Целью настоящей работы является анализ методов защиты информации без исполь­зования вспомогательных аппаратных средств и создание интегрируемого пакета программных модулей для защиты систем функционирующих в монопольном режиме вне доверенной вычислительной среды.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе на примере АСДО сформулированы и решены следующие задачи:

1) Выделены основные ключевые объекты, подлежащие защите.

2) Разработаны методы защиты АСДО вне доверенной вычислитель­ной среды от массовых попыток модификации кода.

3) Разработаны методы защиты данных для систем обучения и контроля знаний вне доверенной вычислитель­ной среды.

4) Проведен анализ и предложены возможные способы применения разработанных методов.

5) На основе данных методов разработан набор программных модулей защиты, предназначенных для интегрирования в системы дистанционного обучения.

Актуальность работы обусловлена тем, что с развитием компьютерных технологий в образовательном процессе появилась необходимость в создании эффективных систем обучения, самоконтроля, внешнего контроля и защиты информации.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) Предложен метод защиты программ путем шифрования исполняемых файлов, основанный на использовании множества уникальных полиморфных алгоритмов.

2) Предложен метод организации защиты информации и ее обмена с применением идеологии открытого ключа, основанной на полиморфных алгоритмах.

3) Отказ от использования аппаратных средств.

4) Создание единого набора интегрируемых программных модулей для интеграции в различные системы дистанционного обучения.

Методы исследования базируются на анализе работ, посвященных вопросам защиты информации, и на работах, связанных с защитой обучающих программных комплексов.

Практическая ценность:

1. Разработаны эффективные методы защиты систем дистанционного обучения вне доверенной вычислительной среды.

2. Основываясь на разработанном методе полиморфных алгоритмах шифрования, были предложены механизмы, препятствующие созданию универсальных средств обхода системы защиты.

3. Разработанные методы не нуждаются в аппаратных средствах для своей реализации.

4. Возможность легкой интеграции созданной системы защиты в уже существующие программные комплексы дистанционного обучения.

Внедрение разработки:

Разработанная система защиты была интегрирована в программный комплекс Aquarius Education 4.0, созданный на кафедре АТМ под руководством Юхименко Александра и представляющий собой систему автоматизированного тестирования.

Апробация работы.

Все вопросы, относящиеся к теме диссертации, обсуждались на различных кон­ференциях:

1. Построение защиты в системе контроля и передачи знаний. Печатный Сборник докладов международной научной конференции ММТТ-Дон. РГХАСМ, Ростов-на-Дону, 2002. 2 стр.

2. Система интеграции защиты информации для пакетов автономного дистанционного обучения. Печатный Сборник докладов международной научной конференции ММТТ-Дон. РГХАСМ, Ростов-на-Дону, 2003. 2 стр.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

В первой главе рассмотрены трудности разработки автоматизированных систем дистанционного обучения с точки зрения их защиты. Проведен обзор публикаций по данной тематике, выделены задачи, возлагаемые на разрабатываемую систему защиты.

Во второй главе предложены методы реализации требований, предъявленных системе защиты. Выбраны объекты защиты, рассмотрены асимметрические методы шифрования и предложен адаптированный метод для разрабатываемой системы.

В третьей главе внимание уделено непосредственно реализации системы защиты. Выбраны средства разработки, рассмотрен процесс создания компонентов системы защиты.

Четвертая глава описывает возможности разработанной системы и содержит руководство программиста по ее использованию, ряд примеров. Также даны общие рекомендации по интеграции разработанной системы.

В заключении подведены итоги проделанной работы.

В приложении приведен исходный текст модуля защиты.

ГЛАВА 1. СОЗДАНИЕ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ПРОГРАММНЫХ ПАКЕТОВ, НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

1.1. Вопросы защиты информации, стоящие перед автоматизированными системами дистанционного обучения

Все большее внимание уделяется новому направлению в образовании – дистанционному обучению. Дистанционное образование с одной стороны открывает новые возможности, с другой ставит новые задачи. Одной из задач является построение защиты в системе контроля и передачи знаний.

Примером может служить контроль за достоверностью результатов компьютерного тестирования. Сюда же, относится проблема построения системы разграничения доступа в различных программных комплексах, предназначенных для автоматизации процесса обучения. Рассмотрим часто встречающуюся на данный момент ситуацию. На кафедре создана система, включающая виртуального лектора и подсистему тестирования. В случае использования данной системы в аудиториях кафедры, никаких сложностей не возникает, так как студенты находятся под контролем преподавательского состава. Но ориентация образования на дистанционное обучение вносит свои коррективы. Возникает потребность в возможности использования данного программного обеспечения студентом на своей локальной машине. Такая задача может быть решена (и решается достаточно хорошо) с применением сетевых технологий. В такой системе студент заходит на сайт, где он может заниматься обучением или проходить различные виды тестирования. Но система неудобна тем, что требует постоянного подключения к сети. Имеют место следующие негативные стороны:

а) немалые финансовые затраты;

б) необходимость, чтобы каждый студент имел возможность находиться в сети;

в) низкая пропускная способность, если брать во внимание качество отечественных телефонных линий;

г) вынужденное ограничение учебного материала, вызванного его объемом. Например, придется ограничиться картинкой, где совсем бы не помешало показать видеоролик.

Отсюда возникает потребность сделать эту систему автономной с возможностью распространения ее на носителях, таких, как CD-ROM.

Естественно, сразу встает проблема защиты данных, которые служат для проведения тестирования. Если обучающую информацию можно хранить свободно, то доступ к информации, предназначенной для проведения тестирования, должен быть закрыт для студента. Еще один вопрос состоит в том, как организовать сбор информации о проведенном тестировании – проблема достоверности полученных результатов. Предположим, что студент приносит результат (отчет, сгенерированный программой) своего тестирования на дискете в виде файла. Следовательно, он не должен иметь возможность его модифицировать. Да и как быть уверенным, что он не воспользовался системой, специально измененной для фальсификации результатов тестирования.

Сформулируем основные проблемы, связанных с защитой, и ряд других вопросов, относящихся к системам дистанционного обучения.

1. Отсутствие возможности достоверно определить, прошел ли студент тестирование самостоятельно. Для этой задачи он вполне мог использовать другого человека (например, более подготовленного студента).

2. Неизвестно, сколько раз студент предпринял попытку пройти тестирование. Студент имеет возможность устанавливать систему дистанционного обучения в нескольких экземплярах и/или копировать ее, тем самым сохраняя ее текущее состояние. Так студент получает возможность неограниченного количества попыток прохождения тестирования и возможность выбрать из них попытку с наилучшим результатом.

3. Существует возможность создания универсального редактора файлов результатов тестирования. Он может использоваться студентом для корректировки оценок выставленных программой тестирования.

4. Существует угроза создания универсальной программы просмотра файлов с заданиями и ответами. Тем самым, студент имеет возможность узнать верные ответы на вопросы в тестах.

5. Возможность модификации программного кода системы тестирования, с целью изменения алгоритма выставления оценок.

6. Необходима легкая адаптация уже существующих систем дистанционного обучения и тестирования. Это в первую очередь связанно с тем, что к этим системам уже существуют базы с лекциями, тестовыми заданиями и так далее.

1.2. Обзор публикаций по данной проблеме

В предыдущем разделе были сформулированы ряд основных проблем систем дистанционного обучения и контроля, с точки зрения защиты. Эти или подобные проблемы возникают у всех, кто занимается созданием систем дистанционного обучением. Вопрос дистанционного обучения сейчас становится все более популярным. И практически все ВУЗы заняты созданием своих систем дистанционного обучения. В интернете имеется огромное количество информации по этим разработкам. Интересно, что, говоря о преимуществах той или иной системы, обычно как-то умалчивается о том, каким образом система защищена. Конечно, некоторые системы при проведении тестирования подразумевают видеоконференцию. Но это весьма дорогой метод и, естественно, он вряд ли в скором времени получит распространение.

В качестве подхода к решению некоторых проблем, можно привести пример системы, описанной в еженедельнике "Закон. Финансы. Налоги." в статье "Компьютер-экзаменатор" [13]:

"Ученые СГУ разработали новую тест-систему. Для контроля знаний студентов в Современном гуманитарном университете применяется оригинальная система тестирования, использующая печатные материалы.

Для повышения качества учебного процесса внедрена система с применением персонального компьютера преподавателя и индивидуальных электронных приборов тестирования. При ее использовании полностью исключается рутинная ручная проверка и проставление оценок методистом.

Система обеспечивает индивидуальное (а не групповое) тестирование в любое удобное студенту время и по любому предмету. У студентов нет возможность доступа к печатным ключам тестов и изменения оценки за тест. Кроме того, абсолютно исключается несанкционированное копирование и последующее использование ПО, обслуживающего систему тестирования.

В состав системы входят личные идентификаторы студентов и преподавателей, ПК, прибор тестирования и устройство ввода-вывода информации.

В качестве личных идентификаторов используются бесконтактные пластиковые электронные карты, вырабатывающие уникальный код. Прибор тестирования, который раздается каждому студенту, обеспечивает контроль времени, а также прием и передачу данных от компьютера и обратно по оптическому каналу. Устройство ввода-вывода информации в прибор тестирования, подключаемое к ПК, преобразует данные, поступающие от компьютера, в оптические сигналы, передаваемые в прибор тестирования. Одно устройство ввода-вывода информации может поддерживать работу любого числа приборов тестирования.

Работа электронной системы происходит по следующему сценарию. Системе предъявляется личный идентификатор (пластиковая карточка с кодом) методиста, который будет проводить тестирование. Далее системе предъявляется ЛИ студента. Система производит поиск в базе данных и вывод на экран монитора данные о студенте (ФИО, номер контракта и номер группы). Методист выбирает тест, на который будет отвечать студент. Данные можно ввести как с клавиатуры, так и проведя сканером по штрих-коду, нанесенному на каждый вариант теста. Студенту выдаются прибор тестирования и лист с вопросами. Время, выделенное для ответа на тест, контролируется в приборе тестирования и в компьютере. Студент, нажав клавишу на приборе тестирования, видит оставшееся у него время. За 5 мин. до конца тестирования прибор предупреждает студента звуковым и текстовым сообщениями. По окончании тестирования студент возвращает прибор методисту. Производится активация устройства ввода-вывода и прием собранных данных из прибора в компьютер.

Далее система сравнивает ответы студента с эталонными и выставляет оценку, которую затем заносит в итоговую зачетную ведомость. Каждую оценку система подписывает своей электронной подписью. Электронная подпись в последующем автоматически проверяется, и любое несанкционированное изменение данных в зачетной ведомости будет исключено.

Аналогов такой системы в настоящее время не существует. СГУ готов всем заинтересовавшимся данной уникальной системой оказать всестороннее содействие и консультации."

Применить подобные методы на практике затруднительно. Причина очевидна – это слишком высокая цена построения системы с использованием таких аппаратных средств, да и это не совсем то решения проблем дистанционного тестирования.

Решение многих из перечисленных проблем может лежать в построении системы по принципу клиент/сервер, с использованием сетей Intranet/Internet. Но это противоречит возможности использования таких программ в локальном режиме. А также это противоречит пункту, касающемуся адаптации уже существующих систем. А следовательно построение подобной модели рассматриваться не будет.

В некоторых докладах вполне честно отмечается, что существует масса нерешенных проблем. Примером может являться тезисы доклада О.С. Белокрылова в "Использование курса дистанционного обучения на экономическом факультете РГУ" [14]. В них отмечено, что проведенная работа дает различные положительные результаты применения интернет-технологии. Но далее отмечается, что новационный характер продукта обусловливает наличие некоторых недоработок и негативных сторон программы. Одной из них является: "слабая защита (студенты могут использовать чужой пароль и выполнять задание под чужим именем);".

О том же говорит С. В. Алешин, рассматривая принципы построения оболочки информационно-образовательной среды «Chopin», имеющей структуру, показанную на рисунке 1 [15].

Рисунок 1. Структура оболочки «Chopin»