Методы контроля доступа к информации

Введение

Проблема защиты информации от постороннего доступа и нежелательных воздействий на нее возникла давно, с той поры, когда человеку по каким-либо причинам не хотелось делиться ею ни с кем или не с каждым человеком. С развитием человеческого общества, появлением частной собственности, государственного строя, борьбой за власть и в дальнейшем расширением масштабов человеческой деятельности информация приобретает цену. Ценной становится та информация, обладание которой позволит ее существующему и потенциальному владельцу получить какой-либо выигрыш: материальный, политический, военный и т.д.

В период существования примитивных носителей информации ее защита осуществлялась организационными методами, которые включали ограничение и разграничение доступа, определенные меры наказания за разглашение тайны. По свидетельству Геродота, уже в V веке до новой эры использовалось преобразование информации методом кодирования. Коды появились в глубокой древности в виде криптограмм (по-гречески — тайнопись). Спартанцы имели специальный механический прибор, при помощи которого важные сообщения можно было писать особым способом, обеспечивающим сохранение тайны. Собственная секретная азбука была у Юлия Цезаря. В средние века и эпоху Возрождения над изобретением тайных шифров трудились многие выдающиеся люди, в их числе известный философ Френсис Бэкон, крупные математики — Франсуа Виет, Джероламо Кардано, Джон Валлис.

С переходом на использование технических средств связи информация подвергается воздействию случайных процессов: неисправностям и сбоям оборудования, ошибкам операторов и т. д., которые могут привести к ее разрушению, изменениям на ложную, а также создать предпосылки к доступу к ней посторонних лиц. С дальнейшим усложнением и широким распространением технических средств связи возросли возможности для преднамеренного доступа к информации.

С появлением сложных автоматизированных систем управления, связанных с автоматизированным вводом, хранением, обработкой и выводом информации, проблема ее защиты приобретает еще большее значение.

Цель моей курсовой подробно изучить способы контроля доступа к информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

      Классифицировать идентификацию и аутентификацию;

      Изучить виды и алгоритмы работы идентификации и аутентификации;

      Исследовать виды и алгоритмы работы биометрических систем защиты;

      Изучить сканер отпечатков пальцев на примере Atmel FingerChip

ГЛАВА 1 Подходы к идентификации и аутентификации

Несмотря на сложность и труднопроизносимость терминов "идентификация" и "аутентификация", каждый пользователь современных информационных систем сталкивается с процедурами, скрывающимися за этими терминами, неоднократно в течение рабочего дня.

Не углубляясь в технические подробности, можно сказать, что эти процедуры выполняются каждый раз, когда пользователь вводит пароль для доступа к компьютеру, в сеть, к базе данных или при запуске прикладной программы. В результате их выполнения он получает либо доступ к ресурсу, либо вежливый отказ в доступе.

Этот процесс состоит из двух частей – идентификации и аутентификации. Эти процедуры неразрывно связаны между собой, поскольку способ проверки определяет, каким образом и что пользователь должен предъявить системе, чтобы получить доступ.

Процесс узнавания пользователя компьютером начинается с его идентификации, т. е. ответа на вопрос «А кто это?». Например, при входе пользователя в различные операционные системы следует ввести логин – имя, по которому пользователь известен данной системе. По логину из многих пользователей, зарегистрированных в системе, компьютер выбирает одного. На этом идентификация заканчивается, и начинается аутентификация – процесс доказательства пользователем, что это именно он, а не кто-либо еще.

Идентификацию часто называют опознаванием «один из многих» – определение одного пользователя из многих вероятных, а аутентификацию – опознаванием «один к одному», т. е. правильно ли пользователь идентифицирован. Компьютер выполняет аутентификацию на основе определенной уникальной информации, которая характеризует конкретного пользователя системы. Такая информация называется аутентификационной. В зависимости от ее типа методы аутентификации классифицируют следующим образом:

1. Пользователь знает некую уникальную информацию, которую он предъявляет компьютеру при аутентификации. Например, пароль, который необходимо ввести для входа в систему.

2. Пользователь имеет уникальный предмет или предмет с уникальным содержимым.

В обычной жизни таким предметом является ключ от любого замка. Компьютеру же предъявить такой ключ достаточно сложно, поэтому используются другие предметы, более характерные для компьютера. Рассмотрим их позже.

3. Аутентификационная информация является неотъемлемой частью пользователя. На такой информации основаны методы биометрической аутентификации, т. е. аутентификации пользователей по их уникальным биометрическим признакам. Достаточно часто методы аутентификации комбинируют, например, используя одновременно пароль пользователя и отпечаток его пальца. Такая аутентификация называется двухфакторной.

1.1 Этапы аутентификации

Процесс аутентификации пользователя компьютером можно разделить на два этапа [1]:

      подготовительный – выполняется при регистрации пользователя в системе. Именно тогда у пользователя запрашивается образец аутентификационной информации, например, пароль или контрольный отпечаток пальца, который будет рассматриваться системой как эталон при аутентификации;

      штатный – образец аутентификационной информации запрашивается у пользователя снова и сравнивается с хранящимся в системе эталоном. Если образец схож с эталоном с заданной точностью – пользователь считается узнанным, в противном случае пользователь будет считаться чужим, результатом чего будет отказ в доступе на компьютер.

Для аутентификации пользователя компьютер должен хранить некую таблицу имен пользователей и соответствующих им эталонов:

В наиболее простом варианте эталоном может быть просто пароль, хранящийся в открытом виде. Однако такое хранение защищает только от непривилегированных пользователей системы – администратор системы вполне сможет получить все пароли пользователей, хранящиеся в таблице, и впоследствии входить в систему от имени любого пользователя (например, для выполнения каких-либо злоумышленных действий, которые будут записаны на другого). Кроме того, известен факт, что подавляющее большинство пользователей используют 1–3 пароля на все случаи жизни. Поэтому узнанный злоумышленником пароль может быть применен и к другим системам или программам, в которых зарегистрирован его владелец. Наиболее часто эталон представляет собой результат какой-либо обработки аутентификационной информации, то есть Ei = f(Ai), где Ai – аутентификационная информация, а f(...) – например, функция хэширования (расчет контрольной суммы данных с использованием криптографических методов – хэша). Хэширование достаточно часто применяется в протоколах межсетевого обмена данными, а также необходимо для использования электронной цифровой подписи.

Есть и другие варианты хранения эталонов, например, такой: Ei = f(IDi, Ai). Этот вариант лучше предыдущего тем, что при одинаковых паролях двух пользователей их эталоны будут выглядеть по-разному. Впрочем, в данном случае вместо имен пользователей подойдет и любая случайная последовательность, ее лишь придется хранить в той же таблице для последующего вычисления эталонов в процессе аутентификации [2].

В любом случае функция вычисления эталона из аутентификационной информации должна быть однонаправленной, т. е. легко рассчитываться, но представлять собой вычислительную проблему при попытке вычисления в обратном направлении.

1.2 Парольная аутентификация. Пользователь «знает»

Простым примером пользователь «знает», является парольная аутентификация. Метод аутентификации по паролю является наиболее традиционным и распространенным. Конечно же, нет ничего проще проверить, знает ли пользователь некое кодовое слово или последовательность. Однако парольная аутентификация имеет много недостатков. Основные недостатки парольной аутентификации таковы [3]:

      достаточно часто пользователи применяют легко предсказуемые пароли, например: пароль эквивалентен имени пользователя или имени пользователя в обратной последовательности, или какой-либо другой производной от имени пользователя;

      пароль является словом или фразой какого-либо языка – пароль может быть подобран путем словарной атаки, т. е. перебора в качестве пароля всех слов по словарю; программы, выполняющие подобные атаки, существуют в Интернете в великом множестве; правда, пользователи стали хитрее – они пытаются заменить некоторые буквы слова похожими по написанию цифрами и значками, например, password p@ssw0rd, но и программы, реализующие словарные атаки, теперь умеют то же самое: заменять ‘a’ на ‘@’, ‘i’ на ‘1’ и т. д.; – короткие пароли еще хуже – они могут быть подобраны простым перебором всех возможных вариантов;

      существуют различные программы подбора паролей для наиболее популярных приложений и операционных систем. Например, на сайте www.lostpassword.com можно найти программу Word Password Recovery Key, которая позволяет подобрать пароль к документу Microsoft Word, защищенному паролем. Это достаточно мощное средство, позволяющее перебирать пароли как полным перебором (для коротких паролей), так и словарной атакой, причем с подключением словарей различных языков, а также перебором при некоторых известных или предполагаемых символах пароля. Программа Word Password Recovery Key является абсолютно легальной и адресована тем пользователям, кто забыл пароль какого-либо важного документа. Однако она может быть использована и любым злоумышленником уже для не столь безобидных целей;

      пароль может быть перехвачен или подсмотрен при его вводе либо получен путем применения насилия к его владельцу.

1.3 Аутентификация по уникальному предмету. Пользователь «есть»

Уникальность предмета, по которому выполняется аутентификация пользователя компьютером, определяется информацией, которую он содержит. Для аутентификации часто используются следующие носители информации:

      USB-токены – представляют собой устройства с различной степенью интеллекта, подключаемые к порту USB компьютера;

      смарт-карты – по функциональности похожи на USB-токены, но работа с ними осуществляется с помощью специальных устройств, называемых ридерами смарт-карт;

      электронные таблетки iButton (или Touch Memory) – это те самые ключи к домофонам, которыми оборудовано большинство подъездов в Оренбурге; могут подключаться и к компьютеру через специальный коннектор;

      карты с магнитной полосой – аналогичные тем, которые используются в качестве билетов в автобус или метро; также требуют специального считывателя для использования компьютером.

Вышеперечисленные предметы постоянно эволюционируют: карты с магнитной полосой известны относительно давно, смарт-карты вошли в массовое использование около десяти лет позже. Да и каждый тип носителя существует в различных вариантах (исключая только карты с магнитной полосой). Например, в настоящее время используются смарт-карты трех категорий:

      карты с открытой памятью – функциональный аналог магнитных карт, способны лишь хранить какую-либо информацию в открытом виде;

      карты с защищенной памятью – для доступа к хранящейся в них информации необходимо предъявление пароля (PIN-кода);

      микропроцессорные карты – фактически сочетают функции карт с защищенной памятью и различные криптографические функции.

Простейший вариант «предметной» аутентификации состоит в том, что предмет просто хранит в открытом виде имя пользователя и его пароль. «Продвинутые» носители, например, микропроцессорные смарт-карты и подавляющее большинство USB-токенов, могут быть активными участниками процесса аутентификации (а не просто передавать по требованию пароль пользователя), что незаменимо для строгой аутентификации. В последнем случае (да и в случае смарт-карт с защищенной памятью и их аналогов) аутентификация с помощью предмета является существенно более надежной, чем парольная. Кроме того, предметы часто используются в качестве одного их факторов двухфакторной аутентификации, где в качестве второго фактора выступает пароль – например, для использования смарт-карт с защищенной памятью, микропроцессорных смарт-карт и USB-токенов необходимо предварительно предъявить PIN-код.

Предметная аутентификация также имеет ряд недостатков:

      предмет может быть похищен или отобран у его владельца;

      для всех предметов, кроме USB-токенов, требуется специальное оборудование для их подключения к компьютеру

      для всех предметов, кроме микропроцессорных смарт-карт и их функциональных аналогов, возможно изготовление копии или эмулятора предмета.

1.4 Биометрическая аутентификация. Пользователь «имеет»

Биометрическая аутентификация – это аутентификация пользователя по его уникальным биометрическим характеристикам. Уникальными являются, например, следующие характеристики:

      отпечатки пальцев;

      узор радужной оболочки и структура сетчатки глаза;

      черты лица;

      схема кровеносных сосудов лица;

      геометрия кисти руки;

      рукописная подпись;

      клавиатурный почерк (интервалы времени между нажатиями клавиш, составляющих кодовое слово, и длительность нажатий);

      голос.

В отличие от описанных выше методов аутентификации, биометрическая аутентификация не определяет пользователя с абсолютной точностью. С паролем все просто: он либо эквивалентен эталону, либо нет. Системы биометрической аутентификации опознают пользователя с определенной вероятностью – как человек может не узнать своего знакомого в лицо после отращивания им усов или по голосу после простуды, так и биометрическая система может не узнать легального пользователя или, что еще хуже, принять чужого за своего.

Аналогично аутентификации по уникальному предмету, биометрическая аутентификация нередко применяется в паре с паролем пользователя или каким-либо другим методом. Наиболее часто в качестве биометрических характеристик используются отпечатки пальцев, узор радужной оболочки глаза и черты лица. Каждому из этих методов свойственны свои недостатки, например, некоторые виды сканеров отпечатков пальцев могут быть обмануты специально подготовленным «искусственным пальцем». Есть и общий для всех методов минус: необходимость в считывающем оборудовании, которое может быть достаточно дорогостоящим.

Несмотря на эти недостатки, биометрическая аутентификация сейчас развивается наиболее бурно. Впечатляющий рост рынка систем биометрической аутентификации пережил после печальных событий 11 сентября 2001 г. Тогда казалось, что системы опознания по чертам лица способны серьезно помочь в борьбе с терроризмом и преступностью, на ранней стадии, позволяя обнаруживать всех, кто был когда-либо замечен в противоправных действиях, прежде всего потому, что логика работы именно таких систем наиболее похожа на узнавание человека человеком. Увы, в настоящее время именно системы аутентификации по чертам лица демонстрируют весьма посредственную точность опознания; однако их совершенствование идет полным ходом [4].

1.5 Удаленная аутентификация

Требования к аутентификации пользователя компьютером повышаются, если необходимо аутентифицироваться на удаленном компьютере. Здесь применимы различные протоколы удаленной аутентификации.

Простейший из них – протокол PAP (Password Access Protocol – протокол доступа по паролю). Информация, требуемая для аутентификации пользователя (т. е. его имя и пароль), просто передается по сети в открытом виде. Удаленный компьютер при необходимости выполняет описанные выше преобразования пароля и проверяет равенство полученного результата тому эталону, который соответствует данному пользователю [5].

Недостаток протокола очевиден – злоумышленник, имеющий техническую возможность перехвата сообщений, которые отправляются в рамках протокола PAP, и оснащенный анализатором пакетов, легко получит пароль пользователя и сможет впоследствии успешно аутентифицироваться под именем данного пользователя. Тем не менее очевидная простота реализации данного протокола привела к тому, что со времен, когда интернет-сообщество не задумывалось о безопасности, протокол PAP используется в подавляющем большинстве случаев – классические реализации POP3- и FTP-серверов принимают пароли именно в открытом виде.

1.6 Протоколы строгой аутентификации

Существует целое семейство протоколов, в которых аутентификационная информация пользователя совсем не передается по сети, а лишь участвует в вычислениях, как на клиентской, так и на серверной стороне. По такому принципу работает lenge-Handshake Authentication Protocol – протокол аутентификации («запрос-ответ») и его версия от Microsoft – MS-CHAP. Протоколы «запрос – ответ» выполняются в несколько этапов.

Для шифрования случайного числа используется секретный ключ аутентифицируемого пользователя. Именно этот секретный ключ представляет собой аутентификационную информацию данного пользователя, его копия хранится на сервере в качестве эталона пользователя. Нетрудно заметить, что ни одна часть аутентификационной информации вообще не передается по сети, тем более в открытом виде. Аутентификация, в процессе которой используются криптографические методы, а аутентификационная информация не передается по сети, называется строгой.

В ряде случаев необходима взаимная аутентификация – взаимная проверка подлинности участников информационного обмена (когда не только сервер проверяет подлинность пользователя, но и наоборот). Протоколы «запрос – ответ» идеально подходят для взаимной аутентификации с некоторым дополнением (такой протокол часто называют «рукопожатием»).

Этап 1. Пользователь посылает серверу запрос на аутентификацию, содержащий его имя.

Этап 2. Сервер генерирует случайное число N1 и посылает его пользователю.

Этап 3. Пользователь зашифровывает случайное число N1: C1 = E(N1), а также генерирует собственное случайное число N2. C1 и N2 пользователь посылает серверу.

Этап 4. Сервер расшифровывает C1 и сравнивает результат расшифрования с N1. Если числа равны, сервер считает пользователя подлинным. В этом случае сервер зашифровывает число N2: C2 = E(N2) и отправляет результат пользователю.

Этап 5. Пользователь расшифровывает C2 и сравнивает с N2. Если отправленное и полученное числа совпадают, то пользователь считает, что сервер успешно прошел проверку подлинности.

В подобных протоколах вместо симметричного шифрования может использоваться асимметричное шифрование или электронная цифровая подпись. В последнем случае в качестве эталонов пользователей на сервере хранятся их открытые ключи, которыми сервер проверяет не зашифрованное, а подписанное пользователем случайное число. Недостаток протоколов типа CHAP состоит в том, что, в отличие от PAP, на стороне пользователя необходимо наличие клиентского модуля, выполняющего предусмотренные протоколом действия.

Существуют и более «продвинутые» протоколы строгой аутентификации, например Kerberos. Это более сложный протокол, требующий наличия выделенных серверов, задача которых сводится лишь к управлению процессом аутентификации. При этом Kerberos не дает злоумышленнику практически никаких шансов вмешаться в процесс аутентификации. Кроме того, в процессе аутентификации создается ключ шифрования, который будет впоследствии использоваться для шифрования данных, передаваемых между пользователем и сервером [6].

ГЛАВА 2 Принципы работы биометрических систем

Следует отметить, что все системы биометрической идентификации устроены примерно одинаково. Есть устройство снятия биометрических характеристик, определенное программное обеспечение, анализирующее и обрабатывающее биометрическую информацию, база данных биометрической информации и наконец, встроенные алгоритмы сравнения и распознавания биометрических образов.

Алгоритм работы систем биометрической идентификации выглядит следующим образом. Первоначально пользователь регистрируется в системе. При этом вводятся контрольные значения биометрических параметров. С одной стороны, биологические характеристики человека уникальны и не повторяются, а с другой - сами они тоже не постоянны и находятся в некотором интервале. Поэтому для записи контрольного образа биометрические характеристики снимают несколько раз, обычно от 3 до 5, в зависимости от вида характеристики и метода обработки. После записи контрольных значений формируется цифровая модель снятого образа. Обычно контрольные образы представлены в таком виде, по которому максимально точно можно идентифицировать пользователя и при этом нельзя обратно восстановить первоначальные значения.

Идентификация проходит следующим образом. Для входа в систему пользователь с помощью специальных приборов предоставляет о себе биометрическую информацию. Образ обрабатывается математическими алгоритмами, затем сравнивается с эталонным значением. На основании результата выносится вердикт.

Существующие методы биометрической идентификации можно разделить на две основные группы. Первую группу составляют продукты, построенные на статических (неизменяемых) образах личности, данных от рождения. Примерами могут служить устройства, построенные на анализе особенностей геометрии лица, отпечатка пальца и т.п.

Ко второй, принципиально иной группе относятся программные продукты и устройства, построенные на динамическом анализе личности. Работают они на основе анализа голоса, почерка и других параметров.

Идентификация по рисунку сосудов глазного дна:

Одним из первых и самых надежных методов идентификации личности является метод, использующий рисунок кровеносных сосудов глазного дна. Вены и артерии, снабжающие глаз кровью, хорошо видны при подсветке глазного дна внешним источником света. Дерево кровеносных сосудов для каждого человека уникально. Процедура идентификации личности сводится к тому, что человек наблюдает сквозь специальный окуляр удаленную световую точку. При этом осуществляется инфракрасная подсветка его глазного дна, и на нем выделяется дерево кровеносных сосудов. Оно сравнивается с эталоном.

При оценке методов биометрической идентификации используются два основных параметра. Ошибки первого рода возникают при разных поворотах исследуемой поверхности по отношению к эталонной. Ошибки второго рода возникают при неполном выполнении заданных условий, в данном случае - фокусировке взгляда на удаленном источнике света.

По данным Сандийской национальной лаборатории (США) ошибки первого рода для метода составляют 0,4%. Ошибки второго рода практически невозможны. Отсутствуют данные о том, каким образом можно обмануть подобные биометрические устройства. Приборы этого класса являются одними из самых дорогих и наименее популярны. Одна из причин - предубеждение пользователей, которые считают, что используемая устройствами инфракрасная подсветка их глазного дна вредит здоровью [7].

Радужная оболочка глаза:

Радужная оболочка глаза также уникальна для каждого человека. Уникальность ее рисунка обусловлена генотипом личности, и существенные отличия радужной оболочки глаз наблюдается даже у близнецов. Врачи используют рисунок и цвет радужной оболочки для диагностики заболеваний и выявления генетической предрасположенности к некоторым болезням.

При ряде заболеваний на радужной оболочке появляются характерные пигментные пятна и изменения цвета. В системах идентификации личности используются только черно-белые изображения с высоким разрешением, так как в зависимости от состояния здоровья цветовой компонент оболочки изменяется.

Уникальность рисунка радужной оболочки глаза позволяет фирмам выпускать целый класс весьма надежных систем для биометрической идентификации личности. Этот класс систем захватывает видеоизображение глаза на расстоянии 20-30 сантиметров от видеокамеры, осуществляет автоматическое выделение зрачка и радужной оболочки.

Геометрия кисти руки:

Системы идентификации человека по силуэту кисти руки появились одними из первых и начали серийно выпускаться фирмой Idenmat (США) более 20 лет назад. С точки зрения компактности образа этот класс систем является самым экономичным. В простейшем варианте хранится только информация о длине и ширине пальцев, и требуется всего 9 байт. Естественно, что для систем, учитывающих только длину и ширину пальцев, может быть легко изготовлен картонный муляж руки оригинала. Более сложными являются системы, измеряющие профиль руки, что включает объем кисти, пальцев, неровности ладони, расположение складок кожи на сгибах. Данные о 3D геометрии руки получают путем использования телевизионной камеры и инфракрасной подсветки руки под разными углами. Последовательное включение нескольких подсвечивающих светодиодов дают проекции кисти руки в различных плоскостях. Именно они и содержат информацию о ее объеме.

Такое технологическое решение не позволяет производить компактные устройства, так как требуется выносить источники подсветки на расстояние 10 - 15 сантиметров. Поэтому приборы данного класса весьма габаритны. Ошибки первого и второго рода для современных биометрических устройств этого класса составляют менее 0,2%. Пользователи лояльно относятся к системам идентификации личности по геометрии кисти руки. Системы этого класса не предъявляют особых требований к чистоте, влажности, температуре рук, да и не столь страшны внешне.

Папиллярный рисунок пальцев руки:

Папиллярный рисунок используется в дактилоскопии. Нижний слой кожи человека образует множество выступов - сосочков (по латыни сосочек - papilla), в вершине которых имеются отверстия выходных протоков потовых желез. На основной части кожи сосочки - papillae располагаются хаотично и трудно наблюдаемы. На отдельных участках кожи, например на ладони, папилляры строго упорядочены в линии (гребни), образующие уникальные папиллярные узоры.

Системы дактилоскопической идентификации личности снимают с помощью специальных устройств. Папиллярный узор сканируют с одного из пальцев пользователя и сравнивают его с эталонным рисунком. Объем хранимой эталонной информации существенно уменьшается за счет классификации папиллярных рисунков. Дело в том, что узоры на наших руках, хотя и уникальны, относятся к одному из типов. Выделяют три типа папиллярных рисунков - дуговые, завитки, круговые и два типа макро особенностей - дельты и центы.

В современных системах этого класса отказ зарегистрированным пользователям может варьироваться в диапазоне от 0,01% до 3%, в зависимости от настройки биометрической системы. Кроме того, при использовании нескольких пальцев вероятность отказа зарегистрированным пользователям сокращается до 0,0001% даже на многомиллионных базах данных. Это самый популярный метод биометрической идентификации ввиду его простоты и дешевизны, однако не самый надежный. Иногда систему можно обойти простым "слепком пальца": ставишь свои "пальчики" на чем-нибудь вроде пластилина (лучше - силикона), и используешь вместо пальца этот слепок.