Количество соединений защиты должно быть равно количеству установленных служб защиты. То есть, если для данного виртуального соединения одновременно требуется аутентификация, конфиденциальность и достоверность данных, то устанавливается три самостоятельных соединения защиты.

Рисунок 1.6 показывает другой вариант организации соединения защиты. В этом случае один агент защиты размещается на конечной системе пользователя, а другой на коммутаторе виртуальных каналов. Соответственно, пользователи и агенты защиты взаимодействуют с сетью связи через интерфейсы «пользователь – сеть» (UNI) либо UNI+Sec; коммутатор виртуальных каналов через интерфейс «узел – сеть + защита» (NNI+Sec). В данном случае агент защиты, размещенный в пределах коммутатора виртуальных каналов, имеет возможность обеспечивать службы защиты не только для пользователя П2, но и для других узлов и сетей, которые подсоединяются к данному коммутатору виртуальных каналов. Часто таких агентов защиты называют брандмауэрами. Фактически брандмауэр – это шлюз, который выполняет функции защиты сети от несанкционированного доступа из вне (например, из другой сети).

Различают три типа брандмауэров (рисунок 1.7).

Шлюз уровня приложений часто называют прокси – сервером (proxy server) - выполняет функции ретранслятора данных для ограниченного числа приложений пользователя. То есть, если в шлюзе не организована поддержка того или иного приложения, то соответствующий сервис не предоставляется, и данные соответствующего типа не могут пройти через брандмауэр.

Фильтрующий маршрутизатор. Точнее это маршрутизатор, в дополнительные функции которого входит фильтрование пакетов (packet-filtering router). Используется на сетях с коммутацией пакетов в режиме дейтаграмм. То есть, в тех технологиях передачи информации на сетях связи, в которых плоскость сигнализации (предварительного установления соединения между УИ и УП) отсутствует (например, IP V 4). В данном случае принятие решения о передаче по сети поступившего пакета данных основывается на значениях его полей заголовка транспортного уровня. Поэтому брандмауэры такого типа обычно реализуются в виде списка правил, применяемых к значениям полей заголовка транспортного уровня.

Шлюз уровня коммутации – защита реализуется в плоскости управления (на уровне сигнализации) путем разрешения или запрета тех или иных соединений.

Для увеличения надежности защиты виртуальных соединений (каналов и трактов) возможно использование более одной пары агентов защиты и более одного соединения защиты. В данном случае формируется топология соединений защиты, в основе которой заложен принцип вложения и не пересечения соединений защиты вдоль всего маршрута между УИ и УП (или конечными системами пользователей). Пример принципа вложения и не пересечения соединений защиты приведен на рисунке 1.8. В данном случае защита виртуального канала, организованного между конечными системами, осуществляется четырьмя соединениями защиты и восьмью агентами защиты (SA1 – SA8). Причем, каждое соединение не знает о существовании других соединений и не заботится о том, какую службу защиты последние обеспечивают. То есть, соединения защиты абсолютно независимы друг от друга. Данный подход позволяет применять многочисленные стратегии и тактики защиты различных участков сети. Например, соединение защиты между агентами SA1 и SA8 обеспечивает аутентификацию между конечными системами. Независимо от данного соединения соединение между SA2 и SA7 обеспечивает конфиденциальность, а SA2, SA3, SA4 и SA4, SA5, SA6 достоверность данных.

Каждое соединение защиты можно представить в виде сегмента

,

где k – порядковый номер соединения защиты; i, j – порядковые номера агентов защиты.

Для рисунка 1.8 соединения защиты можно записать соответствующими сегментами:

;

;

;

.

В свою очередь второй сегмент оказывается вложенным в первый. То есть, в символьной форме это выглядит следующим образом:

.

Не пересечение сегментов и можно представить в виде:

.

Учитывая, что вложены в , то получим:

.

Окончательная символьная запись топологии соединений защиты, представленная на рисунке 1.8, выглядит следующим образом:

.

Из рисунка 1.8 и полученного выражения и видно, что данная топология соединений защиты виртуального канала между конечными системами имеет три уровня вложения.

Таким образом:

• принцип вложения и не пересечения соединений защиты;

• предельное количество уровней вложения ( для технологии ATM до 16 уровней)

являются единственными ограничениями организации топологии соединений защиты для одного виртуального соединения (канала либо тракта).

В тоже время, для топологии защиты, изображенной на рисунке 1.8, соединение между агентами SA3 и SA5 не возможно, так как нарушается принцип не пересечения.

Таким образом, топология соединений защиты реализует профиль защиты пользователя, который является распределенным по сети.

Выбор топологии соединений защиты во многом определяется требованиями пользователей к степени защищенности передаваемой информации и ресурсными возможностями самой сети обеспечить данные требования.

Контрольные вопросы

1. Приведите характеристики основных нарушений передачи информации через телекоммуникационные системы.

2. Почему нарушения в служебных плоскостях (менеджмента и управления) затрудняют, а порой делают невозможным функционирование пользовательской плоскости?

3. Дайте определения следующих свойств информации:

   • конфиденциальность;

   • доступность;

   • целостность;

   • аутентичность.

1. Какие нарушения относятся к группе активных и какие свойства информации они нарушают?

2. Назовите основное назначение сервисных служб и соединений защиты информации.

3. Какие функции выполняют брандмауэры?

4. Какие функции выполняет прокси – сервер?

5. Какие функции выполняют следующие устройства: фильтрующий маршрутизатор; шлюз уровня коммутации?

6. Какие ограничения накладываются на организацию топологии соединений защиты?

7. Перечислите основные функции протокола обмена сообщениями защиты.

2 криптографические системы

2.1 Криптосистема с одним ключом

На рисунке 2.1 представлена модель криптосистемы (шифрование и дешифрование), которую часто называют традиционной, симметричной или с одним ключом.

Пользователь 1 создает открытое сообщение ,

элементами которого являются символы конечного алфавита. Для шифрования открытого сообщения X генерируется ключ шифрования .

С помощью алгоритма шифрования формируется шифрованное сообщение

.

Формальное представление алгоритма шифрования выглядит следующим образом: .

Данная запись означает, что Y формируется путем применения алгоритма шифрования E к открытому сообщению X при использовании ключа шифрования K.

Шифрованное сообщение Y передается по каналу либо тракту связи к пользователю 2. Ключ шифрования также передается пользователю 2 по защищенному (секретному) каналу связи для дальнейшего дешифрования принятого сообщения Y.

Общий вид математической записи процедуры дешифрования выглядит следующим образом: .

Приведенная модель предусматривает, что ключ шифрования генерируется там же, где само сообщение. Однако, возможно и другое решение создания ключа – ключ шифрования создается третьей стороной (центром распределения ключей), которой доверяют оба пользователя. В данном случае за доставку ключа обоим пользователям ответственность несет третья сторона (рисунок 2.2). Вообще говоря, данное решение противоречит самой сущности криптографии – обеспечение секретности передаваемой информации пользователей.

Криптосистемы с одним ключом используют принципы подстановки (замены), перестановки (транспозиции) и композиции. При подстановке отдельные символы открытого сообщения заменяются другими символами. Шифрование с применением принципа перестановки подразумевает изменение порядка следования символов в открытом сообщении. С целью повышения надежности шифрования шифрованное сообщение, полученное применением некоторого шифра, может быть еще раз зашифровано с помощью другого шифра. Говорят, что в данном случае применен композиционный подход. Следовательно, симметричные криптосистемы (с одним ключом) можно классифицировать на системы, которые используют шифры подстановки, перестановки и композиции.

2.2 Криптосистемы с открытым ключом

Если пользователи при шифровании и дешифровании используют разные ключи K_О и K_З, то есть: , ,

то криптосистему называют асимметричной, с двумя ключами или с открытым ключом.

Алгоритмы криптографии с открытым ключом в отличие от подстановок и перестановок используют математические функции.

На рисунке 2.3 представлена модель криптосистемы с открытым ключом, которая обеспечивает конфиденциальность передаваемой информации между пользователями.

Получатель сообщения (пользователь 2) генерирует связанную пару ключей:

• K_О – открытый ключ, который публично доступен и, таким образом, оказывается доступным отправителю сообщения (пользователь 1);

• K_С – секретный, личный ключ, который остается известным только получателю сообщения (пользователь 1).

Пользователь 1, имея ключ шифрования K_О, с помощью алгоритма шифрования формирует шифрованный текст .

Пользователь 2, владея секретным ключом K_с, имеет возможность выполнить обратное преобразование .

Для обеспечения аутентификации необходимо использовать криптосистему, изображенную на рисунке 2.4.

В этом случае пользователь 1 готовит сообщение пользователю 2 и перед отправлением шифрует это сообщение с помощью личного ключа K_С. Пользователь 2 может дешифрировать это сообщение, используя открытый ключ K_О. Так как, сообщение было зашифровано личным ключом отправителя, то оно может выступать в качестве цифровой подписи. Кроме того, в данном случае невозможно изменить сообщение без доступа к личному ключу пользователя 1, поэтому сообщение решает так же задачи идентификации отправителя и целостности данных.

Для обеспечения аутентификации и конфиденциальности с открытым ключом необходимо использовать криптосистему, изображенную на рисунке 2.5. В данном случае пользователь 1 с помощью личного ключа шифрует сообщение. Тем самым обеспечивает цифровую подпись. Затем с использованием открытого ключа пользователя 2 шифрует сообщение, предназначенное для пользователя 2. Так как шифрованное сообщение может дешифрировать только пользователь 2 личным ключом , то это обеспечивает конфиденциальность передаваемой информации.