Full Text

Развитие учебно-лабораторной базы для подготовки специалистов по защите информации, оперативная адаптация лабораторных и практических занятий для изучения наиболее актуальных вопросов информационной безопасности являются задачами совершенствования системы подготовки кадров. Поиск путей совершенствования методических подходов в образовательной деятельности как в целом, так и в практической составляющей обучения является одной из важнейших задач высшей школы на современном этапе [1]. Модернизация лабораторной базы для подготовки специалистов по защите информации предполагает создание новых учебно-лабораторных комплексов для исследования защищенности информационных систем, что позволит сформировать необходимые практические навыки и выработать требуемые компетенции для будущей профессиональной деятельности студентов. Особенно важно формирование высокого уровня компетенций при подготовке к эксплуатации критически важных систем и объектов [2]. В соответствии с современными требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки «Информационная безопасность» выпускник вуза должен быть подготовлен для выполнения комплекса работ по установке, настройке и обслуживанию программных, программно-аппаратных (в том числе криптографических) и технических средств защиты информации*. Аналогичные требования предъявляются и к специалистам, подготовленным для защиты информации в автоматизированных системах**. В ходе обучения немаловажное значение приобретает способность уяснять закономерности функционирования и особенности применения подобных средств, поскольку совершенствование процессов обработки информации влечет за собой неизбежное развитие средств и методов обеспечения информационной безопасности. Очевидно, в условиях лабораторного исследования при ограничениях учебного времени студент должен овладеть методологией построения систем защиты информации в текущем периоде и на перспективу [3, 4]. Выполнение практических задач на основе интегрированных в учебный процесс учебно-лабораторных комплексов в первую очередь предполагает приобретение умений и навыков работы по эксплуатации средств защиты информации. Учебные задачи планируются как для отдельных автоматизированных рабочих мест [5], изучения специализированных, в том числе криптографических средств защиты [6], так и при внедрении комплексных решений по информационной безопасности [7, 8]. Получение практических навыков при изучении средств защиты информации, в свою очередь, позволяет развивать различные научные направления в области обеспечения информационной безопасности [9, 10], исследовать проблемы безопасности информации как с точки зрения актуальности отдельных типов угроз [11], так и внедрения инновационных решений для защиты сложных технических систем и объектов [12]. Современный рынок постоянно пополняется более совершенными разновидностями и модификациями сертифицированных средств защиты информации, как правило, обладающими стандартными, унифицированными требованиями [13]. Это обусловливает необходимость изучения общих принципов и типовых задач их применения. Примером серии подобных и наиболее распространенных средств защиты являются устройства криптографической защиты данных (УКЗД) серии «Криптон». Это аппаратные шифраторы для PC-совместимых компьютеров, применяемые в составе средств и систем криптографической защиты для обеспечения информационной безопасности (в том числе защиты с высоким уровнем секретности) в государственных и коммерческих структурах. Они гарантируют защиту информации, обрабатываемой на персональном компьютере, передаваемой по открытым каналам связи, и предназначены для обеспечения защиты различных видов конфиденциальной информации***. Отличительные особенности УКЗД серии «Криптон»: - аппаратная реализация алгоритма криптографического преобразования гарантирует целостность алгоритма; - шифрование производится, и ключи шифрования хранятся в самой плате, а не в оперативной памяти компьютера; - есть аппаратный датчик случайных чисел; - загрузка ключей шифрования в устройство «Криптон» со смарт-карт и идентификаторов Touch Memory (i-Button) производится напрямую, минуя ОЗУ и системную шину компьютера, что исключает возможность перехвата ключей; - на базе устройств «Криптон» можно создавать системы защиты информации от несанкционированного доступа и разграничения доступа к компьютеру; - применение специализированного шифрпроцессора для выполнения криптографических преобразований разгружает центральный процессор компьютера; - возможна также установка на одном компьютере нескольких устройств «Криптон», что еще более повысит скорость шифрования (для устройств с шиной PCI); - использование парафазных шин в архитектуре шифрпроцессора исключает угрозу снятия ключевой информации по возникающим в ходе криптографических преобразований колебаниям электромагнитного излучения в цепях «земля - питание» микросхемы. УКЗД серии «Криптон» независимо от операционной среды обеспечивают защиту ключей шифрования и неизменность алгоритма шифрования. Вся используемая в системе ключевая информация может шифроваться на мастер-ключах и храниться на внешнем носителе в зашифрованном виде, т.е. появляться и использоваться в расшифрованном виде только внутри системной области УКЗД. Помимо перечисленных выше функций УКЗД «Криптон» может обладать дополнительными свойствами, незаменимыми при построении различных систем защиты от НСД на базе данного устройства, к которым относятся: - функция электронного замка персонального компьютера; - наличие энергонезависимой памяти для хранения журнала операций и файл-списка (списка файлов операционной системы, целостность которых необходимо проверять до загрузки ОС, с рассчитанными для них контрольными значениями) [14]. Программное обеспечение устройств «Криптон» позволяет решать следующие типовые задачи: - шифровать компьютерную информацию (файлы, группы файлов и разделы дисков), обеспечивая их конфиденциальность; - осуществлять электронную цифровую подпись файлов, проверяя их целостность и авторство; - создавать прозрачно-шифруемые логические диски, максимально облегчая и упрощая работу пользователя с конфиденциальной информацией; - формировать криптографически защищенные виртуальные сети, шифровать IP-трафик и обеспечивать защищенный доступ к ресурсам сети мобильных и удаленных пользователей; - создавать системы защиты информации от несанкционированного доступа и разграничения доступа к компьютеру. В состав УКЗД «Криптон» в зависимости от комплектации могут быть включены: - контроллеры смарт-карт; - системы защиты информации от несанкционированного доступа (СЗИ НСД); - программы абонентского шифрования, электронной подписи и защиты электронной почты; - коммуникационные программы прозрачного шифрования IP-пакетов и ограничения доступа к компьютеру по сети; - криптомаршрутизаторы; - библиотеки поддержки различных типов смарт-карт; - библиотеки функций шифрования и электронной цифровой подписи для различных операционных систем [15]. Учебно-лабораторный стенд размещен в специализированной лаборатории кафедры автоматики и телемеханики, оборудованной необходимыми для выполнения учебных задач персональными компьютерами. Пример выполнения лабораторного задания по организации криптографической сети с использованием УКЗД «Криптон» может быть представлен следующим образом. 1. Цель работы. Изучить возможности использования пакета «Криптон». Шифрование для организации криптографической сети обмена электронными документами. Получить представление о задачах, возлагаемых на администратора и пользователей криптографической сети. 2. Порядок работы. Последовательно, в течение отведенного расписанием занятий времени, отработать следующие вопросы: - изучить теоретический материал; - оформить конспект к работе, получить допуск к выполнению работы; - выполнить упражнения из практической части работы; - оформить отчет по лабораторной работе и защитить его. 3. Теоретические сведения. Криптографическая сеть. Множество компьютеров, называемых узлами, между которыми тем или иным способом осуществляется направленный обмен зашифрованной информацией, называется криптографической сетью. Направленный обмен подразумевает возможность зашифровать передаваемую информацию таким образом, чтобы расшифровать ее мог только тот узел, для которого она предназначалась. Обмен информацией между узлами криптографической сети может осуществляться как посредством локальных и глобальных сетей, так и с помощью сменных носителей. В пакете «Криптон» шифрование для защиты данных в криптографической сети используется симметричный алгоритм шифрования - ГОСТ 28147-89. Сетевой ключ. Секретный ключ используется для зашифрования файлов с целью передачи их между узлами криптографической сети. Все узлы сети нумеруются. Для каждого узла, с которым планируется обмен информацией, необходимо иметь свой сетевой ключ. Задача обеспечения сетевыми ключами возлагается на администратора сети. Сетевые ключи хранятся в Сетевом наборе. Сетевая таблица. Для обмена зашифрованной информацией между N узлами необходимо N×(N - 1) ключей (каждый с каждым). Фактически это таблица, где в заголовках строк и столбцов проставлены номера узлов, а в ячейках хранятся ключи. Эта матрица симметрична, т.е. ключ для передачи от узла А узлу Б (сетевой ключ А-Б) в точности равен сетевому ключу Б-А. Сетевая таблица при создании зашифровывается на Ключе сетевой таблицы (КСТ). Сетевой набор. Из полной Сетевой таблицы необходимо для каждого из узлов сформировать набор ключей для связи с другими узлами. Фактически такой набор представляет собой одну из строк таблицы. Сетевой набор хранится в файле NNNNN.SYS в каталоге сетевых ключей, где NNNNN - пятизначный десятичный номер данного узла. Он всегда зашифрован на Ключе сетевого набора (КСН), хранящемся в файле NNNNN.KEY в каталоге сетевых ключей. КСН получают вместе с Сетевым набором от администратора криптографической сети. При получении КСН обычно зашифрован на главном ключе, поэтому рекомендуется перешифровать его на пароле. Организация криптографической сети. Для организации криптографической сети администратор должен выполнить следующие действия: 1. Создать Сетевую таблицу. Для этого необходимо указать количество узлов криптографической сети и имя Сетевой таблицы. В результате автоматически создается новый Ключ Сетевой таблицы NET_SYS.KEY, на котором автоматически зашифровывается Сетевая таблица KEY_NET.SYS. 2. Создать Сетевые наборы (СН) для узлов криптографической сети. По умолчанию создаются СН для всех узлов, и в каждом сетевом наборе все узлы являются доступными. При необходимости можно создать такие СН, чтобы узел мог шифровать данные только для ограниченного множества узлов криптографической сети. В результате получается множество Ключей сетевого набора (NNNNN.KEY) и Сетевых наборов (NNNNN.SYS) для узлов криптографической сети. 3. Каждому узлу присвоить свой номер NNNNN. Распределить Ключи сетевого набора и Сетевые наборы по соответствующим узлам криптографической сети. Узлу с номером NNNNN необходимо передать два файла: NNNNN.KEY и NNNNN.SYS. Шифрование файлов для передачи в криптографической сети. Файл данных, передаваемый узлом А узлу Б, зашифровывается на Файловом (сеансовом) ключе. Файловый ключ создается автоматически при зашифровании файла данных и передается вместе с ним. Поскольку Файловый ключ не может передаваться в открытом виде, то он зашифровывается на Сетевом ключе А-Б. Этот ключ узел А берет из своего Сетевого набора. Сетевой набор узла А зашифрован на Ключе сетевого набора (КСН) узла А, который, в свою очередь, тоже может быть зашифрован на каких-либо ключах узла А (как правило, ГК). Узел Б по информации, присовокупленной к зашифрованному файлу, понимает, что файл пришел от узла А. Используя свои ключи, узел Б расшифровывает свой КСН. Затем, используя КСН, узел Б расшифровывает свой набор и извлекает из него Сетевой ключ А-Б. Так как этот Сетевой ключ совпадает с тем Сетевым ключом, который использовал узел А для зашифрования, то узел Б может расшифровать Файловый ключ, пришедший вместе с файлом. Наконец, с помощью Файлового ключа расшифровывается сам файл. Настройка параметров. После запуска Мастера ключей шифрования и выбора настройки параметров (рисунок) правая сторона панели содержит следующие настраиваемые параметры: - «Каталог Ключей пользователя». Рис. Мастер ключей шифрования УЗКД «Криптон» Ввести каталог Ключей пользователя. В этом каталоге будет производиться поиск Ключей пользователя в следующих ситуациях: - зашифрование файла на Ключе пользователя; - расшифрование файла, зашифрованного на Ключе пользователя; - перешифрование файла, зашифрованного на Ключе пользователя. Требуемый каталог можно указать также с помощью кнопки обзора каталогов. По данной кнопке на экран выводится меню «Диски»/«Карточки», позволяющее указать каталог с помощью стандартного диалога Windows или диалога выбора устройств SCApi. - «Каталог Сетевых ключей» Ввести каталог Сетевых ключей. В этом каталоге будет производиться поиск Сетевых ключей в следующих ситуациях: - зашифрование файла на Сетевом ключе; - расшифрование файла, зашифрованного на Сетевом ключе; - перешифрование файла, зашифрованного на Сетевом ключе. Требуемый каталог можно указать также с помощью кнопки обзора каталогов, по которой вызывается стандартный диалог обзора папок Windows. Сетевые ключи хранятся в Сетевых наборах в файлах NNNNN.sys, где NNNNN - номер данного сетевого узла (см. раздел «Создать Сетевой набор»): - «Номер данного сетевого узла». Ввести номер сетевого узла - целое число в диапазоне от 1 до 30 000, идентифицирующее данный сетевой узел (пользователя или компьютер - в зависимости от организационных решений). Для ввода в действие сделанных изменений в конфигурации следует нажать кнопку «Применить». Конфигурация будет изменена. Для отмены внесенных изменений следует нажать кнопку «Отменить». Параметры сохраняются в системном реестре Windows. 4. Практическая часть 1. Создать отдельную папку Lab5. В ней создать следующие папки: - Key_net - для Ключа СТ и самой СТ; - 00001, 00002, 00003, 00004 - для Ключей СН и самих СН; - Source - для тестовых файлов и их зашифрованных вариантов. 2. Создать Сетевую таблицу для четырех узлов в каталоге Key_net. 3. Создать Сетевые наборы для всех узлов. Разложить полученные ключи СН и сами СН по соответствующим папкам 00001,…,00004. 4. Установить номер своего узла, равный 2, и указать в параметрах соответствующий каталог сетевых ключей. 5. Зашифровать тестовые файлы для узла 3. 6. Установить номер своего узла, равный 3, и указать в параметрах соответствующий каталог сетевых ключей. 7. Расшифровать тестовые файлы с автоматическим переименованием и затем полученные файлы уничтожить. 8. Установить номер своего узла, равный 1, и указать в параметрах соответствующий каталог сетевых ключей. 9. Расшифровать тестовые файлы (зашифрованные для узла 3) с автоматическим переименованием. 10. Оформить отчет о проделанных шагах 2-9, в который включить краткое описание результатов каждого шага (например, создана сетевая таблица для четырех узлов и т.д.). 11. Из папки Материалы для данной лабораторной работы в папку Lab5 скопировать Ключ СН и сам СН, соответствующий номеру варианта. 12. Установить номер своего узла, соответствующий номеру варианта, и указать в параметрах каталог сетевых ключей Lab5. 13. Зашифровать тестовые файлы для узла 11. 14. Полученные зашифрованные файлы предоставить для проверки. 5. Контрольные вопросы 1. Дать понятия сетевого набора и сетевой таблицы. 2. Особенности защиты данных в криптографической сети с помощью симметричных и асимметричных алгоритмов шифрования 3. Назначение Сетевых ключей и Ключей сетевых наборов. 4. Параметры, настраиваемые в пакете «Криптон» Шифрование, для работы в криптографической сети. 5. Процесс обмена зашифрованными файлами в криптографической сети. 6. Создание сетевых наборов для ограниченного числа узлов криптографической сети. Таким образом, степень внедрения разработанного учебно-лабораторного стенда позволяет применять его в программе подготовки студентов по направлению «Информационная безопасность» и специальности «Обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем», а также использовать его для повышения квалификации специалистов по защите информации в рамках программ дополнительного профессионального образования. Эффективность применения разработанного учебно-лабораторного стенда на основе УКЗД серии «Криптон» подтверждается приобретением требуемых компетенций, а также расширением возможностей практической подготовки специалистов по защите информации.

About the authors

A. S Shaburov

Perm National Research Polytechnic University

A. A Mironova

Perm National Research Polytechnic University

References

Statistics

Views

Abstract - 30

PDF (Russian) - 22

Refbacks

• There are currently no refbacks.