Идентификация угроз

Когда список объектов, которые нужно защитить определен, необходимо идентифицировать угрозы. Угрозы могут быть затем рассмотрены с целью определения того, какой потенциал потерь они в себе несут. Это помогает определить, от каких угроз вам следует защищаться. Должны быть рассмотрены следующие классические угрозы. В зависимости от узла, могут существовать и специфические угрозы, которые следует идентифицировать.

(1)	Неавторизованный доступ к ресурсам и/или информации
(2)	Непреднамеренное и/или неавторизованное раскрытие информации
(3)	Отказ в обслуживании (Denial of service)

Идентификация защищаемых объектов

Первым шагом при анализе риска является идентификация объектов, которые нужно защитить. Некоторые вещи типа ценной частной информации, интеллектуальной собственности, различное оборудование являются очевидными, но часто упускаются из вида люди, которые используют все это. Существенным пунктом является составление списка объектов, влияющих на проблему безопасности.

Список общих категорий был предложен Пфлегером [Pfleeger 1989]:

(1)	Оборудование: CPU, карты, клавиатуры, терминалы, рабочие станции, персональные ЭВМ, принтеры, дисковые драйвы, коммуникационные линии, терминальные серверы, маршрутизаторы.
(2)	Программы: тексты программ, объектные модули, утилиты, диагностические программы, операционные системы, коммуникационные программы.
(3)	Данные: во время исполнения, записанные в реальном времени, архивированные off-line, резервные копии, журнальные записи, базы данных, при передаче через транспортную среду.
(4)	Люди: пользователи, администраторы, группа поддержки оборудования.
(5)	Документация: на программы, оборудование, системы, локальные административные процедуры.
(6)	Материалы: бумага, формы, ленты, магнитные носители.

Идентификатор доступа к сети

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Региональные Интернет сервис-провайдеры (ISP), работающие в пределах определенной области или провинции, стремятся объединить свои усилия с другими региональными провайдерами, для того чтобы обеспечить доступ к Интернет через телефонную сеть в пределах как можно большего пространства. Национальные ISP хотят совмещать свои операции с одним или более ISP в других странах, предлагая телефонный доступ к сети в пределах группы стран или даже континента.

Бизнесмены хотели бы предложить своим служащим пакет услуг Интернет на глобальной основе. Эти услуги могут включать помимо традиционного доступа к Интернет, также безопасный доступ к корпоративным сетям через виртуальные частные сети (VPN), используя туннельные протоколы, такие как PPTP, L2F, L2TP и IPSEC в туннельном режиме.

Для того чтобы улучшить взаимодействие роуминга и сервиса туннелирования, желательно иметь стандартизованный метод идентификации пользователей. Ниже предлагается синтаксис для идентификаторов доступа к сети NAI (Network Access Identifier). Примеры приложений, которые используют NAI, и описания семантики можно найти в [1].

Здесь используются следующие определения:

Идентификатор доступа к сети NAI	Идентификатор доступа к сети (NAI) является идентификатором пользователя, представленным клиентом в ходе PPP-аутентификации. При роуминге целью NAI служит идентификация пользователя, а также содействие маршрутизации запроса аутентификации. Заметьте, что NAI не должен быть обязательно идентичным его электронному адресу или userID, выдаваемому на прикладном уровне для аутентификации.
Сервер доступа к сети	Сервер доступа к сети NAS (Network Access Server) представляет собой прибор, куда клиент "звонит" чтобы получить доступ к сети. В терминологии PPTP это называется концентратором доступа PPTP (PAC), а в терминологии L2TP, он называется концентратором доступа L2TP (LAC).
Объем роуминга	Объем роуминга можно определить, как способность использовать любого из имеющихся ISP, формально поддерживая только одну взаимосвязь покупатель-продавец.
Туннельная услуга	Туннельной услугой является любой сетевой сервис, допускаемый протоколами туннелирования, такими как PPTP, L2F, L2TP и IPSEC в туннельном режиме. Примером туннельной услуги может служить безопасный доступ к корпоративной сети через частные виртуальные сети (VPN).

<
Как описано в [1], существует много услуг, использующих телефонный доступ, а число провайдеров, предлагающих такие услуги (в том числе для подвижных пользователей) стремительно растет.

Для того чтобы обеспечить большой объем роуминга, одним из требований является способность идентифицировать "домашний" аутентификационный сервер пользователя. Эта функция в сети выполняется с помощью идентификатора NAI, посылаемого пользователем серверу NAS в процессе первичной PPP-аутентификации. Ожидается, что NAS будет использовать NAI как часть процесса открытия нового туннеля, с целью определения конечной точки этого туннеля.

Идентификатор доступа к сети имеет форму (но это не обязательно почтовый адрес). Заметьте, что в то время как пользовательская часть NAI согласуется с BNF, описанной в [5], BNF строки описания области допускает использования в качестве первого символа цифры, что не разрешено BNF, описанной в [4]. Это изменение было сделано с учетом сложившейся в последнее время практикой, FQDN, такое как 3com.com вполне приемлемо.

Заметьте, что хозяева NAS могут быть вынуждены модифицировать свое оборудование, чтобы обеспечить поддержку рассмотренного формата NAI. Оборудование, работающее с NAI должно работать с длиной кодов, по крайней мере, в 72 октета.

Формальное определение NAI

Грамматика для NAI представленная ниже, описана в ABNF, как это представлено в [7]. Грамматика для имен пользователей взята из [5], а грамматика имен областей является модифицированной версией [4].

nai	= username / ( username "@" realm )
username	= dot-string
realm	= realm "." label
label	= let-dig * (ldh-str)
ldh-str	= *( Alpha / Digit / "-" ) let-dig
dot-string	= string / ( dot-string "." string )
string	= char / ( string char )
char	= c / ( "\" x )
let-dig	= Alpha / Digit
Alpha	= %x41-5A / %x61-7A ; A-Z / a-z
Digit	= %x30-39 ;0-9
c	= < any one of the 128 ASCII characters, but not any special or SP >
x	= %x00-7F ; all 127 ASCII characters, no exception
SP	= %x20 ; Space character
special	= "<" / ">" / "(" / ")" / "[" / "]" / "\" / "." / "," / ";" / ":" / "@" / %x22 / Ctl
Ctl	= %x00-1F / %x7F ; the control characters (ASCII codes 0 through 31 inclusive and 127)

<


Примеры правильных идентификаторов сетевого доступа:

fred@3com.com
fred@foo-9.com
fred_smith@big-co.com
fred=?#$&*+-/^smith@bigco.com
fred@bigco.com
nancy@eng.bigu.edu
eng!nancy@bigu.edu
eng%nancy@bigu.edu

Примеры неправильных идентификаторов сетевого доступа:

fred@foo
fred@foo_9.com
@howard.edu
fred@bigco.com@smallco.com
eng:nancy@bigu.edu
eng;nancy@bigu.edu
@bigu.edu

В данном разделе определено новое пространство имен, которое должно администрироваться (NAI-имена областей). Для того чтобы избежать создания каких-либо новых административных процедур, администрирование именных областей NAI возлагается на DNS.

Имена областей NAI должны быть уникальными и право их использование для целей роуминга оформляется согласно механизму, применяемому для имен доменов FQDN (fully qualified domain name). При намерении использовать имя области NAI нужно сначала послать запрос по поводу возможности применения соответствующего FQDN.

Заметьте, что использование FQDN в качестве имени области не предполагает обращения к DNS для локализации сервера аутентификации. В настоящее время аутентификационные серверы размещаются обычно в пределах домена, а маршрутизация этой процедуры базируется на локальных конфигурационных файлах. Реализации, описанные в [1], не используют DNS для поиска аутентификационного сервера в пределах домена, хотя это и можно сделать, используя запись SRV в DNS, что описано в [6]. Аналогично, существующие реализации не используют динамические протоколы маршрутизации или глобальную рассылку маршрутной информации.

Ссылки

[1]	Aboba, B., Lu J., Alsop J., Ding J. and W. Wang, "Review of Roaming Implementations", RFC-2194, September 1997.
[2]	Rigney C., Rubens A., Simpson W. and S. Willens, "Remote Authentication Dial In User Service (RADIUS)", RFC-2138, April 1997.
[3]	Rigney C., "RADIUS Accounting", RFC-2139, April 1997.
[4]	Mockapetris, P., "Domain Names - Implementation and Specification", STD 13, RFC-1035, November 1987.
[5]	Postel, J., "Simple Mail Transfer Protocol", STD 10, RFC-821, August 1982.
[6]	Gulbrandsen A. and P. Vixie, "A DNS RR for specifying the location of services (DNS SRV)", RFC 2052, October 1996.
[7]	Crocker, D. and P. Overrell, "Augmented BNF for Syntax Specifications: ABNF", RFC-2234, November 1997.
[8]	Kent, S. and R. Atkinson, "Security Architecture for the Internet Protocol", RFC-2401, November 1998.
[9]	Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate Requirement Levels", BCP 14, RFC-2119, March 1997.

Идентификатор сессии найден клиентом и сервером

сlient-hello	C ® S:	challenge, session_id, cipher_specs
server-hello	S ® C:	connection-id, session_id_hit
client-finish	C ® S:	{connection-id}client_write_key
server-verify	S ® C:	{challenge}server_write_key
server-finish	S ® C:	{session_id}server_write_key

Imgshtml

Рис. 2. Схема подключения IDS и IPS (IDS or IPS: what is best, Maria Papadaki and Steven Furnell, Network Security v2004, Issue 7, июль 2004, стр. 15-19)

Использован идентификатор сессии и аутентификация клиента

сlient-hello	C ® S:	challenge, session_id, cipher_specs
server-hello	S ® C:	connection-id, session_id_hit
client-finish	C ® S:	{connection-id}client_write_key
server-verify	S ® C:	{challenge}server_write_key
request-certificate	S ® C:	{auth_type,challenge'}server_write_key
client-certificate	C ® S:	{cert_type,client_cert, response_data}client_write_key
server-finish	S ® C:	{session_id}server_write_key

В последнем обмене, response_data является функцией auth_type.

Язык представления

Представление данных в этом документе напоминает синтаксис языка Си и XDR [XDR], но эти параллели достаточно приблизительны и не имеют никакого отношения к самому протоколу TSL. эти представления применены лишь для целей упрощения восприятия материала.

Электронная почта

Системы электронной почты (e-mail) в течение долгого времени служили источником вторжений, так как почтовые протоколы являются старейшими и наиболее широко используемыми услугами. Кроме того, согласно своей природе, почтовый сервер требует доступа из внешнего мира. Большинство почтовых серверов позволяют доступ от любого субъекта сети. Почтовый сервер обычно состоит из двух частей: агент приема/передачи и агент обработки. Так как почта доставляется всем пользователям и обычно является конфиденциальной, агент обработки требует системных (root) привилегий при доставке. Большинство реализаций e-mail-сервера выполняют обе эти функции, что означает предоставление системных привилегий и принимающему агенту. Это открывает несколько окон уязвимости. Существуют некоторые реализации, которые позволяют разделение этих двух агентов. Такие реализации считаются более безопасными, но все еще нуждаются в тщательной инсталляции, чтобы избежать дополнительных проблем безопасности.

Электронная подпись

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

В конце любого письма мы привыкли ставить подпись с тем, чтобы уведомить получателя о том, кто является отправителем данного документа. Кроме того, подпись ответственного лица придает документу юридическую силу. По мере внедрения электронных средств доставки документов (факс и электронная почта) проблема их достоверности обрела крайнюю актуальность. Ведь копирование любой последовательности битов или пикселей не представляет никакой трудности. Современные телекоммуникационные каналы уязвимы для перехвата и искажения пересылаемых документов.

Рассмотрим сначала то, от каких действий злоумышленника должна защищать система идентификации.

Отказ от выполненных действий. Субъект утверждает, что он не посылал некоторый документ, хотя на самом деле он его послал.

Модификация документа. Получатель модифицирует полученный документ и утверждает, что именно такую версию документа он и получил.

Подделка. Субъект фабрикует сообщение и утверждает, что оно ему прислано.

Перехват. Злоумышленник С перехватывает сообщение, посланное А к В с целью модификации.

Маскировка. Посылка сообщения от чужого имени.

Повтор. Злоумышленник С посылает повторно сообщение от А к Б, перехваченное им ранее.

Решение практически всех этих проблем может быть реализовано с помощью электронной подписи, базирующейся на алгоритме RSA. Рассмотрим принципы, на которых базируется электронная подпись.

Пусть имеются секретные коды d, p и q, а также открытые e и n=pq. Пусть также А передает сообщение DATA адресату Б. Электронная подпись отправителя А базируется на его секретном ключе и открытом ключе получателя Б. Сначала отправитель с помощью хэш-функции (SHS - Secure Hash Standard; ) генерирует дайджест своего сообщения длиной 160 бит (5 слов). Затем с помощью своего секретного ключа он формирует электронную подпись. При этом А не может отказаться от того, что именно он послал сообщение, так как только он знает свой секретный ключ. Электронную подпись нельзя использовать повторно и подписанный документ нельзя модифицировать, так как любые модификации неизбежно изменят его дайджест, а, следовательно, и электронную подпись.
Получатель с помощью открытого ключа дешифрует код электронной подписи, а затем с использованием дайджеста проверяет ее корректность.

Национальный институт стандартов США принял стандарт DSS (Digital Signature Standard; ), в основу которого легли алгоритмы Эль-Гамаля и RSA.

Рассмотрим алгоритмы вычисления дайджеста сообщения, электронной подписи и идентификации отправителя. Начнем с алгоритма SHA (Secure Hash Algorithm).

Сначала сообщение разбивается на блоки длиной 512 бит. Если длина сообщения не кратна 512, к последнему блоку приписывается справа 1, после чего он дополняется нулями до 512 бит. В конец последнего блока записывается код длины сообщения. В результате сообщение приобретает вид n 16-разрядных двоичных слов M1,M2,…,Mn. M1 содержит первый символ.

Алгоритм SHA использует 80 логических функций f0,f1,…,f79, которые производят операции над тремя 32-разрядными словами (B,C,D):

ft(B,C,D) = (B AND C) OR ((NOT B) AND D)	для 0 ЈtЈ 19
ft(B,C,D) = B XOR C XOR D	для 20 Ј t Ј 39
ft(B,C,D) = (B AND C) OR (B AND D) OR (C AND D)	для 40 Ј t Ј 59
ft(B,C,D) = B XOR C XOR D	для 60 Ј t Ј 79

В алгоритме используется также 80 констант K1,K2,…, K79:

Kt = 5A827999	для 0 Ј t Ј 19
Kt = 6ED9EBA1	для 20 Ј t Ј 39
Kt = 8F1BBCDC	для 40 Ј t Ј 59
Kt = CA62C1D6	для 60 Ј t Ј 79

Вводится 5 переменных Hi инициализируемых как:

H0 = 67452301
H1 = EFCDAB89
H2 = 98BADCFE
H3 = 10325476
H4 = C3D2E1F0

Делим массив M на группы из 16 слов W0, W1,…,W15 (W0 самое левое слово).

Для t = 16 - 79 wt = S1(Wt-3 XOR Wt-8 XOR Wt-14 XOR Wt-16)

Ak означает операцию циклического сдвига влево на k разрядов.

Пусть теперь A = H0, B = H1, C = H2, D = H3, E = H4.
for t = 0 to 79 do
TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + Wt + Kt. (TEMP – временная переменная).
E = D; D = C; C = S30(B); B = A; A = TEMP;
Пусть H0 = H0 + A; H1 = H1 + B; H2 = H2 + C; H3 = H3 + D; H4 = H4 + E.

В результате обработки массива М будет получено 5 слов H0, H1, H2, H3, H4 с общей длиной 160 бит, которые и образуют дайджест сообщения. Полученная кодовая последовательность с высокой степенью уникальности характеризует сообщение.


Любое редактирование сообщения практически неизбежно приведет к изменению дайджеста. Поскольку алгоритм вычисления дайджеста общеизвестен, он не может рассматриваться как гарантия предотвращения модификации сообщения. Смысл вычисления дайджеста заключается в уменьшении объема данных, подлежащих шифрованию. Для того чтобы превратить дайджест в электронную подпись надо воспользоваться секретным ключом. Схема реализации алгоритма DSA (Digital Signature Standard) показана на рис. 6.4.3.1.



Рис. 6.4.3.1. Схема вычисления и верификации электронной подписи (DSA)

DSA использует следующие параметры ():

p – простое число, которое при 512Ј L Ј 1024 удовлетворяет условию 2L-1 < p < 2L, L кратно 64.
q – простой делитель p-1, где 2159 < q < 2160.
g = h(p-1)/q mod p, где h любое целое, для которого 1 < h < p-1 и h(p-1)/q mod p > 1.
x равно случайному или псевдослучайному целому числу, для которого 0 < x < q.
y = gx mod p.

k равно случайному или псевдослучайному целому числу, для которого 0 < k < q.

Целые p, q и g могут быть общедоступными и использоваться группой пользователей. Секретным и открытым ключами являются х и у, соответственно. Параметры х и k используются только для формирования электронной цифровой подписи и должны храниться в секрете. Параметр k генерируется для каждой подписи.

Подпись сообщения M представляет собой два числа r и s, вычисленные согласно формулам:

r = (gk mod p) mod q
s = (k-1(SHA(M) + xr)) mod q. (здесь k-1 величина обратная k).

SHA(M) – представляет собой дайджест сообщения M (160-битовая строка). После вычисления r и s следует проверить, не равно ли одно из них нулю.

Для верификации электронной подписи проверяющая сторона должна иметь параметры p, q и g, а также открытый ключ отправителя (подписанта) y.

Пусть M`, r` и s` представляют собой полученное сообщение и электронную подпись. Получатель начинает верификацию с проверки условия 0 < r` < q и 0 < s` < q. Если хотя бы одно из условий не выполнено, электронная подпись некорректна.Далее производится вычисление:

w = (s`)-1 mod q
u1 = ((SHA(M`)w) mod q
u2 = ((r`)w) mod q
v = (((g)u1 (y)u2) mod p) mod q.

Если v = r`, верификация подписи завершилась успешно и получатель может с высокой вероятностью быть уверен, что он получил сообщение от партнера, владеющего секретным ключом х, соответствующим открытому ключу у. Если же v не равно r`, то сообщение было модифицировано или подписано самозванцем. В ссылке 3 на предыдущей странице можно найти описание алгоритма нахождения (проверки) простых чисел и генерации псевдослучайных чисел.

Юридические силовые и следственные агентства

В случае инцидента, который имеет легальные последствия, важно установить контакт со следственными агентствами (например, ФБР или Секретная служба США) так быстро, как только возможно. Местные силовики, локальные службы безопасности и департаменты полиции кампуса должны быть также оповещены. В этом разделе описываются многие вопросы, с которыми придется столкнуться, но признается, что каждая организация может иметь свои собственные местные и государственные законы и регламентации, которые будут оказывать сильное влияние на то, как будут осуществляться взаимодействие с юридическими и следственными агентствами.

Первоначальной причиной определения этих точек контакта заранее является то, что в случае реального инцидента имеется слишком мало времени, чтобы выяснять, с кем конкретно надо контактировать. Другой причиной является то, что важно сотрудничать с этими агентствами в стиле, способствующем хорошим деловым отношениям, и соответствующем традициям этих ведомств. Знания рабочих процедур заранее, и схемы контактов является большим шагом в правильном направлении. Например, важно собрать сведения о том, что допустимо при любых последующих юридических действиях, а это потребует предварительного знания о том, как собирать улики. Последняя причина для установления контактов как можно быстрее заключается в том, что невозможно знать конкретное агентство, в юрисдикции которого находится конкретный инцидент. Осуществление контактов и нахождение подходящих каналов заранее позволит осуществить работу по инциденту значительно более спокойно. Если ваша организация или узел имеет юриста, вам нужно как можно скорее уведомить юридическую службу о факте инцидента. Как минимум ваш адвокат должен подключиться к защите юридических и финансовых интересов вашего узла или организации. Существует много правовых и практических вопросов, среди них:

(1)	Хочет ли ваш узел или организация рисковать отрицательной рекламой или открытым сотрудничеством в сфере юридического или судебного преследования виновников.
(2)	Несение ответственности. Если вы оставляете скомпрометированную систему, как она есть, то имеется возможность того, что она станет источником атаки для другой машины, а ваша организация или узел может нести ответственность за причиненный ущерб.
(3)	Распространение информации. Если ваш узел или организация распространяет информацию об атаках, в которые были вовлечены другие узлы или организации или уязвимостях программных продуктов, которая может повлиять на сбыт продукта, ваш узел или организация может быть обвинена в нанесении ущерба (включая ущерб репутации).
(4)	Ответственность за мониторинг. Ваш узел или организация могут преследоваться по суду, если пользователи вашего узла узнают, что производится мониторинг аккаунтов, не информируя об этом пользователей.

<
К сожалению, нет пока очевидных прецедентов преследования или ответственности организаций, вовлеченных в инцидент утраты безопасности. Расследователи будут часто просить организации отследить или мониторировать активность атакеров. Действительно, большинство расследователей не может отследить компьютерные вторжения без энергичной поддержки вовлеченных организаций. Однако, расследователи не могут предоставить защиту против обвинений в нарушении конфиденциальности, и эта деятельность может тянуться месяцами, отнимая много усилий.

С другой стороны, юрист организации может посоветовать соблюдать предельную осторожность и предложить, чтобы отслеживание атакера было прекращено, а его доступ в систему закрыт. Это, по сути, не даст защиты от обвинений и может помешать расследователям идентифицировать злоумышленника.

Баланс между поддержкой следственной активности и ограничением ответственности является лукавым. Вам будет нужно рассмотреть совет вашего юриста и ущерб, причиненный атакером (если таковой имеется), когда принимаете решение о том, что делать при конкретном инциденте. Ваш юрист должен быть также подключен к принятию решения о контакте со следственным агентством, когда инцидент произошел в вашем узле. Решение координировать усилия со следственными агентствами является наиболее разумным для вашего узла или организации. Подключение вашего юриста будет также стимулировать многоуровневую координацию между вашим узлом и конкретным привлеченным следственным агентством, которое в свою очередь приведет к эффективному разделению труда. Попутно вы получите руководство, которое поможет вам избежать будущих юридических ошибок.

Наконец, ваш юрист должен оценить инструкции вашего узла по преодолению инцидентов. Существенно получить "чистое карантинное свидетельство" с юридической стороны, прежде чем вы действительно выполните эти процедуры. Жизненно важно, при работе с следственными агентствами, проверять то, что человек, запрашивающий информацию, является  официальным представителем оговоренного агентства.


К сожалению, многие благонамеренные люди допускают непреднамеренную утечку важных данных об инциденте, допуская неавторизованных лиц в свою систему и т.д., так как гость выдает себя за представителя правительственного агентства. (Заметим, эта предосторожность относится ко всем внешним контактам).

Так как многие сетевые атакеры могут легко переадресовать почтовые сообщения, избегайте использования электронной почты для взаимодействия с другими агентствами (а также с другими, имеющими отношения к инциденту). Обычные телефонные линии являются также частой мишенью для атак посредством подключения, так что будьте осторожны!

Не существует ни одного установленного набора правил реагирования на инцидент, когда оказываются вовлечены местные административные органы. В норме (в США), за исключением оговоренных законом случаев, ни одно агентство не может заставить вас мониторировать сеть, отсоединиться от сети, исключить телефонный контакт с подозреваемым атакером и т.д. Каждая организация имеет набор местных и национальных законов и регламентаций, которые должны строго выполняться при обработке инцидента. Рекомендуется, чтобы каждый узел был знаком с этими законами и регламентациями, и знал агентства и их юрисдикцию заранее до наступления инцидента.

Кабельные каналы связи

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Кабельные каналы для целей телекоммуникаций исторически использовались первыми. Да и сегодня по суммарной длине они превосходят даже спутниковые каналы. Основную долю этих каналов, насчитывающих многие сотни тысяч километров, составляют телефонные медные кабели. Эти кабели содержат десятки или даже сотни скрученных пар проводов. Полоса пропускания таких кабелей обычно составляет 3-3,5 кГц при длине 2-10 км. Эта полоса диктовалась ранее нуждами аналогового голосового обмена в рамках коммутируемой телефонной сети. C учетом возрастающих требованиям к широкополосности каналов скрученные пары проводов пытались заменить коаксиальными кабелями, которые имеют полосу от 100 до 500 МГц (до 1 Гбит/с), и даже полыми волноводами. Именно коаксиальные кабели стали в начале транспортной средой локальных сетей ЭВМ (10base-5 и 10base-2; см. рис. 3.1.1).

Рис. 3.1.1. 1 - центральный проводник; 2 - изолятор; 3 - проводник-экран; внешний изолятор

Коаксиальная система проводников из-за своей симметричности вызывает минимальное внешнее электромагнитное излучение. Сигнал распространяется по центральной медной жиле, контур тока замыкается через внешний экранный провод. При заземлении экрана в нескольких точках по нему начинают протекать выравнивающие токи (ведь разные “земли” обычно имеют неравные потенциалы). На рис. 3.1.1а проиллюстрирована схема наводок по экрану коаксиального кабеля. Входной сигнал Авх подается через центральную жилу с одно стороны кабеля. На противоположной стороне кабель нагружен на сопротивление R, равное волновому импедансу кабеля. Если экран кабеля соединен с землей на обоих концах, то при наличии источника наводок по экрану будет протекать переменный ток наводки.

Рис. 3.1.1a. Схема наводок по экрану коаксиального кабеля

Импульсное значение наводки UН будет пропорционально L(dIH/dt), где L - индуктивность оплетки кабеля, а IH - ток наводки. В результате наводка сложится с входным сигналом. При определенных обстоятельствах это может даже привести к выходу из строя сетевого оборудования.
Именно это является причиной требования заземления кабеля локальной сети только в одной точке. Наибольшее распространение получили кабели с волновым сопротивлением 50 ом. Это связано с тем, что эти кабели из-за относительно толстой центральной жилы характеризуются минимальным ослаблением сигнала (волновое сопротивление пропорционально логарифму отношения диаметров внешнего и внутреннего проводников).

Коаксиальный кабель с полосой пропускания 500 МГц при ограниченной длине может обеспечить скорость передачи несколько Гбит/сек. Предельные расстояния, для которых может быть применен коаксиальный кабель составляет 10-15 км.

Но по мере развития технологии скрученные пары смогли вытеснить из этой области коаксиальные кабели. Это произошло, когда полоса пропускания скрученных пар достигла 200-350 МГц при длине 100м (неэкранированные и экранированные скрученные пары категории 5 и 6), а цены на единицу длины сравнялись. Скрученные пары проводников позволяют использовать биполярные приемники, что делает систему менее уязвимой (по сравнению с коаксиальными кабелями) к внешним наводкам. Но основополагающей причиной вытеснения коаксиальных кабелей явилась относительная дешевизна скрученных пар. Скрученные пары бывают одинарными, объединенными в многопарный кабель или оформленными в виде плоского ленточного кабеля. Применение проводов сети переменного тока для локальных сетей и передачи данных допустимо для весьма ограниченных расстояний. В таблице 3.1.1 приведены характеристики каналов, базирующихся на обычном и широкополосном коаксиальном кабелях.

Таблица 3.1.1

Стандартный кабель

Широкополосный

Максимальная длина канала	2 км	10 - 15 км
Скорость передачи данных	1 - 50 Мбит/с	100 - 140 Мбит/с
Режим передачи	полудуплекс	дуплекс
Ослабление влияния электромагнитных и радиочастотных наводок	50 дБ	85 дБ
Число подключений	< 50 устройств	1500 каналов с одним или более устройств на канал
Доступ к каналу	CSMA/CD	FDM/FSK

На рис. 3.1.2 показана зависимость ослабления кабеля (внешний диаметр 0,95 см) от частоты передаваемого сигнала.



При диагностировании сетей не всегда под руками может оказаться настоящий сетевой тестер типа WaveTek, и часто приходится довольствоваться обычным авометром. В этом случае может оказаться полезной таблица 3.1.2, где приведены удельные сопротивления используемых сетевых кабелей. Произведя измерение сопротивления сегмента, вы можете оценить его длину.



Рис. 3.1.2. Зависимость ослабления сигнала в кабеле от его частоты

Таблица 3.1.2 Сопротивление кабеля по постоянному току

Коаксиал

Ом/сегмент

Максимальная длина сегмента

10BASE5	5	500 м
10BASE2	10	185 м

Эти данные взяты из Handbook of LAN Cable Testing. Wavetek Corporation, California

.

Скрученная пара

Ом/100 м

24 AWG	18,8
22 AWG	11,8

Таблица 3.1.3. Новые европейские стандарты для скрученных пар (CENELEC)

Стандарт

Назначение

Экран

Полоса пропускания

EN 50288-2-1	Для магистральной прокладки	+	< 100 МГц (кат. 5)
EN 50288-2-2	Для подключения приборов и коммутации	+	< 100 МГц (кат. 5)
EN 50288-3-1	Для магистральной прокладки	-	< 100 МГц (кат. 5)
EN 50288-3-2	Для подключения приборов и коммутации	-	< 100 МГц (кат. 5)
EN 50288-4-1	Для магистральной прокладки	+	< 600 МГц (кат. 7)
EN 50288-4-2	Для подключения приборов и коммутации	+	< 600 МГц (кат. 7)
EN 50288-5-1	Для магистральной прокладки	+	< 250 МГц (кат. 6)
EN 50288-5-2	Для подключения приборов и коммутации	+	< 250 МГц (кат. 6)
EN 50288-6-1	Для магистральной прокладки	-	< 250 МГц (кат. 6)
EN 50288-6-2	Для подключения приборов и коммутации	-	< 250 МГц (кат. 6)

Таблица 3.1.3A. Обзор категорий кабелей со скрученными парами проводов (ISO/IEC 11801 = EN 50173)

Категория	Полоса пропускания	Применения
3	до 16 МГц	Ethernet, Token Ring, телефон
4	до 20 МГц	Ethernet, Token Ring, телефон
5	до 100 МГц	Ethernet, ATM, FE,Token Ring, телефон
6	до 200/250 МГц	GigaEthernet,Ethernet, FE, ATM, Token Ring
7	до 600 МГц	GigaEthernet,Ethernet, FE, ATM, Token Ring

<


Таблица 3.1.3A1. Обзор классов соединений согласно требованиям ISO/IEC 11801 (EN 50173)

Класс

Категория

Применение

A		Голос и сетевые приложения до 100 кГц
B		Информационные приложения до 1 МГц
С	4	Информационные приложения до 16 МГц
D	5-5e	Информационные приложения до 100 МГц
E	6	Информационные приложения до 200/250 МГц
F	7	Информационные приложения до 600 МГц
LWL		Информационные приложения от 10 МГц

Таблица 3.1.3Б. Новые европейские стандарты на разъемы для скрученных пар (CENELEC)

Стандарт

Экран

Полоса пропускания

EN 60603-7-2	-	< 100 МГц (кат. 5)
EN 60603-7-3	+	< 100 МГц (кат. 5)
EN 60603-7-4	-	< 250 МГц (кат. 6)
EN 60603-7-5	+	< 250 МГц (кат. 6)
EN 60603-7-7	+	< 600 МГц (кат. 7)

Конкретные зависимости ослабления сигнала от частоты и длины кабеля в децибелах представлены в таблице ниже (LANline Special IV/2002 p/26).

Частота [МГц]	Ослабление для кабеля категории 5 [дБ]	Ослабление для кабеля категории 6 [дБ]
Кабель 2 м	Кабель 5 м	Кабель 10 м	Кабель 2 м	Кабель 5 м	Кабель 10 м
1	72.9	71.6	70.1	65.0	65.0	65.0
4	61.0	59.7	58.4	65.0	65.0	65.0
16	49.1	48.0	46.9	62.0	60.5	59.0
62.5	37.6	36.8	36.0	50.4	49.2	48.1
100.0	33.7	33.0	32.5	46.4	45.3	44.4
200.0				43.0	42.1	41.4
250.0				38.8	38.1	37.6

Данные, приведенные в таблице 3.1.2, могут использоваться для оперативной предварительной оценки качества кабельного сегмента (соответствует стандарту EIA/TIA 568, 1991 год). Частотные характеристики неэкранированных пар категории 6 представлены в табл. 3.1.5.

Таблица 3.1.5. Параметры неэкранированных пар категории 6

Частота, МГц

Затухание, дБ/100м

NEXT, дБ

ACR, дБ/100м

1	2,3	62	60
10	6,9	47	41
100	23,0	38	23
300	46,8	31	4

Смотри

ACR - Attenuation-to-Crosstalk Ratio.

NEXT - Near End CrossTalk.

Кабели, изготовленные из скрученных пар категории 5 (волновое сопротивление 100,15 Ом), с полосой 100 Мгц обеспечивают пропускную способность при передаче сигналов ATM 155 Мбит/с.


При 4 скрученных парах это позволяет осуществлять передачу до 622 Мбит/с. Кабели категории 6 сертифицируются до частот 300 Мгц, а экранированные и до 600 Мгц (волновое сопротивление 100 Ом). В таблице 3.1.6 приведены данные по затуханию и перекрестным наводкам. Приведены характеристики такого кабеля с 4-мя скрученными экранированными парами (S-FTP).

Таблица 3.1.6

Частота, МГц

Затухание, дБ/100м

NEXT, дБ

ACR, дБ/100м

1	2,1	80	77,9
10	6,0	80	74
100	19,0	70	51
300	33,0	70	37
600	50	60	10

NEXT - Near End Cross Talk - перекрестные наводки ближнего конца кабеля.

ACR - Attenuation-to Crosstalk Ratio.

Такой кабель пригоден для передачи информации со скоростью более 1 Гбит/с. ACR - Attenuation-to-Crosstalk Ratio (отношение ослабления к относительной величине перекресных наводок).

Ниже на рис. 3.1.3 показана зависимость наводок на ближнем конце кабеля, содержащего скрученные пары, (NEXT - Near End CrossTalk) от частоты передаваемого сигнала.



Рис. 3.1.3. Зависимость наводок NEXT от частоты передаваемого сигнала.

На рис. 3.1.4 представлена зависимость ослабления сигнала в неэкранированной скрученной паре (именно такие кабели наиболее часто используются для локальных сетей) от частоты передаваемого сигнала. Следует иметь в виду, что при частотах в области сотен мегагерц и выше существенный вклад начинает давать поглощение в диэлектрике. Таким образом, даже если проводники изготовить из чистого золота, существенного продвижения по полосе пропускания достичь не удастся.



Рис. 3.1.4. Зависимость ослабления сигнала от частоты для неэкранированной скрученной пары

Для неэкранированной скрученной пары 5-ой категории зависимость отношения сигнал-шум от длины с учетом ослабления и наводок NEXT показана на рис. 3.1.5.



Рис. 3.1.5 Зависимость отношения сигнал/шум от частоты с учетом ослабления и наводок на ближнем конце кабеля

Характеристики неэкранированных скрученных пар американского стандарта 24 AWG (приведены характеристики кабелей, используемых при построении локальных сетей) для кабелей различной категории собраны в таблице 3.1.7, а частотные свойства кабелей классов E и F показаны на рис. 3.1.6 и 3.1.7 (ISO/IEC 11801:2002).


Некоторые данные, важные при использовании скрученных пар для целей 1000Base-T и 10GBase-T, можно найти в разделе .



Рис. 3.1.6. Зависимость частотных свойст кабелей класса Е, а также NEXT, FEXT, Return Loss и Insertion Loss от частоты



Рис. 3.1.7. Зависимость частотных свойст кабелей класса F, а также NEXT, FEXT, Return Loss и Insertion Loss от частоты

Таблица 3.1.7.

Категория кабеля

Сопротивление по постоянному току (L=300м)

Ослабление [дБ]

NEXT [дБ]

III	28,4	17 @ 4 МГц 30 @ 10 МГц 40 @ 16 МГц	32 @ 4 МГц 26 @ 10 МГц 23 @ 16 МГц
IV	28,4	13 @ 4 МГц 22 @ 10 МГц 27 @ 16 МГц 31 @ 20 МГц	47 @ 4 МГц 41 @ 10 МГц 38 @ 16 МГц 36 @ 20 МГц
V	28,4	13 @ 4 МГц 20 @ 10 МГц 25 @ 16 МГц 28 @ 20 МГц 67 @ 100 МГц	53 @ 4 МГц 47 @ 10 МГц 44 @ 16 МГц 42 @ 20 МГц 32 @ 100 МГц

Новые Ethernet протоколы 1000BASE-T и 10GBASE-T требуют применения скрученных пар существенно более высокого качества (с большей полосой пропускания, с более низкими уровнями NEXT и FEXT). Передача в этом случае производится по четырем скрученным парам одновременно. (Смотри .) Предполагается, что эта технология станет стандартной в первой половине 2006 года и станет частью спецификации IEEE 803.3ae. Требования к кабелю определяются документом ISO/IEC-11801:2002 для классов D или выше.

Подводя итоги можно сказать, что при расстояниях до 100 метров с успехом могут использоваться скрученные пары и коаксиальные кабели, обеспечивая полосу пропускания до 150 Мбит/с, при больших расстояниях или более высоких частотах передачи оптоволоконный кабель предпочтительнее. Следует заметить, что работа с кабелями предполагает необходимость доступа к системе канализации (иногда это требует специальных лицензий; а там часто размещаются усилители-повторители). Кабельное хозяйство требует обслуживания. В этом отношении радиоканалы предпочтительнее, ведь случаев коррозии электромагнитных волн не зарегистрировано, да и крысы их не грызут. Справедливости ради отмечу, что здесь серьезную угрозу представляют корыстолюбивые бюрократы, ответственные за выдачу лицензий, а они пострашнее крыс.

Какие данные собирать

Контрольные данные должны содержать информацию о любой попытке достижения другого уровня безопасности любой персоной, процессом, или другим объектом сети. Это включает в себя авторизацию и выход из системы, доступ суперпользователя (или не-UNIX эквивалент), генерацию билета (для Kerberos, например), и любое другое изменение доступа или состояния. Особенно важно заметить "анонимный" или "гостевой" доступ к общедоступным серверам.

Действительный сбор данных может отличаться для различных узлов и для различного типа изменений доступа в пределах узла. Вообще, информация, которую вы хотите собирать, включает в себя: имя пользователя и ЭВМ, для авторизации и ухода из системы; прошлые и текущие права доступа, для изменения прав доступа; и временная метка. Конечно, существует много другой информации, которая может быть собрана, в зависимости от того, на какой системе вы работаете, и сколько места имеется для записи информации.

Одно очень важное замечание: не коллекционируйте пароли. Это создает опасность формирования окна потенциальной уязвимости, если записи аудита окажутся доступны. Не собирайте также и неверные пароли, так как они часто отличаются от правильных лишь одной буквой или перестановкой букв.

Каналы передачи данных

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

За последние двадцать лет пропускная способность каналов выросла с 56 кбит/c до 1 Гбит/с. Разработаны технологии, способные работать в случае оптических кабелей со скоростью 50 Тбит/с. Вероятность ошибки при этом сократилась с 10-5 на бит до пренебрежимо низкого уровня. Современный же лимит в несколько Гбит/с связан главным образом с тем, что люди не научились делать быстродействующие преобразователи электрических сигналов в оптические.

Сопоставление возможностей различных технологий передачи данных представлено на рис. 3.1. Радиоканалы покрывают диапазон от десятков килобит в секунду до десятков мегабит в сек.

Рис. 3.1. Сравнение возможностей скрученной пары, коаксиального кабеля, много- и одномодовых волокон

Kerberos

Kerberos является распределенной сетевой системой безопасности, которая осуществляет аутентификацию в незащищенных сетях. При запросе от приложения целостность и шифрование могут быть также обеспечены. Система Kerberos была первоначально разработана в Массачусетском Технологическом институте (MIT) в середине 80-х. Существуют две базовые версии системы Kerberos 4 и 5, которые несовместимы для практических целей.

Kerberos основан на базе данных симметричных ключей, используемой центром раздачи ключей KDC (key distribution center), который известен как сервер Kerberos. Пользователю услуги (называемому "принципалом") KDC предоставляет электронный "билет". Такой билет используется для аутентификации принципалов между собой. Все билеты включают в себя временные метки, которые ограничивают время действия билета. Следовательно, клиент и сервер Kerberos должен иметь безопасные часы, и быть способными поддерживать необходимую точность времени.

Практической особенностью Kerberos является его интеграция на прикладном уровне. Типовые приложения вроде FTP, telnet, POP и NFS интегрированы с системой Kerberos. Существует множество реализаций с разным уровнем интеграции. По вопросам, касающимся Kerberos рекомендуется обращаться по адресу http://www.ov.com/misc/kr-faq.html.

Кого следует привлечь к формированию политики безопасности?

Для того чтобы политика безопасности была адекватной и эффективной, она должна быть приемлемой и поддерживаемой на всех уровнях для сотрудников организации. Особенно важно, чтобы корпоративный менеджмент безоговорочно поддерживал политику безопасности. Ниже представлен список лиц, которые должны быть вовлечены в создание и подготовку документов по политике безопасности:

(1)	администратор безопасности узла
(2)	технический персонал информационной технологии (например, персонал вычислительного центра)
(3)	администраторы больших групп пользователей организации (например, коммерческие подразделения, отдел компьютерной информатики в университете и т.д.)
(4)	команда ликвидации инцидентов нарушения безопасности
(5)	представители групп пользователей, имеющие отношения к политике безопасности
(6)	ответственные управленцы
(7)	юрист (если таковой имеется)

Выше в списке приведены представители многих организаций, но перечень не является исчерпывающим. Идея заключается во включении в список ключевых лиц, работающих в сети и имеющих распорядительные функции, лица, определяющие политику, технический персонал, кто знает основные разветвления политического выбора. В некоторых организациях, может быть разумным включить персонал EDP-аудита. Включение этой группы является важным, если результирующие политические заявления должны быть восприняты как можно более широким кругом лиц. Важно также упомянуть, что роль юриста может сильно варьироваться от страны к стране.

Конфиденциальность

Всегда будет существовать информация, которую ваш узел хотел бы защитить от несанкционированного доступа. Операционные системы часто имеют встроенные механизмы защиты файлов, которые позволяют администратору управлять тем, кто в системе может иметь к ним доступ, или "читать" содержимое файла. Более строгим путем обеспечения конфиденциальности является шифрование. Шифрование осуществляется путем скрэмблирования данных так, что очень трудно и долго для неавторизованного клиента добраться до содержимого исходного текста. Авторизованные клиенты и владелец информации обычно владеет соответствующим ключом дешифрования, который позволяет им легко расшифровать текст и преобразовать его в читаемую форму. Мы рекомендуем узлам использовать шифрование для предоставления конфиденциальности и защиты важной информации.

Использование шифрования определяется иногда правительственными и локальными правилами, так что мы рекомендуем администраторам быть информированными относительно законов или политик, которые регламентируют использования этой техники до ее использования.

Константы

Типофицированные константы могут быть определены для целей спецификации путем декларации символа нужного типа и присвоения ему определенных значений. Не полностью специфицированные типы (непрозрачные элементы, векторы переменной длины, и структуры, которые содержат непрозрачные элементы) не могут стать объектами присвоения. Нельзя опускать ни одно поле многоэлементной структуры или вектора.

Например,

struct { uint8 f1; uint8 f2;} Example1;

Example1 ex1 = {1, 4};

/* assigns f1 = 1, f2 = 4 */

Контрольное копирование

Процедура создания контрольных копий (backups) является классической частью операционной системы ЭВМ. В контексте данного документа резервные копии рассматриваются как часть общего плана обеспечения безопасности узла. Существует несколько важных аспектов резервного копирования, существенных в данном случае:

(1)	Убедитесь, что ваш узел формирует контрольные копии
(2)	Убедитесь, что ваш узел использует для резервного копирования запоминающее устройство за пределами узла. Расположение устройства записи должно быть тщательно выбрано с точки зрения безопасности и доступности.
(3)	Рассмотрите возможность шифрования ваших контрольных копий, чтобы иметь дополнительную гарантию защиты на случай, если эти данные выйдут за пределы узла. Однако, проверьте, чтобы ваша схема управления ключами была достаточно хороша для обеспечения возможности восстановления данных в любой момент в будущем. Проверьте также, чтобы вы имели доступ к необходимым программам, в любой момент, когда потребуется дешифрование.
(4)	Не думайте, что ваши контрольные копии всегда хороши. Часто случается при проблемах с безопасностью, что проходит много времени, прежде чем факт инцидента будет замечен. В таких случаях могут пострадать и контрольные копии.
(5)	Периодически проверяйте корректность и полноту ваших контрольных копий.

Криптографические атрибуты

В TSL используются четыре криптографические операции: цифровая подпись, блочное и поточное шифрование и шифрование с помощью общедоступного ключа. Криптографические ключи соответствуют состоянию текущей сессии (смотри раздел 6.1).

Алгоритм цифровой подписи включает в себя однопроходные хэш-функции, служащие для преобразования подписываемого текста. Элемент с цифровой подписью кодируется как непрозрачный вектор <0..216-1>, где длина специфицируется алгоритмом подписи и ключом.

В подписи RSA, 36-байтовая структура двух хэшей (один SHA и один MD5) кодируется с помощью секретного ключа. Описание кодировки смотри в [PKCS1].

В DSS, 20 байтов хэша SHA передаются непосредственно алгоритму цифровой подписи DSA (Digital Signing Algorithm) без дополнительного хэширования. В результате получаются числа r и s. Подпись DSS представляет собой непрозрачный вектор, содержимое которого представляет собой результат DER-кодирования:

DssSigValue ::= SEQUENCE {	r	INTEGER,
	s	INTEGER}

При поточном шифровании, исходный текст сначала объединяется с псевдослучайным кодом идентичной длины (формируется специальным генератором) с помощью операции исключающее ИЛИ.

При использовании блочного шифра, каждый блок исходного текста преобразуется в зашифрованный кодовый блок той же длины. Все блочные шифрования выполняются в режиме CBC (Cipher Block Chaining), и все зашифрованные блочные элементы будут иметь размер, кратный длине шифрового блока.

При шифровании с использованием общедоступного ключа, алгоритм открытого ключа используется для шифрования данных так, чтобы их можно было дешифровать только с помощью секретного ключа, который образует пару с открытым ключом. Элемент, зашифрованный с помощью открытого ключа, выглядит как непрозрачный вектор <0..216-1>, где длина определяется алгоритмом подписи и ключом.

В следующем примере:

stream-ciphered struct {

	uint8 field1;
	uint8 field2;
	digitally-signed opaque hash[20];} UserType;

Содержимое хэша передается алгоритму подписи, затем вся структура шифруется с привлечением поточного шифра. Длина этой структуры в байтах будет равна 2 байтам для поля field1 и field2, плюс два байта для длины подписи, плюс длина выходных данных алгоритма подписи. Это известно благодаря тому факту, что алгоритм и ключ для подписи известны до кодирования или декодирования этой структуры.

Криптографические контрольные суммы

Криптографические контрольные суммы являются одним из наиболее важных средств разработчиков криптографических протоколов. Криптографическая контрольная сумма или MIC (message integrity checksum) служат для контроля целостности сообщений и аутентификации. Например, Secure SNMP и SNMPv2 вычисляют криптографическую контрольную сумму MD5 для совместного секретного блока данных и информации, которая должна быть аутентифицирована [Rivest92, GM93]. Это служит для того, чтобы аутентифицировать источник данных при этом предполагается, что эту сумму крайне трудно фальсифицировать. Она не указывает на то, что сами посланные данные корректны, а лишь на то, что они посланы именно данным отправителем. Криптографические контрольные суммы могут использоваться для получения относительно эффективной аутентификации, и особенно полезны при обмене ЭВМ-ЭВМ. Главная трудность реализации - передача ключей.

Криптографические вычисления

Для того чтобы начать защиту соединения, протоколу записей TLS необходима спецификация набора алгоритмов, мастерный секретный код и случайные коды клиента и сервера. Алгоритмы аутентификации, шифрования и MAC определяются cipher_suite, выбранным сервером и указанным в сообщении server hello. Алгоритм сжатия согласуется в сообщениях hello, а случайные коды пересылаются в сообщениях hello. Все что остается - это вычислить мастерный секретный код.

Криптография

Криптографические механизмы широко используются для осуществления аутентификации в современных сетях. Существует два базовых вида криптографии (симметричная и асимметричная). Одной из фундаментальных проблем для криптографии является транспортировка секретных ключей.

Квантовая криптография

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Базовой задачей криптографии является шифрование данных и аутентификация отправителя. Это легко выполнить, если как отправитель, так и получатель имеют псевдослучайные последовательности бит, называемые ключами. Перед началом обмена каждый из участников должен получить ключ, причем эту процедуру следует выполнить с наивысшим уровнем конфиденциальности, так чтобы никакая третья сторона не могла получить доступ даже к части этой информации. Задача безопасной пересылки ключей может быть решена с помощью квантовой рассылки ключей QKD (Quantum Key Distribution). Надежность метода зиждется на нерушимости законов квантовой механики. Злоумышленник не может отвести часть сигнала с передающей линии, так как нельзя поделить электромагнитный квант на части. Любая попытка злоумышленника вмешаться в процесс передачи вызовет непомерно высокий уровень ошибок. Степень надежности в данной методике выше, чем в случае применения алгоритмов с парными ключами (например, RSA). Здесь ключ может генерироваться во время передачи по совершенно открытому оптическому каналу. Скорость передачи данных при этой технике не высока, но для передачи ключа она и не нужна. По существу квантовая криптография может заменить алгоритм Диффи-Хелмана, который в настоящее время часто используется для пересылки секретных ключей шифрования по каналам связи.

Первый протокол квантовой криптографии (BB84) был предложен и опубликован в 1984 году Беннетом и Брассардом. Позднее идея была развита Экертом в 1991 году. В основе метода квантовой криптографии лежит наблюдение квантовых состояний фотонов. Отправитель задает эти состояния, а получатель их регистрирует. Здесь используется квантовый принцип неопределенности, когда две квантовые величины не могут быть измерены одновременно с требуемой точностью. Так поляризация фотонов может быть ортогональной диагональной или циркулярной. Измерение одного вида поляризации рэндомизует другую составляющую. Таким образом, если отправитель и получатель не договорились между собой, какой вид поляризации брать за основу, получатель может разрушить посланный отправителем сигнал, не получив никакой полезной информации.

Отправитель кодирует отправляемые данные, задавая определенные квантовые состояния, получатель регистрирует эти состояния. Затем получатель и отправитель совместно обсуждают результаты наблюдений. В конечном итоге со сколь угодно высокой достоверностью можно быть уверенным, что переданная и принятая кодовые последовательности тождественны. Обсуждение результатов касается ошибок, внесенных шумами или злоумышленником, и ни в малейшей мере не раскрывает содержимого переданного сообщения. Может обсуждаться четность сообщения, но не отдельные биты. При передаче данных контролируется поляризация фотонов. Поляризация может быть ортогональной (горизонтальной или вертикальной), циркулярной (левой или правой) и диагональной (45 или 1350).

В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер. Свет фильтруется, поляризуется и формируется в виде коротких импульсов малой интенсивности. Поляризация каждого импульса модулируется отправителем произвольным образом в соответствии с одним из четырех перечисленных состояний (горизонтальная, вертикальная, лево- или право-циркулярная).

Получатель измеряет поляризацию фотонов, используя произвольную последовательность базовых состояний (ортогональная или циркулярная). Получатель открыто сообщает отправителю, какую последовательность базовых состояний он использовал. Отправитель открыто уведомляет получателя о том, какие базовые состояния использованы корректно. Все измерения, выполненные при неверных базовых состояниях, отбрасываются. Измерения интерпретируются согласно двоичной схеме: лево-циркулярная поляризация или горизонтальная - 0, право-циркулярная или вертикальная - 1. Реализация протокола осложняется присутствием шума, который может вызвать ошибки. Вносимые ошибки могут быть обнаружены и устранены с помощью подсчета четности, при этом один бит из каждого блока отбрасывается. Беннет в 1991 году предложил следующий протокол.

Отправитель и получатель договариваются о произвольной перестановке битов в строках, чтобы сделать положения ошибок случайными.

Строки делятся на блоки размера k (k выбирается так, чтобы вероятность ошибки в блоке была мала).

Для каждого блока отправитель и получатель вычисляют и открыто оповещают друг друга о полученных результатах. Последний бит каждого блока удаляется.

Для каждого блока, где четность оказалась разной, получатель и отправитель производят итерационный поиск и исправление неверных битов.

Чтобы исключить кратные ошибки, которые могут быть не замечены, операции пунктов 1-4 повторяются для большего значения k.

Для того чтобы определить, остались или нет необнаруженные ошибки, получатель и отправитель повторяют псевдослучайные проверки:

Получатель и отправитель открыто объявляют о случайном перемешивании позиций половины бит в их строках.

Получатель и отправитель открыто сравнивают четности. Если строки отличаются, четности должны не совпадать с вероятностью 1/2.

Если имеет место отличие, получатель и отправитель, использует двоичный поиск и удаление неверных битов.

Если отличий нет, после m итераций получатель и отправитель получают идентичные строки с вероятностью ошибки 2-m.

Схема реализация однонаправленного канала с квантовым шифрованием показана на рис. .1. Передающая сторона находится слева, а принимающая - справа. Ячейки Покеля служат для импульсной вариации поляризации потока квантов передатчиком и для анализа импульсов поляризации приемником. Передатчик может формировать одно из четырех состояний поляризации (0, 45, 90 и 135 градусов). Собственно передаваемые данные поступают в виде управляющих сигналов на эти ячейки. В качестве канала передачи данных может использоваться оптическое волокно. В качестве первичного источника света можно использовать и лазер.

Рис. .1. Практическая схема реализации идеи квантовой криптографии

На принимающей стороне после ячейки Покеля ставится кальцитовая призма, которая расщепляет пучок на два фотодетектора (ФЭУ), измеряющие две ортогональные составляющие поляризации. При формировании передаваемых импульсов квантов приходится решать проблему их интенсивности. Если квантов в импульсе 1000, есть вероятность того, что 100 квантов по пути будет отведено злоумышленником на свой приемник. Анализируя позднее открытые переговоры между передающей и принимающей стороной, он может получить нужную ему информацию. В идеале число квантов в импульсе должно быть около одного. Здесь любая попытка отвода части квантов злоумышленником приведет к существенному росту числа ошибок у принимающей стороны. В этом случае принятые данные должны быть отброшены и попытка передачи повторена. Но, делая канал более устойчивым к перехвату, мы в этом случае сталкиваемся с проблемой "темнового" шума (выдача сигнала в отсутствии фотонов на входе) приемника (ведь мы вынуждены повышать его чувствительность). Для того чтобы обеспечить надежную транспортировку данных логическому нулю и единице могут соответствовать определенные последовательности состояний, допускающие коррекцию одинарных и даже кратных ошибок.

Дальнейшего улучшения надежности криптосистемы можно достичь, используя эффект EPR (Binstein-Podolsky-Rosen). Эффект EPR возникает, когда сферически симметричный атом излучает два фотона в противоположных направлениях в сторону двух наблюдателей. Фотоны излучаются с неопределенной поляризацией, но в силу симметрии их поляризации всегда противоположны. Важной особенностью этого эффекта является то, что поляризация фотонов становится известной только после измерения. На основе EPR Экерт предложил крипто-схему, которая гарантирует безопасность пересылки и хранения ключа. Отправитель генерирует некоторое количество EPR фотонных пар. Один фотон из каждой пары он оставляет для себя, второй посылает своему партнеру. При этом, если эффективность регистрации близка к единице, при получении отправителем значения поляризации 1, его партнер зарегистрирует значение 0 и наоборот. Ясно, что таким образом партнеры всякий раз, когда требуется, могут получить идентичные псевдослучайные кодовые последовательности. Практически реализация данной схемы проблематична из-за низкой эффективности регистрации и измерения поляризации одиночного фотона.

Передаваемый бит1010Поляризация передачи+450V+450VПоляризация приема-450-450HHБиты кода на приеме0011Результат приема--+-<
Понятно, что в первой и четвертой колонке поляризации передачи и приеме ортогональны и результат детектирования будет отсутствовать. В колонках 2 и 3 коды двоичных разрядов совпадают и поляризации не ортогональны. По этой причине с вероятностью 50% может быть позитивный результат в любом из этих случаев (и даже в обоих). В таблице предполагается, что успешное детектирование фотона происходит для случая колонки 3. Именно этот бит становится первым битом общего секретного ключа передатчика и приемника.

Однофотонные состояния поляризации более удобны для передачи данных на большие расстояния по оптическим кабелям. Такого рода схема показана на рис. .2 (алгоритм В92; R. J. Hughes, G. G. Luther, G. L. Morgan, C. G. Peterson and C. Simmons, "Quantum cryptography over optical fibers", Uni. of California, Physics Division, LANL, Los Alamos, NM 87545, USA).


Рис. .2. Реализация алгоритма B92

В алгоритме В92 приемник и передатчик создают систему, базирующуюся на интерферометрах Маха-Цендера. Отправитель определяет углы фазового сдвига, соответствующие логическому нулю и единице (FA=p/2), а приемник задает свои фазовые сдвиги для логического нуля (FB=3p/2) и единицы (FB=p). В данном контексте изменение фазы 2p соответствует изменению длины пути на одну длину волны используемого излучения.

Хотя фотоны ведут себя при детектировании как частицы, они распространяются как волны. Вероятность того, что фотон, посланный отправителем, будет детектирован получателем равна

PD = cos2{(FA - FB)/2}

[1]

и характеризует интерференцию амплитуд волн, распространяющихся по верхнему и нижнему путям (см. рис. .2). Вероятность регистрации будет варьироваться от 1 (при нулевой разности фаз) до нуля. Здесь предполагается, что отправитель и получатель используют фазовые сдвиги (FA, FB) = (0, 3p/2) для нулевых бит и (FA, FB) = (p/2, p) для единичных битов (для алгоритма ВВ84 используются другие предположения).

Для регистрации одиночных фотонов, помимо ФЭУ, могут использоваться твердотельные лавинные фотодиоды (германиевые и InGaAs).


Для понижения уровня шума их следует охлаждать. Эффективность регистрации одиночных фотонов лежит в диапазоне 10-40%. При этом следует учитывать также довольно высокое поглощение света оптическим волокном (~0,3-3ДБ/км). Схема интерферометра с двумя волокнами достаточно нестабильна из-за разных свойств транспортных волокон и может успешно работать только при малых расстояниях. Лучших характеристик можно достичь, мультиплексируя оба пути фотонов в одно волокно [7] (см. рис. .3).


Рис. .3. Интерферометр с одним транспортным волокном

В этом варианте отправитель и получатель имеют идентичные неравноплечие интерферометры Маха-Цендера (красным цветом отмечены зеркала). Разность фаз длинного и короткого путей DT много больше времени когерентности светового источника. По этой причине интерференции в пределах малых интерферометров не происходит (Б). Но на выходе интерферометра получателя она возможна (В). Вероятность того, что фотонные амплитуды сложатся (центральный пик выходного сигнала интерферометра В) равна

P = (1/8)[1 + cos(FA - FB)]

[2]

Следует заметить, что эта амплитуда сигнала в четыре раза меньше чем в случае, показанном на рис .2. Разветвители пучка (полупрозрачные зеркала) могут быть заменены на оптоволоконные объединители (coupler). Практические измерения для транспортного кабеля длиной 14 км показали эффективность генерации бита ключа на уровне 2,2 10-3 при частоте ошибок (BER) около 1,2%.

Библиография



Charles H. Bennett, Francois Bessette, Gilles Brassard, Louis Salvail, and John Smolin, "Experimental Quantum Cryptography", J. of Cryptography 5, 1992, An excellent description of a protocol for quantum key distribution, along with a description of the first working system.

Charles H. Bennett, Gilles Brassard, and Artur Ekert, Quantum Cryptography, Scientific American, July, 1992 (www.scitec.auckland.ac.nz/king/Preprints/book/quantcos/aq/ qcrypt.htm).

www.cyberbeach.net/~jdwyer/quantum_crypto/quantum2.htm

www.cs.dartmoth.edu/jford/crypto.html

A.K. Ekert, " Quantum Cryptography Based on Bell's Theorem", Phys. Rev. lett. 67, 661 (1991).

Toby Howard, Quantum Cryptography, 1997, www.cs.man.ac.uk/aig/staff/toby /writing/PCW/qcrypt.htm

C.H. Bennet, " Quantum Cryptography Using Any Two Non-Orthogonal States", Phys. Rev. lett. 68, 3121 (1992).

J. D. Franson and H.Ilves, "Quantum Cryptography Using Optical Fibers", Appl. Optics 33, 2949 (1994)

R. J. Hughes et al., "Quantum Cryptography Over 14 km of Installed Optical Fiber", Los Alamos report LA-UR-95-2836, invited paper to appear in Proceeding of "Seventh Rochester Conference on Coherence and Quantum Optics", Rochester, NY, June 1995.

С. H. Bennet et al., "Generalized Privacy Amplification", IEEE Trans. Inf. Theory 41, 1915 (1995)

Легальные соображения

Благодаря содержимому контрольных данных, существует несколько юридических вопросов, которые должен разрешить юрист узла. Если вы собираете и сохраняете контрольные данные, вам нужно быть готовым к последствиям, вызванным их существованием и содержимым. Один из аспектов этой проблемы касается частной информации клиентов сети. В определенные моменты контрольные данные могут содержать определенную персональную информацию. Просмотр данных, даже с целью рутинной проверки системной безопасности, может представлять нарушение конфиденциальности.

Другой аспект касается знаний об атаках, исходящих из вашего узла. Если организация хранит контрольные данные, ответственна ли она за просмотр с целью поиска инцидентов? Если ЭВМ организации используется в качестве отправной точки для атаки против другой организации, может ли эта организация использовать контрольные данные первой организации для проверки виновности (халатности)?

Локальные менеджеры и персонал

Когда инцидент произошел, главный вопрос, который надо решить, кто отвечает за координацию действий всех участников работ. Главная ошибка, которая может произойти, заключается в том, что много людей работает независимо, не координируя своих усилий. Это только добавит неразберихи и, вероятно, приведет к потере времени и неэффективности.

Единой POC может быть человек, ответственный за ликвидацию последствий инцидента. Могут быть разные роли у лиц, являющихся контактными персонами и координаторами работ по данному инциденту. Руководитель бригады будет принимать решения, как следует интерпретировать политику безопасности в приложении к данному конкретному инциденту. Напротив, POC должен координировать усилия всех участников, вовлеченных в работы.

POC должен быть человек с техническим опытом успешной координации усилий системных менеджеров и пользователей, вовлеченных в мониторинг и реагирование на атаки. Такую кандидатуру нужно выбирать весьма тщательно. Это не должен быть человек, кто отвечает административно за скомпрометированную систему, так как часто такие администраторы имеют знания, необходимые для рутинного управления сетью и ЭВМ день за днем, и не владеют достаточным техническим опытом.

Другой важной функцией POC является поддержание контакта с юридическими силовыми и другими внешними агентствами, чтобы обеспечить их конструктивное участие. Уровень вовлечения будет определяться управленческими решениями администрации и юридическими регламентациями.

Одна POC должна быть представлена одним человеком, ответственным за сбор фактического материала, так как чем больше людей, которые имели контакт с потенциальной уликой, тем больше вероятность того, что это будет неприемлемо в суде. Чтобы гарантировать, что улика будет принята юридическим сообществом, сбор улик должен быть выполнен согласно заранее определенной процедуре в соответствии с местными законами и юридическими регламентациями.

Одной из наиболее критических задач POC является координация всех важных процессов.
Ответственности могут быть распределены по всему узлу, включая многие независимые отделы или группы. Это потребует хорошо скоординированных усилий, для того чтобы достичь конечного успеха. Ситуация становится даже более сложной, если в инцидент вовлечено несколько узлов. Когда это случается, вряд ли один контактный человек (POC) в одном узле будет способен успешно координировать все работы, сопряженные с инцидентом. Вместо этого, должна быть создана специальная команда, предназначенная для работы по этому инциденту. Процесс реагирования на инцидент должен предусматривать некоторые механизмы эскалации. Для того чтобы определить такой механизм, узлы будут должны сформировать внутреннюю схему классификации инцидентов. Каждому уровню инцидента будут поставлены в соответствие определенные POC и процедуры. Если инцидент развивается, возможна смена POC, который будет должен взаимодействовать с другими людьми, вовлеченными в ликвидацию последствий инцидента. Когда происходит замена POC, прежний контактный человек должен кратко проинформировать нового POC обо всех обстоятельствах.

Наконец, пользователи должны знать, как сообщать о предполагаемых инцидентах. Узлы должны установить процедуры докладов, которые будут осуществляться как во время, так и вне нормальных рабочих часов. В дневные рабочие часы такие доклады могу приниматься в специальных справочных бюро, в то время как в остальное время могут использоваться пейджеры или телефоны.

Методы противодействия

Одним из наиболее эффективных способов защиты информации является шифрование сообщений, что к сожалению заметно увеличивает время отклика (шифрование-дешифрование). Задержки при большом входном трафике могут привести к блокировке сервера.

Традиционные Firewall постепенно замещаются программами, способными анализировать не только заголовки, но и данные, например, XML-firewall или WEB-сервис firewall. Следует иметь в виду, что наличие Firewall сети или отдельной ЭВМ не является гарантией безопасности, в частности потому, что сама эта программа может стать объектом атаки. XML-firewall анализирует содержимое (поле данных пакетов) сообщений и контролирует аутентификацию, авторизация и акоунтинг. Различие между XML-firewall и WEB-сервис firewall заключается в том, что последний не поддерживает открытые стандарты. В настоящее время Firewall должны контролировать четыре аспекта:

Целостность сообщений

Предотвращение DoS атак

Защита с учетом анализа данных

Аутентификация и авторизация.

Смотри:

http://www.nwc.com/showitem.jhtml

http://www.oasis-open.org

http://vulcan.forumsys.com

http://nwc.securitypipline.com (Network Computing USA's Security Pipeline - 'XML Gateways' article by Lori McVittie).

До недавнего времени компания CISCO хранила пароли в конфигурационных файлах в виде открытого текста, теперь они собираются использовать хешированное хранение паролей.

Но современные ЭВМ легко позволяют подобрать пароль при наличии хеша (2ГГц Intel может проверить 5000 паролей в сек). По этой причине нужно ограничить доступ к файлу хешей паролей. Табличный метод (rainbow tables) может ускорить подбор на порядок.

Многофакторная аутентификация является, похоже, единственной альтернативой современной системе паролей. Здесь имеется в виду использование сертификатов, ID-карт пользователей, и контроль их биометрических данных (отпечатков пальцев, голоса или радужной оболочки глаза).

Многие администраторы, установив Firewall, IDS и антивирусную защиту, считают задачу обеспечения сетевой безопасности выполненной.
К сожалению, это лишь небольшая часть мер обеспечения безопасности. При проектировании системы безопасности полезно иметь в виду пирамиду Maslow'а (смотри рис. 4). И начинать надо с проектирования основания пирамиды, где расположено управление обновлением программных продуктов (Patches) и организация основных процедур. Это логично, так как хакеры обычно фокусируют свои усилия на известных уязвимостях ОС или приложений, и своевременное их обновление, блокирующее выявленные слабости, крайне важно. Такие обновления должны сначала тестироваться с целью детектирования возможных негативных последствий, прежде чем они будут рекомендованы или установлены на всех ЭВМ организации. Источник обновления должен также проверяться всеми возможными средствами. Выполнение обновлений должно поручаться квалифицированному персоналу. Должны быть разработаны инструкции для базовых операций администрирования ЭВМ и сети в целом. Сюда входят операции аутентификации и авторизации, контроля качества паролей, шифрование административного трафика, обслуживание журнальных файлов и т.д.

Несколько увеличить безопасность может применение VLAN или VPN. Эти технологии не дают абсолютной защиты, но заметно поднимают уровень безопасности. Здесь нужно разделять истинные VPN и виртуальные сети, формируемые в рамках протокола MPLS. Последние помогают улучшить ситуацию лишь незначительно. Хотя пометка определенных потоков с помощью DSCP, меток MPLS или IPv6, не давая реальной защиты, заметно усложняют работу хакера (что само по себе уже неплохо).

Рис. 4. Пирамида Maslow

На следующем уровне размещается архитектура безопасности сети и составляющих систем (Firewall, системы управления доступом на прикладном уровне). Конечно, Firewall закрывает многие уязвимости, создаваемые дурным администрированием, но не все.

Далее следует уровень безопасности специфических программ организации, так как именно они становятся чаще всего мишенями атаки. Например, FreeBSD имеет МАС-механизм (Mandatory Access Control), который препятствует приложению вести себя некорректным образом.


Аналогичные возможности имеет SELinux (Security Enhanced Linux). Но конфигурирование этих систем весьма сложно. На этом же уровне работают списки доступа ACL (Access Contol List).

На вершине пирамиды находятся системы IDS/IPS. Сочетание всех этих средств обеспечит 85% безопасности, но оставшиеся 15% закрыть крайне сложно.

При разработке новых устройств и программ надо уже на стадии проектирования встраивать в них средства безопасности. Должны быть разработаны специальные курсы обучения тому, как писать безопасные программы, например, CGI.

Администратор может поменять стандартные значения номеров портов для обычных видов сервиса (SSH, FTP, WWW и т.д.. Это не делает эти сервисы безопасными, но заметно осложняет работу хакера. Он может просканировать порты и найти нужное значение, но это, вероятно, привлечет внимание администратора. Аналогично можно поменять имена некоторых системных утилит, например, cmd.exe, telnet.exe, tftp.exe и т.д.. При этом номера портов нужно будет задавать явно, что осложнит и работу обычных пользователей. Такие меры можно рассматривать в качестве дополнительных.

Одним из средств противодействия атакам является введение производителями микропроцессоров флага NX (не исполнять), который позволяет разделить память на области, где вариация содержимого возможна, а где - нет. Такая технология препятствует модификации хакерами демонов и фрагментов ОС и позволяет заблокировать любые атаки, сопряженные с переполнением буферов. Данная технология внедрена компанией AMD в своем 64-битовом процессоре, а Intel в процессоре Itanium (2001 год). Для широкого внедрения этой техники нужно переписать и перекомпилировать существующие ОС. В настоящее время эта техника внедрена в Microsoft Windows Server 2003 (Service Pack 1), Microsoft Windows XP (Service Pack 2), SUSE Linux 9.2 и Red Hat Enterprise Linux 3 с обновлением 3. Некоторые разработчики ОС внедрили эмуляции NX для процессоров, где этот флаг аппаратно не поддерживается. Развитие технологий NX может по оценкам экспертов (Network Security, V2005, Issue 2, февраль 2005, стр. 12-14) к 2009 году закрыть угрозу атак, сопряженных с переполнением буферов.


Эта же методика может блокировать и распространения Интернет-червей.

Одной из наиболее частых мишеней атак являются базы данных, которые являются основой большинства информационных систем. Разработана схема, при которой исходная копия базы хранится на базовой ЭВМ, не связанной с Интернет. Копии этой базы передаются на компьютеры, которые обслуживают внешние сетевые запросы. При этом данные снабжаются цифровой подписью базовой ЭВМ. Вместе с откликом на запрос пользователь получает не только запрошенные данные, но и подтверждение того, что они получены из исходной базы. Как отклик, так и подтверждение снабжаются цифровой подписью, что позволяет клиенту проверить неискаженность полученных данных.

Пользователь сети должен ответить себе на следующие вопросы:

Почему могут атаковать его сервер или рабочую станцию?

Какие угрозы и при каких условиях могут ему угрожать?

На сколько надежно и от каких угроз защищена сеть?

Ответив на эти вопросы, он сможет определить, какие средства защиты следует использовать. Некоторые пользователи, зная, что работают за Firewall, или, что почтовый сервер снабжен антивирусной защитой, считают, что им ничего не грозит. При этом никогда не следует исходить из предположения, что если у вас нет никакой привлекательной для воров информации, то ваша машина в безопасности. Она может быть нужна хакерам для атак других ЭВМ, для рассылки SPAM и т.д. Ваша ЭВМ может быть привлекательна для хакера просто потому, что плохо защищена. Конечно, сетевая безопасность является областью ответственности администраторов, но пользователи должны понимать, от чего они защищены, а от чего - нет.

Стирайте или еще лучше физически уничтожайте неиспользуемые диски, CD и другие носители.

При работе с беспроводными сетями следует использовать VPN с шифрованием. Беспроводное оборудование должно отключаться сразу после завершения использования.

Администраторы должны выдавать новый пароль в случае утраты, только позвонив предварительно клиенту по телефону.

В случае работы с беспроводными сетями при выявлении подозрительного объекта желательно его локализовать.


Это может быть сделано с помощью узконаправленной антенны c аттенюатором входного сигнала. Помочь этому может программа GSP, поставляемая вместе с Kismet. Система аудита беспроводной сети должна непрерывно контролировать сотни устройств внутри и вблизи здания, где работает мониторируемая беспроводная сеть.

Существуют специальные средства выявления уязвимостей сети. Следует учитывать, что полный доклад о таких уязвимостях может иметь размер телефонной книги. В такой ситуации трудно решить, с чего начать, если число уязвимостей больше 10000. Одним из возможных подходов является использование этих данных совместно с результатами работы IDS. Это сделано, например, в ESM (Enterprise Security Management) или в SIM (Security Information Management).

Выявление все новых уязвимостей вынуждает более внимательно относиться системам обновлений (patches). В случае обеспечения безопасности отдельной ЭВМ применима системы Microsoft SMS (System Management Server) и SUS (Software Update Service). Существуют и общедоступные средства, например, www.patchmanagement.org. Следует учитывать, что процесс копирования и обновления ОС или приложений является сам уязвимым и проводить его следует со всеми возможными предосторожностями.

Хорошие результаты с точки зрения безопасности могут быть получены, если запретить пользователям устанавливать программное обеспечение по своему усмотрению.

В последнее время разработана новая технология, которая обеспечивает приемлемый уровень безопасности. Это VE (Virtual Environment) (см. Network Security, V2004, Issue 11, ноябрь 2004, стр. 18-19). Целью этой технологии является предотвращение возможного ущерба от вредоносной программы. Здесь каждая программа выполняется на отдельном виртуальном компьютере. Любые обмены между виртуальными машинами запрещаются. В таких условиях вирусы, например, не могут ничего повредить кроме самих себя. О существовании других программ он просто не может знать. Для обычного пользователя все остается неизменным. Реализация VE не эмулирует ЦПУ или другие ресурсы и функции.


Вместо этого осуществляются операции с системными объектами и маршрутизацией входных/ выходных вызовов. Таким образом, исключается какое-либо замедление работы машины.

VE определяет схему взаимодействий и распределение прав доступа. VE инкапсулирует программу или группу программ, предоставляя весь спектр услуг (память, коммуникации и пр.). При этом дублируются все необходимые данные. VE не могут быть полностью изолированы друг от друга и, тем более, от ОС. Типичное взаимодействие между VE сопряжено с использование общих данных. Любые операции VE связанные с ресурсами ЭВМ находятся под жестким контролем.

Для файловой системы и Registry главным препятствием является дублирование ресурсов. C одной стороны программа должны иметь возможность изменять существующие значения, например, ключей Registry или конфигурационных файлов ОС. С другой стороны, если программа является вирусом, любые изменения должны блокироваться. Если, например, программа запрашивает изменение ключа конфигурационного реестра (Registry), генерируется новая копия этого ключа и она становится частью соответствующего VE (метод Copy-On_Write). Если программа решает уничтожить ключ, она ликвидирует локальную копию. Для всех программ данного VE ключ перестает существовать. Но копия ключа ОС остается неизменной (метод Leave-On-Delete).

Для обеспечения полной безопасности VE технология должна размещаться ниже ядра, а не работать параллельно ему. Это делается путем размещения устройства VE в первом секторе, переместив ядро в сектор 1 или 2, что предоставляет VE-устройству полный контроль над ЭВМ. Существует несколько вариантов взаимодействия VE и ОС.

Так как самой массовой ОС для серверов в настоящее время являются различные разновидности LINUX, разработчикам новых версий этой ОС следует задуматься о встроенных средствах безопасности. Одним из таких подходов может стать минимизация ядра ОС. Только для ядра небольшого размера можно гарантировать его безопасность, тексты с миллионом строк привилегированного объектного кода неконтролируемы.


В такое ядро должно быть включено минимальное число функций (управление памятью, критическими ресурсами и доступом). ОС не должна напрямую контактировать с внешними устройствами. Остальные функции должны иметь модульный характер и включаться в оболочку.

Работа Syslog допускает передачу данных посредством протокола UDP (существует версия syslog-ng, где транспортным протоколом может быть TCP). Если атакер имеет доступ к каналу между отправителем и получателем, он сможет отслеживать обмен и уничтожать или фальсифицировать данные, говорящие о его присутствии. Хакер может также посылать уведомления получателю (по известному порту), добиваясь переполнения диска и блокировки работы системы журналирования. Журнальные файлы помимо достоверности и полноты должны обладать также юридической корректностью, чтобы их данные можно было использовать при судебных спорах. Это предполагает использование электронных подписей, чего по умолчанию пока нет ни в одной из систем syslog. Но существуют версии, где делается попытка решить все эти проблемы: модульный syslog, SDSC Syslog, Syslog Ng и Kiwi.

Если атакер обычно собирает данные о будущем объекте атаки, то также следует действовать и потенциальным жертвам. Необходимо формировать динамически обновляемые базы данных сигнатур атак (уже существует) и атакеров. Возможным инструментом сбора таких данных может стать Honeypot (HoneyNet, Honeytoken, смотри project.honeynet.org). Эти программные средства позволяют выявить последовательность действий хакера. Это особенно важно для выявления сигнатур неизвестных атак. Если вам известен скомпрометированная ЭВМ, можно послать туда параметры доступа и адрес вашего honeypot, чтобы спровоцировать хакера. Honeypot интересен тем, что там нет полезных ресурсов, и обычные пользователи не будут пытаться туда войти.

Другим подходом обеспечения безопасности может стать модель TPM (Trusted Platform Module), разработанная группой TCG (Trusted Computing Group). В эту группу входит более 50 компаний. Некоммерческие разработчики, например LINUX в эту группу не входят.ТРМ встраивается в базовую плату процессора и обеспечивает процедуры шифрования/дешифрования файлов и каталогов, а также исключает подмену или искажения защищаемых объектов.

Модемные каналы должны быть управляемы

Хотя они обеспечивают удобный доступ пользователей к узлу, они могут также предоставить удобный обход  firewall’а узла. По этой причине важно поддерживать соответствующий контроль использования модемов.

Не позволяйте пользователям устанавливать модем без соответствующей авторизации. Это включает даже временную инсталляцию (например, включение модема в факсимильную или телефонную линию на ночь). Регистрируйте и отслеживайте состояние всех модемных линий. Проводите регулярные (в идеале автоматические) проверки узла на наличие неавторизованных модемов.

Надежность пароля

Хотя необходимость отказа от повторно используемых паролей не может быть переоценена, некоторые организации используют эту технику до сих пор. Для таких организаций мы предлагаем некоторые советы по выбору и поддержанию традиционных паролей. Но помните, ни одна из этих мер не сможет противостоять вскрытию с помощью программ типа sniffer.

(1)	Важность надежных паролей. Во многих (если не во всех) случаях проникновения в систему, атакеру нужно получить доступ к аккаунту системы. Единственным способом выполнить это является подбор пароля легального пользователя. Это часто осуществляется с помощью автоматической программы вскрытия паролей, которая использует очень большой словарь. Единственной защитой от вскрытия пароля таким способом является тщательный выбор пароля, который трудно подобрать (т.e., комбинации чисел, букв и знаков препинания). Пароли должны быть настолько длинны, насколько способна поддержать система и могут выдержать пользователи.
(2)	Изменение паролей по умолчанию. Многие операционные системы и прикладные программы устанавливаются с паролями и аккаунтами по умолчанию. Они должны быть изменены немедленно на что-то трудно угадываемое.
(3)	Ограничение доступа к файлу паролей. В частности, узел хочет защитить часть файла с шифрованными паролями так, чтобы атакер не имел туда доступа. Эффективной методикой является использование теневых паролей, где поле паролей стандартного файла содержит пустышки или фальшивые пароли. Файл, содержащий легальные пароли, защищен и находится где-то в другом месте.
(4)	Старение паролей. Когда и как завершается действие пароля является предметом дискуссии среди специалистов в области безопасности. Считается общепринятым, что пароль прекращает работать, когда аккаунт выходит из употребления, но активно обсуждается, следует ли вынуждать пользователя менять хороший пароль, который активно используется. Аргументы в пользу изменения пароля относятся к предотвращению использования вскрытого аккаунта. Однако оппоненты возражают, что частая смена паролей заставляет пользователей записывать их в легко доступных местах (например, непосредственно на терминале), или выбирать очень простые пароли, которые легко угадать. Следует заметить, что атакер использует, вероятно, вскрытый пароль скорее рано, чем поздно, с учетом этого замена старого пароля предоставит несущественную защиту. В то время как нет определенного ответа на эту дилемму, политика паролей должна непосредственно определять это и задавать то, как часто пользователь должен менять пароль. Конечно, ежегодная замена паролей обычно не составляет труда для пользователей, и нам следует рассмотреть такого рода требование. Рекомендуется, чтобы пароли менялись, по крайней мере, всякий раз, когда скомпрометирован привилегированный аккаунт, произошло критическое изменение персонала (особенно, если это администратор!), или когда аккаунт скомпрометирован.
(5)	Блокировка пароля/аккаунта. Некоторые узлы считают полезным аннулировать аккаунт, после заданного числа неудачных попыток аутентификации. Если ваш узел решает использовать этот механизм, рекомендуется, чтобы механизм не "раскрывал" себя. При неудачной аутентификации даже при вводе правильного пароля сообщение должно уведомлять лишь о неудаче, не раскрывая ее причины. Реализация этого механизма потребует, чтобы легальные пользователи связались со своим системным администратором для реактивации аккаунта.
(6)	Немного о демоне finger. По умолчанию, демон finger предоставляет достаточно большой объем системной и пользовательской информации. Например, он может отобразить список всех пользователей, использующих в данное время систему, или все содержимое специального файла пользователя (plan file). Эта информация может использоваться атакером для идентификации имени пользователя и угадывания его пароля. Рекомендуется, чтобы узлы модифицировали finger, чтобы ограничить выдаваемую информацию.

Нагрузка сбора данных

Сбор контрольных данных может привести к заметному расходованию ресурсов памяти, так что проблема переполнения и резервирования этих ресурсов должна рассматриваться заранее. Существует много способов уменьшения требуемого объема памяти. Во-первых, данные могут быть архивированы посредством одного из стандартных методов. Или, требуемое место в памяти может быть минимизировано за счет непродолжительного хранения полных данных с последующей записью коротких резюме в долговременный архив. Главный недостаток последнего метода заключается в необходимости немедленного детектирования и реакции на инцидент. Часто инцидент имеет определенную протяженность во времени и это событие может быть замечено персоналом не сразу и потребуется определенное время, чтобы разобраться, что на самом деле происходит. В определенный момент времени оказывается крайне полезным иметь под рукой подробный журнал событий. Если имеются лишь краткие резюме, этого может оказаться недостаточно для полного анализа инцидента.

Не пересекая черту

Одно дело – защитить свою собственную сеть, но совершенно другое, предположить, что нужно защищать другие сети. В процессе разрешения проблемы инцидента становятся очевидными определенные слабости системы. Достаточно легко и даже соблазнительно найти виновника инцидента, но это не всегда оптимальный путь.

Наилучшее правило, когда это касается права собственности, никогда не использовать ни одно из средств удаленного узла, если оно не является общедоступным. Это ясно исключает любой вход в систему (такой как rsh или сессия авторизации), который не разрешен явно. Может показаться очень привлекательно, после того как уязвимость безопасности определена, испытать эту слабость на соседе и проверить, уязвим ли удаленный узел. Не делайте этого! Вместо этого, попытайтесь установить контакт с пострадавшим узлом.

NFS

Сетевая файловая система (Network File Service) позволяет ЭВМ совместно использовать диски. NFS могут использовать бездисковые ЭВМ, которые зависят от дисковых серверов для любых операций записи и чтения. К сожалению, NFS не имеет встроенных средств защиты. Следовательно необходимо, чтобы NFS-сервер был доступен только для тех ЭВМ, которые должны пользоваться его услугами. Это достигается путем спецификации того, как и какие ЭВМ обслуживаются файловой системой (например, только для чтения, чтение-запись, и т.д.). Файловые системы не должны транспортироваться каким-либо ЭВМ за пределами локальной сети, так как это потребует, чтобы NFS-сервис был доступен извне. Идеально, внешний доступ к NFS-услугам должен быть перекрыт с помощью firewall.

Нуль или стандартный поточный шифр

Поточные шифры (включая BulkCipherAlgorithm.null - смотри приложение A.6) преобразуют структуры TLSCompressed.fragment в (или из) структуры TLSCiphertext.fragment.

stream-ciphered struct { opaque content[TLSCompressed.length];
opaque MAC[CipherSpec.hash_size];} GenericStreamCipher;

MAC генерируется как:

HMAC_hash(MAC_write_secret, seq_num + TLSCompressed.type +
TLSCompressed.version + TLSCompressed.length + TLSCompressed.fragment));

где "+" означает объединение (слияние).

seq_num	Номер по порядку для данной записи.
hash	Алгоритм хэширования, специфицированный в SecurityParameters.mac_algorithm.

Заметим, что MAC вычисляется до шифрования. Поточный шифр преобразует весь блок, включая MAC. Для поточных шифров, которые не используют вектор синхронизации (такой как RC4), состояние шифра записи используется в последующих пакетах. Если CipherSuite равен TLS_NULL_WITH_NULL_NULL, шифрование представляет собой операцию идентичного преобразования (т.e., данные не шифруются, а размер MAC равен нулю, что говорит о том, что MAC не используется). TLSCiphertext.length равна TLSCompressed.length плюс CipherSpec.hash_size.

Нумерованный тип

Еще одним типом данных является enum (enumerated). Поле типа enum предполагает, что величина декларирована при определении. Каждое определение дает новый тип. Только нумерованные элементы того же типа могут присваиваться и сравниваться. Каждому нумерованному элементу должно быть присвоено значение, как это показано в следующем примере. Так как нумерованные элементы неупорядочены, им может быть присвоено любое уникальное значение в любом порядке.

enum { e1(v1), e2(v2), ... , en(vn) [[, (n)]] } Te;

Нумерованные элементы занимают в байтовом потоке столько места, сколько требует максимальное определенное порядковое значение. Следующее определение требует использования одного байта для поля типа Color (цвет).

enum { red(3), blue(5), white(7) } Color;

Можно опционно специфицировать значение без ассоциированной с ним метки, чтобы задать ширину без определения избыточного элемента. В следующем примере, Taste в потоке данных занимает два байта, но может предполагать значения 1, 2 или 4.

enum { sweet(1), sour(2), bitter(4), (32000) } Taste;

Имена элементов нумерации собраны в пределах определенного типа. В первом примере, полная ссылка на второй элемент будет выглядеть как Color.blue. Такое описание не требуется, если объект присвоения (target) хорошо специфицирован.

Color color = Color.blue;	/* чрезмерная спецификация, допустимо */
Color color = blue;	/* правильно, тип задан неявно */

Для нумерованных элементов, которые не преобразуются во внешнее представление, цифровая информация может быть опущена.

enum { low, medium, high } Amount;

Обработка и сохранение контрольных данных

Контрольные данные узла должны быть одними из наиболее тщательно сохраняемых, для них должны создаваться обязательно контрольные копии. Если бы атакер получил доступ к журналам контрольных данных, самой системы, риск был бы слишком велик.

Контрольные данные могут также стать ключевыми для исследования, понимания и предъявления претензий инициатору инцидента. По этой причине, рекомендуется проконсультироваться с юристом узла при определении решении того, как следует обрабатывать контрольные данные. Это должно быть сделано до того, как произошел инцидент.

Если план обработки данных не определен должным образом до инцидента, может случиться, что после инцидента не окажется средств восстановления из-за некорректной обработки данных.

Обработка инцидентов

Необходимы определенные шаги, необходимые при работе над инцидентом. В любой активности, сопряженной с безопасностью, наиболее важным моментом является необходимость того, чтобы все узлы имели политику безопасности. Без определения политики и целей, предпринимаемые действия лишены координации. Цели должны быть определены менеджментом и юристом заранее.

Одним из главных целей является восстановление управления системами, подверженными атаке и ограничение размера ущерба. В худшем случае выключение системы или отключение системы от сети могут стать единственными практическими решениями.

Так как операция достаточно сложна, попытайтесь получить всю необходимую помощь. В то время как при попытке решить проблему в одиночку, размер ущерба может увеличиться из-за задержек или потери информации. Большинство администраторов воспринимают поиск атакера как личный вызов. Поступая таким образом можно упустить из внимания многие важные аспекты локальной политики безопасности. Попытка поимки хакера может оказаться задачей с очень низким приоритетом, по сравнению, например, с целостностью системы. Мониторирование хакерской активности полезно, но это не сопоставимо с риском, сопряженным с продолжением разрешения незаконного допуска.

 Обработка случаев нарушения безопасности

Эта глава предоставляет руководство, которое следует использовать до, во время и после инцидента в ЭВМ, сети или в многоузловой системе. Философия реагирования на вторжение заключается в последовательности действий в соответствии с заранее подготовленным планом. Это должно быть так, как в случае внешней атаки, так и при нанесении непреднамеренного ущерба студентом, тестирующим некоторую новую программу, или раздраженным служащим. Каждый из возможных типов событий, таких как перечислены выше, должны иметь планы действий, подготовленные заранее.

Традиционная безопасность ЭВМ, являясь крайне важной в рамках общей безопасности узла, обычно уделяет мало внимания тому, как действовать в случае, если атака действительно произошла. Результатом является то, что при атаке, многие решения принимаются в спешке и могут оказаться разрушительными для отслеживания источника инцидента, сбора данных, которые будут использованы для пресечения атаки, приготовления восстановления системы, и защиты ценных данных, содержащихся в системе.

Одной из наиболее важных, но часто упускаемой выгод для эффективной обработки инцидентов, является экономический аспект. Даже при наличии технического управленческого персонала, реагирование на инцидент требует значительных ресурсов. Если персонал обучен и тренирован, то его численность может быть меньше, а работа по ликвидации инцидента эффективнее.

Благодаря всемирному характеру сети большинство инцидентов не ограничиваются одним узлом. Уязвимости операционных систем относятся (в некоторых случаях) к нескольким миллионам систем, и многие слабости используются атакерами в самой сети. Следовательно, жизненно важно, чтобы все заинтересованные узлы были проинформированы об инциденте как можно быстрее.

Другая выгода связана с общественным мнением. Новости об инцидентах, сопряженных с компьютерной безопасностью обычно приводит к разрушению позитивного образа организации в глазах настоящих и потенциальных клиентов. Эффективная ликвидация инцидента минимизирует негативные последствия.

Общедоступный Diffie-Hellman-ключ клиента

Эта структура передает общедоступную величину (Yc) Diffie-Hellman-алгоритма для клиента, если она не была уже включена в сертификат клиента. Шифрование, используемое для Yc, определяется нумерованным параметром PublicValueEncoding. Эта структура является вариантом сообщения ключевого обмена клиента.

Структура этого сообщения:
enum { implicit, explicit } PublicValueEncoding;

implicit	Если сертификат клиента уже содержит подходящий ключ алгоритма Diffie-Hellman, тогда Yc является неявным и не должно пересылаться снова. В этом случае будет послано сообщение ключевого обмена клиента (Client Key Exchange), но оно будет пустым.
explicit	Yc должно быть послано.

struct { select (PublicValueEncoding) {
case implicit: struct { };
case explicit: opaque dh_Yc<1..2^16-1>; } dh_public;
} ClientDiffieHellmanPublic;

dh_Yc

Общедоступный Diffie-Hellman-ключ клиента (Yc).

Общее обсуждение

Одной из наиболее важных причин разработки политики компьютерной безопасности является гарантия того, что усилия, потраченные, на достижение безопасности принесут выгоды, превосходящие затраты. Хотя это может показаться очевидным, возможны заблуждения относительно того, на чем следует сконцентрировать усилия. Например, существует много данных и публикаций о хакерах, атакующих компьютерные системы издали, в то время как большинство нарушений безопасности в подавляющем числе организаций возникает по вине своих сотрудников.

Анализ риска включает в себя определение того, что вам надо защитить, от чего и как. Это процесс рассмотрения всех рисков, а не аранжировка этих рисков по уровню угрозы. Этот процесс включает в себя принятие эффективных в стоимостном отношении решений, связанных с защитой нужных объектов.

Полный анализ рисков находится за пределами задач данного документа. [Fites 1989] и [Pfleeger 1989] рассмотрели некоторые подходы к данной теме. Однако имеется два пункта анализа риска, которые будут кратко рассмотрены в последующих секциях:

(1) Идентификация защищаемых объектов

(2) Идентификация угроз

Для каждого из защищаемых объектов, основными целями безопасности являются доступность, конфиденциальность и целостность. Каждая угроза должна рассматриваться с точки зрения ее влияния на эти области.

Обзор некоторых видов сетевых атак

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

В двадцать первом веке движущей силой и главным объектом всех отраслей человеческой деятельности становится информация, и состояние каналов, сетей и безопасность серверов станут основой экономического развития. К сожалению, сложные сетевые технологии достаточно уязвимы для целенаправленных атак. Причем такие атаки могут производиться удаленно, в том числе и из-за пределов национальных границ. Все это ставит новые проблемы перед разработчиками и строителями информационной инфраструктуры. Некоторые современные формы бизнеса полностью базируются на сетевых технологиях (электронная торговля, IP-телефония, сетевое провайдерство и т.д.) и по этой причине особенно уязвимы. Потребуется здесь и международное сотрудничество в сфере законодательства и установления барьеров для сетевых террористов. Не исключено, что придется со временем модифицировать с учетом требований безопасности некоторые протоколы и программы.

Число ЭВМ, подключенных в Интернет, к концу 2005 года достигнет, а возможно превысит, 1 миллиард. Число WEB-серверов в 2005 году перевалило за 70 миллионов. Сегодня трудно представить себе фирму, организацию или учреждение, где бы для обработки документов, ведения бухгалтерии, учета, обмена сообщениями, доступа к информационным и поисковым серверам и так далее не использовали машин, подключенных к сети. Огромная масса людей не может себе представить жизнь без доступа к сети Интернет, который стал еще одним средством массовой информации. Но преимущества доступа к информации через сеть все чаще омрачается атаками вирусов, червей, троянских коней, spyware и хакеров.

Разнообразие угроз, подстерегающих пользователя, работающего в сети, огромно. Часть из них является платой за использование сложных информационных технологий, уязвимых к внешним воздействиям, другая часть сопряжена с деятельностью людей. Некоторые угрозы носят объективный характер, например, нестабильность или низкое качество питающего напряжения, электромагнитные наводки или близкие грозовые разряды, другие могут быть связаны с невежеством или неаккуратностью самого пользователя.

Если несколько лет назад атаки на сетевые объекты совершали в основном (около 90%) хулиганы, которые таким образом пытались самоутвердиться, сейчас вторжения на серверы и рабочие станции предпринимаются уже с корыстной целью. Речь не идет о вторжениях в банки, все много прозаичнее, хакер взламывает большое число машин, выбирая наиболее уязвимые, и формирует базис для аспределенных сетевых атак отказа обслуживания (DDoS) на сервис-провайдеров или серверы фирм (заказы поступают от конкурентов), или для рассылки СПАМ’а, что стало в нашей стране достаточно прибыльным и относительно безопасным бизнесом.

Мы в ИТЭФ были вынуждены заниматься проблемами сетевой безопасности с 1995 года, когда несколько раз подверглись DoS-атакам. Сначала мы даже не знали, что происходит. Наш маршрутизатор CISCO-4000 был достаточно тихоходен и при потоках более 2000 пакетов в секунду блокировался. Не имея специальных средств и навыков, мы на диагностику проблемы в начале тратили более суток. Связано это с тем, что DoS-атаки чаще всего предпринимаются с использование фальсификации адреса отправителя. Две атаки были предприняты с ЭВМ из нашей локальной сети, взломанных ранее. Позднее такие объекты мы научились локализовать за несколько минут. Для этого была написана специальная программа. Алгоритм этой программы доложен на конференции МаБИТ-03, МГУ октябрь 2003 год.

Но описанные атаки были вторичными. Для нас оставалось не ясным, как взламывались ЭВМ-жертвы в нашей локальной сети. Чтобы прояснить эту проблему, мы поставили на входе сети ЭВМ, на которой сначала стояла программа t-meter, а позднее sniffer. Варьируя критерии отбора пакетов, мы смогли выявить IP-адреса машин, с которых производится сканирование адресов и портов ЭВМ нашей сети. В настоящее время число атак из расчета на одну ЭВМ превышает 20/сутки.

Следует учитывать, что характер атак становится все более изощренным. Хакеры объединяются в клубы, издают журналы и продают хакерские CD. Сегодня крайне актуальным становится кооперирование их потенциальных жертв.



Мало зарегистрировать атаку, надо определить и корректно интерпретировать IP-адрес, откуда эта атака исходит. Чаще всего, имея IP-адрес, достаточно легко отследить путь атаки, например посредством Trace Route. Полезным может оказаться утилита NSLookup, а также служба Whois, которая позволяет определить сервис-провайдера атакера и его географическое положение.

Но существует класс атак с фальсификацией адреса отправителя, когда эту задачу решить затруднительно. Эта техника используется большинством атак отказа обслуживания (DoS), а также некоторыми другими (смотри RFC-2827 или главу "

6.12 Фильтрация на входе сети: Отражение атак DoS, которые используют подмену IP-адреса отправителя (RFC-2827)").

Многие атакеры используют социальную инженерию и психологию, чтобы спровоцировать потенциальную жертву к действиям, которые нанесут ущерб. Например, год назад в ИТЭФ пришли письма, которые, если верить заголовку были посланы сетевым администратором. Приложение к письму было заархивировано, но для дезархивации требовался ключ, который содержался в тексте письма. В самом письме говорилось, что приложение, содержит инструкцию по улучшению безопасности. Почтовый сервер ИТЭФ имеет антивирусную защиту. Но зашифрованность приложения препятствовала распознаванию сигнатуры вируса. Хотя здравый смысл подсказывает, что сетевому администратору не нужно шифровать сообщение, адресованное клиентам сети, среди пользователей нашлось около десятка простаков, которые попались на эту удочку.

Потенциальную угрозу безопасности могут представлять специальные вставки во встроенное программное обеспечение процессора, BIOS, операционной системы и приложений. Аналогичные угрозы представляет любые программы с неизвестными исходными кодами, включая обеспечение маршрутизаторов. Считывать данные можно путем регистрации электромагнитного излучения дисплея и других устройств ЭВМ, и даже анализируя звук при нажатии терминальных клавиш. Этим список способов несанкционированного доступа не исчерпывается.


Но эти угрозы здесь не будут рассматриваться.

По этой причине предпочтение следует оказывать программам с открытым кодом или коммерческим программам, где продавец документально гарантирует безопасность.

Число зарегистрированных сетевых вторжений в 2004 году превысило 200000. За 2004-ый год зарегистрировано 523*109 сетевых инцидентов (мониторинг 450 сетей в 35 странах, см.

http://www.acmqueue.com/modules.php). За период с 2001 по 2003 годы число зарегистрированных компьютерных преступлений в России удваивалось каждый год. Считается, что 80% компьютерных преступлений не попадает в официальную статистику.

Если имеется несколько ЭВМ, объединенных в систему, и к этой системе имеет доступ определенное число удаленных клиентов, то наиболее уязвимыми являются соединения клиентов с этой системой. Хакеры стараются атаковать самое слабое звено в системе. Особенно уязвимы пользовательские, домашние ЭВМ. Зная это, некоторые банки предлагают своим клиентам удешевленные или даже бесплатные средства защиты (например, антивирусные программы). Некоторые сервис-провайдеры предоставляют своим клиентам антивирусные программы и firewall.

Число сигнатур атак превышает 2500 и их многообразие продолжает лавинообразно увеличиваться. Имеет место динамический прогресс системы щит-меч. Многие администраторы и хозяева сетей полагают, что до сих пор все обходилось, Бог даст, обойдется и впредь. Такая позиция рано или поздно приведет к серьезным потерям. Это касается не только компаний, имеющим конкурентов (о них позаботятся непременно), или структур, имеющих на серверах конфиденциальную информацию (например, государственные учреждения), но и сетей, которые на первый взгляд не должны быть привлекательными для хакеров. Мы за счет большого числа машин в сети убеждались в этом уже не раз. Однажды были стерты несколько сот файлов общедоступного сервера http://book.itep.ru. Казалось бы какой в этом смысл? К счастью и меня была свежая резервная копия...

Прерывать работы по совершенствованию систем сетевой защиты нельзя.


Рассчитывать на получение бесплатных разработок из Интернет наивно. Каждая вторая такая программа сама содержит в себе spyware! Поставщик антивирусной программы (особенно бесплатной версии) может быть сам разработчиком вируса или spyware.

Ниже рассмотрены некоторые наиболее опасные виды сетевых атак. Этот обзор не следует считать исчерпывающим, так как полный перечень занял бы целый том. Некоторые классы атак, например, использующие переполнение буферов, являются составной частью многих видов вредоносных атак. Атаки переполнения имеют в свою очередь имеют много разновидностей. Одна из наиболее опасных предполагает ввод в диалоговое окно помимо текста присоединенного к нему исполняемого кода. Такой ввод может привести к записи этого кода поверх исполняемой программы, что рано или поздно вызовет его исполнение. Последствия не трудно себе предствить.

Вирусы - вредоносные программы, способные к самокопированию и к саморассылке. С момента создания до момента обнаружения вируса проходят часы, дни, недели, а иногда и месяцы. Это зависит от того, насколько быстро проявляются последствия заражения. Чем это время больше, тем большее число ЭВМ оказывается заражено. После выявления факта заражения и распространения новой разновидности вируса требуется от пары часов (например, для Email_Worm.Win32.Bagle.bj) до трех недель (W32.Netsky.N@mm) на выявление сигнатуры, создания противоядия и включения его сигнатуры в базу данных противовирусной программы. Временная диаграмма жизненного цикла вируса представлена на рис. 1 (" Network Security", v.2005, Issue 6, June 2005, p 16-18). Только за 2004 год зарегистрировано 10000 новых сигнатур вирусов. Червь Blaster заразил 90% машин за 10 минут. За это время антивирусная группа должна обнаружить объект, квалифицировать и разработать средство противодействия. Понятно, что это нереально. Так что антивирусная программа является не столько средством противодействия, сколько успокоительным. Эти же соображения справедливы и для всех других видов атак.


Когда сигнатура атаки становится известной, сама атака обычно не опасна, так как уже выработаны средства противодействия и уязвимость перекрыта. Именно по этой причине такое внимание уделяется системе управления программными обновлениями (пэтчами).

Некоторые вирусы и черви имеют встроенные SMTP-программы, предназначенные для их рассылки и люки для беспрепятственного проникновения в зараженную машину. Новейшие версии снабжены средствами подавления активности других вирусов или червей. Таким образом могут создаваться целые сети зараженных машин (BotNet), готовых по команде начать, например DDoS-атаку. Для управления такими машинами-зомби может использоваться протокол IRC (Internet Relay Chart). Эта система рассылки сообщений поддерживается большим числом серверов и по этой причине этот канал обычно трудно отследить и запротоколировать. Этому способствует также то, что большинство систем более тщательно контролируют входной трафик, а не выходной. Следует иметь в виду, что зараженная машина может служить помимо DoS-атак, для сканирования других ЭВМ и рассылки SPAM, для хранения нелегальных программных продуктов, для управления самой машиной и кражи документов, хранящихся там, для выявления паролей и ключей, используемых хозяином. Ущерб от вируса Blaster оценивается в 475000$.

К сожалению пока не придумано надежных средств обнаружения новых вирусов (сигнатура которых не известна).



Рис. 1. Диаграмма жизни вируса при благоприятном сценарии

Следует постоянно помнить, что дополнительные WEB-сервисы (FTP, DNS, доступ к DB и т.д.) создают новые угрозы безопасности. Уязвимости обнаруживаются время от времени в широко используемых программах, например, Internet Explorer, Outlook и Outlook Express. Эти атаки для проникновения в систему используют переполнение буферов.

WEB-страницы иногда имеют скрытые ссылки на конфиденциальные данные. Именно на это рассчитывают хакеры.

Практика показывает, что 80% усилий тратится на противодействие внешним атакам, а 70% реальных атак, наносящих ущерб, производится из локальной сети.



Phishing - получение паролей, PIN-кодов и пр. (последующая кража информации). Этот вид атаки начинается с рассылки почтовых сообщений, содержащих ссылку на известный ресурс (или имитирующий такую ссылку). Дизайн WEB-страницы обычно копируется с воспроизводимого ресурса. На фальсифицируемой странице может быть, например, написано, что банк, где вы имеете счет, проводит акцию по проверке безопасности доступа. Вам предлагается ввести номер вашей кредитной карты и PIN-код. Если вы это сделаете, злоумышленники сообщат, что все в порядке, а с вашего счета через некоторое время пропадут деньги. Но если это не сопряжено с банком, опасность такой атаки нисколько не уменьшается. Получив доступ к вашему акоунту, злоумышленники получат доступ к конфиденциальной информации и т.д. (смотри

http://antiphishing.org/APWG_Phishing_Activity_Report_April_2005.pdf). Число атак типа phishing за апрель 2005 года составило 2854, месячный рост - около 15%. Хакер может прикинуться сотрудником организации и написать, что он забыл пароль. Служба администратора часто присылает новый пароль, не проверяя личность человека, приславшего запрос. Так терминалы иногда стоят в общедоступных помещениях, а сотрудник может ненадолго отойти от дисплея, не прерывая сессию, посторонний может сесть на его место, поменять пароль или загрузить троянского коня, получив доступ в систему. Злоумышленник может подсмотреть пароль и через плечо работающего легального пользователя. Хорошей практикой является отсутствие документов и тем более паролей на вашем рабочем столе. Длительная пауза в работе должна автоматически запирать дисплей. Критическая информация в laptop или notebook должна быть зашифрована. Одним из возможных средств атак является использование IDN (International Domain Name). Дело в том, что в системах, поддерживающих IDN, допускается использование букв национальных алфавитов, а, например, некоторые буквы латинского и русского алфавитов пишутся идентично. Этим могут воспользоваться злоумышленники, они могут зарегистрировать имена, которые выглядит как имена известной фирмы, например microsoft.com, где некоторые буквы заменены на русские, так что это внешне не заметно, например, буквы с или о.


Тогда при ошибочной замене одной или нескольких букв на русские клиент попадет не на сайт компании Microsoft, а на внешне неотличимый от него сайт злоумышленника. В среднем электронные мошенничества наносит ущерб порядка 895$, частота же таких преступлений достаточно быстро растет. Пример подобного сообщения представлен ниже (я получил это сообщение на свой адрес в ЦЕРН (Женева)):

Анализ инцидента показал, что произведена полная подмена страниц. Утилита Traceroute указывала на вроде бы легальный адрес в США...

Разновидностью такого рода атак является атака через DNS (или каким-то иным способом), когда страница известного URL подменяется страницей злоумышленника (spoofing). Большую угрозу могут представлять фальсификации серверов обновления (WINDOWS, антивирусных библиотек и т.д.), так как при таком "обновлении" в ЭВМ жертвы может быть записана любая вредоносная программа. Сходную угрозу может представлять интерактивная игра, которая, например, при переходе с одного уровня на другой, предлагает загрузить некоторый программный модуль.

Троянский конь (Spyware) - программа, записывающая все нажатия клавиш на терминале или мышке, способна записывать screenshot'ы и передавать эти данные удаленному хозяину. Если на ЭВМ оказался установленным общеизвестный троянский конь, машина становится уязвимой. Именно с этим связано сканирование хакерами номеров портов известных троянских коней. Многие современные вирусы и черви могут загружать в зараженную ЭВМ троянского коня (или программу spyware), целью которого может быть не только получение паролей, но также номера кредитной карты и PIN-кода. В некоторых случаях зараженная машина может стать источником DoS-атаки. Исследования, проведенные в 2004 году, показали, что 90% РС имеют какой-то вид spyware (это не обязательно троянские кони). В среднем каждая ЭВМ содержит в себе до 26 разновидностей таких программ (возможно, это и преувеличение, но если вы не предпринимали специальных мер, как минимум одна такая программа в вашей ЭВМ имеется).


Следует учитывать, что Spyware (adware или malware), имеют примерно те же возможности, что и троянский конь, встраиваются в другие программы и распространяется несколько другими методами. Кроме того, в отличие от троянских коней эти программы часто не обнаруживаются антивирусными программами. Смотри

www.earthlink.net/about/press/pr_spyAudit, www.ssppyy.com и

securityresponse.symantec.com.

Spyware.Ssppyy может попасть к вам вместе с поздравительной открыткой. Если хотя бы один пользователь откроет такую открытку, вся система окажется скомпрометированной. 80% данных Spyware отсылает своему хозяину по почте (порт=25), некоторые разновидности этих программ содержат в себе почтовый сервер.

Проверка моей машины с помощью программы BPS Spyware показала, что там содержится около 2000 таких программ (машина не сканировалась на предмет spyware); всего по результатам сканирования удалено 17825 объектов), но с момента инсталляции ОС на машине работала антивирусная программа. Последние полгода там работал ZoneAlarm. Полная очистка ЭВМ от spyware, размещенных в файлах, в cookies, в реестре и т.д. заняла достаточно много времени.

SPAM составляет до 90% полного объема почтовых сообщений. Сопряжено это с тем, что рассылка SPAM стала достаточно доходной частью полукриминального бизнеса. Это сопряжено с потерями сетевых ресурсов, о времени получателей я уже не говорю. Часть таких сообщений часто заражена вирусами, червями или троянскими конями. Я, например, получаю до 300 таких сообщений в день. У меня есть специальный почтовый ящик, куда такие сообщения складываются. Эффективность современных фильтров SPAM достигает 90%. При этом следует учитывать, что такие фильтры сильно загружают серверы DNS. Для минимизации SPAM обычно рекомендуется иметь несколько почтовых адресов, например, один для частной переписки, один для деловой и один для информационных обменов, подписки и пр. Это облегчает распознавание SPAM. Полезно самому создавать уникальные адреса для каждого вида обменов и время от времени их менять (см.


email.about.com/library/weekly. Это легко делать в случае подписных листов. Рекомендуется удалить свой почтовый адрес из своего WEB-сервера. Не рекомендуется покупать что-либо по рекомендациям SPAM-рассылок, тем более что в 95% случаях это могут оказаться недобросовестные поставщики. Смотри также http://email.about.com/cs/spamfiltering, email.about.com/library/howto/htnegativespamfilter.htm, spam.abuse.net/spam/ и www.scambusters.org/stopspam/stop-spam.html.

“Пассивные” атаки с помощью, например, sniffer особенно опасны, так как, во-первых, практически недетектируемы, во-вторых, предпринимаются из локальной сети (внешний Firewall бессилен).

Scam - мошеннический трюк, заключающийся в том, чтобы, ссылаясь на авторитетных лиц, втереться в доверие и извлечь коммерческую выгоду. Первооткрывателями этого вида мошенничества были адресаты из Нигерии. Смотри .

В организациях с 10000 сотрудников сплошь и рядом имеется до 16000 акоунтов за счет уже давно не используемых (люди уволились). Такие неиспользуемые акоунты могут стать объектом атаки, тем более что их создание может относиться ко времени, когда безопасности паролей не уделялось должного внимания. По этой причине администратор должен требовать регулярного обновления паролей и удалять устаревшие, неиспользуемые акоунты.

При разработке новых устройств и программ надо уже на стадии проектирования встраивать в них средства безопасности. Должны быть разработаны специальные курсы обучения тому, как писать безопасные программы, например, CGI.

Существует много методов обмануть IDS, например, перегрузив его. Некоторые IDS имеют механизмы улучшения эффективности и это может быть использовано хакером, например, многие IDS игнорируют параметры, передаваемые в запросе GET. Можно обмануть IDS, используя медленное сканирование. Существует известная сигнатура атаки, содержащая в себе определенную строку в URL-запросе. Если представить ее в альтернативной кодировке с использованием символов %, IDS эту строку не распознает. Настройка IDS должна выполняться с учетом реальных угроз конкретной сети.


Полагаться на то, что сервис провайдер имеет свою систему IDS, ни в коем случае нельзя. Следует также учитывать, что поставляемые вместе с IDS программы анализа журнальных файлов, требуют хорошей настройки. Настройка IDS сильно зависит от используемой ОС. Одним из способов атак является шестнадцатеричное кодирование параметров HTTP-запросов или использование для этих целей уникодов. Идея атаки заключается в том, что дешифровка такого представления параметров может в определенных случаях производится некорректно, что открывает хакерам дополнительные возможности. Еще одним недостатком IDS являются ложные тревоги, которые при достаточно высокой частоте могут, в конце концов, притупить внимание администратора к реальным угрозам.

IDS дает данные для сетевого администратора, чтобы он, если сочтет нужным, предпринял определенные меры. Иногда оказывается, что действия администратора уже запоздали. Исследования показывают, что запаздывание в 10 часов дает 80% для успеха хакера, а при 20 часах вероятность вторжения оказывается равной 95%, при 30 часах задержки - успех хакера гарантирован, каким бы искусным ни был администратор. При нулевой задержке реакции на подготовку атаки хороший администратор не оставляет никаких шансов хакеру (смотри

all.net). Быстрая реакция на угрозу сокращает возможный ущерб не только для атакуемого объекта, но иногда и для всего Интернет сообщества (может сократиться число пораженных сетевых объектов).

Именно эти обстоятельства повышают интерес к системам IPS (Intrusion Protection System) или IMS (Intrusion Management system). В сетевом контексте, можно считать, что такие системы комбинируют в себе свойства IDS и Firewall. В случае отдельной ЭВМ такая система мониторирует все системные и API-вызовы и блокирует те, которые могут нанести вред. Схема подключения IDS и IPS показана на . Хотя IPS существуют уже несколько лет, применение их ограничено.

IDS пригодна для того, чтобы понять, насколько ситуация тревожна. Для улучшения положения нужны дополнительные действия.


Положение IDS на рынке услуг демонстрирует рис. 3, из него видно, что интерес к IDS становится ограниченным. (смотри также www.nwfusion.com/newsletters/frame/2003/1013wan2.html и

www.nwfusion.com/reviews/2003/1013idsalert.html).



Рис. 3. Вариация числа используемых IDS по годам (та же статья, что и для )

Так как IPS/IMS базируются на IDS, они наследуют все ее недостатки (нечувствительны к неизвестным сигнатурам атак, дают ложные тревоги и пр.). Эти системы блокируют лишь атаки, которые детектируются с высокой степенью достоверности. Кроме того они требуют тонкой настройки высоко квалифицированными администраторами. В случае отказа IPS (или успешной атаки) сеть или ЭВМ, которую она защищает, лишится доступа к внешней сети (см. рис. 3).

Еще одной, достаточно новой угрозой является IM (Instant Messaging). Хотя большинство систем IM (MSN, Yahoo IM, AIM и др.) имеют стандартные номера портов, блокировать доступ для этого сервиса, закрыв эти порты, нельзя, так как системы могут воспользоваться другими номерами портов, например, 80, 23, 20 и т.д.. Возможно, некоторые читатели сталкивались с появлением на экране их дисплея окна, приглашающего сыграть в "бесплатном" казино, это одно из проявлений подобных атак. Некоторые пользователи могут полагать, что они в безопасности, так как не используют e-mail. Для защиты от этого вида атак нужно специализированное программное обеспечение. К этому классу уязвимостей следует отнести и сервис ICQ

Так как беспроводные сети находят все более широкое применение, а безопасность таких каналов оставляет желать лучшего, возможен перехват трафика с помощью средств типа sniffer. Высокой безопасности можно не получить даже в случае применения VPN и двухфакторной аутентификации (SecurID). Для хакера такие объекты атаки привлекательны тем, что им не нужно устанавливать соединение с каким-либо объектом в локальной сети, не оставляя следов в FireWall или IDS. Обычный просмотр WEB-страниц может помочь украсть индивидуальные параметры.


Пользователи корпоративной сети при работе с WEB-страницами (просмотр требует аутентификации) могут получить уведомление: "Your connection to the network has been lost - please reenter your username and password". Инициатором такого сообщения может быть злоумышленник, который рассчитывает получить ваши аутентификационные параметры. Беспроводные средства облегчают атаки и стационарных объектов. Клиент, купивший карту доступа, получает динамический адрес и его локализация и идентичность достаточно трудно установить. Существуют специальные средства для выявления приборов 802.11, например, Kismet или Air Defense (разновидность IDS). Но такие средства могут использоваться как во благо, так и во вред, они могут помочь обнаружить плохо сконфигурированные точки доступа. Для таких сетей особенно актуальна проблема однозначной идентификации пользователя, где бы он ни находился. Обычно портативные ЭВМ после включения пытаются установить соединение с известными им беспроводными точками подключения (их число может превышать сотню), атакер может сформировать точку доступа, имитирующую один из таких узлов, для установления соединения с данной ЭВМ и получения параметров доступа. В последнее время появились экраны, работающие по технологии стелз, способные экранировать радиоволны определенных частот. Это позволяет обезопасить беспроводные локальные сети, сохраняя работоспособность мобильных телефонов. Эта технология может помочь исключить интерференцию систем, работающих на идентичных частотах.

Если нет насущной потребности, следует дезактивировать вход USB на уровни BIOS. Заметной уязвимостью обладают все переносные ЭВМ. Человек, получивший к такой ЭВМ доступ, за несколько минут может установить новый пароль (с помощью загрузочного диска) и скопировать оттуда любую информацию или установить там троянского коня. Особую категорию составляют домашние ЭВМ. Многие компании одобряют работу своих сотрудников дома (экономится электричество, рабочее место и пр.), удобно это и работникам (экономится время в пути и бензин).


При подключении к офисной сети предпринимаются достаточно серьезные меры безопасности, но эта же машина может использоваться детьми, подключающимися к самым разным сайтам, среди которых могут быть ЭВМ злоумышленников. При этом нет никакой гарантии, что в такую машину не попадет троянский конь или другая вредоносная программа. После же подключения в сети компании такая машина может стать источником угрозы для других ЭВМ локальной сети. Покидая рабочее место, целесообразно выйти из ОС (произвести процедуру Logoff), но все ли это делают? По этой причине после 30-60 сек пассивности, ЭВМ должна сама выполнить эту процедуру. Многие компании в случае успешной сетевой атаки скрывают этот факт, чтобы сохранить доверие клиентов. Это приводит к тому, что число жертв увеличивается (такой же атаке подвергаются другие, не предупрежденные об угрозе).

Сигнатуры современных атак могут быть достаточно изощренными. Это может быть не просто попытка установить соединение с определенным портом, а вполне определенная последовательность попыток соединений, приводящая к соединению. Это характерно для доступа к некоторым люкам, специально оставленным хакером в какой-то программе. Такая схема исключает детектирование окон уязвимости простым поиском открытых портов (так работают некоторые программы поиска вторжений). Подробности этой техники смотри по адресу www.portknocking.org.

Наибольшую угрозу представляют атаки с помощью программ, специально написанных для вторжения в конкретную ЭВМ или сеть. К сожалению, большинство разработчиков приложений не учитывает требования безопасности. Сертификация программ, как правило, не включает в себя аспект безопасности (попыток вторжения). Следует разделять уязвимости "врожденные" и специально созданные хакером. Эти два вида бывает трудно разделить, если вы покупаете нелегальное программное обеспечение. Хороший хакер готовит вторжение с тщательной разведки объекта атаки. Это не обязательно сканирование или попытки подбора пароля. Такую информацию хакер может получить из описаний разработанных на сервере-мишени программных продуктов (требования к ОС, версии и т.д.) Он может послать запросы на серверы Whois, посылая команды finger или почтовому серверу и пр.В отдельности такие запросы не говорят ни о чем. Но, если собирать статистику о клиентах сети (используемые запросы, ping, traceroute, сканирования определенных портов и т.д.), то по совокупности этих данных можно с приемлемой вероятностью прогнозировать угрозу.

При стратегическом планировании в сфере сетевой безопасности следует учитывать тенденцию в направлении распределенных систем и более широкого внедрения беспроводных систем. Оба эти фактора делают решение проблем значительно труднее.

Обзор протокола диалога

Криптографические параметры состояния сессии формируются протоколом диалога TLS, который работает поверх уровня записей TLS. Когда клиент и сервер TLS впервые начинают взаимодействие, они согласуют версию протокола, выбирают криптографические алгоритмы, опционно аутентифицируют друг друга и используют методику с общедоступным ключом для формирования общего секретного кода. Протокол диалога TLS включает в себя следующие шаги:

Обмен сообщениями hello, чтобы согласовать алгоритмы, обмен случайными кодами, и проверка перезапуска сессии.

Обмен необходимыми криптографическими параметрами, чтобы позволить клиенту и серверу согласовать предмастерные секретные коды.

Обмен сертификатами и криптографической информацией, чтобы позволить клиенту и серверу аутентифицировать друг друга.

Генерация мастерного секретного кода из предмастерного и обмен случайными кодами.

Предоставление параметров безопасности уровню записей.

Разрешение клиенту и серверу проверить, что их партнер вычислил те же самые параметры безопасности и что диалог прошел без вмешательства хакера.

Заметим, что верхние слои не должны слишком полагаться на TLS, всегда согласуя самые безопасные из возможных соединений между партнерами: существует много способов, с помощью которых злоумышленник, включившийся в разрыв соединения, может попытаться заставить партнеров принять наименее безопасный метод связи из числа поддерживаемых ими. Протокол был устроен так, чтобы минимизировать этот риск, но, тем не менее, существуют некоторые возможности атак. Например, хакер может блокировать доступ к порту, через который обеспечивается безопасное обслуживание, или попытаться заставить партнеров установить не аутентифицированное соединение. Фундаментальным правилом является то, что верхние уровни должны знать, каковы требования безопасности и никогда не передавать данные по каналам, которые менее безопасны, чем это предписано этими требованиями. Протокол TLS является безопасным, здесь любой шифровой набор предлагает свой уровень безопасности.
Если вы согласуете использование 3DES с 1024-битовым RSA-ключом при связи с ЭВМ, чей сертификат вы проверили, вы можете быть уверены в безопасности. Однако вы никогда не должны посылать данные по каналу, где используется 40-битовая шифрование, если только вы не уверены, что данные не стоят того, чтобы кто-то тратил силы на их дешифрование.

Эти цели достигаются протоколом диалога, который может быть суммирован следующим образом. Клиент посылает сообщение hello, на которое сервер должен также откликнуться сообщением hello, в противном случае возникает ситуация фатальной ошибки и соединение разрывается. Сообщения client hello и server hello используются для установления более безопасного взаимодействия клиента и сервера. Сообщения client hello server hello устанавливают следующие атрибуты: версия протокола, ID-сессии, шифровой набор и метод сжатия. Кроме того, партнеры генерируют и пересылают друг другу два случайных числа: ClientHello.random и ServerHello.random.

Реальный обмен ключами использует до четырех сообщений: сертификат сервера, ключевой обмен сервера, сертификат клиента и ключевой обмен клиента. Новые методы ключевого обмена могут быть созданы с помощью спецификации формата для этих сообщений, чтобы позволить клиенту и серверу согласовать использование общего секретного кода. Этот секретный код должен быть достаточно длинным. Современные методы ключевого обмена пересылают коды длиной от 48 до 128 байт.

Вслед за сообщениями hello, сервер, если он должен быть аутентифицирован, посылает свой сертификат. Кроме того, если необходимо, может быть послано сообщение ключевого обмена (например, если сервер не имеет сертификата, или если его сертификат служит только для подписи). Если сервер аутентифицирован, он может затребовать сертификат от клиента, если выбран соответствующий шифровой набор. После этого сервер пошлет сообщение hello done, указывающее, что фаза диалога hello завершена. Сервер ждет отклика клиента. Если сервер послал сообщение сертификатного запроса, клиент должен послать сообщение сертификата.


Сообщение ключевого обмена клиента послано, и его содержимое зависит от алгоритма с общедоступным ключом, который выбрали клиент и сервер при обмене сообщениями hello.

В этой точке клиентом посылается сообщение об изменении спецификации шифра, и клиент копирует записанную шифровую спецификацию в текущую спецификацию. После этого клиент немедленно посылает сообщение finished для новых алгоритмов, ключей и секретных кодов. В качестве отклика сервер пошлет свое сообщение об изменении шифровой спецификации, перенесет записанную шифровую спецификацию в текущую, и пошлет свое сообщение finished с использованием новой шифровой спецификации. В этой точке диалог завершается, а клиент и сервер могут начать обмен прикладными данными (смотри блок-схему обмена ниже на рис. .1).

Клиент	Сервер
ClientHello -------->
	ServerHello
	Certificate*
	ServerKeyExchange*
	CertificateRequest*
	<-------- ServerHelloDone

Certificate*
ClientKeyExchange
CertificateVerify*
[ChangeCipherSpec]

Finished -------->
	[ChangeCipherSpec]
	<-------- Finished
Прикладные данные	<-------> Прикладные данные

Рис. .1. Обмен сообщениями в процессе диалога

* отмечает опционные или зависящие от ситуации сообщения, которые посылаются не всегда.

Когда клиент и сервер решают возобновить предыдущую сессию или задублировать существующую сессию (вместо согласования новых параметров безопасности), следует обмен следующими сообщениями:

Клиент посылает ClientHello, используя ID-сессии, которая должна быть возобновлена. Сервер проверяет свой кэш сессий на соответствие. Если соответствие имеется, а сервер желает возобновить соединение со специфицированным состоянием сессии, он посылает ServerHello с тем же значением ID-сессии. В этой точке, как клиент, так и сервер должны послать сообщения об изменении шифровой спецификации, после чего перейти к завершающим сообщениям finished. Раз восстановление сессии завершилось, клиент и сервер могут начать обмен прикладными данными. Смотри диаграмму на рис. .2. Если соответствия с ID-сессии не найдено, сервер генерирует новый ID сессии, а клиент TLS и сервер осуществляют полный диалог.

Клиент	Сервер
ClientHello -------->
	ServerHello
	[ChangeCipherSpec]
	<-------- Finished

[ChangeCipherSpec]

Finished ----------->
Прикладные данные	<-------> Прикладные данные

Рис. .2. Обмен сообщениями для упрощенного диалога

Оценка ущерба и его масштаба

Анализ ущерба и масштаба инцидента может занять много времени, но непременно должен вести к пониманию природы инцидента и иметь целью расследование и нахождение виновника. Как только обнаружено проникновение, вся система и все ее компоненты оказывается под подозрением. Системное программное обеспечение является наиболее вероятной мишенью. Подготовленность является ключом для способности детектировать все изменения возможно поврежденной системы system. Это включает контрольное суммирование всех носителей, используя алгоритм, устойчивый для злоупотреблений (смотри разделы 4.3).

Предполагая, что данные о дистрибутивах доступны, должен проводиться анализ всех системных файлов, и любые нерегулярности должны регистрироваться и передаваться всем вовлеченным в инцидент. В некоторых случаях может быть очень трудно решить, какая из резервных сред демонстрирует корректное состояние системы. Предположим, например, что инцидент может продолжаться месяцы или годы, прежде чем все станет ясно, а подозреваемым может быть сотрудник узла. В любом случае, подготовка к инциденту определяет возможность преодоления последствий инцидента.

Если система поддерживает централизованное ведение журнальных файлов (как правило, это так), просмотрите записи и ищите любые необычные события. В меньшей мере, на инцидент может пролить свет использование диска. Аккаунтинг может предоставить много полезной информации при анализе инцидента и последующего поиска виновника.

Одноразовые пароли

Как отмечалось выше, в существующем сегодня сетевом окружении рекомендуется, чтобы узлы, заинтересованные в безопасности и целостности своих систем и сетей, рассмотрели возможность отхода от стандарта повторно используемых паролей. Зарегистрировано много инцидентов с программами типа троянский конь или sniffer. Эти программы перехватывали аутентификационные параметры – имя_ЭВМ/аккаунт имя/пароль. Атакеры могут использовать перехваченную информацию для последующего доступа к этим машинам и аккоунтам. Это возможно, так как 1) пароль используется снова и снова, и 2) пароль передается через сеть открытым текстом.

Было разработано несколько методик, которые ориентированы на эту проблему. Среди этих методик – техника отклика на вызов (challenge-response), которая предоставляет пароль, используемый однократно (обычно называемый одноразовым паролем). Существует много продуктов, которые узлы могут использовать. Решение использовать продукт находится в области ответственности конкретной организации пользователей.

 Ограничение паразитного трафика

Проблемы, с которыми приходится сталкиваться при данном типе атак, многочисленны, и включают в себя недостатки реализации программного обеспечения ЭВМ, методологии маршрутизации, и сами протоколы TCP/IP. Однако, путем ограничения транзитного трафика, который исходит из известных и преднамеренно анонсированных сетевых префиксов, проблема фальсификации адреса отправителя может быть существенно подавлена для этих сценариев атаки.

                      11.0.0.0/8

                          /

                   маршрутизатор 1

                      /

                     /

                    /                               204.69.207.0/24

ISP <----- ISP <---- ISP <--- ISP <-- маршрутизатор <-- атакер

 A              B            C           D                 2

                /

               /

  маршрутизатор 3

          /

 12.0.0.0/8

В вышеприведенном примере, атакер находится в области 204.69.207.0/24, доступ которой к Интернет обеспечивается провайдером D. Фильтр входного трафика канала "маршрутизатора 2", который обеспечивает подключение к Интернет сети атакера, осуществляет ограничение трафика, разрешая прохождение пакетов, посланных из зоны с адресным префиксом 204.69.207.0/24, и запрещая использование атакером "неверных" адресов отправителя, которые находятся вне пределов диапазона, заданного этим префиксом. Другими словами, входной фильтр в "маршрутизаторе 2" должен осуществлять следующую функцию:

IF	адрес отправителя пакета лежит в пределах 204.69.207.0/24
THEN	переадресовать пакет по назначению,
IF	адрес отправителя какой-то иной,
THEN	отвергнуть пакет

            Сетевые администраторы должны регистрировать информацию о пакетах, которые отбрасываются. Это затем служит основой для мониторинга подозрительной деятельности.

Он действительно имел место?

Этот этап включает определение того, имеется ли проблема вообще. Конечно, многие, если не все признаки, часто ассоциируемые с вирусной инфекцией, вторжениями в систему, злонамеренными пользователями и т.д., являются просто аномалиями, такими как отказ оборудования или подозрительное поведение системы/пользователя. Чтобы помочь определить, имеет ли место инцидент, обычно полезно получить и использовать любую доступную детектирующую программу. Контрольная информация является также крайне полезной, особенно при определении того, имеет ли место сетевая атака. Чрезвычайно важно как можно быстрее записать состояние системы, как только возникло малейшее подозрение на атаку. Многие инциденты вызывают динамическую цепочку событий, и анализ исходного состояния системы может быть наиболее ценным инструментом для идентификации проблемы и источника атаки. Наконец, важно запустить систему журнальных файлов. Запись системных событий, телефонных переговоров, временных меток и т.д., может привести к более быстрому и систематическому выявлению проблемы, и является основой для дальнейшей работы над инцидентом.

Существуют определенные указания или "симптомы" инцидента, которые заслуживают особого внимания:

(1)	Аварии системы
(2)	Аккаунты новых пользователей (неожиданно создан аккаунт RUMPLESTILTSKIN), или необычно высокая активность на аккаунте, который был обычно мало активен.
(3)	Новые файлы (обычно с новыми или странными именами, такими как data.xx или k или .xx).
(4)	Рассогласование аккаунтингов (в системе UNIX вы можете заметить сжатие файлов аккаунтинга, называемого /usr/admin/lastlog, все что вызывает подозрение может быть результатом действия атакера).
(5)	Изменения длин файлов или дат (пользователь должен обратить внимание на ситуацию, если увеличился размер . EXE файлов в MS на более чем 1800 байтов).
(6)	Попытки записи в системные файлы (системный менеджер заметил, что привилегированный пользователь в системе VMS пытается отредактировать RIGHTSLIST.DAT).
(7)	Модификация или стирание данных (файлы начинают исчезать).
(8)	Отказ в обслуживании (системный менеджер и другие пользователи оказываются блокированы в системе UNIX, система перешла в режим с одним пользователем).
(9)	Необъяснимое, плохое поведение системы
(10)	Анормальности (на дисплее отображается "GOTCHA" или частые необъяснимые звуковые сигналы).
(11)	Подозрительные попытки (имеют место множественные неуспешные попытки авторизоваться из другого узла).
(12)	Подозрительный просмотр (кто-то становится пользователем root системы UNIX и открывает файл за файлом, принадлежащие разным пользователям).
(13)	Невозможность пользователя авторизоваться из-за модификаций его/ее аккаунта.

Этот список не является исчерпывающим; мы лишь перечислили несколько общих индикаторов. Лучше всего сотрудничать с техническим персоналом и лицами, ответственными за безопасность, чтобы принять совместное решение, произошел инцидент или нет.

Оповещение и контактные точки

Важно установить контакты с различным персоналом, прежде чем произойдет реальный инцидент. Во многих случаях инциденты не являются реальными авариями. В действительности часто вы можете уладить проблему внутренними средствами. Однако, во многих случаях для разрешения проблем, сопряженных с атакой, может возникнуть необходимость привлечение структур за пределами вашей организации. Эти дополнительные контакты включают местных менеджеров и системных администраторов, административные контакты с другими узлами Интернет, и различными исследовательскими организациями. Знания об адресах, именах и телефонах этих лиц и организаций сделает решение проблемы инцидента более эффективным.

Для каждого типа коммуникационного контакта должен быть определены специфические POC (Points of Contact). По своей природе они могут быть техническими или административными и могут включать юридические или сыскные агентства, а также сервис-провайдеров и поставщиков. При установлении этих контактов важно решить, какой объем информации вы готовы передать в каждом конкретном случае. Особенно важно определить заранее, какие данные вы готовы предоставить пользователям вашего узла, публике (включая прессу) и другим узлам.

Решение этих вопросов особенно важно для лица, ответственного за решение проблем инцидентов, так как именно этот человек ответственен за оповещение других. Список контактов каждой из категорий сэкономит время персоналу, участвующему в ликвидации последствий инцидента. Может быть весьма трудно найти нужного человека в случае инцидента, когда осуществляется много неотложных дел. Настоятельно рекомендуется, чтобы все нужные телефонные номера (а также электронные почтовые адреса и номера факсов) были включены в политику безопасности узла. Имена и контактная информация для всех лиц, кто будет непосредственно задействован в случае инцидента, должна быть помещена в начале этого списка.

Оповещения об ошибках

Обработка ошибок в протоколе диалога TLS очень проста. Когда обнаруживается ошибка, обнаруживший партнер посылает сообщение другому партнеру. При передаче или получении сообщения о фатальной ошибке, оба партнера немедленно закрывают соединение. Серверы и клиенты должны забыть любые идентификаторы сессии, ключи и секретные коды, связанные с неудачным соединением. Определены следующие оповещения об ошибках:

unexpected_message	Получено не предусмотренное сообщение. Это оповещение является всегда фатальным и не должно встречаться при обменах между корректными реализациями.
bad_record_mac	Это оповещение присылается, если получена запись с неверным MAC. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
decryption_failed	TLSCiphertext дешифрован не верно: либо текст не имел длину четную и кратную размеру блока или их значения (заполнители) при проверке оказались некорректными. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
record_overflow	Получена запись TLSCiphertext, которая имеет длину больше 214+2048 байт, запись дешифрована TLSCompressed в запись с более чем 214+1024 байтов. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
decompression_failure	Функция декомпрессии получила неприемлемые данные (напр., данные, которые после восстановления будут иметь слишком большой объем). Это сообщение вызывает фатальную ошибку.
handshake_failure	Получение сообщения оповещения handshake_failure указывает, что отправитель не мог согласовать приемлемый набор параметров безопасности из числа предлагаемых опций. Это фатальная ошибка.
bad_certificate	Сертификат был поврежден, содержал подписи, которые не прошли проверку и т.д..
unsupported_certificate	Сертификат имел не поддерживаемый тип.
certificate_revoked	Сертификат был отозван его подписантом.
certificate_expired	Сертификат имеет исчерпанный срок годности или не пригоден по другой причине.
certificate_unknown	Некоторая другая, не специфицированная причина при обработке сертификата, делающая его неприемлемым.
illegal_parameter	Поле при диалоге оказалось вне диапазона допустимых значений или не согласуется с другими полями. Это фатальная ошибка..
unknown_ca	Получена корректная сертификатная последовательность или ее часть, но сертификат не был воспринят из-за того, что CA-сертификат не может быть обнаружен или не согласуется с известным проверенным CA. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
access_denied	Получен правильный сертификат, но при проверке доступа отправитель решил не продолжать согласование. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
decode_error	Сообщение не может быть дешифровано из-за того, что некоторое поле выходит за пределы допустимого или сообщение имеет не верный размер. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
decrypt_error	Диалог криптографической операции не прошел, это может включать неудачу проверки подписи, обмена ключами или контроль завершающего сообщения.
export_restriction	Согласование параметров вошло в противоречие с экспортными регламентациями. Например: попытка передать 1024 битов ephemeral RSA-ключа для метода диалога RSA_EXPORT. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
protocol_version	Протокольная версия клиента распознана, но не поддерживается. (Например: старые версии протокола могут отвергаться по соображениям безопасности). Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
insufficient_security	Возвращается вместо handshake_failure, когда согласование не прошло в частности из-за того, что сервер требует более секретного шифра, чем может поддержать клиент. Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
internal_error	Внутренняя ошибка, не связанная с партнером, или требования протокола не допускают продолжения процедуры (например, ошибка при выделении памяти). Это сообщение всегда вызывает фатальную ошибку.
user_canceled	Этот диалог аннулирован по какой-то причине, не связанной с протокольной ошибкой. Если пользователь аннулирует операцию после завершения диалога, закрытие соединения путем посылки close_notify является более приемлемым. За этим оповещением должно следовать close_notify. Это сообщения является предупреждением.
no_renegotiation	Посылается клиентом в ответ на запрос hello или сервером - в ответ на hello клиента после стартового диалога. Любое из этих сообщений должно, в норме, вызывать повторное согласование параметров. Когда это не приемлемо, получатель должен реагировать посылкой этого уведомления (alert). В этой точке отправитель исходного запроса может решить, следует ли сохранять соединение. Случаем, когда это приемлемо, может оказаться ситуация, когда сервер запускает процесс, чтобы удовлетворить запросу. Процесс может получить параметры безопасности (длину ключа, аутентификацию и т.д.) при запуске, и может быть, трудно сообщить об изменении этих параметров в этой точке процесса. Это сообщение всегда является предупреждением.

Для всех ошибок, где уровень оповещения не специфицирован явно, отправитель может сам определить, является ли ошибка фатальной. Если получено оповещение с уровнем предупреждения, получатель может сам решить, воспринимать ли ее как фатальную. Однако все сообщения, которые переданы с фатальным уровнем, должны рассматриваться как фатальные.

Оповещения закрытия

Клиент и сервер должны оба знать, что соединение завершается, для того чтобы избежать атаки усечения (truncation). Оба партнера могут запустить обмен сообщениями закрытия.

close_notify

Это сообщение обращает внимание получателя, что отправитель не будет посылать более каких-либо данных через это соединение. Сессия становится не возобновляемой (unresumable), если любое соединение разорвано без соответствующих сообщений close_notify с уровнем равным предупреждению.

Оба партнера могут инициализировать закрытие, послав уведомление close_notify. Любые данные, полученные после оповещения о закрытии, игнорируются.

Каждый из партнеров обязан послать уведомление close_notify, прежде чем разрывать соединение со стороны записи. Требуется, чтобы другой партнер реагировал своим уведомлением close_notify и закрывал соединение немедленно, аннулируя все не завершенные записи. Для инициатора закрытия не требуется ждать получения отклика close_notify, прежде чем закрыть соединение со стороны чтения. Если прикладной протокол, использующий TLS, гарантирует, что любые данные могут быть переданы через используемое TLS-соединение после его закрытия, реализация TLS должна получить уведомление-отклик close_notify до оповещения прикладного уровня о том, что соединение TLS завершает свою работу. Если прикладной протокол не передает никаких дополнительных данных, но лишь закрывает ниже лежащее транспортное соединение, тогда реализация может выбрать вариант закрытия транспорта, не дожидаясь отклика close_notify.

Предполагается, что закрытие соединения надежно доставляет все данные, ждущие передачи, прежде чем транспортная система будет блокирована.

Определение политики безопасности

Политика безопасности является формальным объявлением правил, которым должны подчиняться лица, получившие доступ к технологии и информации организации.

Определения

В данном руководстве под "узлом" подразумевается любая организация, которая имеет ЭВМ или сетевые ресурсы. Эти ресурсы могут включать в себя машины, используемые обычными клиентами, маршрутизаторы, терминальные серверы, персональные ЭВМ или другие устройства, которые имею доступ к Интернет. Узел может быть конечным пользователем Интернет-услуг или сервис провайдером, таким как промежуточная сеть. Однако основное внимание в этом руководстве уделено конечным пользователям Интернет-услуг. Мы предполагаем, что узел имеет возможность определять политику и процедуры для себя с согласия и при поддержке владельцев ресурсов. "Интернет" объединение тысяч сетей, связанных друг с другом посредством общего набора технических протоколов, которые делают возможным для пользователей любой сети взаимодействие друг с другом, или использование услуг каких-то удаленных сетей (FYI 4, RFC 1594).

Термин "администратор" используется в отношении людей, кто несет ответственность за каждодневную работу системы и сетевых ресурсов. Это может быть несколько человек или организаций.

Термин "администратор безопасности" используется в отношении людей, которые отвечают за безопасность информации и информационную технологию. В некоторых узлах эта функция может сочетаться с административной, в других, эти задачи могут решаться разными людьми.

Термин "decision maker" относится к людям в узле, кто определяет или утверждает политику. Это часто (но не всегда) люди, владеющие ресурсами.

Определения и терминология, используемые в данном документе

Активная атака. Попытка некорректной модификации данных с целью аутентификации или авторизации с помощью вставления ложных пакетов в поток данных или их модификации.

Асимметричная криптография. Криптографическая система, которая использует различные ключи для шифрования и дешифрования. Эти два ключа являются математически связанными. Называется также криптографией с общедоступным ключом.

Аутентификация. Идентификация источника информации.

Авторизация. Предоставление прав доступа на основе аутентификации.

Конфиденциальность. Защита информации, так чтобы лицо, не авторизованное для доступа к данным, не могло их читать, даже если имеется доступ к соответствующему каталогу или сетевому пакету.

Шифрование. Механизм, используемый для обеспечения конфиденциальности.

Целостность. Защита информации от неавторизованной модификации.

Сертификат ключа. Информационная структура, состоящая из общедоступного ключа, идентификатора лица, системы и информации, аутентифицирующей ключ и ассоциацию общедоступного ключа с идентификатором. Ключи, используемые PEM, являются примером сертификата ключа [Kent93].

Пассивная атака. Атака на систему аутентификации, которая не предполагает введения каких-либо данных в поток, но базируется на возможности мониторинга информации, которой обмениваются другие партнеры. Эта информация может быть использована позднее.

Исходный текст (Plain-text). Незашифрованный текст.

Атака воспроизведения (Replay Attack). Атака на систему аутентификации путем записи и последующего воспроизведения ранее посланных корректных сообщений или их частей. Любая неизменная информация, такая как пароль или биометрические данные могут быть записаны и использованы позднее для имитации аутентичности.

Симметричная криптография. Система шифрования, которая использует один и тот же ключ для шифрования и дешифрования. Иногда называется криптографией с секретным ключом.

3. Аутентификационные технологии

Существует некоторое число различных классов аутентификации, начиная с полного ее отсутствия до очень строгих механизмов контроля. Для различных целей могут использоваться разные виды аутентификации.

Оптоволоконные каналы

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

А.Г.Белл в 1880 году запатентовал фотофон – прибор для передачи голоса посредством светового сигнала с селеновым фотодетектором. Первые коммерческие телефонные системы были созданы лишь в 1977 году и работали со скоростью 44,7 Мбит/с. Одномодовые волоконные кабели начали производиться в 1983 году. В 1990 году Линн Моллинер (Bellcore) продемонстрировал передачу данных со скоростью 2,5Гбит/c на расстояние 7500 км (без промежуточных усилителей сигнала) В 1990 году в США суммарная протяженность оптических волокон составляла около 9000000 км. В 2000 году обшая длина оптоволокон только в США превысила 30 миллионов километров. Оптоволоконные линии связи работают в частотном диапазоне 1013 – 1016Гц, что на 6 порядков больше, чем в случае (это обеспечивает пропускную способность 50000 Гбит/c). Но земная атмосфера является плохой средой для распространения света. По этой причине только разработка кремниевых волокон с низким коэффициентом поглощения в инфракрасном диапазоне (< 0,2 дБ/км) сделало возможным широкое распространение оптических каналов связи. Укладывается ~1000км оптоволоконного кабеля в день. В настоящее время каналы обычно имеют пропускную способность ~1Гбит/c и это связано с ограниченным быстродействием оборудования, преобразующего оптический сигнал в электрический и обратно. В ближайшие годы следует ожидать увеличения быстродействия таких устройств в 100-1000 раз. Учитывая, что

df = (cdl)/l2, где с - скорость света, f - частота, а l - длина волны.

Для наиболее популярного диапазона l = 1,3m и dl = 0,17m мы имеем df = ~30ТГц.

В 2002 году компанией разработан фототрансивер (GBIC) на 1,25Гбит/c для передачи и приема данных по одному и тому же волокну при длине волны 1310 нм. Для одномодового волокна расстояние передачи может составлять до 10 км. При длине волны 1550 нм достижимо расстояние передачи в 40 км. Разрабатывается вариант для скоростей передачи 2,5Гбит/c

Оптоволоконное соединение гарантирует минимум шумов и высокую безопасность (практически почти невозможно сделать отвод).
Пластиковые волокна применимы при длинах соединений не более 100 метров и при ограниченном быстродействии (<50 МГц). Вероятность ошибки при передаче по оптическому волокну составляет <10-10, что во многих случаях делает ненужным контроль целостности сообщений.

При построении сетей используются многожильные кабели (рис. 3.2.1; существуют и другие разновидности кабеля: например, двух- или четырехжильные, а также плоские). В верхней части рисунка [a] изображено отдельное оптоволокно, а в нижней [Б] сечение восьмижильного оптического кабеля. Свет (длина волны l ~ 1350 или 1500 нм) вводится в оптоволокно (диаметром d<100m) с помощью светоизлучающего диода или полупроводникового лазера. Центральное волокно покрывается слоем (клэдинг, 1А), коэффициент преломления которого меньше чем у центрального ядра (стрелками условно показан ход лучей света в волокне). Для обеспечения механической прочности извне волокно покрывается полимерным слоем (2А). Кабель может содержать много волокон, например 8 (1Б). В центре кабеля помещается стальной трос (3Б), который используется при прокладке кабеля. С внешней стороны кабель защищается (от крыс!) стальной оплеткой (2Б) и герметизируется эластичным полимерным покрытием.

Рис. 3.2.1. Сечение оптоволоконного кабеля

Существует несколько типов оптических волокон, обладающих различными свойствами. Они отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна. На рис. 3.2.2 показаны три разновидности волокна (А, Б и В). Буквами А и Б помечен мультимодовый вид волокон. Тип Б имеет меньшую дисперсию времени распространения и по этой причине вносит меньшие искажения формы сигнала. Установлено, что, придавая световым импульсам определенную форму (обратный гиперболический косинус), дисперсионные эффекты можно полностью исключить. При этом появляется возможность передавать импульсы на расстояние в тысячи километров без искажения их формы. Такие импульсы называются солитонами. При современных же технологиях необходимо использовать повторители через каждые 30 км (против 5 км для медных проводов).


По сравнению с медными проводами оптоволоконные кабели несравненно легче. Так одна тысяча скрученных пар при длине 1 км весит 8 тонн, а два волокна той же длины, обладающие большей пропускной способностью, имеют вес 100кг. Это обстоятельство открывает возможность укладки оптических кабелей вдоль высоковольтных линий связи, подвешивая или обвивая их вокруг проводников.

Рис. 3.2.2. Разновидности оптических волокон, отличающиеся зависимостью коэффициента преломления от радиуса

Буквой В помечен одномодовый вид волокна (понятие мода связано с характером распространения электромагнитных волн). Мода представляет собой одно из возможных решений уравнения Максвелла. В упрощенном виде можно считать, что мода – это одна из возможных траекторий, по которой может распространяться свет в волокне. Чем больше мод, тем больше дисперсионное искажение сформы сигнала. Одномодовое волокно позволяет получить полосу пропускания в диапазоне 50-100 ГГц-км. Типовое значение модовой дисперсии лежит в пределах от 15 до 30 нсек/км. Эта разновидность волокна воспринимает меньшую долю света на входе, за то обеспечивает минимальное искажение сигнала и минимальные потери амплитуды. Следует также иметь в виду, что оборудование для работы с одномодовым волокном значительно дороже. Центральная часть одномодового волокна имеет диаметр 3-10 m, а диаметр клэдинга составляет 30-125 m. Число мод, допускаемых волокном, в известной мере определяет его информационную емкость. Модовая дисперсия приводит к расплыванию импульсов и их наезжанию друг на друга. Дисперсия зависит от диаметра центральной части волокна и длины волны света. Число мод n равно для волокна типа А:

,

где d – диаметр центральной части (ядра), a – численная апертура волокна, а l – длина волны. Волокно с диаметром центральной части волокна 50 m поддерживает 1000 мод. Для волокна типа Б (рис. 3.2.2) значение n в два раза меньше. Численная апертура А равна , где n1 (~1,48) и n2 (~1,46), соответственно, коэффициенты преломления ядра и клэдинга.


Величина А определяет ширину входного конуса волокна q (телесный угол захвата входного излучения) q= arcsinA (~3,370).

Очевидно, что чем больше длина волны, тем меньше число мод и меньше искажения сигнала. Это, в частности, является причиной работы в длинноволновом инфракрасном диапазоне. Но даже для одной и той же моды различные длины волн распространяются по волокну с разной скоростью. Волокно со сглаженным профилем показателя преломления имеет дисперсию 1 нсек/км и меньше. Это, в частности, связано с тем, что свет в перефирийных областях волокна с большей длиной траектории движется быстрее (там ведь меньше коэффициент преломления). Одномодовый режим реализуется тогда, когда длина волны вета становится сравнимой с диаметром ядра волокна. Длина волны, при которой волокно становится одномодовым, называется пороговой. Волокно с диаметром 50 микрон может поддерживать до 1000 мод. В отличие от многомодового волокна, в одномодовом - излучение присутствует не только внутри ядра. По этой причине повышаются требования к оптическим свойствам клэдинга. Для многомодового волокна требования к прозрачности клэдинга весьма умеренны. Затуханием обычно называется ослабление сигнала по мере его движения по волокну. Оно измеряется в децибелах на километр и варьируется от 300 дБ/км для пластиковых волокон до 0,21 дБ/км – для одномодовых волокон. Полоса пропускания волокна определяется дисперсией. Приближенно полосу пропускания одномодового волокна можно оценить согласно формуле.

BW = 0,187/(Disp*SW*L),

где Disp – дисперсия на рабочей длине волны в сек на нм и на км;
SW - ширина спектра источника в нм;M
L - длина волокна в км;

Если диаметр источника света не соответствует диаметру ядра волокна, то потери света, связанные с геометрическим рассогласованием могут быть охарактеризованы следующей формулой.

Потеридиам = 10log10(Диаметрволокна/Диаметристочника)2

Потерь нет, когда волокно имеет диаметр больше диаметра источника света. Если числовая апертура источника больше апертуры волокна, то потери света составят:



Потеридиам = 10log10(Aволокна/Aисточника)2

Помимо дисперсии быстродействие оптического канала ограничивается шумами. Шумы имеют две составляющие: дробовой и тепловой шум. Дробовой шум определяется соотношением:

isn2= 2eiB,

где е – заряд электрона, i – средний ток, протекающий через приемник, и В – ширина полосы пропускания приемника. Типовое значение дробового шума составляет 25 нА при температуре 25 градусов Цельсия. Тепловой шум характеризуется соотношением:

isn2=(4kTB)/RL

где k – постоянная Больцмана, Т – температура по шкале Кельвина, В – ширина полосы пропускания приемника, RL - сопротивление нагрузки. При полосе в 10 МГц и температуре 298 0К эта составляющая шума равна 18 нА. Одной из составляющих теплового шума является темновой ток, который возрастает на 10% при росте температуры на 1 градус.

Чувствительность приемника задается квантовой эффективностью, которая характеризует отношение числа первичных электронно-дырочных пар к числу падающих на детектор фотонов. Этот параметр часто выражается в процентах (реже в амперах на люмен). Так, если на каждые 100 фотонов приходится 60 пар электрон-дырка, то квантовая эффективность равна 60%. Чувствительность фотодетектора R может быть вычислена на основе квантовой чувствительности. R= (nel)/hc, где е – заряд электрона, h – постоянная Планка, с – скорость света l - длина волны, а n - квантовая чувствительность.

Источники излучения инжектируемого в волокно имеют конечную полосу частот. Так светоизлучающие диоды излучают свет с шириной полосы 35 нм, а лазеры 2-3 нм (лазеры имеют, кроме того, более узкую диаграмму направленности, чем диоды). Характеристики светодиодов и инжекционных лазерных диодов приведены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1. Характеристики светодиодов и инжекционных лазерных диодов

Параметры	Светодиод (led)	Инжекционные лазерные диоды
Выходная мощность	0,5 – 11,5 мВт	3 – 10 мВт
Время нарастания	1 – 20 нс	1 – 2 нс
Диапазон тока смещения	5- - 150 мА	100 – 500 мА

Время нарастания фотодиода ограничивает быстродействие системы.


Не малую роль играет и уровень шумов на входе приемника. При этом световой импульс должен нести достаточно энергии (заметно больше уровня шума), чтобы обеспечить низкий уровень ошибок. В таблице 3.2.2 приведены характеристики оптических приемников.

Таблица 3.2.2. Характеристики оптических приемников

Параметры	pin	Лавинный фотодиод	Фототранзистор	Фотоприемник Дарлингтона
Чувствительность	0,5 мкa/мкВт	15 мкa/мкВт	35 мкa/мкВт	180 мкa/мкВт
Время нарастания	1 нс	2 нс	2 мкс	40 мкс
Напряжение смещения	10 В	100 В	10 В	10 В

Поглощение света в волокне происходит по нескольким причинам. Поглощение в собственно стекле волокна падает с частотой, в то время как потери из-за рассеяния на дефектах стекла (релеевское рассеяние) с увеличением частоты растет. При сгибании волокна поглощение увеличивается. По этой причине следует избегать малых радиусов изгиба (кроме всего прочего это может привести и к обрыву). В результате потери света в волокне обычно лежит в диапазоне (2-5) дБ/км для длин волн 0,8 – 1,8 m. Зависимость поглощения света в волокне от длины волны показана на рис. 3.2.3. Используемые диапазоны отмечены на рисунке зеленым цветом. Все эти диапазоны имеют ширину 25000-30000 ГГц.



Рис. 3.2.3. Зависимость поглощения света в волокне от длины волны

Из рисунка видно, что минимумы поглощения приходятся на 1300 и ~1500 нм, что и используется для целей телекоммуникаций. При длине волны 1300 нм дисперсия скоростей распространения различных длин волн минимальна. Диапазон ~850 нм характеризуется высоким поглащением, но он привлекателен тем, что как лазеры, так и электроника могут быть изготовлены из одного материала (арсенида галлия). Используемые оптические диапазоны выделены зеленым цветом. Зависимость дисперсии от длины волны показана на рис. 3.2.4.



Рис. 3.2.4. Зависимость дисперсии от длины волны

Из рисунка видно, что в области ниже 1300 нм более длинные волны движутся быстрее коротких. Для длин волн >1300нм имеет место обратная ситуация – более длинные волны движутся медленнее коротких.


Для одномодовых волокон определяющий вклад в искажения вносится дисперсией скоростей распространения, для многомодовых основной вклад вносит модовая дисперсия. Зависимость полосы пропускания волокна от его длины приведена на рис. 3.2.5.



Рис. 3.2.5. Зависимость полосы пропускания волокна от его длины

Типовые характеристики оптических волокон приведены в таблице 3.2.3. (См. также Дональд Дж. Стерлинг, Волоконная оптика. Техническое руководство. Изд. “ЛОРИ, Москва, 1998 а также Дж. Гауэр, Оптические системы связи. Москва, “Радио и связь”, 1989)

Таблица 3.2.3. Типовые характеристики оптических волокон

Тип волокна	Диаметр ядра [мкм]	Диаметр клэдинга [мкм]	А	Затухание [дБ/км]			Полоса пропускания [МГц/км]
Длина волны				850	1300	1550
Одномодовое	9,3 8,1	125 125	0,13 0,17		0,4 0,5	0,3 0,25	5000 для 850 нм
Со сглаженным индексом	50 62,5 85	125 125 125	0,2 0,275 0,26	2,4 3,0 2,8	0,6 0,7 0,7	0,5 0,3 0,4	600 для 850 нм; 1500 для 1300 нм
Ступенчатый индекс	200	380	0,27	6,0			6 при 850 нм

Одним из критических мест волоконных систем являются сростки волокон и разъемы. Учитывая диаметр центральной части волокна, нетрудно предположить, к каким последствиям приведет смещение осей стыкуемых волокон даже на несколько микрон (особенно в одномодовом варианте, где диаметр центрального ядра менее 10 микрон) или деформация формы сечения волокон.

Соединители для оптических волокон имеют обычно конструкцию, показанную на рис. 3.2.6, и изготовляются из керамики. Потеря света в соединителе составляет 10-20%. Для сравнения сварка волокон приводит к потерям не более 1-2%. Существует также техника механического сращивания волокон, которая характеризуется потерями около 10% (splice). Оптические аттенюаторы для оптимального согласования динамического диапазона оптического сигнала и интервала чувствительности входного устройства представляют собой тонкие металлические шайбы, которые увеличивают зазор между волокном кабеля и приемником.



Рис. 3.2.6. Схема оптического разъема

С использованием оптических волокон можно создавать не только кольцевые структуры.


Возможно построение фрагмента сети, по характеру связей эквивалентного кабельному сегменту или хабу. Схема такого фрагмента сети представлена на рис. 3.2.7 (пассивный хаб-концентратор). Базовым элементом этой субсети является прозрачный цилиндр, на один из торцов которого подключаются выходные волокна всех передатчиков интерфейсов устройств, составляющих субсеть. Сигнал с другого торца через волокна поступает на вход фото приемников интерфейсов. Таким образом, сигнал, переданный одним из интерфейсов, поступает на вход всех остальных интерфейсов, подключенных к этой субсети. При этом потери света составляют 2С + S + 10*log(N), где С - потери в разъеме, S - потери в пассивном разветвителе, а N - число оптических каналов (N может достигать 64). Современные микросхемы приемо-передатчиков (корпус DIP) имеют встроенные разъемы для оптического кабеля (62,5/125мкм или 10/125 мкм). Некоторые из них (например, ODL 200 AT&T) способны осуществлять переключение на обходной оптический путь (bypass) при отключении питания.



Рис. 3.2.7. Схема пассивного оптоволоконного хаба

В последнее время заметного удешевления оптических каналов удалось достичь за счет мультиплексирования с делением по длине волны. За счет этой техники удалось в 16-160 раз увеличить широколосность канала из расчета на одно волокно. Схема мультиплесирования показана на рис. 3.2.8. На входе канала сигналы с помощью призмы объединяются в одно общее волокно. На выходе с помощью аналогичной призмы эти сигналы разделяются. Число волокон на входе и выходе может достигать 32 и более (вместо призм в последнее время используются миниатюрные зеркала, где применяется 2D-развертка (или 3D)по длине волны). Разработка технологии получения особо чистого материала волокон позволила раширить полосу пропускания одномодового волокна до 100 нм (для волокон с l =1550нм). Полоса одного канала может лежать в диапазоне от 2 до 0,2 нм. Эта технология в самое ближайшее время расширит скорость передачи данных по одному волокну с 1 до 10 Тбит/с.





Рис. 3.2.8. Мультиплексирование с делением по длине волны в оптическом волокне

Беспроводные оптические каналы

(GBL – Communication by light GmbH )

	Беспроводные телекоммуникационные системы
	Широкополосные системы	Оптические каналы	Радиорелейные системы
Скорость передачи	Несколько Мбит/c	? 155 Мбит/c	До 155 Мбит/c
Максимальное расстояние	Несколько км	? 2 км	? 50 км
Угроза подключения	высокая	Крайне высокая	Очень высокая
Проблемы интерференции	имеются	отсутствуют	малые
Интерфейсы	10/100 MbpsEthernet	E1, волоконный стандарт, FE, GE	E1, STM-1 Eth, FE
Точность настройки	малая	Очень высокая	средняя
Разрешение на применение	Лицензия не требуется	Лицензия не требуется	Нужна лицензия PTT
Относительная стоимость	? 5200 €	? 6000 €	? 26000 €

Пример характеристики примо-передающего оборудования

	LED-LINK 300	LaserLink 4E1/300
Рекомендуемое расстояние [m]	< 300	< 300
Полоса пропускания [Mbps]	2-43	4*2,048
BER	? 10-9	? 10-6
Передатчик	IP-LED	IP-LED
Передаваемая мощность [мВт]	50/60	50/60
Расходимость луча [мрад]	<10	<10
Динамический диапазон [дБ]	>30 (1:1000)	>40 (1:10000)
Сетевой интерфейс	Мультимодовое волокно	4*E1, G.703
Диаметр волокна [мкм]	50-60/120	-
Длина волны (RX) [нм]	780..900	-
Длина волны (TX) [нм]	850	-
Рабочая температура 0C	-20ч+50	-20ч+50

В качестве принимающего устройства используются PIN-диоды или лавинные фотодиоды (APD).

На рис. 1. показана зависимость вероятности отказов канала из-за погодных условий (снег – сильный дождь) в Германии на основе 1000 инсталляций (доступность канала и число минут неработоспособности за год). Если требуется 100% эффективность, рекомендуется использовать резервные широкополосные каналы или ISDN.



Рис.1. Зависимость вероятности отказа канала от расстояния в условиях плохой погоды

	AirLaser IP100	AirLaser IP1000
Максимальная дальность [м]	2000	1000
Скорость передачи [Мбит/c]	125	1250
Передатчик	2/4 VCSEL	4 VCSEL
Мощность [мВт]	2/4*7,5	4*7,5
Апертура [см2]	2/4*28,25	4*28,25
Расходимость [мрад]	2
Динамический диапазон [дВ]	36	30
Приемник	PIN/APD	APD
Чувствительность [дБм]	-33/-43	-33
Длина волны [нм]	1300	SX:850, LX:1300
Стандарт	100BaseFX (IEEE 802.3u)	1000BaseSX/LX (IEEE802.3z)
Рабочая температура [0 C]	(-25 +50)	(-25 +50)
Потребляемая мощность [Вт]	27	35

VCSEL (Vertical Cavity Emitting Laser) – излучающий лазер с вертикальным резонатором. Вышеназванные лазеры (CBL – Мюнстер, ФРГ) относятся к классу 1М (безопасны для глаз).

---

---