Алгоритмы шифрования

Для защиты данных применяются математические алгоритмы шифрования. Безопасность IP в Windows 2000/Server 2003 использует стандартные криптографические алгоритмы, перечисленные ниже.

·  Методика Diffie-Hellman (D-H). Алгоритм шифрования с открытым ключом (названный по имени изобретателей — Diffie и Hellman), который позволяет двум поддерживающим связь объектам договариваться об общедоступном ключе без требования шифрования во время порождения ключа. Процесс начинают два объекта, обменивающиеся общедоступной информацией. Затем каждый объект объединяет общую информацию другой стороны со своей собственной секретной информацией, чтобы сгенерировать секретное общедоступное значение.

·  Код аутентификации хэшированного сообщения (НМАС, Hash Message Authentication Code). НМАС — алгоритм шифрования с закрытым ключом, обеспечивающий целостность сообщений, установление их подлинности и предотвращение повторного использования. Установление подлинности, использующее функции хэширования (перемешивания), объединено с методом закрытого ключа. Хэшированное значение, известное также как дайджест (digest), или выборка сообщений, используется для создания и проверки цифровой подписи. Это уникальное значение намного меньше, чем первоначальное сообщение, созданное из цифровой копии кадра данных. Если передаваемое сообщение изменилось по пути следования, то хэшированное значение будет отличаться от оригинала, а IP-пакет будет отброшен.

·  HMAC-MD5. Дайджест сообщений-5 (MD5, Message Digest) — функция хэширования, которая порождает 128-разрядное значение, являющееся подписью данного блока данных. Эта подпись служит для установления подлинности, целостности и предотвращения повторного использования.

·  HMAC-SHA. Безопасный алгоритм хэширования (SHA, Secure Hash Algorithm) — еще одна функция хэширования, которая порождает 160-разрядное значение подписи, необходимое для установления подлинности, целостности и предотвращения повторного использования.

·  DES-CBC. Стандарт шифрования данных (Data Encryption Standard, DES) — формирование цепочки шифрованных блоков (Cipher Block Chaining, CBC) — алгоритм шифрования с закрытым ключом, обеспечивающий конфиденциальность. Генерируется случайное число, которое используется совместно с закрытым ключом для шифрования данных.

Ключи

Для обеспечения безопасности данных в криптографии совместно с алгоритмами используются ключи. Ключ — это некоторое значение, применяемое для шифрования или дешифрования информации. Для шифрования в системах безопасности могут использоваться как закрытые, так и открытые ключи. Даже если алгоритм известен, без ключа данные нельзя просмотреть или изменить. Безопасность IP в Windows Server 2003 использует ключи большой длины, чтобы обеспечить повышенную безопасность. Если длину ключа увеличить на один бит, число возможных комбинаций удваивается. Безопасность IP в Windows Server 2003 также применяет динамическое обновление ключей; это означает, что после определенного интервала для продолжения обмена данными генерируется новый ключ. Такое решение позволяет защититься от злоумышленника, который получил доступ к части информации во время ее передачи.

Протоколы безопасности

На базе протоколов безопасности реализуются различные службы, обеспечивающие безопасный обмен информацией по сети. Windows 2000 и Windows Server 2003 используют протоколы безопасности, описанные далее.

·  Протокол ассоциаций безопасности и управления ключами Интернет (ISAKMP, Internet Security Association and Key Management Protocol) Прежде чем IP-пакеты будут переданы от одного компьютера другому, должна быть установлена ассоциация, или сопоставление, безопасности (Security Association, SA). SA — набор параметров, который определяет необходимые для защищенной связи услуги и механизмы, типы ключей для безопасных протоколов. SA должна существовать между двумя поддерживающими связь сторонами, использующими безопасность IP. ISAKMP определяет основу для поддержки и установления ассоциаций безопасности. Протокол ISAKMP не связан ни с одним конкретным алгоритмом, методом порождения ключей или протоколом безопасности.

·  Oakley. Протокол определения ключей, который использует алгоритм обмена ключами Diffie-Hellman (D-H). Oakley генерирует ключи, необходимые для безопасного обмена информацией.

·  Заголовок аутентификации IP (АН, Authentication Header). АН обеспечивает целостность, установление подлинности и защиту от повторного использования. Также при помощи АН поддерживается конфиденциальность. АН основан на некотором алгоритме вычисления ключевого кэшированного значения сообщения (НМАС) для каждого IP-пакета.

·  Протокол инкапсуляции безопасности (ESP, Encapsulating Security Protocol). В дополнение к услугам АН, описанным выше, ESP обеспечивает конфиденциальность, используя алгоритм DES-CBC.

Архитектура безопасности IP

Механизм безопасности IP в Windows Server 2003 разработан для защиты любого сквозного соединения между двумя компьютерами (рис. 2). При сквозном соединении два осуществляющих связь компьютера (системы) поддерживают IP-безопасность на каждом конце соединения. Сделано предположение, что располагающаяся между ними среда, по которой передаются данные, небезопасна. Данные прикладной программы компьютера, начинающего связь, перед пересылкой по сети автоматически (прозрачно для прикладной программы) шифруются. На компьютере адресата данные также автоматически дешифруются — прежде, чем они будут переданы приложению-получателю. Шифрование всего сетевого IP-трафика гарантирует, что любая связь с использованием TCP/IP защищена от подслушивания. Поскольку данные передаются и шифруются на уровне протокола IP, для каждого протокола в наборе протоколов TCP/IP не требуются отдельные пакеты, обеспечивающие безопасность. Безопасность IP в Windows Server 2003 объединяет методы шифрования с открытыми и закрытыми ключами для повышения уровня безопасности и большей производительности. Управление безопасностью IP в Windows Server 2003 допускает создание политики, определяющей тип и уровень безопасности, необходимые во время обмена информации.

·  Политика безопасности (security policy)

Каждая конфигурация атрибутов безопасности IP называется политикой безопасности. Политика безопасности базируется на политиках установления соединений и IP-фильтрах. Политика безопасности связана с политикой контроллера домена. Политика безопасности IP может быть приписана к заданной по умолчанию политике домена, заданной по умолчанию локальной политике или созданной пользовательской политике домена. Во время регистрации компьютера в домене автоматически подбираются реквизиты заданной по умолчанию политики домена и заданной по умолчанию локальной политики, включая политику безопасности IP, приписанную к этой политике домена.

Рисунок 2. Архитектура безопасности IP в Windows Server 2003

·  Политика переговоров (negotiation policy)

Политика переговоров определяет службы безопасности, используемые во время связи. Можно выбрать услуги, включающие конфиденциальность (ESP) или не обеспечивающие конфиденциальность (АН), или можно определить, какой алгоритм нужно использовать для безопасности IP. Можно установить несколько методов безопасности для каждой политики переговоров. Если первый метод недопустим для ассоциации безопасности, служба ISAKMP/Oakley продолжит просмотр этого списка до тех пор, пока не будет найден тот алгоритм, который безопасность IP сможет использовать для установления ассоциации. Если переговоры не увенчались успехом, устанавливается соединение без безопасности IP.

·  IP-фильтры

IP-фильтры определяют различные действия, зависящие от направления передачи IP-пакета, от типа применяемого IP-протокола (например, TCP или UDP) и от того, какие порты используются в соответствии с протоколом. Фильтр применяется непосредственно — как шаблон, с которым сравниваются IP-пакеты. Каждый IP-пакет сверяется с IP-фильтром и, если соответствие найдено, для посылки данных применяются реквизиты связанной политики безопасности.

Для поддержки обмена информацией с использованием безопасности IP на каждом компьютере с Windows Server 2003 устанавливаются локальные службы и драйверы.

·  Служба агента политики безопасности (Policy Agent Service)

Агент политики — локальный, резидентный агент. Он отыскивает политику безопасности IP в Active Directory во время инициализации системы. Затем он передает информацию о политике сетевому драйверу безопасности IP (IPSec-драйверу) и службе ISAKMP/Oakley. Агент политики не хранит политику безопасности локально, а находит ее в Active Directory (рис. 3).

Рисунок 3. Функционирование агента политики безопасности

·  Служба управления ключами ISAKMP/Oakley

Это локальный, резидентный агент, который получает политику безопасности от агента политики. При использовании политики безопасности служба ISAKMP устанавливает ассоциацию безопасности (SA) с компьютером-получателем. Тождество поддерживающих связь сторон опознается с помощью центра распределения ключей Kerberos. В заключение служба ISAKMP посылает SA и информацию о ключе драйверу IPSec. Служба ISAKMP/Oakley запускается агентом политики.

·  Драйвер безопасности IP (IPSec-драйвер)

Это локальный, резидентный агент, который просматривает все IP-пакеты на соответствие фильтру IP. Если он находит соответствие, то задерживает пакеты в очереди, в то время как служба ISAKMP/Oakley генерирует необходимую SA и ключ, чтобы защитить обмен информацией. Агент, получив эту информацию от службы ISAKMP, шифрует IP-пакеты и посылает их компьютеру-адресату (рис. 4). Драйвер IPSec запускается агентом политики.

Рисунок 4. Функционирование драйвера IPSec

Все три перечисленные компонента установлены в Windows Server 2003 по умолчанию и запускаются автоматически.

Примечание

Каждый контроллер домена содержит Центр распространения ключей Kerberos (Kerberos Distribution Center, KDC) для установления подлинности, который конфигурируется сетевым администратором. Протокол Kerberos служит третьим доверенным лицом, которое проверяет подлинность поддерживающей связь стороны. Безопасность IP в Windows Server 2003 использует Kerberos для идентификации компьютеров.

Рассмотрим пример, в котором пользователь Компьютера А (Пользователь 1) посылает данные пользователю Компьютера В (Пользователю 2). Безопасность IP установлена на обоих компьютерах.

Рисунок 5. Пример реализации безопасности IP

На уровне пользователя процесс доставки IP-пакетов прозрачен. Пользователь 1 просто запускает приложение, которое использует протокол стека TCP/IP, например FTP, и посылает данные Пользователю 2. Политики безопасности, назначенные Компьютеру А и Компьютеру В администратором, определяют уровень безопасности взаимодействия. Они выбираются агентом политики и передаются службе ISAKMP/Oakley и драйверу IPSec. Служба ISAKMP/Oakley на каждом компьютере использует политику переговоров, связанную с назначенной политикой безопасности, чтобы установить ключ и общий метод переговоров (ассоциация безопасности). Результаты переговоров о политике ISAKMP между двумя компьютерами передаются драйверу IPSec, который использует ключ для шифрования данных. В заключение драйвер IPSec посылает шифрованные данные на Компьютер В. Драйвер IPSec на Компьютере В дешифрует данные и передает их приложению-получателю (см. описание процесса на рис. 5). Примечание Любые маршрутизаторы или коммутаторы, которые находятся на пути между поддерживающими связь компьютерами, вне зависимости от того, общаются ли два пользователя или пользователь и файловый сервер, должны просто пропускать шифрованные IP-пакеты к адресату. Если между поддерживающими связь компьютерами находится брандмауэр или другой шлюз, поддерживающий систему безопасности, то на нем должна быть разрешена функция пересылки IP-пакетов или настроена специальная фильтрация, которая разрешает пересылку пакетов безопасности IP, чтобы IP-пакеты правильно достигали адресата.

Разработка плана безопасности

Перед тем как реализовать безопасность IP в Windows 2000, полезно разработать и задокументировать план безопасности, охватывающий всю корпоративную сеть. Необходимо проанализировать следующие вопросы.

·  Оценить тип данных, посыпаемых по сети. Нужно определить, являются ли эти данные конфиденциальной информацией, частной информацией или сообщениями электронной почты. Если вся информация такого рода передается по сети или через Интернет, то она может быть перехвачена, исследована или изменена кем-то, кто прослушивает сеть.

·  Определить вероятные сценарии связи. Например, удаленным отделам сбыта может потребоваться связь с главным офисом, а внутренней сети — соединение с сетями других компаний. Удаленным пользователям может понадобиться связь с частными пользователями сети из дома, а другим может потребоваться связь с файловым сервером, содержащим конфиденциальную информацию.

·  Определить уровень безопасности, необходимый для каждого сценария. Например, могут быть некоторые отделы или пользователи, которые нуждаются в более высоком уровне безопасности, чем другие.

Необходимо создать и сконфигурировать политику безопасности для каждого сценария, который был указан в плане.

Например, в компании может быть юридический отдел, которому требуется собственная политика безопасности для любых данных, посланных с использованием IP-протокола. Пользователи в юридическом отделе должны иметь высокий, обеспечивающий конфиденциальность, уровень безопасности для любых данных, посылаемых за пределы отдела. Однако в плане безопасности компании может быть определено, что пользователи в юридическом отделе не требуют конфиденциальности при посылке данных друг другу. Чтобы реализовать план безопасности для юридического отдела, администратор может выполнить следующие шаги:

1. Создать политику безопасности с именем Legal и привязать ее к заданной по умолчанию политике домена (Default Domain Policy). Поскольку каждый компьютер входит в домен компании, агент политики компьютера выберет политику безопасности Legal в каталоге Active Directory. Политика безопасности Legal могла бы иметь описанные ниже политику переговоров и IP-фильтры, связанные с ней.

2. Создать две политики переговоров и связать их с политикой безопасности Legal:

·  первую политику переговоров, Legal NP 1, настроенную на службы и обеспечивающую конфиденциальность для взаимодействия пользователей юридического отдела с пользователями других отделов ("передаваемые данные будут конфиденциальны, подлинны и не модифицированы" — парадигма протокола безопасности ESP);

·  вторую политику переговоров, Legal NP 2, настроенную на службы и обеспечивающую только установление подлинности и защиту от изменений, когда пользователи юридического отдела общаются друг с другом ("передаваемые данные будут подлинны и не модифицированы" — парадигма протокола безопасности АН).

3. Создать два IP-фильтра и связать каждый с политикой переговоров. Пользователи в юридическом отделе находятся в сети 157.55.0.0 с маской подсети 255.255.0.0. Пользователи других отделов находятся в сети 147.20.0.0 с маской подсети 255.255.0.0. Первый IP-фильтр, Legal IP Filter 1, предназначен для пользователей в юридическом отделе, которые связываются с пользователями других отделов. Он будет связан с политикой переговоров Legal NP 1. Администратор устанавливает свойства фильтра в соответствии со следующими значениями:

·  заданный IP-адрес для источника — 157.55.0.0. Этот адрес будет соответствовать любому адресу IP в сети юридического отдела, т. к. он является IP-адресом подсети;

·  заданный IP-адрес для получателя — 147.20.0.0;

·  поскольку план безопасности компании обусловливает безопасность всех данных, посланных при помощи протокола IP, тип протокола — любой (Any).

Пользователи юридического отдела, поддерживающие связь с другими пользователями внутри отдела, используют второй IP-фильтр, Legal IP Filter 2. Он связан с политикой переговоров, Legal NP 2, а параметры фильтра установлены в соответствии со следующими значениями:

·  заданный IP-адрес для источника — 157.55.0.0;

·  заданный IP-адрес для получателя — 157.55.0.0;

·  тип протокола — любой (Any).

Когда пользователь в юридическом отделе посылает информацию любому другому пользователю, адреса источника и получателя IP-пакетов сверяются с IP-фильтрами политики безопасности Legal. Если адреса соответствуют одному из фильтров, связанная политика переговоров определяет уровень IP-безопасности для поддержания взаимодействия. Например, если пользователь в юридическом отделе с адресом IP 157.55.2.1 посылает данные пользователю с адресом 147.20.4.5, это соответствует Legal IP Filter 1. Это означает, что связь будет организована на уровне безопасности, определенном политикой переговоров Legal NP 1, которая обеспечивает установление подлинности, защиту от изменений и конфиденциальность связи.