных серверов, которые хранятся у него в базе данных. Кроме этих ключей сервер TGS имеет еще один секретный DES-ключ, который разделяет с сервером AS.

Третья задача — получение  разрешения на доступ непосредственно  к ресурсу — решается на уровне ресурсного сервера.

ПРИМЕЧАНИЕ

При описании протоколов взаимодействия Kerberos-клиента и Kerberos-сервера, а также Kerberos-клиента и ресурсного сервера использован термин «квитанция» (ticket), означающий в данном случае электронную форму, выдаваемую Kerberos-сервером клиенту, которая играет роль некоего удостоверения личности и разрешения на доступ к ресурсу.

 

Первичная аутентификация

Процесс доступа пользователя к ресурсам включает две процедуры: во-первых, пользователь должен доказать свою легальность (аутентификация), а  во-вторых, он должен получить разрешение на выполнение определенных операций с определенным ресурсом (авторизация). В системе Kerberos пользователь один раз аутентифицируется во время логического входа в сеть, а затем проходит процедуры аутентификации и авторизации всякий раз, когда ему требуется доступ к новому ресурсному серверу.

Выполняя логический вход в сеть, пользователь, а точнее клиент Kerberos, установленный на его компьютере, посылает аутентификационному серверу AS идентификатор пользователя ID (рис. 11.15).

Вначале аутентификационный сервер проверяет в базе данных, есть ли запись о пользователе с таким идентификатором, затем, если такая запись существует, извлекает из нее пароль пользователя р. Данный пароль потребуется для шифрования всей информации, которую направит аутентификационный сервер Kerberos-клиенту в качестве ответа. А ответ состоит из квитанции T_TGS на доступ к серверу квитанций Kerberos и ключа сеанса K_s. Под сеансом здесь понимается все время работы пользователя, от момента логического входа в сеть до момента логического выхода. Ключ сеанса потребуется для шифрования в процедурах аутентификации в течение всего пользовательского сеанса. Квитанция шифруется с помощью секретного DES-ключа К, который разделяют аутентификационный сервер и сервер квитанций. Все вместе — зашифрованная квитанция и ключ сеанса — еще раз шифруются с помощью пользовательского пароля р. Таким образом, квитанция шифруется дважды ключом К и паролем р. В приведенных выше обозначениях сообщение-ответ, которое аутентификационный сервер посылает клиенту, выглядит так: {{T_TGS}K, K_s}p.

После того как такое ответное сообщение поступает на клиентскую машину, клиентская программа Kerberos просит пользователя ввести свой пароль. Когда пользователь вводит пароль, то Kerberos-клиент пробует с помощью пароля расшифровать поступившее сообщение. Если пароль верен, то из сообщения извлекается квитанция на доступ к серверу квитанций {T_TGs}K (в зашифрованном виде) и ключ сеанса K_s (в открытом виде). Успешная расшифровка сообщения означает успешную аутентификацию. Заметим, что аутентификационный сервер AS аутентифицирует пользователя без передачи пароля по сети.

Рис. 11.15. Последовательность обмена сообщениями в системе Kerberos

Квитанция T_TGS на доступ к серверу квитанций TGS является удостоверением легальности пользователя и разрешением ему продолжать процесс получения доступа к ресурсу. Эта квитанция содержит: 

• идентификатор пользователя; 
• идентификатор сервера квитанций, на доступ к которому получена квитанция; 
• отметку о текущем времени; 
• период времени, в течение которого может продолжаться сеанс; 
• копию ключа сессии KS.

Как уже было сказано, клиент обладает квитанцией в зашифрованном  виде. Шифрование повышает уверенность  в том, что никто, даже сам клиент — обладатель данной квитанции, —  не сможет квитанцию подделать, подменить  или изменить. Только сервер TGS, получив  от клиента квитанцию, сможет ее расшифровать, так как в его распоряжении имеется ключ шифрования К.

Время действия квитанции  ограничено длительностью сеанса. Разрешенная  длительность сеанса пользователя, содержащаяся в квитанции на доступ к серверу  квитанций, задается администратором  и может изменяться в зависимости  от требований к защищенности сети. В сетях с жесткими требованиями к безопасности время сеанса может  быть ограничено 30 минутами, в других условиях это время может составить 8 часов. Информация, содержащаяся в  квитанции, определяет ее срок годности. Предоставление квитанции на вполне определенное время защищает ее от неавторизованного пользователя, который  мог бы ее перехватить и использовать в будущем.

 

Получение разрешения на доступ к ресурсному серверу

Итак, следующим этапом для  пользователя является получение разрешения на доступ к ресурсному серверу (например, к файловому серверу или серверу  приложений). Но для этого надо обратиться к серверу TGS, который выдает такие  разрешения (квитанции). Чтобы получить доступ к серверу квитанций, пользователь уже обзавелся квитанцией {T_TGS}K, выданной ему сервером AS. Несмотря на защиту паролем и шифрование, пользователю, для того чтобы доказать серверу квитанций, что он имеет право на доступ к ресурсам сети, нужно кое-что еще, кроме квитанции.