Оценка эффективности криптографической защиты информационных ресурсов в корпоративных системах Савельева А.А, Авдошин С.М. Государственный университет – Высшая школа экономики Кафедра «Управление разработкой программного обеспечения»

Высшая школа экономики Области применения криптографических технологий Шифрование; Управление идентичностью; Цифровая подпись кода; Доверенная платформа; Разграничение доступа; Управление авторством; Построение VPN; Гарантированное уничтожение информации; Защита от физической кражи носителя информации.

Высшая школа экономики Криптотехологии Microsoft Авдошин С.М., Савельева А.А. Криптотехнологии Microsoft // М.: Новые технологии, – 32 с.: ил. - (Библиотечка журнала "Информационные технологии" 9).- Библиогр.: с Прил. к журналу "Информационные технологии" 9/2008 УДК

Высшая школа экономики Криптографические средства « - средства вычислительной техники, осуществляющие криптографическое преобразование информации для обеспечения ее конфиденциальности и контроля целостности» ГОСТ Р Защита информации. Основные термины и определения.

Высшая школа экономики Методы оценки Анализ криптостойкости Математическая оценка защищенности информации от несанкционированного доступа, разработанная В.П. Ивановым Методы и инструменты анализа и контроля информационных рисков британский CRAMM (Insight Consulting, подразделение Siemens) американский RiskWatch (компания RiskWatch) российский ГРИФ (компания Digital Security).

Высшая школа экономики Методы оценки Анализ криптостойкости Математическая оценка защищенности информации от несанкционированного доступа, разработанная В.П. Ивановым Методы и инструменты анализа и контроля информационных рисков британский CRAMM (Insight Consulting, подразделение Siemens) американский RiskWatch (компания RiskWatch) российский ГРИФ (компания Digital Security).

Высшая школа экономики Анализ криптостойкости Стойкость - способность криптосистемы противостоять атакам криптоаналитика Различают: стойкость ключа (сложность раскрытия ключа наилучшим известным алгоритмом), стойкость бесключевого чтения имитостойкость (сложность навязывания ложной информации наилучшим известным алгоритмом) стойкость собственно криптоалгоритма стойкость протокола стойкость алгоритма распространения ключей

Высшая школа экономики Анализ криптостойкости Количественно измеряется как: теоретически: сложность наилучшего алгоритма, приводящего криптоаналитика к успеху с приемлемой вероятностью оценка сверху: универсальный метод прямого перебора множества всех возможных ключей оценка снизу: - относительное ожидаемое безопасное время: полупроизведение числа открытых ключей и времени, необходимого криптоаналитику для того, чтобы испытывать каждый ключ

Высшая школа экономики Анализ криптостойкости Недостатки метода: В зависимости от целей и возможностей криптоаналитика меняется и стойкость. Криптостойкость – важный, но не единственный критерий. Существенны также: минимальный объем используемой ключевой информации; минимальная сложность реализации (в количестве машинных операций); стоимость; высокое быстродействие.

Высшая школа экономики Методы оценки Анализ криптостойкости Математическая оценка защищенности информации от несанкционированного доступа, разработанная В.П. Ивановым Методы и инструменты анализа и контроля информационных рисков британский CRAMM (Insight Consulting, подразделение Siemens) американский RiskWatch (компания RiskWatch) российский ГРИФ (компания Digital Security).

Высшая школа экономики Математическая оценка В.П.Иванова Вероятностно-временная группа показателей эффективности защиты: среднее время безопасного функционирования защищаемой системы время безопасного функционирования защищаемой системы с вероятностью ее поражения НСД не выше заданной экономическая эффективность созданной системы защиты информации

Высшая школа экономики Математическая оценка В.П.Иванова Постановка задачи: Дано: система обработки данных (СОД), в которой реализована комплексная система ЗИ на основе технического средства ЗИ. Пусть к злоумышленникам попал экземпляр данного технического средства защиты и начался процесс злоумышленного изучения технического средства защиты. Требуется: оценить стойкость системы ЗИ от ее злоумышленного изучения по выбранным показателям эффективности.

Высшая школа экономики Математическая оценка В.П.Иванова Аппарат: Решение задачи оценки времени, необходимого злоумышленнику для изучения системы ЗИ - с использованием метрик Холстеда Среднее время T изучения шифрующей программы злоумышленником: T = 3N 3, где N – длина программы в байтах.

Высшая школа экономики Математическая оценка В.П.Иванова Недостатки метода Границы применимости: подходит только для оценки криптосистем ограниченного использования (по классификации Ж.Брассара), что противоречит фундаментальному допущению Кирхгоффа Не учитывает зависимости эффективности криптосистемы от условий ее использования

Высшая школа экономики Методы оценки Анализ криптостойкости Математическая оценка защищенности информации от несанкционированного доступа, разработанная В.П. Ивановым Методы и инструменты анализа и контроля информационных рисков британский CRAMM (Insight Consulting, подразделение Siemens) американский RiskWatch (компания RiskWatch) российский ГРИФ (компания Digital Security).

Высшая школа экономики Анализ информационных рисков: CRAMM Функции: анализ рисков проведение обследования ИС и выпуск сопроводительной документации на всех этапах его проведения; проведение аудита в соответствии с требованиями Британского правительства, а также стандарта BS 7799:1995 «Code of Practice for Information Security Management» разработка политики безопасности и плана обеспечения непрерывности бизнеса.

Высшая школа экономики Анализ информационных рисков: CRAMM 1 стадия: идентификация и определение ценности защищаемых ресурсов 2 стадия: идентификация и оценка угроз в сфере ИБ, поиск и оценка уязвимостей защищаемой системы 3 стадия: генерация вариантов мер противодействия выявленным рискам: рекомендации общего характера; конкретные рекомендации; примеры того, как можно организовать защиту в данной ситуации. Недостатки метода: не учитывает специфики СКЗИ!

Высшая школа экономики Цели и задачи Разработка формальной модели оценки эффективности криптосистемы в заданном контексте использования; Разработка инструментальных средств для оценки стойкости криптосистем к различным видам атак; Разработка методов, позволяющих повысить эффективность алгоритмов криптоанализа; Систематизация и анализ методик оценки экономической эффективности инвестиций в обеспечение информационной безопасности.

Высшая школа экономики Из перечня основных направлений и приоритетных проблем научных исследований в области ИБ 46. «Разработка моделей угроз безопасности систем и способов их реализации, определение критериев уязвимости и устойчивости систем к деструктивным воздействиям…, разработка методологии и методического аппарата оценки ущерба от воздействия угроз информационной безопасности»; 47. «Разработка методов и средств проведения экспертизы и контроля качества защиты информации и информационных ресурсов, в том числе вопросов оценки базовых общесистемных программных средств на соответствие требованиям информационной безопасности»; 56. «Разработка и обоснование новых методов криптографического анализа современных шифрсистем».

Высшая школа экономики Процесс оценки эффективности криптосистемы Оценить устойчивость системы к этим атакам Выделить набор атак, которым подвержена криптосистема Определить потенциальных злоумышленников Описать криптосистему Этап 4 Этап 3 Этап 2 Этап 1 Этап 5 Сделать выводы о соответствии криптосистемы потребностям организации

Высшая школа экономики Процесс оценки эффективности криптосистемы Оценить устойчивость системы к этим атакам Выделить набор атак, которым подвержена криптосистема Определить потенциальных злоумышленников Описать криптосистему Этап 4 Этап 3 Этап 2 Этап 1 Этап 5 Сделать выводы о соответствии криптосистемы потребностям организации

Высшая школа экономики Сценарий взлома криптосистемы Злоумышленник Атака Криптосистема чтобы взломать использует

Высшая школа экономики Предпосылки Один взломщик может предпринять атаки различного типа, а одна и та же атака может исходить от разных взломщиков; К одной и той же криптосистеме применимы атаки различного типа, а одна и та же атака позволяет взломать различные криптосистемы; Злоумышленник с наибольшей вероятностью выберет ту атаку, которая обеспечит максимальный результат при фиксированных затратах, либо наименее затратный вариант из множества атак, приводящих к одинаковому результату.

Высшая школа экономики Классификация криптосистем Классификация Ули Маурера (Ueli Maurer) - по количеству ключей Бесключевые Одноключевые Двухключевые + Многоключевые Классификация Жиля Брассара (Gilles Brassard) - по секретности алгоритма шифрования Криптосистемы ограниченного использования Криптосистемы общего использования

Высшая школа экономики Классификация криптосистем По доступности информации о криптоалгоритме Криптосистемы ограниченного использования Криптосистемы общего использования По количеству ключей Бесключевые Одноключевые Двухключевые Многоключевые По стойкости криптоалгоритма Безусловно стойкие Доказуемо стойкие Предположительно стойкие По используемым средствам шифрования Программные Аппаратные Программно-аппаратные По наличию сертификата Сертифицированные Несертифицированные

Высшая школа экономики Классификация взломщиков Модель нарушителя должна учитывать: Категории лиц, в числе которых может оказаться нарушитель; Предположения о квалификации нарушителя и его технической оснащённости; Возможные цели нарушителя и ожидаемый характер его действий. Классификация Брюса Шнайера – по движущим мотивам: Взломщики, в основе мотивации которых лежит корыстный интерес; Взломщики, в основе мотивации которых лежат эмоциональные побуждения; Друзья/родственники; Промышленные конкуренты; Пресса; Правительство; Полиция; Научно-исследовательские организации.

Высшая школа экономики Классификация взломщиков по технической оснащенности Персональный компьютер Сеть ЭВМ Суперкомпьютер по конечной цели Обнаружение слабости в алгоритме Полный взлом алгоритма по доступу к шифрующим средствам «внутренний» нарушитель «внешний» нарушитель по уровню подготовки Взаимодействие с компьютером на уровне пользователя Математический аппарат Программирование Электротехника и физика Социальная инженерия по первичной информации о средстве шифрования пользователь криптограф «клептограф» по возможности кооперации «Одиночка» Коллектив

Высшая школа экономики Классификация атак Классическая классификация Кирхгоффа по доступу к открытому и зашифрованному тексту с появлением атак по побочным каналам уже не может считаться полной. Современные схемы для описания атак на компьютерные системы Landwehr C.E., Bull A.R. A taxonomy of computer program security flaws, with examples // ACM Computing Surveys, 26(3): p. 211–254, September Lindqvist U., Jonsson E. How to systematically classify computer security intrusions. // IEEE Symposium on Security and Privacy, p. 154–163, Los Alamitos, CA, Paulauskas N., Garsva E. Computer System Attack Classification // Electronics and Electrical Engineering nr. 2(66) Weber D. J. A taxonomy of computer intrusions. Masters thesis, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, June 1998.

Высшая школа экономики Классификация атак Классическая классификация Кирхгоффа по доступу к открытому и зашифрованному тексту с появлением атак по побочным каналам уже не может считаться полной. Современные схемы для описания атак на компьютерные системы Landwehr C.E., Bull A.R. A taxonomy of computer program security flaws, with examples // ACM Computing Surveys, 26(3): p. 211–254, September Lindqvist U., Jonsson E. How to systematically classify computer security intrusions. // IEEE Symposium on Security and Privacy, p. 154–163, Los Alamitos, CA, Paulauskas N., Garsva E. Computer System Attack Classification // Electronics and Electrical Engineering nr. 2(66) Weber D. J. A taxonomy of computer intrusions. Masters thesis, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, June Не подходят для идентификации криптоатак!

Высшая школа экономики Классификация атак (1/2) по доступу к открытому и зашифрованному тексту на основе: только шифртекста открытого текста подобранного открытого текста адаптивно подобранного открытого текста информации из побочных каналов по контролю над процессом пассивные активные по исходу атаки полный взлом глобальная дедукция частичная дедукция информационная дедукция по критическим ресурсам память время данные

Высшая школа экономики Классификация атак (2/2) по степени применимости к различным шифрам универсальные для определенной категории шифров для конкретного криптоалгоритма по используемым средствам математические методы устройства перехватчики физических параметров процесса шифрования эволюционное программирование квантовые компьютеры по последствиям нарушение конфиденциальности нарушение целостности нарушение доступности по возможности распараллеливания распределенные не распределенные

Высшая школа экономики Классификации Классификация криптосистем по доступности информации о криптоалгоритме по количеству ключей по стойкости криптоалгоритма по используемым средствам шифрования по наличию сертификата Классификация взломщиков по технической оснащенности по конечной цели по доступу к шифрующим средствам по уровню подготовки по первичной информации о средстве шифрования по возможности кооперации Классификация атак по доступу к открытому и зашифрованному тексту по контролю над процессом по исходу атаки по критическим ресурсам по степени применимости к различным шифрам по используемым средствам по последствиям по возможности распараллеливания

Высшая школа экономики Модель угроз как композиция модели криптосистемы, злоумышленника и атаки Параметрическая модель атаки: где Параметрическая модель злоумышленника: где Параметрическая модель криптосистемы : где значений j -го параметра модели атаки - множество значений j -го параметра модели злоумышленника - множество значений j -го параметра модели криптосистемы - множество

Высшая школа экономики Математическая модель оценки эффективности криптосистемы

Высшая школа экономики Критерий эффективности За критерий эффективности криптосистемы, состоящей из подсистем, в условиях, когда ей угрожают злоумышленники, примем ее способность противостоять атакам, входящим в множество где - заданное пороговое значение риска

Высшая школа экономики Пример Атака методом полного перебора по доступу к открытому и зашифрованному тексту: на основе только шифртекста по контролю над процессом: пассивная по исходу атаки: полный взлом по критическим ресурсам: время/память по степени применимости к различным шифрам: универсальная по используемым средствам: математические методы по последствиям: нарушение конфиденциальности по возможности распараллеливания: распределенная Взломщики, которые с большой вероятностью предпочтут эту атаку: по технической оснащенности: сеть ЭВМ по уровню подготовки: Программист, владеет математическим аппаратом по возможности кооперации: коллектив Криптосистемы, к которым применим этот тип атаки любые

Высшая школа экономики Анализ разработанной модели Получение экспертных оценок взаимного влияния параметров криптосистемы и атаки, а также злоумышленника и атаки; Поддержание базы оценок в актуальном состоянии, т.к. с ростом вычислительных мощностей, изменением цен на аппаратные и программные средства и под влиянием других факторов уровень взаимного влияния параметров может меняться; с появлением новых видов атак может возникнуть необходимость дополнения разработанных классификационных схем новыми критериями, что потребует введения новых зависимостей для соответствующих параметров моделей.

Высшая школа экономики Процесс оценки эффективности криптосистемы Оценить устойчивость системы к этим атакам Выделить набор атак, которым подвержена криптосистема Определить потенциальных злоумышленников Описать криптосистему Этап 4 Этап 3 Этап 2 Этап 1 Этап 5 Сделать выводы о соответствии криптосистемы потребностям организации

Высшая школа экономики Оценка устойчивости Опубликованная статистика вскрытие RC5-64 методом «распределенного взлома» более 300 тысяч пользователей глобальной сети, время перебора: пять лет (1757 дней) 85% всего пространства ключей А что, если: опубликованной статистики нет, шифр новый, математические открытия привели к возможности ранее не использовавшегося типа атаки?

Высшая школа экономики Доступные средства для криптоанализа Библиотеки функций для работы с длинной арифметикой Математические пакеты Maple и Mathematica

Высшая школа экономики Доступные решения (1/3) Математические пакеты Maple и Mathematica «+»: простота кодирования алгоритмов «+»: нет ограничений на разрядность «-»: платформенная зависимость «-»: низкая эффективность

Высшая школа экономики Доступные решения (2/3) Встроенные числовые типы языков C и C++ имеют ограниченную разрядность long – 32 бита long long – 64 бита double: 53 бита – мантисса, 11 бит – экспонента long double: 64 бита – мантисса, 15 бит - экспонента Java поддерживает возможность работы с длинными числами «+»: переносимость «-»: низкая эффективность

Высшая школа экономики Доступные решения (3/3) Библиотеки функций для работы с длинной арифметикой «+»: высокая эффективность (LIP, LiDIA, CLN, PARI, GMP, MpNT) «+»: большой выбор решений в открытом доступе (LIP, LiDIA, CLN, PARI, GMP, MpNT)

Высшая школа экономики LIP (Large Integer Package) Библиотека для работы с длинной арифметикой Авторы: Arjen K. Lenstra, Paul Leyland Одна из первых библиотек Язык: ANSI C «+»: переносимость «-»: низкая эффективность

Высшая школа экономики CLN (a Class Library for Numbers) Реализует элементарные арифметические, логические и трансцендентные функции Авторы: Bruno Haible, Richard Kreckel Язык: C++ Большой набор классов: Целые числа Рациональные числа Числа с плавающей запятой Комплексные числа Модулярная арифметика «-» универсальная числовая библиотека => ограниченная применимость для решения узкоспециализированных задач.

Высшая школа экономики LiDIA Автор: Thomas Papanikolau (Technical University of Darmstadt) Язык: C++ (Berkley MP, GMP, CLN, libl, LIP) Поддерживает различные пакеты для работы с целыми числами (Berkley MP, GMP, CLN, libl, LIP) Высокоэффективные реализации: типов данных с увеличенной точностью алгоритмов с большой временной сложностью n «-»: невозможность сборки в операционных системах Windows

Высшая школа экономики GMP (GNU Multiple Precision arithmetic library) Библиотека теоретико-числовых алгоритмов Автор: Torbjord Granlund (free software group) Язык: C, ASM Упор на скорость Эффективность растет при увеличении разрядности операндов n «-»: невозможность сборки в операционных системах Windows n «-»: отсутствие алгоритмов формирования факторной базы, решета, разложения на множители

Высшая школа экономики NTL (a Library for doing Number Theory) Библиотека теоретико-числовых алгоритмов Автор: Victor Shoup Язык: C++ Переносимость Высокоэффективные реализации: полиномиальной арифметики решеток Для повышения эффективности можно использовать совместно с GMP «-»: невозможность сборки в операционных системах Windows «-»: для эффективного применения в задачах оценки стойкости систем специалист должен обладать высокой квалификацией программиста

Высшая школа экономики Доступные средства для криптоанализа Библиотеки функций для работы с длинной арифметикой Математические пакеты Maple и Mathematica

Высшая школа экономики Структура программного комплекса «КРИПТО»

Высшая школа экономики Теоретическая база Авдошин С.М., Савельева А.А. Криптоанализ: современное состояние и перспективы развития // М.: Новые технологии, – 32 с.: ил. - (Библиотечка журнала "Информационные технологии" 3).- Библиогр.: с Прил. к журналу "Информационные технологии" 3/2007 УДК ,

Высшая школа экономики Интерфейс пользователя

Высшая школа экономики Авторские свидетельства

Высшая школа экономики Процесс оценки эффективности криптосистемы Оценить устойчивость системы к этим атакам Выделить набор атак, которым подвержена криптосистема Определить потенциальных злоумышленников Описать криптосистему Этап 4 Этап 3 Этап 2 Этап 1 Этап 5 Сделать выводы о соответствии криптосистемы потребностям организации

Высшая школа экономики Выбор методики оценки экономической эффективности Методика оценкиПреимуществаНедостатки Коэффициент возврата инвестиций (ROI) Показатель, понятный финансистам Отсутствие достоверных методов расчета «Статичный» показатель Совокупная стоимость владения (TCO) Позволяет оценить целесообразность реализации проекта на основании только затрат Предполагает оценку затрат на различных этапах ЖЦ системы Не учитывает качество системы безопасности «Статичный» показатель Показатель, специфичный для ИТ Дисконтированные показатели эффективности инвестиций Показатель, понятный финансистам Учитывает зависимость потока денежных средств от времени Учитывает все потоки денежный средств, связанные с реализацией проекта Сложность расчета

Высшая школа экономики Метод дисконтированных показателей Для определения эффективности инвестиционного проекта оцениваются: Чистый дисконтированный доход ( NPV ), Внутренняя норма доходности ( IRR ), Индекс доходности ( PI ), Срок окупаемости с учетом дисконтирования ( Т ок )

Высшая школа экономики Достоинства разработанной методики Методика позволяет провести экономическое обоснование расходов организации на обеспечение информационной безопасности и непрерывности бизнеса с использованием СКЗИ. Методика позволяет оценить не только риски, связанные с защищаемыми информационными ресурсами, но и выгоду, которую может принести внедрение СКЗИ. В основе методики лежит комплексный подход к оценке рисков, основанный на формализованном пятиэтапном процессе оценки эффективности криптосистемы и математической модели угроз. Методика является универсальной и подходит для организаций различного масштаба как правительственного, так и коммерческого сектора. Методика помогает провести анализ рисков, сочетающий количественные и качественные методы анализа, и сделать обоснованный выбор мер и средств криптографической защиты.

Высшая школа экономики Направления дальнейшей работы Разработка программного обеспечения для автоматизации процесса построения модели угроз на основе: данных об особенностях реализации исследуемой криптосистемы; данных о потенциальных злоумышленниках. Подготовка базы знаний: Поиск и систематизация опубликованных данных об осуществленных криптоатаках; Привлечение экспертов, способных дать достоверные оценки зависимостей между параметрами элементов математической модели. Расширение функциональности инструментальных средств криптоанализа: Криптоанализ хеш-функций Криптоанализ псевдослучайных генераторов Криптоанализ симметричных шифров

Оценка эффективности криптографической защиты информационных ресурсов в корпоративных системах