Защита электронных документов:
целостность и конфиденциальность
© Панасенко Сергей, 2000.
По мере своего развития любая организация сталкивается с необходимостью введения электронного документооборота. Естественно, электронные документы имеют различную степень конфиденциальности и могут содержать сведения от полностью открытых до являющихся коммерческой тайной самой организации или ее партнеров. Кроме того, возникает проблема достоверности электронных документов, полученных, скажем, по электронной почте, поскольку подписать такой документ обычной подписью и удостоверить печатью невозможно. Вывод: электронный документооборот должен сопровождаться различными организационно-техническими мерами, позволяющими защитить передаваемые по компьютерным сетям электронные документы, как от несанкционированного прочтения, так и от случайной или преднамеренной модификации.
Защита электронного документооборота актуальна для различных задач: защита документооборота промышленных предприятий, обеспечение конфиденциальности информации в медицинских учреждениях, защита электронных документов, обеспечивающих функционирование платежной сети в банковской сфере.
Наиболее остро вопрос защиты документооборота стоит для организаций, имеющих территориально-распределенную структуру. Такие организации могут иметь несколько локальных вычислительных сетей (ЛВС), расположенных в разных местах, в том числе в различных регионах России, и вынуждены использовать для передачи информации различные неконтролируемые глобальные вычислительные сети (ГВС) общего пользования, например, сеть Internet.
В данной статье описаны методы защиты передаваемых в ГВС электронных документов. Кроме того, изложенные ниже рекомендации будут полезны и для организаций, имеющих единственную ЛВС, поскольку применяемые методы защиты не будут являться избыточными и в этом случае.
Угрозы
При электронном документообороте возникают различные угрозы со стороны пользователей ГВС, которые можно разделить на две основные категории:
Шифрование информации
Наиболее надежным средством обеспечения конфиденциальности информации является шифрование. Шифрование - это процесс преобразования открытых данных в закрытые по определенному криптографическому алгоритму с использованием секретного ключевого элемента – ключа шифрования (см. рис. 1).
В данной статье рассматривается симметричное шифрование. Данный термин означает, что для зашифрования и последующего расшифрования информации используется одно и то же криптографическое преобразование.
Секретный элемент криптографического преобразования – ключ шифрования – может храниться, например, в файле на дискете или на каком-либо другом ключевом носителе, что рассмотрено в данной статье ниже. Необходимо, чтобы все пользователи, предполагающие обмениваться зашифрованными документами, получили определенный набор ключей шифрования, что позволило бы получателям расшифровывать документы, предварительно зашифрованные отправителями.
Простейший случай – все абоненты компьютерной сети организации получают один и тот же секретный ключ шифрования. Как и все простое, такая схема имеет ряд недостатков:
Первые два недостатка устраняются, например, при использовании ключевой системы типа «полная матрица» (см. рис. 2).
Такая «полная матрица» содержит матрицу ключей для связи «каждый с каждым» (ключи парной связи), т. е., матрица содержит ключи для связи абонентов попарно. Это означает, что каждый из ключей матрицы доступен только двум из абонентов сети. Каждый абонент снабжается «сетевым набором» – строкой ключей из данной матрицы, предназначенных для его связи с остальными абонентами сети. Таким образом, существует возможность посылать документы кому-либо, зашифровав их на ключе «для двоих», что делает документ недоступным для остальных. Проще и с компрометацией – при утере какого-либо ключа стоит бояться лишь за те документы, которые посылались владельцами конкретного ключа друг другу. Соответственно, новый ключ взамен скомпрометированного необходимо заменить только у двух абонентов, а не у всех.
И снова о недостатках:
Схема шифрования документов, позволяющая создавать один зашифрованный файл для передачи нескольким абонентам с использованием ключей парной связи, рассмотрена ниже.
Проблема передачи ключей решается путем применения схемы открытого распределения ключей. Это означает, что с помощью определенного алгоритма ключ шифрования «делится» на секретную и открытую части. Секретная часть, называемая «секретным ключом», хранится у его владельца, а открытая часть («открытый ключ») передается всем остальным абонентам сети. Таким образом, каждый абонент сети имеет в своем распоряжении свой собственный секретный ключ и набор открытых ключей всех остальных абонентов. С помощью своего секретного ключа и открытого ключа абонента-адресата абонент-отправитель вычисляет ключ парной связи, с помощью которого зашифровывает документы, предназначенные данному получателю. Получатель же, с помощью своего секретного ключа и имеющегося у него открытого ключа отправителя, вычисляет тот же ключ парной связи, с помощью которого может эти документы расшифровать (см. рис. 3).
Таким образом, путем использования схемы с открытым распределением ключей достигаются те же положительные моменты, что и при использовании схемы «полная матрица», но также и нейтрализуется недостаток – проблема распределения ключей. Открытые ключи можно распределять свободно по открытым каналам связи, поскольку, даже имея полный набор открытых ключей всех абонентов сети, злоумышленник не сможет расшифровать конфиденциальный документ, поскольку он предназначен конкретному адресату. То же самое относится и к другим абонентам сети, поскольку документ зашифрован на ключе парной связи, который могут вычислить только отправитель и получатель – у остальных попросту не хватает исходных данных для вычисления ключа парной связи.
Ключ парной связи может вычисляться, например, с помощью алгоритма Диффи-Хеллмана. Данный алгоритм (а также множество других) подробно описан в вышедшей в 1999 году в издательстве «Радио и Связь» книге Ю.В.Романца, П.А.Тимофеева и В.Ф.Шаньгина «Защита информации в компьютерных системах и сетях». Тем, кому наиболее интересна тема предлагаемой статьи, особенно рекомендую прочитать данную книгу.
Еще одно существенное достоинство открытого распределения ключей состоит в том, что одни и те же ключи могут быть использованы и для шифрования документов, и для электронной подписи. При использовании других ключевых схем это недостижимо.
Электронная подпись
Электронная цифровая подпись (ЭЦП) – средство, позволяющее на основе криптографических методов установить авторство и целостность электронного документа.
Схема использования ЭЦП приведена на рис. 4.
Секретный ключ (СК) генерируется абонентом сети. ЭЦП формируется на основе СК и вычисленного с помощью хэш-функции значения хэша документа. Хэш представляет собой некоторое значение, однозначно соответствующее содержимому документа-файла. При изменении хотя бы одного символа в документе хэш документа изменится. Подобрать же изменения в документе таким образом, чтобы хэш документа не изменился, при использовании современных алгоритмов хэширования (например, ГОСТ Р 34.11-94) попросту невозможно.
СК может быть зашифрован на пароле. Открытый ключ (ОК) вычисляется как значение некоторой функции из СК и используется для проверки ЭЦП. ОК может свободно распространяться по открытым каналам связи, таким образом, ОК должен быть передан всем абонентам сети, с которыми планируется обмен защищенной информацией. При проверке ЭЦП вычисляется значение хэша документа; таким образом, любые изменения документа приведут к другому значению хэша и вычисленная ЭЦП измененного документа не совпадет с переданной, что явится сигналом нарушения его целостности.
Как уже было сказано, для шифрования и ЭЦП может быть использована одна и та же пара ключей абонента.
Комплексный метод защиты
Естественно, для защиты и конфиденциальности, и целостности информации следует использовать в комплексе шифрование и ЭЦП, что также можно совместить с каким-либо дополнительным сервисом, например, сжатием информации (архивацией). В качестве примера таких систем следует привести специализированный архиватор электронных документов Crypton ArcMail, предлагаемый фирмой “АНКАД”. Алгоритм создания специализированного архива (архива для передачи по сети) приведен на рис. 5.
Создаваемый таким образом файл-архив можно передавать по сети без каких-либо опасений. При создании архива исходные файлы подписываются на секретном ключе абонента сети, после чего файлы сжимаются и получаемый в результате сжатия архив шифруется на случайном временном ключе. Абоненты, которым предназначается архив, могут расшифровать его с помощью записанного в архив зашифрованного временного ключа. Временный ключ зашифровывается на парно-связном ключе, вычисляемом по алгоритму Диффи-Хеллмана из СК отправителя и открытого ключа ЭЦП (ОК) абонента-адресата. Таким образом, достигаются следующие цели:
При использовании ЭЦП и описанного выше метода комплексной защиты электронных документов применяемые в алгоритме ключевые элементы должны распределяться следующим образом: СК должен находиться у его владельца, парный ему ОК должен быть передан владельцем всем абонентам сети, с которыми он хочет обмениваться защищенной информацией.
ОК не являются секретными, но существует возможность их подмены. Например, возможна ситуация, что у злоумышленника есть доступ на компьютер, на котором абонент №1 хранит открытые ключи. Злоумышленник считывает интересующие его сведения (ФИО, должность, …) из ОК, например, абонента №2, после чего генерирует где-либо СК и ОК с такими данными и заменяет на компьютере абонента №1 ОК абонента №2 на фиктивный. После чего злоумышленник может подписать любой документ своим СК с данными абонента №2 и переслать его абоненту №1. При проверке ЭЦП такого документа будет выдано сообщение типа «Подпись лица (ФИО, должность, …) верна», что, мягко говоря, введет в заблуждение абонента №1. Таким образом, очевидно, что необходима защита и открытых ключей. Такую защиту можно обеспечить несколькими способами.
Собственный СК и открытые ключи других абонентов могут быть записаны на персональную дискету, доступ к которой должен быть только у ее владельца. Однако, при большом количестве абонентов сети и большом потоке документов такой вариант нецелесообразен, так как замедляется обработка документов.
Более предпочтительный вариант хранения ключей изображен на рис. 6.
Смысл данного варианта состоит в использовании ключей-сертификатов. Предположительно, существует некий сертификационный центр (СЦ), в котором на специальном ключе (ключе-сертификате) подписывается открытый ключ абонента сети перед передачей его другим абонентам. Открытый ключ-сертификат должен храниться у всех абонентов сети для проверки целостности всех используемых в сети ОК. При таком варианте рекомендуется при проверке ЭЦП какого-либо документа автоматически проверять подпись соответствующего ОК (что обычно и делается автоматически программными средствами).
Таким образом, сами ОК могут храниться в открытом виде, а персональная дискета, помимо СК владельца, должна содержать еще и ключ-сертификат.
СЦ рекомендуется совместить с центром генерации ключей (ЦГК). В этом случае, это будет выделенное рабочее место, используемое как для генерации ключей абонентов, так и для их сертификации и рассылки абонентам. Даже в случае генерации ключей непосредственно абонентами на местах, СЦ можно использовать для рассылки абонентам заверенных открытых ключей, как показано на рис. 7.
Данная схема особенно рекомендуется при организации электронного документооборота между несколькими юридическими лицами.
Порядок распределения ключей согласно рис. 7 состоит в следующем:
При такой организации работ абонент формирует ЭЦП документов и не заботится об обмене открытыми ключами и полномочиями. Однако большая нагрузка по рассылке ОК и полномочий ложится на СЦ. Для пресечения фальсификации ОК сертификационный центр должен использовать организационные меры, о которых будет сказано ниже. В том случае, если у абонента сети остаются какие-либо сомнения относительно конкретного ОК, он может запросить распечатку ОК и полномочия напрямую у его владельца.
Можно оставить за СЦ только сертификацию ключей и полномочий, освободив его от рассылки ОК. В этом случае, при первой посылке в любой адрес документов, абоненту необходимо послать по этому адресу также сертифицированные ОК и полномочия.
В общем случае, сертификационных центров может быть несколько. Пользователь может сертифицировать свой ОК в разных, не связанных друг с другом, СЦ. Кроме того, СЦ могут быть связаны в сеть с любой необходимой иерархической организацией для обмена либо только ключами-сертификатами, либо дополнительно еще и открытыми ключами. Тогда пользователю достаточно сертифицировать ОК только в одном из таких СЦ для обмена информацией с абонентами всех охватываемых СЦ сетей.
При большом количестве абонентов сети рекомендуется использование баз данных (БД) ОК. В этом случае, вместо отдельных ОК сертификационный центр пересылает абоненту одинаковый для всех абонентов файл БД, содержащий все используемые ОК.
Согласно сказанному выше, персональная дискета должна содержать следующее:
В качестве ключа сертификационного центра может быть использован собственный СК абонента; в этом случае, при получении ОК другого абонента его необходимо подписать. При этом на персональную дискету следует записать свой ОК для проверки целостности ОК других абонентов.
Вместо персональной дискеты может быть использован другой ключевой носитель, например, электронная таблетка Touch Memory (TM) или смарт-карта (SC), что иногда предпочтительнее использованию ключевой дискеты, поскольку, например, с SC ключи шифрования могут быть непосредственно загружены в устройство криптографической защиты данных, минуя оперативную память компьютера.
Нет необходимости в специальных мерах по защите ключей в том случае, если используется система ЗНСД, блокирующая доступ на компьютер неавторизованных пользователей, либо использующая прозрачное шифрование информации на компьютере абонента.
В том случае, если используются персональные дискеты с централизованной генерацией ключей абонентов, использование систем ЗНСД все же необходимо для защиты ЦГК.
Организационные мероприятия
Следует учесть, что использование любых систем защиты документооборота будет недостаточным без введения организационных мер. К ним можно отнести следующее:
 |
|
