Средства криптографической защиты информации примеры. Криптографические программные средства защиты информации

Послушайте... нельзя ли вам, для общей нашей пользы, всякое письмо, которое прибывает к вам в почтовую контору, входящее и исходящее, знаете, этак немножко распечатать и прочитать: не содержится ли в нем какого-нибудь донесения или просто переписки...

Н.В.Гоголь «Ревизор»

В идеале конфиденциальное письмо должны иметь возможность прочитать только двое: отправитель и тот, кому оно адресовано.Формулировка такой, казалось бы, очень простой вещи, явилась отправной точкой систем криптозащиты. Развитие математики дало толчок к развитию подобных систем.

Уже в XVII-XVIII веках шифры в России были достаточно изощренными и устойчивыми к взлому. Многие русские математики трудились над созданием или усовершенствованием систем шифрования и параллельно пытались подобрать ключи к шифрам других систем. В настоящее время можно отметить несколько российских систем шифрования, таких как «Лексикон Верба» , Secret Net, DALLAS LOCK, Secret Disk, семейство продуктов «Аккорд» и др. О них и будет рассказано.Вы также ознакомитесь с основными программными и программно-аппаратными комплексами криптозащиты, узнаете об их возможностях, о сильных и слабых сторонах. Надеемся, что эта статья поможет вам сделать выбор системы криптозащиты.

Введение

Обеспокоены ли вы тем, что важная информация из вашего компьютера может попасть в чужие руки? Этой информацией могут воспользоваться и конкуренты, и контролирующие органы, и просто недоброжелатели. Очевидно, что такие действия могут принести вам значительный ущерб. Что же делать? Для того чтобы уберечь свою информацию от посторонних, необходимо установить одну из программ шифрования данных. Наш обзор посвящен анализу систем шифрования для настольных систем. Следует отметить, что использование зарубежных систем шифрования на территории России в силу ряда причин сильно ограничено, поэтому государственные организации и крупные отечественные компании вынуждены использовать российские разработки. Однако средние и мелкие компании, а также частные лица иногда предпочитают зарубежные системы.

Для непосвященных шифрование информации выглядит чем-то вроде черной магии. Действительно, шифрование сообщений для сокрытия их содержания от посторонних является сложной математической задачей. К тому же шифр должен быть подобран таким образом, чтобы без ключа открыть его было практически невозможно, а с ключом - быстро и легко. Многим компаниям и организациям бывает очень трудно сделать оптимальный выбор при установке шифровальных программ. Дело осложняется еще и тем, что абсолютно защищенных компьютеров и абсолютно надежных систем шифрования не бывает. Однако все же есть достаточно способов, с помощью которых можно отразить практически все попытки раскрыть зашифрованную информацию.

Что у программ шифрования внутри

Программы шифрования отличаются друг от друга алгоритмом шифрования. Зашифровав файл, вы можете записать его на дискету, послать его по электронной почте или положить на сервер в вашей локальной сети. Получатель вашей шифровки должен иметь такую же шифровальную программу, чтобы прочитать содержимое файла.

Если вы хотите отправить зашифрованное сообщение нескольким пользователям одновременно, то ваша информация для каждого получателя может быть зашифрована по его собственному ключу либо по общему ключу для всех пользователей (включая автора сообщения).

Система криптозащиты использует секретный код для того, чтобы превратить вашу информацию в бессмысленный, псевдослучайный набор символов. При хорошем алгоритме шифрования практически невозможно дешифровать сообщение без знания секретного кода, использованного для шифрования. Такие алгоритмы называют алгоритмами с симметричным ключом, так как для шифрования и дешифровки информации используется один и тот же ключ.

Для защиты данных программа шифрования создает секретный ключ по вашему паролю. Надо только задать длинный пароль, который никто не сможет угадать. Однако если требуется, чтобы файл смог прочесть кто-то другой, вам понадобится сообщить этому человеку секретный ключ (или пароль, на основе которого он создан). Можно быть уверенным, что даже простой алгоритм шифрования защитит ваши данные от обычного пользователя, скажем, от коллеги по работе. Однако у профессионалов есть целый ряд способов дешифрации сообщения без знания секретного кода.

Без специальных знаний самостоятельно проверить, насколько надежен ваш алгоритм шифрования, вам не удастся. Но вы можете положиться на мнение профессионалов. Некоторые алгоритмы шифрования, такие, например, как Triple DES (Data Encryption Standard - стандарт шифрования данных), были подвергнуты многолетней проверке. По результатам проверки этот алгоритм хорошо себя зарекомендовал, и криптографы считают, что ему можно доверять. Большинство новых алгоритмов также тщательно изучаются, а результаты публикуются в специальной литературе.

Если алгоритм программы не подвергся открытому рассмотрению и обсуждению профессионалов, если у него нет сертификатов и других официальных бумаг, - это повод усомниться в его надежности и отказаться от использования такой программы.

Другая разновидность систем шифрования - это системы с открытым ключом. Для работы такой системы нет необходимости сообщать адресату секретный ключ (или пароль, на основе которого он создан). Указанные системы шифрования генерируют два цифровых ключа для каждого пользователя: один служит для шифрования данных, другой - для их расшифровки. Первый ключ (называемый открытым) можно опубликовать, а второй держать в секрете. После этого зашифровать информацию сумеет любой, воспользовавшись открытым ключом, а расшифровать - только тот, кто имеет соответствующий секретный ключ.

Некоторые программы шифрования содержат еще одно важное средство защиты - цифровую подпись. Цифровая подпись удостоверяет, что файл не был изменен с тех пор, как был подписан, и дает получателю информацию о том, кто именно подписал файл. Алгоритм создания цифровой подписи основан на вычислении контрольной суммы - так называемой хэш-суммы, или дайджеста сообщения. Применяемые алгоритмы гарантируют, что невозможно подобрать два разных файла, хэш-суммы которых совпали бы.

Когда адресат получает файл с цифровой подписью, его программа шифрования заново вычисляет хэш-сумму для этого файла. Затем получатель с помощью открытого ключа, опубликованного отправителем, восстанавливает цифровую подпись. Если результат соответствует значению, вычисленному для файла, то получатель может быть уверен, что текст сообщения не был изменен (если бы это произошло, хэш-сумма оказалась бы иной), а подпись принадлежит человеку, имеющему доступ к секретному ключу отправителя.

Для защиты важной или конфиденциальной информации нужна не только хорошая программа шифрования. Вам необходимо принять ряд мер для обеспечения информационной безопасности. Если ваш пароль ненадежен (специалисты рекомендуют задавать его из восьми или более символов) или если незашифрованная копия конфиденциальной информации хранится у вас на компьютере, то в этом случае даже лучшая система шифрования окажется бессильна.

Система «Лексикон-Верба»

Система «Лексикон-Верба» является средством организации защищенного электронного документооборота как внутри корпоративной сети, так и между различными организациями. В «Лексиконе-Верба» используются две модификации системы криптографии: система «Верба-W» предназначена для государственных органов (защита конфиденциальной информации, в частности ДСП; ключи подписи - открытые, ключи шифрования - закрытые), система «Верба-OW» - для коммерческих организаций (защита коммерческой тайны; ключи подписи и шифрования - открытые).

Существует довольно много мировых стандартов шифрования, но лишь малая их часть имеет сертификаты Федерального агентства правительственной связи и информации (ФАПСИ), что делает невозможным применение несертифицированных решений на территории России. Система «Верба-W» имеет сертификат ФАПСИ № СФ/114-0176. Система «Верба-ОW» - сертификат ФАПСИ № СФ/114-0174.

«Лексикон-Верба» обеспечивает шифрование и электронную цифровую подпись в соответствии с требованиями ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая» и ГОСТ Р34.10-94 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма».

Программа сертифицирована Гостехкомиссией при Президенте Российской Федерации. В июле ожидается получение сертификата Минобороны России.

В основе работы криптозащиты системы лежит методика шифрования с открытым ключом. Каждый ключ, идентифицирующий пользователя, состоит из двух частей: открытого и секретного ключа. Открытый ключ может распространяться свободно и используется для шифрования информации данного пользователя. Для расшифровки документа нужно, чтобы пользователь, зашифровавший его, имел ваш открытый ключ и при шифровании указал вас как имеющего доступ к документу.

Чтобы расшифровать документ, нужно воспользоваться закрытым ключом. Закрытый ключ состоит из двух частей, одна из которых хранится на смарт-карте или touch-memory, а другая - на жестком диске вашего компьютера. Таким образом, ни утеря смарт-карты, ни несанкционированный доступ к компьютеру не дают, каждый по отдельности, возможности расшифровать документы.

Первоначальный ключевой комплект, включающий в себя полную информацию об открытых и закрытых ключах пользователя, создается на специально оборудованном защищенном рабочем месте. Дискета с ключевой информацией используется только на этапе подготовки рабочего места пользователя.

Система «Лексикон-Верба» может быть использована в рамках двух основных систем организации защищенного документооборота:

как самостоятельное решение. При наличии в организации локальной сети систему можно установить не на все компьютеры, а только на те, где требуется работа с конфиденциальными документами. Это значит, что внутри корпоративной сети возникает подсеть обмена закрытой информацией. При этом участники закрытой части системы могут обмениваться с остальными сотрудниками и открытыми документами;
как составная часть документооборота. «Лексикон-Верба» имеет стандартные интерфейсы подключения внешних функций для выполнения операций открытия, сохранения, закрытия и отправки документов, что позволяет легко интегрировать эту систему как в существующие, так и во вновь разрабатываемые системы документооборота.

Следует отметить, что свойства системы «Лексикон-Верба» делают ее не только средством обеспечения информационной защиты от внешних проникновений, но и средством повышения внутрикорпоративной конфиденциальности и разделения доступа.

Одним из важных дополнительных ресурсов повышения уровня контроля информационной безопасности является возможность ведения «журнала событий» для любого документа. Функция фиксации истории документа может быть включена или отключена только при установке системы; при ее включении данный журнал будет вестись независимо от желания пользователя.

Главным достоинством и отличительной особенностью системы является простая и интуитивно понятная реализация функций защиты информации при сохранении традиционной для текстовых процессоров рабочей среды пользователя.

Блок криптографии осуществляет шифрование, а также установку и снятие электронной цифровой подписи (ЭЦП) документов.

Вспомогательные функции блока - загрузка секретного ключа, экспорт и импорт открытых ключей, настройка и ведение справочника ключей абонентов системы.

Таким образом, каждый из имеющих доступ к документу может поставить только свою подпись, но снять - любую из ранее поставленных.

Это отражает принятый порядок делопроизводства, когда по мере прохождения визирования документ может подвергаться правкам на разных этапах, но после этого документ должен быть завизирован заново.

При попытке внести изменения в документ иными, нежели «Лексикон-Верба», средствами, ЭЦП повреждается, в результате в поле «Статус подписи» появится надпись «Повреждена».

Офис

При увеличении числа пользователей системы внесение каждого открытого ключа на каждый компьютер становится затруднительным. Поэтому для организации работы офиса организуется централизованное администрирование справочника открытых ключей. Это делается следующим образом:

1) на компьютере администратора устанавливается «Лексикон-Верба» в локальном режиме. При этом создается справочник открытых ключей, в который администратор добавляет каждый используемый в офисе ключ;

2) на всех остальных компьютерах система устанавливается в сетевом режиме. В этом режиме используется справочник открытых ключей, находящийся на компьютере администратора;

3) каждый новый пользователь, внесенный администратором в справочник, становится «виден» всем пользователям, подключенным к справочнику. С этого момента они получают возможность передавать ему зашифрованные документы.

Администрирование справочника становится централизованным, но на уровень безопасности системы это не влияет, так как предоставление доступа к открытым ключам - это своеобразное «знакомство» пользователей, но доступа к каким-либо документам оно не дает. Для получения пользователем возможности расшифровки документа необходимо, чтобы его открытый ключ не только находился в справочнике, но и был явно указан как имеющий доступ к документу.

Термин "криптография" происходит от древнегреческих слов «скрытый» и «пишу». Словосочетание выражает основное назначение криптографии - это защита и сохранение тайны переданной информации. Защита информации может происходить различными способами. Например, путем ограничения физического доступа к данным, скрытия канала передачи, создания физических трудностей подключения к линиям связи и т. д.

Цель криптографии

В отличие от традиционных способов тайнописи, криптография предполагает полную доступность канала передачи для злоумышленников и обеспечивает конфиденциальность и подлинность информации с помощью алгоритмов шифрования, делающих информацию недоступной для постороннего прочтения. Современная система криптографической защиты информации (СКЗИ) - это программно-аппаратный компьютерный комплекс, обеспечивающий защиту информации по следующим основным параметрам.

Конфиденциальность - невозможность прочтения информации лицами, не имеющими соответствующих прав доступа. Главным компонентом обеспечения конфиденциальности в СКЗИ является ключ (key), представляющий собой уникальную буквенно-числовую комбинацию для доступа пользователя в определенный блок СКЗИ.
Целостность - невозможность несанкционированных изменений, таких как редактирование и удаление информации. Для этого к исходной информации добавляется избыточность в виде проверочной комбинации, вычисляемой по криптографическому алгоритму и зависящая от ключа. Таким образом, без знания ключа добавление или изменение информации становится невозможным.
Аутентификация - подтверждение подлинности информации и сторон, ее отправляющих и получающих. Передаваемая по каналам связи информация должна быть однозначно аутентифицирована по содержанию, времени создания и передачи, источнику и получателю. Следует помнить, что источником угроз может быть не только злоумышленник, но и стороны, участвующие в обмене информацией при недостаточном взаимном доверии. Для предотвращения подобных ситуации СКЗИ использует систему меток времени для невозможности повторной или обратной отсылки информации и изменения порядка ее следования.

Авторство - подтверждение и невозможность отказа от действий, совершенных пользователем информации. Самым распространенным способом подтверждения подлинности является Система ЭЦП состоит из двух алгоритмов: для создания подписи и для ее проверки. При интенсивной работе с ЭКЦ рекомендуется использование программных удостоверяющих центров для создания и управления подписями. Такие центры могут быть реализованы как полностью независимое от внутренней структуры средство СКЗИ. Что это означает для организации? Это означает, что все операции с обрабатываются независимыми сертифицированными организациями и подделка авторства практически невозможна.

Алгоритмы шифрования

На текущий момент среди СКЗИ преобладают открытые алгоритмы шифрования с использованием симметричных и асимметричных ключей с длиной, достаточной для обеспечения нужной криптографической сложности. Наиболее распространенные алгоритмы:

симметричные ключи - российский Р-28147.89, AES, DES, RC4;
асимметричные ключи - RSA;
с использованием хеш-функций - Р-34.11.94, MD4/5/6, SHA-1/2.

Многие страны имеют свои национальные стандарты В США используется модифицированный алгоритм AES с ключом длиной 128-256 бит, а в РФ алгоритм электронных подписей Р-34.10.2001 и блочный криптографический алгоритм Р-28147.89 с 256-битным ключом. Некоторые элементы национальных криптографических систем запрещены для экспорта за пределы страны, деятельность по разработке СКЗИ требует лицензирования.

Системы аппаратной криптозащиты

Аппаратные СКЗИ - это физические устройства, содержащие в себе программное обеспечение для шифрования, записи и передачи информации. Аппараты шифрации могут быть выполнены в виде персональных устройств, таких как USB-шифраторы ruToken и флеш-диски IronKey, плат расширения для персональных компьютеров, специализированных сетевых коммутаторов и маршрутизаторов, на основе которых возможно построение полностью защищенных компьютерных сетей.

Аппаратные СКЗИ быстро устанавливаются и работают с высокой скоростью. Недостатки - высокая, по сравнению с программными и программно-аппаратными СКЗИ, стоимость и ограниченные возможности модернизации.

Также к аппаратным можно отнести блоки СКЗИ, встроенные в различные устройства регистрации и передачи данных, где требуется шифрование и ограничение доступа к информации. К таким устройствам относятся автомобильные тахометры, фиксирующие параметры автотранспорта, некоторые типы медицинского оборудования и т.д. Для полноценной работы таким систем требуется отдельная активация СКЗИ модуля специалистами поставщика.

Системы программной криптозащиты

Программные СКЗИ - это специальный программный комплекс для шифрования данных на носителях информации (жесткие и флеш-диски, карты памяти, CD/DVD) и при передаче через Интернет (электронные письма, файлы во вложениях, защищенные чаты и т.д.). Программ существует достаточно много, в т. ч. бесплатных, например, DiskCryptor. К программным СКЗИ можно также отнести защищенные виртуальные сети обмена информацией, работающие «поверх Интернет»(VPN), расширение Интернет протокола HTTP с поддержкой шифрования HTTPS и SSL - криптографический протокол передачи информации, широко использующийся в системах IP-телефонии и интернет-приложениях.

Программные СКЗИ в основном используются в сети Интернет, на домашних компьютерах и в других сферах, где требования к функциональности и стойкости системы не очень высоки. Или как в случае с Интернетом, когда приходится одновременно создавать множество разнообразных защищенных соединений.

Программно-аппаратная криптозащита

Сочетает в себе лучшие качества аппаратных и программных систем СКЗИ. Это самый надежный и функциональный способ создания защищенных систем и сетей передачи данных. Поддерживаются все варианты идентификации пользователей, как аппаратные (USB-накопитель или смарт-карта), так и «традиционные» - логин и пароль. Программно-аппаратные СКЗИ поддерживают все современные алгоритмы шифрования, обладают большим набором функций по созданию защищенного документооборота на основе ЭЦП, всеми требуемыми государственными сертификатами. Установка СКЗИ производится квалифицированным персоналом разработчика.

Компания «КРИПТО-ПРО»

Один из лидеров российского криптографического рынка. Компания разрабатывает весь спектр программ по защите информации с использованием ЭЦП на основе международных и российских криптографических алгоритмов.

Программы компании используются в электронном документообороте коммерческих и государственных организаций, для сдачи бухгалтерской и налоговой отчетности, в различных городских и бюджетных программах и т. д. Компанией выдано более 3 млн. лицензий для программы КриптоПРО CSP и 700 лицензий для удостоверяющих центров. «Крипто-ПРО» предоставляет разработчикам интерфейсы для встраивания элементов криптографической защиты в свои и оказывает весь спектр консалтинговых услуг по созданию СКЗИ.

Криптопровайдер КриптоПро

При разработке СКЗИ КриптоПро CSP использовалась встроенная в операционную систему Windows криптографическая архитектура Cryptographic Service Providers. Архитектура позволяет подключать дополнительные независимые модули, реализующие требуемые алгоритмы шифрования. С помощью модулей, работающих через функции CryptoAPI, криптографическую защиту могут осуществлять как программные, так и аппаратные СКЗИ.

Носители ключей

В качестве личных ключей могут использоваться различные такие как:

смарт-карты и считыватели;
электронные замки и считыватели, работающие с устройствами Touch Memory;
различные USB-ключи и сменные USB-накопители;
файлы системного реестра Windows, Solaris, Linux.

Функции криптопровайдера

СКЗИ КриптоПро CSP полностью сертифицирована ФАПСИ и может использоваться для:

2. Полной конфиденциальности, аутентичности и целостности данных с помощью шифрования и имитационной защиты согласно российским стандартам шифрования и протокола TLS.

3. Проверки и контроля целостности программного кода для предотвращения несанкционированного изменения и доступа.

4. Создания регламента защиты системы.

СКЗИ (средство криптографической защиты информации) - это программа или устройство, которое шифрует документы и генерирует электронную подпись (ЭП). Все операции производятся с помощью ключа электронной подписи, который невозможно подобрать вручную, так как он представляет собой сложный набор символов. Тем самым обеспечивается надежная защита информации.

Как работает СКЗИ

Отправитель создает документ
При помощи СКЗИ и закрытого ключа ЭП добавляет файл подписи, зашифровывает документ и объединяет все в файл, который отправляется получателю
Файл передается получателю
Получатель расшифровывает документ, используя СКЗИ и закрытый ключ своей электронной подписи
Получатель проверяет целостность ЭП, убеждаясь, что в документ не вносились изменения

Виды СКЗИ для электронной подписи

Есть два вида средств криптографической защиты информации: устанавливаемые отдельно и встроенные в носитель.

СКЗИ, устанавливаемое отдельно - это программа, которая устанавливается на любое компьютерное устройство. Такие СКЗИ используются повсеместно, но имеют один недостаток: жесткую привязку к одному рабочему месту. Вы сможете работать с любым количеством электронных подписей, но только на том компьютере или ноутбуке, на котором установлена СКЗИ. Чтобы работать на разных компьютерах, придется для каждого покупать дополнительную лицензию.

При работе с электронными подписями в качестве устанавливаемого СКЗИ чаще всего используется криптопровайдер КриптоПро CSP . Программа работает в Windows, Unix и других операционных системах, поддерживает отечественные стандарты безопасности ГОСТ Р 34.11-2012 и ГОСТ Р 34.10-2012.

Реже используются другие СКЗИ:

Signal-COM CSP
LISSI-CSP
VipNet CSP

Все перечисленные СКЗИ сертифицированы ФСБ и ФСТЭК, соответствуют стандартам безопасности, принятым в России. Для полноценной работы также требуют покупки лицензии.

СКЗИ, встроенные в носитель , представляют собой «вшитые» в устройство средства шифрования, которые запрограммированы на самостоятельную работу. Они удобны своей самодостаточностью. Все необходимое для того, чтобы подписать договор или отчет, уже есть на самом носителе. Не надо покупать лицензии и устанавливать дополнительное ПО. Достаточно компьютера или ноутбука с выходом в интернет. Шифрование и расшифровка данных производятся внутри носителя. К носителям со встроенным СКЗИ относятся Рутокен ЭЦП, Рутокен ЭЦП 2.0 и JaCarta SE.

Средства криптографической защиты информации (СКЗИ) являются важной составляющей при обеспечении информационной безопасности и позволяют гарантировать высокий уровень сохранности данных, даже в случае попадания зашифрованных электронных документов в руки третьих лиц, а также при краже или утере носителей информации с ними. СКЗИ сегодня применяются почти в каждой компании – чаще на уровне взаимодействия с автоматизированными банковскими системами и государственными информационными системами; реже – для хранения корпоративных данных и обмена ими. Тем временем, именно последнее применение средств шифрования позволяет защитить бизнес от опасных утечек критически ценной информации с гарантией до 99% даже с учетом человеческого фактора.

Функционально потребность в применении СКЗИ, также, обуславливается все более растущей популярностью средств электронного документооборота, архивации и безбумажного взаимодействия. Важность документов, обрабатываемых в таких системах, диктует обязательность обеспечения высокой защищенности информации, что невозможно выполнить без применения средств шифрования и электронной подписи.

Внедрение СКЗИ в корпоративную практику предусматривает создание программно-аппаратного комплекса, архитектура и состав которого определяется, исходя из потребностей конкретного заказчика, требований законодательства, поставленных задач и необходимых методов, и алгоритмов шифрования. Сюда могут входить программные компоненты шифрования (криптопровайдеры), средства организации VPN, средства удостоверения, средства формирования и проверки ключей и ЭЦП, служащих для организации юридически значимого документооборота, аппаратные носители информации.

Внедряемые «АСТ» корпоративные средства шифрования могут поддерживать алгоритмы шифрования ГОСТ и обеспечивать необходимые классы криптозащиты в зависимости от необходимой степени защиты, нормативной базы и требований совместимости с иными, в том числе, внешними системами. При этом средства шифрования обеспечивают защиту всего множества информационных компонент – файлов, каталогов с файлами и архивов, физических и виртуальных носителей информации, целиком серверов и СХД.

Решение сможет обеспечить весь комплекс мер по надежной защите информации при ее хранении, передаче, использовании, а также по управлению самими СКЗИ, включая:

Обеспечение конфиденциальности информации
Обеспечение целостности информации
Гарантию подлинности информации
Целевую защиту информации, включая:
— Шифрование и расшифрование
— Создание и проверку ЭЦП
Гибкость настройки, управления и использования СКЗИ
Защиту СКЗИ, включая мониторинг и обнаружение случаев нарушения работоспособности, попыток несанкционированного доступа, случаев компрометации ключей.

Реализованные проекты

Связанные услуги:

Мониторинг событий и управление инцидентами ИБ
Самым важным фактором при обеспечении информационной безопасности (ИБ) является наличие полной и достоверной информации о событиях,
[...]
Обеспечение сетевой безопасности и защиты периметра
Сетевая инфраструктура технологически лежит в основе всех корпоративных ИТ-систем и является транспортной артерией для информации,
[...]
Защита от целенаправленных атак
Одной из наиболее серьезных и опасных угроз для бизнеса с точки зрения информационной безопасности (ИБ) являются целенаправленные
[...]
Защита АСУ ТП
Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) на производстве является основополагающим решением,
[...]
Системы анализа и управления уязвимостями
Как не бывает абсолютно здоровых людей, так и не бывает абсолютно защищенных информационных систем. Компоненты ИТ-инфраструктуры
[...]
Защита от утечки информации (DLP-система)
Любая организация имеет документы с ограниченным доступом, содержащие ту или иную конфиденциальную информацию. Их попадание в чужие

Криптографические методы защиты информации могут быть реализованы как программными, так и аппаратными средствами. Аппаратный шифратор или устройство криптографической защиты данных (УКЗД) представляет собой, чаще всего, плату расширения, вставляемую в разъем 18А или РС1 системной платы персонального компьютера (ПК) (рис. 3.21). Существуют и другие варианты реализации, например, в виде и8В-ключа с криптографическими функциями (рис. 3.22).

Производители аппаратных шифраторов обычно оснащают их различными дополнительными возможностями, среди которых:

Генерация случайных чисел, необходимых для получения криптографических ключей. Кроме того, многие криптографические алгоритмы используют их и для других целей, например, в алгоритме электронной цифровой подписи, ГОСТ Р 34.10-2001 при каждом вычислении подписи необходимо новое случайное число;

Рис. 3.21. Аппаратный шифратор в виде платы РС1:

1 - технологические разъемы; 2 - память для ведения журнала; 3 - переключатели режимов; 4 - многофункциональная память; 5 - блок управления и микропроцессор; 6- интерфейс РС1; 7- контроллер РС1; 8- ДСЧ; 9- интерфейсы для подключения ключевых носителей

Рис. 3.22.

контроль входа на компьютер. При включении ПК устройство требует от пользователя ввести персональную информацию (например, вставить устройство с закрытым ключом). Загрузка операционной системы будет разрешена только после того, как устройство опознает предъявленные ключи и сочтет их «своими». В противном случае придется вскрыть системный блок и изъять оттуда шифратор, чтобы загрузить операционную систему (однако информация на жестком диске ПК тоже может быть зашифрована);
контроль целостности файлов операционной системы для предотвращения злоумышленного изменения конфигурационных файлов и системных программ. Шифратор хранит в себе список всех важных файлов с заранее вычисленными для каждого из них контрольными хеш-значениями и, если при следующей загрузке ОС не совпадет с эталоном хеш-значение хотя бы одного из контролируемых файлов, компьютер будет блокирован.

Шифратор, выполняющий контроль входа на ПК и проверяющий целостность операционной системы, называют также «электронным замком» (см. парагр. 1.3).

На рис. 3.23 приведена типовая структура аппаратного шифратора. Рассмотрим функции его основных блоков:

блок управления - основной модуль шифратора. Обычно реализуется на базе микроконтроллера, при выборе которого главным является быстродействие и достаточное количество внутренних ресурсов, а также внешних портов для подключения всех необходимых модулей;
контроллер системной шины ПК (например, РС1), через который осуществляется основной обмен данными между УКЗД и компьютером;
энергонезависимое запоминающее устройство (ЗУ), реализуемое обычно на базе микросхем флэш-памяти. Оно должно быть достаточно емким (несколько мегабайт) и допускать большое число циклов записи. Здесь размещается программное обеспечение микроконтроллера, которое вы-

Рис. 3.23. Структура УКЗД полняется при инициализации устройства (когда шифратор перехватывает управление при загрузке компьютера);

память журнала аудита, также представляющая собой энергонезависимое ЗУ (во избежание возможных коллизий память для программ и память для журнала не должны объединяться);
шифропроцессор (или несколько подобных блоков) - специализированная микросхема или микросхема программируемой логики PLD (Programmable Logic Device), обеспечивающая выполнение криптографических операций (шифрование и расшифрование, вычисление и проверка ЭЦП, хэширование);
генератор случайных чисел, представляющий собой устройство, выдающее статистически случайный и непредсказуемый сигнал (так называемый белый шум). Это может быть, например, шумовой диод. Перед дальнейшим использованием в шифропроцессоре по специальным правилам белый шум преобразуется в цифровую форму;
блок ввода ключевой информации. Обеспечивает защищенное получение закрытых ключей с ключевого носителя и ввод идентификационной информации о пользователе, необходимой для его аутентификации;
блок коммутаторов, необходимых для отключения возможности работы с внешними устройствами (дисководами, CD- ROM, параллельным и последовательным портами, шиной USB и т. д.). Если пользователь работает с особо секретной информацией, УКЗД при входе на компьютер заблокирует все внешние устройства, включая даже сетевую карту.

Криптографические операции в УКЗД должны выполняться так, чтобы исключить несанкционированный доступ к сеансовым и закрытым ключам и возможность воздействия на результаты их выполнения. Поэтому шифропроцессор логически состоит из нескольких блоков (рис. 3.24):

вычислитель - набор регистров, сумматоров, блоков подстановки ит. п., связанных между собой шинами передачи данных. Предназначен для максимально быстрого выполнения криптографических операций. На вход вычислитель получает открытые данные, которые следует зашифровать (расшифровать) или подписать, и криптографический ключ;
блок управления - аппаратно реализованная программа, управляющая вычислителем. Если по какой-либо причине

Рис. 3.24.

программа изменится, его работа начнет давать сбои. Поэтому данная программа должна не только надежно храниться и устойчиво функционировать, но и регулярно проверять свою целостность. Описанный выше внешний блок управления тоже периодически посылает блоку управления контрольные задачи. На практике для большей уверенности в шифраторе устанавливают два шифропроцессора, которые постоянно сравнивают результаты своих криптографических операций (если они не совпадают, операция повторяется);

Буфер ввода-вывода необходим для повышения производительности устройства: пока шифруется первый блок данных, загружается следующий и т. д. То же самое происходит и на выходе. Такая конвейерная передача данных серьезно увеличивает скорость выполнения криптографических операций в шифраторе.

Есть еще одна задача обеспечения безопасности при выполнении шифратором криптографических операций: загрузка ключей в шифратор, минуя оперативную память компьютера, где их теоретически можно перехватить и даже имея подменить. Для этого УКЗД дополнительно содержит порты ввода-вывода (например, СОМ или USB), к которым напрямую подключаются разные устройства чтения ключевых носителей. Это могут быть любые смарт-карты, токены (специальные USB-ключи) или элементы Touch Memory (см. парагр. 1.3). Помимо прямого ввода ключей в УКЗД, многие из таких носителей обеспечивают и их надежное хранение - даже ключевой носитель без знания специального кода доступа (например, PIN-кода) нарушитель не сможет прочесть его содержимое.

Для того чтобы не возникало коллизий при одновременном обращении к шифратору разных программ, в компьютерной системе устанавливается специальное программное обеспечение

Рис. 3.25.

(ПО) управления шифратором (рис. 3.25). Такое ПО выдает команды через драйвер шифратора и передает шифратору данные, следя за тем, чтобы потоки информации от разных источников не пересекались, а также за тем, чтобы в шифраторе всегда находились нужные ключи. Таким образом, УКЗД выполняет два принципиально разных вида команд:
перед загрузкой операционной системы выполняются команды, находящиеся в памяти шифратора, которые осуществляют все необходимые проверки (например, идентификацию и аутентификацию пользователя) и устанавливают требуемый уровень безопасности (например, отключают внешние устройства);
после загрузки ОС (например, Vindows) выполняются команды, поступающие через ПО управления шифратором (шифровать данные, перезагружать ключи, вычислять случайные числа и т. д.).

Такое разделение необходимо из соображений безопасности - после выполнения команд первого блока, которые нельзя обойти, нарушитель уже не сможет совершить несанкционированные действия.

Еще одно назначение ПО управления шифратором - обеспечить возможность замены одного шифратора на другой (скажем, на более производительный или реализующий другие криптоалгоритмы), не меняя программного обеспечения. Это происходит аналогично, например, смене сетевой карты: шифратор поставляется вместе с драйвером, который позволяет программам выполнять стандартный набор криптографических функций в соответствии с каким-либо интерфейсом прикладного программирования (например, Сгур1оАР1).

Таким же образом можно заменить аппаратный шифратор на программный (например, на эмулятор шифратора). Для этого программный шифратор выполняют обычно в виде драйвера, предоставляющего тот же набор функций.

Впрочем, ПО управления шифратором нужно не всем УКЗД (в частности, шифратор для «прозрачного» шифрования-расшифрования всего жесткого диска ПК достаточно настроить один раз).

Для дополнительного обеспечения безопасности выполнения криптографических операций в УКЗД может применяться многоуровневая защита криптографических ключей симметричного шифрования, при которой случайный сеансовый ключ шифруется долговременным ключом пользователя, а тот, в свою очередь, главным ключом (рис. 3.26).

На этапе начальной загрузки в ключевую ячейку № 3 ЗУ шифратора заносится главный ключ. Но для трехуровневого шифрования необходимо получить еще два. Сеансовый ключ генерируется в результате запроса к генератору (датчику) случай-

Рис. 3.26. Шифрование файла с помощью УКЗД ных чисел (ДСЧ) шифратора на получение случайного числа, которое загружается в ключевую ячейку № 1, соответствующую сеансовому ключу. С его помощью шифруется содержимое файла и создается новый файл, хранящий зашифрованную информацию.

Далее у пользователя запрашивается долговременный ключ, который загружается в ключевую ячейку № 2 с расшифровкой посредством главного ключа, находящегося в ячейке № 3. Надежный шифратор должен иметь режим расшифровки одного ключа с помощью другого внутри шифропроцессора; в этом случае ключ в открытом виде вообще никогда «не покидает» шифратора. И наконец, сеансовый ключ зашифровывается с помощью долговременного ключа, находящегося в ячейке № 2, выгружается из шифратора и записывается в заголовок зашифрованного файла.

При расшифровке файла сначала с помощью долговременного ключа пользователя расшифровывается сеансовый ключ, а затем с его помощью восстанавливается информация.

В принципе можно использовать для шифрования и один ключ, но многоключевая схема имеет серьезные преимущества. Во-первых, снижается возможность атаки на долговременный ключ, так как он используется только для шифрования коротких сеансовых ключей. А это усложняет нарушителю криптоанализ зашифрованной информации с целью получения долговременного ключа. Во-вторых, при смене долговременного ключа можно очень быстро заново зашифровать файл: достаточно заново зашифровать сеансовый ключ со старого долговременного на новый. В-третьих, разгружается ключевой носитель, так как на нем хранится только главный ключ, а все долговременные ключи (а их может быть у пользователя несколько для различных целей) могут храниться в зашифрованном с помощью главного ключа виде даже на жестком диске ПК.

Шифраторы в виде ШВ-ключей (см. рис. 3.22) пока не могут стать полноценной заменой аппаратному шифратору для шины РС1 из-за низкой скорости шифрования. Однако у них есть несколько интересных особенностей. Во-первых, токен (ШВ-ключ) представляет собой не только аппаратный шифратор, но и носитель ключей шифрования, т. е. устройство «два в одном». Во-вторых, токены обычно соответствуют распространенным международным криптографическим стандартам (РКСБ #11, 1БО 7816, РС/8С и т. д.), и их можно использовать без дополнительной настройки в уже существующих программных средствах защиты информации (например, с их помощью можно проводить аутентификацию пользователей в ОС семейства Microsoft Windows). И наконец, цена такого шифратора в десятки раз ниже, чем классического аппаратного шифратора для шины PCI.