Содержание.

Введение...................................................................................................................................................... 2

1. Способы защиты потока данных в Web............................................................................................ 3

2. Защита на уровне приложений............................................................................................................ 4

2. 1. Система PGP....................................................................................................................................... 4

2. 2. Система S/MIME............................................................................................................................... 7

3. Протоколы SSL и TLS......................................................................................................................... 11

3. 1. Архитектура SSL.............................................................................................................................. 11

3. 2. Протокол записи SSL....................................................................................................................... 11

3. 3. Протокол изменения параметров шифрования......................................................................... 12

3. 4. Протокол извещения....................................................................................................................... 12

3. 5. Протокол квитирования................................................................................................................. 12

3. 6. Создание главного секретного ключа......................................................................................... 15

3. 7. Генерирование криптографических параметров...................................................................... 15

3. 8. Что такое TLS и его отличие от SSL............................................................................................ 16

4. Защита на уровне IP (сетевой уровень)........................................................................................... 16

4. 1. Архитектура защиты на уровне IP............................................................................................... 16

4. 2. Заголовок аутентификации (AH).................................................................................................. 18

4. 2. 1. Структура заголовка................................................................................................................... 18

4. 2. 2. Использование AH в транспортном и туннельном режиме................................................ 18

4. 3. Протокол ESP.................................................................................................................................... 19

4. 3. 1. Формат пакета ESP..................................................................................................................... 19

4. 3. 2. Шифрование и алгоритмы аутентификации........................................................................ 20

4. 3. 3. Транспортный режим ESP.......................................................................................................... 20

4. 3. 4. Туннельный режим ESP............................................................................................................. 21

4. 4. Комбинация защищённых связей................................................................................................. 22

Заключение............................................................................................................................................... 24

Источники информации......................................................................................................................... 25


Введение.

Большинство проблем, с которыми сталкиваются пользователи электронной почты (спам, вирусы, разнообразные атаки на конфиденциальность писем и т. д.), связано с недостаточной защитой современных почтовых систем.

С этими проблемами приходится иметь дело и пользователям общедоступных публичных систем, и организациям. Практика показывает, что одномоментное решение проблемы защиты электронной почты невозможно. Спамеры, создатели и распространители вирусов, хакеры изобретательны, и уровень защиты электронной почты, вполне удовлетворительный вчера, сегодня может оказаться недостаточным. Для того чтобы защита электронной почты была на максимально возможном уровне, а достижение этого уровня не требовало чрезмерных усилий и затрат, необходим систематический и комплексный, с учетом всех угроз, подход к решению данной проблемы.

Предпосылки некоторых проблем, связанных непосредственно с конфиденциальностью почтовых сообщений, закладывались при возникновении электронной почты три десятилетия назад. Во многом они не разрешены до сих пор.

·           Ни один из стандартных почтовых протоколов (SMTP, POP3, IMAP4) не включает механизмов защиты, которые гарантировали бы конфиденциальность переписки.

·           Отсутствие надежной защиты протоколов позволяет создавать письма с фальшивыми адресами. Нельзя быть уверенным на 100% в том, кто является действительным автором письма.

·           Электронные письма легко изменить. Стандартное письмо не содержит средств проверки собственной целостности и при передаче через множество серверов, может быть прочитано и изменено; электронное письмо похоже сегодня на открытку.

·           Обычно в работе электронной почты нет гарантий доставки письма. Несмотря на наличие возможности получить сообщение о доставке, часто это означает лишь, что сообщение дошло до почтового сервера получателя (но не обязательно до самого адресата).

При выборе необходимых средств защиты электронной почты, обеспечивающих её конфиденциальность, целостность, необходимо для системного администратора или пользователя ответить на вопрос: какие наиболее типичные средства может использовать злоумышленник для атак систем электронной почты?

Приведём краткий пример данных средств и методов:

1–ый способ. Использование снифферов. Сниффер - представляют собой программы, перехватывающие все сетевые пакеты, передающиеся через определенный узел. Снифферы используются в сетях на вполне законном основании для диагностики неисправностей и анализа потока передаваемых данных. Ввиду того, что некоторые сетевые приложения, в частности почтовые, передают данные в текстовом формате (SMTP, POP3 и др.), с помощью сниффера можно узнать текст письма, имена пользователей и пароли.

2-ой способ. IP-спуфинг (spoofing) - возможен, когда злоумышленник, находящийся внутри организации или вне ее выдает себя за санкционированного пользователя. Атаки IP-спуфинга часто являются отправной точкой для других атак, например, DoS (Denial of Service – «отказ в обслуживании»). Обычно IP-спуфинг ограничивается вставкой ложной информации или вредоносных команд в обычный поток передаваемых по сети данных. Это происходит в случае, если главная задача состоит в получении важного файла. Однако злоумышленник, поменяв таблицы маршрутизации данных и направив трафик на ложный IP-адрес, может восприниматься системой как санкционированный пользователь и, следовательно, иметь доступ к файлам, приложениям, и в том числе к электронной почте.

3-й способ – получение пароля на почту. Атаки для получения паролей можно проводить с помощью целого ряда методов, и хотя входное имя и пароль можно получить при помощи IP-спуфинга и перехвата пакетов, их часто пытаются подобрать путем простого перебора с помощью специальной программы.

4-й способ нарушения конфиденциальности - Man-in-the-Middle («человек в середине») - состоит в перехвате всех пакетов, передаваемых по маршруту от провайдера в любую другую часть Сети. Подобные атаки с использованием снифферов пакетов, транспортных протоколов и протоколов маршрутизации проводятся с целью перехвата информации, получения доступа к частным сетевым ресурсам, искажения передаваемых данных. Они вполне могут использоваться для перехвата сообщений электронной почты и их изменений, а также для перехвата паролей и имен пользователей.

5-й способ. Атаки на уровне приложений используют хорошо известные слабости серверного программного обеспечения (sendmail, HTTP, FTP). Можно, например, получить доступ к компьютеру от имени пользователя, работающего с приложением той же электронной почты.
Для защиты сетевой инфраструктуры необходимо использовать:

1.        Прежде всего сильные средства аутентификации, например, технология двухфакторной аутентификации.

2.        Эффективное построение и администрирование сети. Речь идет о построении коммутируемой инфраструктуры, мерах контроля доступа и фильтрации исходящего трафика, закрытии «дыр» в программном обеспечении с помощью модулей «заплаток» и регулярном его обновлении, установке антивирусных программ и многом ином.

3.        Криптография, которая не предотвращает перехвата информации и не распознает работу программ для этой цели, но делает эту работу бесполезной. Криптография также помогает от       IP-спуфинга, если используется при аутентификации.
1.
Способы защиты потока данных в Web.

Существует несколько подходов к обеспечению защиты данных в Web. Все они похожи с точки зрения предоставляемых возможностей и в некоторой степени с точки зрения используемых механизмов защиты, но различаются по областям применения и размещению соответствующих средств защиты в стеке протоколов TCP/IP.

Один из методов защиты данных в Web состоит в использовании протокола защиты IP (IPSec) Преимущество использования IPSec заключается в том, что этот протокол прозрачен для конечного пользователя и приложений и обеспечи­вает универсальное решение. Кроме того, протокол IPSec включает средства фильтрации, позволяющие использовать его только для той части потока дан­ных, для которой это действительно необходимо.

Другим решением является размещение средств обеспечения безопасности сразу над протоколом TCP. Примером современной реализации такого подхода являются стандарт SSL (Secure Socket Layer — протокол защищенных сокетов) и его более новая вер­сия — стандарт TLS (Transport Layer Security — протокол защиты транспортно­го уровня) безопасной передачи данных в Internet. На этом уровне для практической реализации данного подхода имеется две возможности. Самым общим решением является внедрение средств SSL (или TLS) в набор соответствующих протоколов, что обеспечивает прозрачность средств защиты для приложений. В то же время средства SSL можно встраивать и в прикладные программы. На пример, броузеры Netscape и Microsoft Internet Explorer, а также большинство Web-серверов имеют встроенную поддержку SSL.

Различные средства защиты могут встраиваться и в приложения. Преимущество данного подхода состоит в том, что соответствующие средства защиты могут быть настроены оптимальным образом в зависимости от требований конкретного приложения. В контексте безопасности Web важным примером реализации такого подхода является протокол SET (Secure Electronic Transaction — протокол защиты электронных транзакций).

HTTP

FTP

SMTP

HTTP

FTP

SMTP

S/MIME

PGP

SET

TCP

SSL или TLS

Kerberos

SMTP

HTTP

TCP

UDP

TCP

IP/IPSec

IP

IP

Сетевой уровень             Транспортный уровень           Уровень приложения

Размещение средств защиты в стеке протоколов
TCP
/
IP
.

2.
Защита на уровне приложений.

2. 1.
 Система PGP.

Сервис PGP, если не рассматривать управление ключами, складывается из пяти функций: аутентификация, конфиденциальности, сжатия, совместимости на уровне электронной почты и сегментации.

Рассмотрим краткую характеристику функций PGP.

Функция	Используемые алгоритмы	Описание
Цифровая подпись	DSS/SHA или RSA/SHA	С помощью SHA–1 создаётся хэш-код сообщения. Полученный таким образом профиль сообщения шифруется с помощью DSS или RSA с использованием личного ключа отправителя и включается в сообщение.
Шифрование сообщения	CAST либо IDEA, либо «тройной» DES c тремя ключами и алгоритмом Диффи-Хеллмана или RSA.	Сообщение шифруется с помощью CAST-128 или IDEA, или 3DES с одноразовым сеансовым ключом, генерируемым отправителем. Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма Диффи-Хеллмана или RSA c использованием открытого ключа получателя и включается в сообщение.
Сжатие	ZIP	Сообщение можно сжать для хранения или передачи, использую zip.
Совместимость на уровне электронной почты	Преобразование в формат radix-64	Чтобы обеспечить прозрачность для всех приложений электронной почты, шифрованное сообщение можно превратить в строку ASCII, используя преобразование в формат radix-64.
Сегментация		Чтобы удовлетворить ограничениям максимального размера сообщений, PGP выполняет сегментацию и обратную сборку сообщения.

Схема аутентификации.



Обозначения:

Ка – сеансовый ключ, используемый в схеме традиционного шифрования,

KRа – личный ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом,

KUа – открытый ключ А, используемый в схеме шифрования с открытым ключом,

EP – шифрование в схеме с открытым ключом,

DP – дешифрование в схеме с открытым ключом,

EC – шифрование в схеме традиционного шифрования,

DC – дешифрование в схеме традиционного шифрования,

H – функция хэширования,

|| – конкатенация,

Z – сжатие  с помощью алгоритма zip,

R64 – преобразование в формат radix-64 ASCII.
Шаги:

1.        Отправитель создает сообщение.

2.        Используется алгоритм SHA-1, в результате чего получается 160-битовый хэш-вектор сообщения

3.        Полученный хэш-вектор шифруется с помощью алгоритма RSA c использованием личного ключа отправителя, и результат добавляется в начало сообщения.

4.        Получатель использует RSA с открытым ключом отправителя, чтобы дешифровать и восстановить хэш-код.

5.        Получатель генерирует новый хэш-код полученного сообщения и сравнивает его с дешифрованным хэш-кодом. Если хэш-коды совпадают, сообщение считается подлинным.
Схема шифрования сообщения.



Шаги:

1.        Отправитель генерирует сообщение и случайное 128-битовое число, которое выступает в качестве сеансового ключа только для этого сообщения.

2.        Сообщение шифруется с помощью алгоритма CAST-128 (или IDEA, или 3DES) и данного сеансового ключа.

3.        Сеансовый ключ шифруется с помощью алгоритма RSA и открытого ключа получателя и присоединятся к началу сообщения.

4.        Получатель использует RSA c личным ключом, чтобы дешифровать и тем самым восстановить сеансовый ключ.

5.        Сеансовый ключ применяется для дешифрования сообщения.
Схема использования обоих служб (подписи сообщения с помощью личного ключа и его шифровки с помощью сеансового ключа).



Отправитель сообщения:

1.    Для сообщения генерируется подпись (хэш-вектор, зашифрованный личным ключом отправителя объединяется с открытым текстом сообщения).

2.    Подпись и открытый текст сообщения сжимаются zip-ом

3.    Сжатый открытый текст сообщения и подпись шифруются с помощью алгоритма CAST -128 (или IDEA, или 3DES), а сеансовый ключ шифруется с помощью RSA (или алгоритма Эль-Гамаля) при этом используется открытый ключ получателя.

Получатель сообщения

1.    Cеансовый ключ дешифруется с помощью личного ключа получателя.

2.    С помощью полученного сеансового ключа дешифрует сообщение

3.    Распаковка сообщения

4.    Открытым ключом отправителя дешифрует хэш-вектор и генерирует новый хэш-вектор.

5.    Сравнивает их. Если совпадают à сообщение не было изменено.
Идентификаторы ключей.

Так как получатель сообщения имеет возможность получать зашифрованные и подписанные сообщения от многих участников переписки, следовательно он должен иметь несколько пар личный/открытый ключей. Для того, чтобы получателю определить какой личный ключ (алгоритма RSA) надо использовать для расшифровки сеансового ключа (алгоритма CAST-128) он получает идентификатор открытого ключа (вместо самого ключа пересылается его идентификатор, так как сам открытый ключ для RSA может иметь длину в сотни десятичных разрядов). Идентификатор, связываемый с каждым открытым ключом, размещается в младших 64 разрядах ключа.

Идентификатор ключа требуется и для цифровой подписи PGP. Из-за того что отправитель может воспользоваться одним из нескольких личных ключей для шифрования профиля сообщения, получатель должен знать, какой открытый ключ ему следует использовать. Поэтому раздел цифровой подписи сообщения включает 64-битовый идентификатор соответствующего открытого ключа. При получении сообщения получатель проверяет, что идентификатор соответствует известному ему открытому ключу отправителя, а затем продолжает проверку подписи.

4. 4.
Комбинация защищённых связей.

Отдельная защищенная связь может использовать либо протокол АН, либо ESP, но никак не оба эти протокола одновременно. Тем не менее, иногда кон­кретный поток обмена данными может требовать и сервиса АН, и сервиса ESP. Кроме того, конкретному потоку обмена данными может понадобиться сервис IPSec для связи между главными узлами и другой сервис для связи между шлю­зами защиты, например брандмауэрами. Во всех этих случаях одному потоку для получения всего комплекса услуг IPSec требуется несколько защищенных связей. Здесь вводится понятие пучка защищенных связей (security

association

bundle
), обозначающее набор защищенных связей, посредством которых потоку должно предоставляться необходимое множество услуг IPSec. При этом защи­щенные связи в пучке могут завершаться в различных конечных точках.

     Защищенные связи могут быть объединены в пучки следующими двумя спо­собами.

§    Транспортная смежность. Применение более одного протокола защиты к одному пакету IP без туннелирования. Этот подход к созданию комбина­ции АН и ESP оказывается эффективным только для одного уровня вло­жения: дальнейшие вложения не дают дополнительного выигрыша, по­скольку обработка выполняется в одной инстанции — IPsec (конечного) получателя.

§    Повторное туннелирование. Применение нескольких уровней протоколов защиты с помощью туннелирования IP. Этот подход допускает множество уровней вложения, поскольку туннели могут начинаться и завершаться в разных использующих IPsec узлах сети вдоль маршрута передачи данных.

     Эти два подхода можно объединить (например, организовав в части туннель­ной защищенной связи между шлюзами защиты транспортную защищенную связь между находящимися на пути узлами).



Заключение.

            Исходя из рассмотренных уровней защиты потока данных в Web и архитектуры построения сети на основе стека TCP/IP был произведён обзор стандартов, существующих в настоящее время и обеспечивающих надёжную передачу данных (по e-mail), если используемое нами программное и аппаратное обеспечение поддерживает комплекс требований, изложенных в этих стандартах.

            Итак, рекомендуемые меры и средства для защиты электронной переписки:

1.         Сильные средства аутентификации, например, технология двухфакторной аутентификации.

2.         Эффективное построение и администрирование сети. Речь идет о построении коммутируемой инфраструктуры, мерах контроля доступа и фильтрации исходящего трафика, закрытии «дыр» в программном обеспечении с помощью модулей- «заплаток» и регулярном его обновлении, установке антивирусных программ и многом ином.

3.         Криптографию, основанную на сильных криптоалгоритмах (Симметричные - RC4, RC5, CAST, DES, AES, оптимальная длина ключа которых = 128 разрядов, ассиметричные - RSA, Diffie-Hellman и El-Gamal, оптимальная длина которых 2048 разряда.

4.         Если криптографический алгоритм, используемый в системе достаточно стоек, а генератор случайных чисел, используемый для создания ключей, никуда не годится, любой достаточно опытный криптоаналитик в первую очередь обратит своё  внимание именно на него.

5.         Если удалось улучшить генератор, но ячейки компьютера не защищены, после того как в них побывал сгенерированный ключ, грош цена такой безопасности.

6.         Следует учитывать, что большинство сбоев в обеспечении информационной безопасности происходит не из-за найденных слабостей в криптографических алгоритмах и протоколах, а из-за вопиющих оплошностей в их реализации.

7.         Данная мера, которая в основном используется для усиления защиты электронных коммерческих операций, может быть реализована и для защиты обычной e-mail. Это построение многоуровневой эшелонированной системы обороны, которая заключается в реализации защиты на нескольких уровнях модели OSI. Например, если какие-то приложения Web имеют встроенные протоколы защиты данных (для e-mail это могут быть PGP или S/MIME), использование IPSec позволяет усилить эту защиту.

8.         Надо отметить, что SSL защищает письма только при передаче и если не используются другие средства криптозащиты, то письма при хранении в почтовых ящиках и на промежуточных серверах находятся в открытом виде.

В этом случае надо использовать средства шифрования прикладного уровня (S/MIME) или сеансового уровня (IPSec), на котором реализуется шифрование всего пакета IP (или TCP в зависимости от режима).




Источники информации:

1.   Вильям Столингс, Криптография и защита сетей: принципы и практика, 2-е издание: пер. с английского – М, : Издательский дом «Вильямс», 2001.

2.   Материалы электронной библиотеки InfoCity. (www.infocity.ru)

3.   Материалы сервера www.citforum.ru