Системы криптозащиты. Механизмы защиты информации Операторы скзи

Криптографическая защита информации - защита информации с помощью ее криптографического преобразования.

Криптографические методы в настоящее время являются базовыми для обеспечения надежной аутентификации сторон информационного обмена, защиты.

К средствам криптографической защиты информации (СКЗИ) относятся аппаратные, программно-аппаратные и программные средства, реализующие криптографические алгоритмы преобразования информации с целью:

Защиты информации при ее обработке, хранении и передаче;

Обеспечения достоверности и целостности информации (в том числе с использованием алгоритмов цифровой подписи) при ее обработке, хранении и передаче;

Выработки информации, используемой для идентификации и аутентификации субъектов, пользователей и устройств;

Выработки информации, используемой для защиты аутентифицирующих элементов защищенной АС при их выработке, хранении, обработке и передаче.

Криптографические методы предусматривают шифрование и кодирование информации . Различают два основных метода шифрования: симметричный и асимметричный. В первом из них один и тот же ключ (хранящийся в секрете) используется и для зашифрования, и для расшифрования данных.

Разработаны весьма эффективные (быстрые и надежные) методы симметричного шифрования. Существует и национальный стандарт на подобные методы - ГОСТ 28147-89 «Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования».

В асимметричных методах используются два ключа. Один из них, несекретный (он может публиковаться вместе с другими открытыми сведениями о пользователе), применяется для шифрования, другой (секретный, известный только получателю) - для расшифрования. Самым популярным из асимметричных является метод RSA, основанный на операциях с большими (100-значными) простыми числами и их произведениями.

Криптографические методы позволяют надежно контролировать целостность как отдельных порций данных, так и их наборов (таких как поток сообщений); определять подлинность источника данных; гарантировать невозможность отказаться от совершенных действий ("неотказуемость").

В основе криптографического контроля целостности лежат два понятия:

Электронная подпись (ЭП).

Хэш-функция - это труднообратимое преобразование данных (односторонняя функция), реализуемое, как правило, средствами симметричного шифрования со связыванием блоков. Результат шифрования последнего блока (зависящий от всех предыдущих) и служит результатом хэш-функции.

Криптография как средство защиты (закрытия) информации приобретает все более важное значение в коммерческой деятельности.

Для преобразования информации используются различные шифровальные средства: средства шифрования документов, в том числе и портативного исполнения, средства шифрования речи (телефонных и радиопереговоров), средства шифрова-ния телеграфных сообщений и передачи данных.

Для защиты коммерческой тайны на международном и отечественном рынке предлагаются различные технические устройства и комплекты профессиональной аппаратуры шифрова-ния и криптозащиты телефонных и радиопереговоров, деловой переписки и пр.

Широкое распространение получили скремблеры и маскираторы, заменяющие речевой сигнал цифровой передачей данных. Производятся средства защиты те-летайпов, телексов и факсов. Для этих целей использу-ются шифраторы, выполняемые в виде отдельных уст-ройств, в виде приставок к аппаратам или встраивае-мые в конструкцию телефонов, факс-модемов и других аппаратов связи (радиостанции и другие). Для обеспечения достоверности передаваемых электронных сообщений широко применяется электронная цифровая подпись.

СКЗИ (средство криптографической защиты информации) - это программа или устройство, которое шифрует документы и генерирует электронную подпись (ЭП). Все операции производятся с помощью ключа электронной подписи, который невозможно подобрать вручную, так как он представляет собой сложный набор символов. Тем самым обеспечивается надежная защита информации.

Как работает СКЗИ

Отправитель создает документ
При помощи СКЗИ и закрытого ключа ЭП добавляет файл подписи, зашифровывает документ и объединяет все в файл, который отправляется получателю
Файл передается получателю
Получатель расшифровывает документ, используя СКЗИ и закрытый ключ своей электронной подписи
Получатель проверяет целостность ЭП, убеждаясь, что в документ не вносились изменения

Виды СКЗИ для электронной подписи

Есть два вида средств криптографической защиты информации: устанавливаемые отдельно и встроенные в носитель.

СКЗИ, устанавливаемое отдельно - это программа, которая устанавливается на любое компьютерное устройство. Такие СКЗИ используются повсеместно, но имеют один недостаток: жесткую привязку к одному рабочему месту. Вы сможете работать с любым количеством электронных подписей, но только на том компьютере или ноутбуке, на котором установлена СКЗИ. Чтобы работать на разных компьютерах, придется для каждого покупать дополнительную лицензию.

При работе с электронными подписями в качестве устанавливаемого СКЗИ чаще всего используется криптопровайдер КриптоПро CSP . Программа работает в Windows, Unix и других операционных системах, поддерживает отечественные стандарты безопасности ГОСТ Р 34.11-2012 и ГОСТ Р 34.10-2012.

Реже используются другие СКЗИ:

Signal-COM CSP
LISSI-CSP
VipNet CSP

Все перечисленные СКЗИ сертифицированы ФСБ и ФСТЭК, соответствуют стандартам безопасности, принятым в России. Для полноценной работы также требуют покупки лицензии.

СКЗИ, встроенные в носитель , представляют собой «вшитые» в устройство средства шифрования, которые запрограммированы на самостоятельную работу. Они удобны своей самодостаточностью. Все необходимое для того, чтобы подписать договор или отчет, уже есть на самом носителе. Не надо покупать лицензии и устанавливать дополнительное ПО. Достаточно компьютера или ноутбука с выходом в интернет. Шифрование и расшифровка данных производятся внутри носителя. К носителям со встроенным СКЗИ относятся Рутокен ЭЦП, Рутокен ЭЦП 2.0 и JaCarta SE.

Средства криптографической защиты информации (СКЗИ) являются важной составляющей при обеспечении информационной безопасности и позволяют гарантировать высокий уровень сохранности данных, даже в случае попадания зашифрованных электронных документов в руки третьих лиц, а также при краже или утере носителей информации с ними. СКЗИ сегодня применяются почти в каждой компании – чаще на уровне взаимодействия с автоматизированными банковскими системами и государственными информационными системами; реже – для хранения корпоративных данных и обмена ими. Тем временем, именно последнее применение средств шифрования позволяет защитить бизнес от опасных утечек критически ценной информации с гарантией до 99% даже с учетом человеческого фактора.

Функционально потребность в применении СКЗИ, также, обуславливается все более растущей популярностью средств электронного документооборота, архивации и безбумажного взаимодействия. Важность документов, обрабатываемых в таких системах, диктует обязательность обеспечения высокой защищенности информации, что невозможно выполнить без применения средств шифрования и электронной подписи.

Внедрение СКЗИ в корпоративную практику предусматривает создание программно-аппаратного комплекса, архитектура и состав которого определяется, исходя из потребностей конкретного заказчика, требований законодательства, поставленных задач и необходимых методов, и алгоритмов шифрования. Сюда могут входить программные компоненты шифрования (криптопровайдеры), средства организации VPN, средства удостоверения, средства формирования и проверки ключей и ЭЦП, служащих для организации юридически значимого документооборота, аппаратные носители информации.

Внедряемые «АСТ» корпоративные средства шифрования могут поддерживать алгоритмы шифрования ГОСТ и обеспечивать необходимые классы криптозащиты в зависимости от необходимой степени защиты, нормативной базы и требований совместимости с иными, в том числе, внешними системами. При этом средства шифрования обеспечивают защиту всего множества информационных компонент – файлов, каталогов с файлами и архивов, физических и виртуальных носителей информации, целиком серверов и СХД.

Решение сможет обеспечить весь комплекс мер по надежной защите информации при ее хранении, передаче, использовании, а также по управлению самими СКЗИ, включая:

Обеспечение конфиденциальности информации
Обеспечение целостности информации
Гарантию подлинности информации
Целевую защиту информации, включая:
— Шифрование и расшифрование
— Создание и проверку ЭЦП
Гибкость настройки, управления и использования СКЗИ
Защиту СКЗИ, включая мониторинг и обнаружение случаев нарушения работоспособности, попыток несанкционированного доступа, случаев компрометации ключей.

Реализованные проекты

Связанные услуги:

Мониторинг событий и управление инцидентами ИБ
Самым важным фактором при обеспечении информационной безопасности (ИБ) является наличие полной и достоверной информации о событиях,
[...]
Обеспечение сетевой безопасности и защиты периметра
Сетевая инфраструктура технологически лежит в основе всех корпоративных ИТ-систем и является транспортной артерией для информации,
[...]
Защита от целенаправленных атак
Одной из наиболее серьезных и опасных угроз для бизнеса с точки зрения информационной безопасности (ИБ) являются целенаправленные
[...]
Защита АСУ ТП
Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) на производстве является основополагающим решением,
[...]
Системы анализа и управления уязвимостями
Как не бывает абсолютно здоровых людей, так и не бывает абсолютно защищенных информационных систем. Компоненты ИТ-инфраструктуры
[...]
Защита от утечки информации (DLP-система)
Любая организация имеет документы с ограниченным доступом, содержащие ту или иную конфиденциальную информацию. Их попадание в чужие

Средства криптографической защиты информации, или сокращенно СКЗИ, используются для обеспечения всесторонней защиты данных, которые передаются по линиям связи. Для этого необходимо соблюсти авторизацию и защиту электронной подписи, аутентификацию сообщающихся сторон с использованием протоколов TLS и IPSec, а также защиту самого канала связи при необходимости.

В России использование криптографических средств защиты информации по большей части засекречено, поэтому общедоступной информации касательно этой темы мало.

Методы, применяемые в СКЗИ

Авторизация данных и обеспечение сохранности их юридической значимости при передаче или хранении. Для этого применяют алгоритмы создания электронной подписи и ее проверки в соответствии с установленным регламентом RFC 4357 и используют сертификаты по стандарту X.509.
Защита конфиденциальности данных и контроль их целостности. Используется асимметричное шифрование и имитозащита, то есть противодействие подмене данных. Соблюдается ГОСТ Р 34.12-2015.
Защита системного и прикладного ПО. Отслеживание несанкционированных изменений или неверного функционирования.
Управление наиболее важными элементами системы в строгом соответствии с принятым регламентом.
Аутентификация сторон, обменивающихся данными.
Защита соединения с использованием протокола TLS.
Защита IP-соединений при помощи протоколов IKE, ESP, AH.

Подробным образом методы описаны в следующих документах: RFC 4357, RFC 4490, RFC 4491.

Механизмы СКЗИ для информационной защиты

Защита конфиденциальности хранимой или передаваемой информации происходит применением алгоритмов шифрования.
При установлении связи идентификация обеспечивается средствами электронной подписи при их использовании во время аутентификации (по рекомендации X.509).
Цифровой документооборот также защищается средствами электронной подписи совместно с защитой от навязывания или повтора, при этом осуществляется контроль достоверности ключей, используемых для проверки электронных подписей.
Целостность информации обеспечивается средствами цифровой подписи.
Использование функций асимметричного шифрования позволяет защитить данные. Помимо этого для проверки целостности данных могут быть использованы функции хеширования или алгоритмы имитозащиты. Однако эти способы не поддерживают определения авторства документа.
Защита от повторов происходит криптографическими функциями электронной подписи для шифрования или имитозащиты. При этом к каждой сетевой сессии добавляется уникальный идентификатор, достаточно длинный, чтобы исключить его случайное совпадение, и реализуется проверка принимающей стороной.
Защита от навязывания, то есть от проникновения в связь со стороны, обеспечивается средствами электронной подписи.
Прочая защита - против закладок, вирусов, модификаций операционной системы и т. д. - обеспечивается с помощью различных криптографических средств, протоколов безопасности, антивирусных ПО и организационных мероприятий.

Как можно заметить, алгоритмы электронной подписи являются основополагающей частью средства криптографической защиты информации. Они будут рассмотрены ниже.

Требования при использовании СКЗИ

СКЗИ нацелено на защиту (проверкой электронной подписи) открытых данных в различных информационных системах общего использования и обеспечения их конфиденциальности (проверкой электронной подписи, имитозащитой, шифрованием, проверкой хеша) в корпоративных сетях.

Персональное средство криптографической защиты информации используется для охраны персональных данных пользователя. Однако следует особо выделить информацию, касающуюся государственной тайны. По закону СКЗИ не может быть использовано для работы с ней.

Важно: перед установкой СКЗИ первым делом следует проверить сам пакет обеспечения СКЗИ. Это первый шаг. Как правило, целостность пакета установки проверяется путем сравнения контрольных сумм, полученных от производителя.

После установки следует определиться с уровнем угрозы, исходя из чего можно определить необходимые для применения виды СКЗИ: программные, аппаратные и аппаратно-программные. Также следует учитывать, что при организации некоторых СКЗИ необходимо учитывать размещение системы.

Классы защиты

Согласно приказу ФСБ России от 10.07.14 под номером 378, регламентирующему применение криптографических средств защиты информации и персональных данных, определены шесть классов: КС1, КС2, КС3, КВ1, КВ2, КА1. Класс защиты для той или иной системы определяется из анализа данных о модели нарушителя, то есть из оценки возможных способов взлома системы. Защита при этом строится из программных и аппаратных средств криптографической защиты информации.

АУ (актуальные угрозы), как видно из таблицы, бывают 3 типов:

Угрозы первого типа связаны с недокументированными возможностями в системном ПО, используемом в информационной системе.
Угрозы второго типа связаны с недокументированными возможностями в прикладном ПО, используемом в информационной системе.
Угрозой третьего типа называются все остальные.

Недокументированные возможности - это функции и свойства программного обеспечения, которые не описаны в официальной документации или не соответствуют ей. То есть их использование может повышать риск нарушения конфиденциальности или целостности информации.

Для ясности рассмотрим модели нарушителей, для перехвата которых нужен тот или иной класс средств криптографической защиты информации:

КС1 - нарушитель действует извне, без помощников внутри системы.
КС2 - внутренний нарушитель, но не имеющий доступа к СКЗИ.
КС3 - внутренний нарушитель, который является пользователем СКЗИ.
КВ1 - нарушитель, который привлекает сторонние ресурсы, например специалистов по СКЗИ.
КВ2 - нарушитель, за действиями которого стоит институт или лаборатория, работающая в области изучения и разработки СКЗИ.
КА1 - специальные службы государств.

Таким образом, КС1 можно назвать базовым классом защиты. Соответственно, чем выше класс защиты, тем меньше специалистов, способных его обеспечивать. Например, в России, по данным за 2013 год, существовало всего 6 организаций, имеющих сертификат от ФСБ и способных обеспечивать защиту класса КА1.

Используемые алгоритмы

Рассмотрим основные алгоритмы, используемые в средствах криптографической защиты информации:

ГОСТ Р 34.10-2001 и обновленный ГОСТ Р 34.10-2012 - алгоритмы создания и проверки электронной подписи.
ГОСТ Р 34.11-94 и последний ГОСТ Р 34.11-2012 - алгоритмы создания хеш-функций.
ГОСТ 28147-89 и более новый ГОСТ Р 34.12-2015 - реализация алгоритмов шифрования и имитозащиты данных.
Дополнительные криптографические алгоритмы находятся в документе RFC 4357.

Электронная подпись

Применение средства криптографической защиты информации невозможно представить без использования алгоритмов электронной подписи, которые набирают все большую популярность.

Электронная подпись - это специальная часть документа, созданная криптографическими преобразованиями. Ее основной задачей являются выявление несанкционированного изменения и определение авторства.

Сертификат электронной подписи - это отдельный документ, который доказывает подлинность и принадлежность электронной подписи своему владельцу по открытому ключу. Выдача сертификата происходит удостоверяющими центрами.

Владелец сертификата электронной подписи - это лицо, на имя которого регистрируется сертификат. Он связан с двумя ключами: открытым и закрытым. Закрытый ключ позволяет создать электронную подпись. Открытый ключ предназначен для проверки подлинности подписи благодаря криптографической связи с закрытым ключом.

Виды электронной подписи

По Федеральному закону № 63 электронная подпись делится на 3 вида:

обычная электронная подпись;
неквалифицированная электронная подпись;
квалифицированная электронная подпись.

Простая ЭП создается за счет паролей, наложенных на открытие и просмотр данных, или подобных средств, косвенно подтверждающих владельца.

Неквалифицированная ЭП создается с помощью криптографических преобразований данных при помощи закрытого ключа. Благодаря этому можно подтвердить лицо, подписавшее документ, и установить факт внесения в данные несанкционированных изменений.

Квалифицированная и неквалифицированная подписи отличаются только тем, что в первом случае сертификат на ЭП должен быть выдан сертифицированным ФСБ удостоверяющим центром.

Область использования электронной подписи

В таблице ниже рассмотрены сферы применения ЭП.

Активнее всего технологии ЭП применяются в обмене документами. Во внутреннем документообороте ЭП выступает в роли утверждения документов, то есть как личная подпись или печать. В случае внешнего документооборота наличие ЭП критично, так как является юридическим подтверждением. Стоит также отметить, что документы, подписанные ЭП, способны храниться бесконечно долго и не утрачивать своей юридической значимости из-за таких факторов, как стирающиеся подписи, испорченная бумага и т. д.

Отчетность перед контролирующими органами - это еще одна сфера, в которой наращивается электронный документооборот. Многие компании и организации уже оценили удобство работы в таком формате.

По закону Российской Федерации каждый гражданин вправе пользоваться ЭП при использовании госуслуг (например, подписание электронного заявления для органов власти).

Онлайн-торги - еще одна интересная сфера, в которой активно применяется электронная подпись. Она является подтверждением того факта, что в торгах участвует реальный человек и его предложения могут рассматриваться как достоверные. Также важным является то, что любой заключенный контракт при помощи ЭП приобретает юридическую силу.

Алгоритмы электронной подписи

Full Domain Hash (FDH) и Public Key Cryptography Standards (PKCS). Последнее представляет собой целую группу стандартных алгоритмов для различных ситуаций.
DSA и ECDSA - стандарты создания электронной подписи в США.
ГОСТ Р 34.10-2012 - стандарт создания ЭП в РФ. Данный стандарт заменил собой ГОСТ Р 34.10-2001, действие которого официально прекратилось после 31 декабря 2017 года.
Евразийский союз пользуется стандартами, полностью аналогичными российским.
СТБ 34.101.45-2013 - белорусский стандарт для цифровой электронной подписи.
ДСТУ 4145-2002 - стандарт создания электронной подписи в Украине и множество других.

Стоит также отметить, что алгоритмы создания ЭП имеют различные назначения и цели:

Групповая электронная подпись.
Одноразовая цифровая подпись.
Доверенная ЭП.
Квалифицированная и неквалифицированная подпись и пр.

Криптографические методы защиты информации могут быть реализованы как программными, так и аппаратными средствами. Аппаратный шифратор или устройство криптографической защиты данных (УКЗД) представляет собой, чаще всего, плату расширения, вставляемую в разъем 18А или РС1 системной платы персонального компьютера (ПК) (рис. 3.21). Существуют и другие варианты реализации, например, в виде и8В-ключа с криптографическими функциями (рис. 3.22).

Производители аппаратных шифраторов обычно оснащают их различными дополнительными возможностями, среди которых:

Генерация случайных чисел, необходимых для получения криптографических ключей. Кроме того, многие криптографические алгоритмы используют их и для других целей, например, в алгоритме электронной цифровой подписи, ГОСТ Р 34.10-2001 при каждом вычислении подписи необходимо новое случайное число;

Рис. 3.21. Аппаратный шифратор в виде платы РС1:

1 - технологические разъемы; 2 - память для ведения журнала; 3 - переключатели режимов; 4 - многофункциональная память; 5 - блок управления и микропроцессор; 6- интерфейс РС1; 7- контроллер РС1; 8- ДСЧ; 9- интерфейсы для подключения ключевых носителей

Рис. 3.22.

контроль входа на компьютер. При включении ПК устройство требует от пользователя ввести персональную информацию (например, вставить устройство с закрытым ключом). Загрузка операционной системы будет разрешена только после того, как устройство опознает предъявленные ключи и сочтет их «своими». В противном случае придется вскрыть системный блок и изъять оттуда шифратор, чтобы загрузить операционную систему (однако информация на жестком диске ПК тоже может быть зашифрована);
контроль целостности файлов операционной системы для предотвращения злоумышленного изменения конфигурационных файлов и системных программ. Шифратор хранит в себе список всех важных файлов с заранее вычисленными для каждого из них контрольными хеш-значениями и, если при следующей загрузке ОС не совпадет с эталоном хеш-значение хотя бы одного из контролируемых файлов, компьютер будет блокирован.

Шифратор, выполняющий контроль входа на ПК и проверяющий целостность операционной системы, называют также «электронным замком» (см. парагр. 1.3).

На рис. 3.23 приведена типовая структура аппаратного шифратора. Рассмотрим функции его основных блоков:

блок управления - основной модуль шифратора. Обычно реализуется на базе микроконтроллера, при выборе которого главным является быстродействие и достаточное количество внутренних ресурсов, а также внешних портов для подключения всех необходимых модулей;
контроллер системной шины ПК (например, РС1), через который осуществляется основной обмен данными между УКЗД и компьютером;
энергонезависимое запоминающее устройство (ЗУ), реализуемое обычно на базе микросхем флэш-памяти. Оно должно быть достаточно емким (несколько мегабайт) и допускать большое число циклов записи. Здесь размещается программное обеспечение микроконтроллера, которое вы-

Рис. 3.23. Структура УКЗД полняется при инициализации устройства (когда шифратор перехватывает управление при загрузке компьютера);

память журнала аудита, также представляющая собой энергонезависимое ЗУ (во избежание возможных коллизий память для программ и память для журнала не должны объединяться);
шифропроцессор (или несколько подобных блоков) - специализированная микросхема или микросхема программируемой логики PLD (Programmable Logic Device), обеспечивающая выполнение криптографических операций (шифрование и расшифрование, вычисление и проверка ЭЦП, хэширование);
генератор случайных чисел, представляющий собой устройство, выдающее статистически случайный и непредсказуемый сигнал (так называемый белый шум). Это может быть, например, шумовой диод. Перед дальнейшим использованием в шифропроцессоре по специальным правилам белый шум преобразуется в цифровую форму;
блок ввода ключевой информации. Обеспечивает защищенное получение закрытых ключей с ключевого носителя и ввод идентификационной информации о пользователе, необходимой для его аутентификации;
блок коммутаторов, необходимых для отключения возможности работы с внешними устройствами (дисководами, CD- ROM, параллельным и последовательным портами, шиной USB и т. д.). Если пользователь работает с особо секретной информацией, УКЗД при входе на компьютер заблокирует все внешние устройства, включая даже сетевую карту.

Криптографические операции в УКЗД должны выполняться так, чтобы исключить несанкционированный доступ к сеансовым и закрытым ключам и возможность воздействия на результаты их выполнения. Поэтому шифропроцессор логически состоит из нескольких блоков (рис. 3.24):

вычислитель - набор регистров, сумматоров, блоков подстановки ит. п., связанных между собой шинами передачи данных. Предназначен для максимально быстрого выполнения криптографических операций. На вход вычислитель получает открытые данные, которые следует зашифровать (расшифровать) или подписать, и криптографический ключ;
блок управления - аппаратно реализованная программа, управляющая вычислителем. Если по какой-либо причине

Рис. 3.24.

программа изменится, его работа начнет давать сбои. Поэтому данная программа должна не только надежно храниться и устойчиво функционировать, но и регулярно проверять свою целостность. Описанный выше внешний блок управления тоже периодически посылает блоку управления контрольные задачи. На практике для большей уверенности в шифраторе устанавливают два шифропроцессора, которые постоянно сравнивают результаты своих криптографических операций (если они не совпадают, операция повторяется);

Буфер ввода-вывода необходим для повышения производительности устройства: пока шифруется первый блок данных, загружается следующий и т. д. То же самое происходит и на выходе. Такая конвейерная передача данных серьезно увеличивает скорость выполнения криптографических операций в шифраторе.

Есть еще одна задача обеспечения безопасности при выполнении шифратором криптографических операций: загрузка ключей в шифратор, минуя оперативную память компьютера, где их теоретически можно перехватить и даже имея подменить. Для этого УКЗД дополнительно содержит порты ввода-вывода (например, СОМ или USB), к которым напрямую подключаются разные устройства чтения ключевых носителей. Это могут быть любые смарт-карты, токены (специальные USB-ключи) или элементы Touch Memory (см. парагр. 1.3). Помимо прямого ввода ключей в УКЗД, многие из таких носителей обеспечивают и их надежное хранение - даже ключевой носитель без знания специального кода доступа (например, PIN-кода) нарушитель не сможет прочесть его содержимое.

Для того чтобы не возникало коллизий при одновременном обращении к шифратору разных программ, в компьютерной системе устанавливается специальное программное обеспечение

Рис. 3.25.

(ПО) управления шифратором (рис. 3.25). Такое ПО выдает команды через драйвер шифратора и передает шифратору данные, следя за тем, чтобы потоки информации от разных источников не пересекались, а также за тем, чтобы в шифраторе всегда находились нужные ключи. Таким образом, УКЗД выполняет два принципиально разных вида команд:
перед загрузкой операционной системы выполняются команды, находящиеся в памяти шифратора, которые осуществляют все необходимые проверки (например, идентификацию и аутентификацию пользователя) и устанавливают требуемый уровень безопасности (например, отключают внешние устройства);
после загрузки ОС (например, Vindows) выполняются команды, поступающие через ПО управления шифратором (шифровать данные, перезагружать ключи, вычислять случайные числа и т. д.).

Такое разделение необходимо из соображений безопасности - после выполнения команд первого блока, которые нельзя обойти, нарушитель уже не сможет совершить несанкционированные действия.

Еще одно назначение ПО управления шифратором - обеспечить возможность замены одного шифратора на другой (скажем, на более производительный или реализующий другие криптоалгоритмы), не меняя программного обеспечения. Это происходит аналогично, например, смене сетевой карты: шифратор поставляется вместе с драйвером, который позволяет программам выполнять стандартный набор криптографических функций в соответствии с каким-либо интерфейсом прикладного программирования (например, Сгур1оАР1).

Таким же образом можно заменить аппаратный шифратор на программный (например, на эмулятор шифратора). Для этого программный шифратор выполняют обычно в виде драйвера, предоставляющего тот же набор функций.

Впрочем, ПО управления шифратором нужно не всем УКЗД (в частности, шифратор для «прозрачного» шифрования-расшифрования всего жесткого диска ПК достаточно настроить один раз).

Для дополнительного обеспечения безопасности выполнения криптографических операций в УКЗД может применяться многоуровневая защита криптографических ключей симметричного шифрования, при которой случайный сеансовый ключ шифруется долговременным ключом пользователя, а тот, в свою очередь, главным ключом (рис. 3.26).

На этапе начальной загрузки в ключевую ячейку № 3 ЗУ шифратора заносится главный ключ. Но для трехуровневого шифрования необходимо получить еще два. Сеансовый ключ генерируется в результате запроса к генератору (датчику) случай-

Рис. 3.26. Шифрование файла с помощью УКЗД ных чисел (ДСЧ) шифратора на получение случайного числа, которое загружается в ключевую ячейку № 1, соответствующую сеансовому ключу. С его помощью шифруется содержимое файла и создается новый файл, хранящий зашифрованную информацию.

Далее у пользователя запрашивается долговременный ключ, который загружается в ключевую ячейку № 2 с расшифровкой посредством главного ключа, находящегося в ячейке № 3. Надежный шифратор должен иметь режим расшифровки одного ключа с помощью другого внутри шифропроцессора; в этом случае ключ в открытом виде вообще никогда «не покидает» шифратора. И наконец, сеансовый ключ зашифровывается с помощью долговременного ключа, находящегося в ячейке № 2, выгружается из шифратора и записывается в заголовок зашифрованного файла.

При расшифровке файла сначала с помощью долговременного ключа пользователя расшифровывается сеансовый ключ, а затем с его помощью восстанавливается информация.

В принципе можно использовать для шифрования и один ключ, но многоключевая схема имеет серьезные преимущества. Во-первых, снижается возможность атаки на долговременный ключ, так как он используется только для шифрования коротких сеансовых ключей. А это усложняет нарушителю криптоанализ зашифрованной информации с целью получения долговременного ключа. Во-вторых, при смене долговременного ключа можно очень быстро заново зашифровать файл: достаточно заново зашифровать сеансовый ключ со старого долговременного на новый. В-третьих, разгружается ключевой носитель, так как на нем хранится только главный ключ, а все долговременные ключи (а их может быть у пользователя несколько для различных целей) могут храниться в зашифрованном с помощью главного ключа виде даже на жестком диске ПК.

Шифраторы в виде ШВ-ключей (см. рис. 3.22) пока не могут стать полноценной заменой аппаратному шифратору для шины РС1 из-за низкой скорости шифрования. Однако у них есть несколько интересных особенностей. Во-первых, токен (ШВ-ключ) представляет собой не только аппаратный шифратор, но и носитель ключей шифрования, т. е. устройство «два в одном». Во-вторых, токены обычно соответствуют распространенным международным криптографическим стандартам (РКСБ #11, 1БО 7816, РС/8С и т. д.), и их можно использовать без дополнительной настройки в уже существующих программных средствах защиты информации (например, с их помощью можно проводить аутентификацию пользователей в ОС семейства Microsoft Windows). И наконец, цена такого шифратора в десятки раз ниже, чем классического аппаратного шифратора для шины PCI.