BEZPIECZEŃSTWO SYSTEMÓW INFORMATYCZNYCH

Transkrypt

1 BEZPIECZEŃSTWO SYSTEMÓW INFORMATYCZNYCH MICHAŁ SZYCHOWIAK

2 Bezpieczeństwo Co to jest bezpieczeństwo? Def.: System informatyczny jest bezpieczny, jeśli jego użytkownik może na nim polegać, a zainstalowane oprogramowanie działa zgodnie ze swoją specyfikacją. Simson Garfinkel, Gene Spafford Practical Unix and Internet Security Możemy mówić, że system jest bezpieczny, jeśli np. zawsze można od niego oczekiwać, że wprowadzone dziś na stałe dane będą w nim jeszcze za tydzień, nie ulegną zniekształceniu i nie zostaną odczytane przez nikogo nieuprawnionego ufamy, że system będzie przechowywał i chronił dane.

3 Szerszy kontekst WIARYGODNOŚĆ System wiarygodny = dyspozycyjny (available) = dostępny na bieżąco niezawodny (reliable) = odporny na awarie bezpieczny (safe) = bezpieczny dla otoczenia bezpieczny (secure) = zapewniający ochronę danych

4 Normy i zalecenia zarządzania bezpieczeństwem ISO/IEC Technical Report GMIST (PN-I-13335) Wytyczne do zarządzania bezpieczeństwem systemów informatycznych TR TR TR terminologia i modele metodyka planowania i prowadzenia analizy ryzyka, specyfikacja wymagań stanowisk pracy związanych z bezpieczeństwem systemów informatycznych techniki zarządzania bezpieczeństwem zarządzanie ochroną informacji zarządzanie konfiguracją systemów IT zarządzanie zmianami TR WD metodyka doboru zabezpieczeń zabezpieczanie połączeń z sieciami zewnętrznymi

5 Normy i zalecenia (c.d.) Inne normy w Polsce PN-ISO/IEC 17799:2003 (British Standard 7799 z 1995 r.) Technika informatyczna. Praktyczne zasady zarządzania bezpieczeństwem informacji PN-I :2005 (British Standard z 2002 r.) Systemy zarządzania bezpieczeństwem informacji. Część 2: Specyfikacja i wytyczne stosowania ISO Guide 73:2002 Zarządzanie ryzykiem Ustawa o ochronie danych osobowych z (z poprawkami ) Ustawa o ochronie informacji niejawnych z (z poprawkami ) Rozporządzenie MSWiA z w sprawie warunków technicznych i organizacyjnych... przetwarzania danych osobowych

6 Przestępstwa komputerowe włamanie do systemu komputerowego nieuprawnione pozyskanie informacji destrukcja danych i programów sabotaż (sparaliżowanie pracy) systemu piractwo komputerowe, kradzież oprogramowania oszustwo komputerowe i fałszerstwo komputerowe szpiegostwo komputerowe...

7 Przestępstwa komputerowe Praktycznie wszystkie przypadki naruszające bezpieczeństwo w sieci Internet wyczerpują znamiona przestępstw określonych w obowiązującym prawie RP. W szczególności mają tu zastosowanie: artykuły KK artykuł 287 Kodeksu Karnego Zazwyczaj przestępstwa te nie są ścigane z oskarżenia publicznego, lecz na wniosek pokrzywdzonego.

8 Atak na system informatyczny Klasy ataków pasywne / aktywne pasywny: ALICJA BOLEK aktywny: ALICJA BOLEK lokalne/zdalne lokalny: atakujący już ma dostęp do systemu (konto) i próbuje zwiększyć swe uprawnienia

9 Atak na system operacyjny Scenariusz typowego ataku na system operacyjny 1. zlokalizowanie systemu do zaatakowania 2. wtargnięcie na konto legalnego użytkownika (brak hasła, złamanie łatwego hasła, podsłuchanie hasła) 3. wykorzystanie błędów i luk w komponentach systemu lub w ich konfiguracji w celu uzyskania dostępu do konta uprzywilejowanego 4. wykonanie nieuprawnionych działań 5. zainstalowanie furtki dla bieżącego lub przyszłego wykorzystania 6. zatarcie śladów działalności (usunięcie zapisów z rejestrów systemowych) 7. ataki na inne komputery

10 Zabezpieczenia Elementarne pojęcia: 1. Identyfikacja (ang. identification) użytkownicy są identyfikowani w systemie za pomocą UID (user identifier) 2. Uwierzytelnianie (ang. authentication) jest to proces weryfikacji tożsamości użytkownika; najczęściej opiera się na tym: co użytkownik wie (proof by knowledge), np. hasło co użytkownik ma (proof by possession), np. elektroniczną kartę identyfikacyjną

11 Zabezpieczenia Elementarne pojęcia: 3. Autoryzacja (ang. authorization) jest to proces przydzielania praw (dostępu do zasobów) użytkownikowi 4. Kontrola dostępu (ang. access control) jest to procedura nadzorowania przestrzegania praw (dostępu do zasobów)

12 Zabezpieczenia Elementarne pojęcia: 5. Poufność (ang. confidentiality) ochrona informacji przed nieautoryzowanym jej ujawnieniem 6. Nienaruszalność (integralność; ang. data integrity) ochrona informacji przed nieautoryzowanym jej zmodyfikowaniem (ew. detekcja takiej modyfikacji) 7. Niezaprzeczalność (ang. nonrepudiation) ochrona przed fałszywym zaprzeczeniem przez nadawcę faktu wysłania danych przez odbiorcę faktu otrzymania danych

13 Ogólne własności bezpieczeństwa C I A confidentiality (poufność informacji) integrity (nienaruszalność informacji) availability (dostępność informacji) MICHAŁ SZYCHOWIAK

14 Ogólne własności bezpieczeństwa C I A confidentiality (poufność informacji) integrity (nienaruszalność informacji) availability (dostępność informacji)

15 Poufność informacji Zagrożenia: 1. nieuprawniony dostęp do danych w miejscu składowania 2. nieuprawniony dostęp do danych w miejscu przetwarzania 3. podsłuchanie danych przesyłanych w sieci

16 Poufność informacji Mechanizmy obrony: uwierzytelnianie użytkowników autoryzacja i kontrola dostępu do zasobów utrudnianie podsłuchu

17 Uwierzytelnianie Rodzaje uwierzytelniania: uwierzytelnianie jednokierunkowe: dane uwierzytelniające serwer uwierzytelnia klienta klient uwierzytelnianie dwukierunkowe: dwuetapowe (2 x jednostronne) jednoetapowe (obustronne) serwer uwierzytelnia klienta a klient uwierzytelnia serwer

18 Uwierzytelnianie Rodzaje uwierzytelniania: uwierzytelnianie z udziałem zaufanej trzeciej strony klient 1: dane uwierzytelniające 2: poświadczenie zaufana trzecia strona 3: poświadczenie serwer

19 Uwierzytelnianie Klasyczne uwierzytelnianie użytkownika: serwer pyta o nazwę użytkownika, a następnie o hasło i decyduje o dopuszczeniu do sieci hasło klient serwer nazwa użytkownika i hasło są przesyłane tekstem jawnym!

20 Uwierzytelnianie Hasła hasło można złamać: odgadnąć, np. metodą przeszukiwania wyczerpującego (brute-force attack) lub słownikową (dictionary attack) podsłuchać w trakcie niezabezpieczonej transmisji wykraść z systemowej bazy haseł użytkowników pozyskać inną metodą (np. kupić) hasła się starzeją Uwaga: hasła domyślne (instalacyjne)!

21 Uwierzytelnianie Hasła złamanie hasła Metoda przeszukiwania wyczerpującego (brut-force attack): przyjmijmy mechanizm kodowania haseł 25-DES (Unix) załóżmy moc obliczeniową o wydajności 6,4 miliona iteracji DES na sekundę 8 znaków z 36-znakowego alfabetu: 36 8 czyli ok. 2,8 biliona kombinacji 25 iteracji dla każdego kombinacji 1 milion kombinacji w 4 sek. dowolne hasło zostanie złamane (2,8 biliona kombinacji) w 4 miesiące

22 Uwierzytelnianie Hasła atak słownikowy Raport Klaina (1990,1995): wejściowy rozmiar słownika: ok haseł nazwy użytkowników w systemie, ich inicjały oraz inne dostępne informacje (np. daty urodzin) imiona i ich permutacje, nazwy miejsc, nazwiska sławnych ludzi, tytuły filmów i książek S-F oraz nazwiska postaci, dziedziny sportu i terminy sportowe przekształcenia: np. zmiana pierwszej litery na wielką, zastąpienie pierwszej litery znakiem sterującym, zamianę litery o na 0 czy l na 1, utworzenie liczby mnogiej, dodanie przed- i przyrostków kombinacje małych i wielkich liter łącznie ok słów

23 Uwierzytelnianie Hasła atak słownikowy Raport Klaina rezultaty: nazwa użytkownika: ponad 10% nazwy pospolite: ponad 16% imiona żeńskie: 4,8% imiona męskie: 4% mity i legendy: 2% sport: 0,8%...

24 Uwierzytelnianie Hasła podstawowe reguły czego nie wolno: wybierać hasła o długości krótszej niż 6 znaków wybierać jako hasło znanego słowa, imienia, nazwiska, daty urodzenia, numeru telefonu, numeru rejestracyjnego zmieniać hasła tak, by nowe było zależne od starego (np. z na ) zapisywać hasła w widocznych lub łatwo dostępnych miejscach (jak np. fragment biurka zakryty klawiaturą, wnętrze szuflady czy dyskietka / płyta z danymi) informować nikogo o swoim haśle

25 Uwierzytelnianie Hasła podstawowe reguły co należy: wybierać długie i mało znane słowo lub frazę (kombinacja różnych znaków) wybrać hasło w sposób na tyle losowy na ile tylko możliwe zmieniać hasło możliwie często, lecz w nieprzewidywalny sposób zmienić hasło natychmiast, jak tylko rodzi się podejrzenie, że ktoś mógł je poznać co można: zlecić systemowi wygenerowanie trudnego hasła Przykładem trudnego do złamania hasła może być SzNsndJsAsz, które powstało z fragmentu fraszki Jana Kochanowskiego pod tytułem Na zdrowie : Ślachetne zdrowie, Nikt się nie dowie, Jako smakujesz, Aż się zepsujesz

26 Uwierzytelnianie Uwierzytelnianie jednokrotne (SSO single sign-on): tylko jeden serwer dokonuje uwierzytelniania hasło klient serwery

27 Uwierzytelnianie Hasła jednorazowe (OTP one-time passwords) Metoda z synchronizacją czasu (time synchronization): klient generuje unikalny kod w funkcji pewnego parametru X użytkownika (identyfikatora, kodu PIN, hasła, numeru seryjnego karty identyfikacyjnej) oraz bieżącego czasu serwer weryfikuje otrzymany kod korzystając z identycznej funkcji (z odpowiednią tolerancją czasu) ID, kod ID f (X,czas) czas kod = f (X,czas) klient usługi serwer usługi kod

28 Hasła jednorazowe produkty SecureID (Security Dynamics / RSA Security Inc.) S/Key (Fill Carn, Bellcore Bell Communication Research) OPIE (NRL US Naval Research Laboratory)

29 Uwierzytelnianie Karty identyfikacyjne (security tokens): smart cards smart keys i-buttons USB tokens

30 Uwierzytelnianie Uwierzytelnianie biometryczne (a) klucz DNA (b) małżowina uszna (c) geometria twarzy (d) termogram twarzy (e) termogram dłoni (f) obraz żył krwionośnych na zaciśniętej pięści (g) odcisk palca (dermatoglify) (h) chód (i) (j) geometria dłoni tęczówka oka (k) odcisk dłoni (l) obraz siatkówki (m) podpis odręczny (n) głos

31 Poufność informacji Zagrożenia (c.d.): Uwaga: przypadkowy dostęp do pozostawionej aplikacji!

32 Ogólne własności bezpieczeństwa C I A confidentiality (poufność informacji) integrity (nienaruszalność informacji) availability (dostępność informacji)

33 Nienaruszalność informacji (integralność) Zagrożenia: nieuprawniona lub przypadkowa modyfikacja danych Mechanizmy obrony: kontrola dostępu do danych: sumy kontrolne kryptograficzne sumy kontrolne = podpis elektroniczny rejestracja operacji na danych (auditing) kontrola antywirusowa

34 Autoryzacja Pojęcia podstawowe: Zasób (obiekt) jest jednostką, do której dostęp podlega kontroli przykłady: programy, pliki, relacje bazy danych, czy całe bazy danych obiekty o wysokiej granulacji: poszczególne krotki bazy danych Podmiot ma dostęp do zasobu przykłady: użytkownik, grupa użytkowników, terminal, komputer, aplikacja, proces Prawa dostępu określają dopuszczalne sposoby wykorzystania zasobu przez podmiot

35 Ogólne własności bezpieczeństwa C I A confidentiality (poufność informacji) integrity (nienaruszalność informacji) availability (dostępność informacji)

36 Dostępność informacji Zagrożenia: awaria sprzętu i błędy oprogramowania, klęska żywiołu, celowy sabotaż Mechanizmy obrony: ciągłość zasilania urządzeń sieciowych systemy redundantnych usług: macierze dyskowe RAID redundancja interfejsu sieciowego i połączeń sieciowych grona serwerów (clusters) archiwizacja (backup) danych kontrola antywirusowa

37 ELEMENTY KRYPTOGRAFII

38 Elementy kryptografii - zagadnienia 1. Terminologia 2. Szyfry symetryczne i asymetryczne 3. Funkcje skrótu i podpis cyfrowy 4. Dystrybucja i certyfikacja kluczy publicznych

39 Krótka historia kryptografii Kamienie milowe postępu kryptograficznego: kryptós ukryte gráphein pismo ok p.n.e. pierwsze znane przykłady przekształceń kryptograficznych (w inskrypcjach grobowych) ok. 475 p.n.e. w Sparcie pierwsze zastosowanie szyfrowania w celach łączności ok. 60 p.n.e. szyfr Cezara 1412 egipski uczony Kalkashandi pisze pierwszy znany nam traktat o kryptologii 1971 Lucifer system szyfrowania stworzony przez IBM (Horst Faistel, IBM 3514) 1975 opracowanie standardu szyfrowania danych DES 1976 Diffie i Hellman koncepcja szyfrowania asymetrycznego 1978 Rivest, Shamir, Adelman algorytm RSA 1991 James L.Massey i Xuejia Lai algorytm IDEA

40 Podstawowe pojęcia Kryptologia wiedza dotycząca bezpiecznej komunikacji, obejmująca kryptografię i kryptoanalizę. Kryptografia dziedzina wiedzy obejmująca zagadnienia związane z utajnieniem danych (przesyłanie wiadomości i zabezpieczenia dostępu do informacji) przed niepożądanymi osobami. Utajnienie oznacza tu, że wiadomość jest trudna do odczytania (rozszyfrowania) przez osobę nie znającą tzw. klucza rozszyfrowującego dla niej wiadomość będzie wyłącznie niezrozumiałym ciągiem znaków. Kryptoanaliza dziedzina wiedzy zajmująca się łamaniem szyfrów, czyli odczytywaniem zaszyfrowanych wiadomości bez znajomości kluczy rozszyfrowujących.

41 Podstawowe pojęcia Kryptogram (szyfrogram) zaszyfrowana postać wiadomości czytelnej. Klucz szyfrowania ciąg danych służących do szyfrowania wiadomości czytelnej w kryptogram za pomocą algorytmu szyfrowania. Klucz ten jest odpowiednio ustalany (uzgadniany) przez nadawcę w fazie szyfrowania. Klucz rozszyfrowujący ciąg danych służących do rozszyfrowania kryptogramu do postaci wiadomości czytelnej za pomocą algorytmu deszyfrowania. Klucz ten odpowiada kluczowi szyfrowania wykorzystanemu w fazie szyfrowania. Przemienność kluczy oznacza, że role dwóch kluczy z pary mogą ulec przestawieniu. W takiej parze kluczy informację zaszyfrowaną jednym kluczem można rozszyfrować tylko przy pomocy odpowiadającego mu drugiego klucza z pary, i odwrotnie, informację zaszyfrowaną drugim kluczem można rozszyfrować wyłącznie przy pomocy klucza pierwszego.

42 Proste szyfry Szyfrowanie metodą podstawiania Monogram, przekształcenie szyfrujące f(x) = x + Δ szyfr Cezara "A" ( "A" + 3 ) = "D" kod Captain Midnight "A" ( "A" + Δ); Δ = 1,...,26

43 Proste szyfry Szyfrowanie metodą przestawiania Przestawianie z macierzą przekształceń: rolę figury transpozycji pełni macierz kluczem jest rozmiar macierzy, np. k = (5,4)

44 Współczesna kryptografia Zasada Kerckhoffsa Algorytm szyfrowania i deszyfrowania jest jawny siła metody kryptograficznej nie polega na tajności algorytmu lecz na tajności pewnego zmiennego parametru tego algorytmu (klucza)

45 Szyfrowanie z kluczem Schemat ogólny ALICJA wiadomość czytelna E[] zaszyfrowanie metoda + klucz szyfrogram rozszyfrowanie metoda + klucz M S M D[] wiadomość czytelna BOLEK K A K B EK A [M] = S S D K B [S] = M

46 Kryptoanaliza M szyfro-wanie nadanie ALICJA PRÓBUJE OKREŚLIĆ ZASTOSOWANY KLUCZ I ODSZYFROWAĆ DANE SZYFROGRAM BOLEK KRYPTOANALITYK M DEszyfrowanie odbiór

47 Szyfrowanie symetryczne wspólny tajny klucz KA-B (dalej oznaczany K) EK[M] = S S DK[S] = M BOLEK ALICJA M szyfro-wanie K S DEszyfrowanie K M Cecha: DK [ EK [M] ] = M

48 Szyfrowanie symetryczne Podstawowe problemy: problem tajności klucza wiadomość jest bezpieczna dopóki osoba trzecia nie pozna tajnego klucza K problem dystrybucji klucza jak uzgodnić wspólny klucz bez osób trzecich, będąc oddalonym o setki, a nawet tysiące kilometrów problem skalowalności 2 os. = 1 kl.; 3 os. = 3 kl.; 4 os. = 6 kl.; 10 os. = 45 kl.; 100 os. = 4950 kl.;... autentyczność czy tajność klucza zapewnia autentyczność?

49 Popularne algorytmy DES (Data Encryption Standard) i 3DES RC bardzo wydajne algorytmy symetryczne o zmiennej długości klucza (prawnie zastrzeżone RSA Data Security): RC2, RC5, RC6 blokowe RC4 strumieniowy Blowfish (łac. Arothron hispidus) IDEA (International Data Encryption Algorithm) opracowany w 1991r. przez Swiss Federal Institute of Technology (James L. Massey i Xuejia Lai)

50 Szyfrowanie asymetryczne odbiorca B posiada parę kluczy: prywatny klucz kb oraz publiczny klucz KB EK B [M] = S S Dk b [S] = M znajomość klucza publicznego KB nie wystarcza do naruszenia poufności szyfrogramu uzyskanego przy zastosowaniu tego klucza BOLEK ALICJA szyfro-wanie DEszyfrowanie KB kb

51 Szyfrowanie asymetryczne Cechy: przemienność kluczy: Dk [ EK [M] ] = M DK [ Ek [M] ] = M BOLEK ALICJA szyfro-wanie DEszyfrowanie ka KA

52 Szyfrowanie asymetryczne zapewnienie poufności: BOLEK ALICJA SZYFRO- WANIE DEszyfrowanie KB kb zapewnienie autentyczności: BOLEK ALICJA SZYFRO- WANIE DESZYFRO- WANIE ka KA

53 Autentyczność Metoda 1: szyfrujemy całą wiadomość kluczem prywatnym nadawcy kosztowne obliczeniowo koszt rośnie z wielkością wiadomości Metoda 2: tworzymy skrót wiadomości o ustalonym z góry rozmiarze n szyfrujemy kluczem prywatnym nadawcy tylko skrót koszt mały n małe koszt stały nie rośnie z wielkością wiadomości i zależy tylko od n

54 Skrót Funkcja skrótu jednokierunkowa funkcja h[m] jej zadaniem jest dostarczyć odbiorcy narzędzia do zweryfikowania czy treść wiadomości nie została zmodyfikowana (za pomocą nieautoryzowanych środków) wynik d=h[m] skrót o stałym rozmiarze skrót = message digest, message authentication code (MAC), fingerprint

55 Skrót Wymagane własności: kompresja: d < M odporność na podmianę argumentu: dla danego h[m] obliczeniowo trudne znalezienie M :: h[m] = h[m ] odporności na kolizje: obliczeniowo trudne znalezienie dwóch dowolnych argumentów M M :: h[m] = h[m ]

56 Podpis cyfrowy BOLEK ALICJA M M M skrót + H =? H szyfro-wanie H ' DEszyfrowanie H ka KA

57 All in one integralność autentyczność i poufność ALICJA ka KA M H Eka[H] = H' BOLEK kb KB EK B [M + H'] = S Dk b [S] = M + H' M H ' S M H ' H = DK A [H'] = H H

58 Dystrybucja kluczy publicznych Warianty 1. pobranie klucza bezpośrednio od właściciela B 2. pobranie klucza z centralnej bazy danych 3. pobranie z własnej prywatnej bazy danych zapamiętanego wcześniej klucza pozyskanego sposobem 1 lub 2 w ogólności istnieje ryzyko podstawienia przez nieuczciwą osobę własnego klucza pod klucz użytkownika B

59 Certyfikaty kluczy publicznych Certyfikacja w celu uniknięcia podstawienia klucza publicznego stosuje się certyfikację certyfikat jest podpisany przez osobę (instytucję) godną zaufania jest nią urząd poświadczający CA (Certification Authority) urząd poświadczający CA potwierdza, iż informacja opisująca użytkownika B jest prawdziwa a klucz publiczny faktycznie do niego należy certyfikat zawiera podstawowe dane identyfikujące właściciela posiada też okres ważności niezależnie od okresu ważności klucze mogą zostać uznane za niepoprawne urząd poświadczający CA musi przechowywać listę niepoprawnych i nieaktualnych certyfikatów

60 Certyfikaty kluczy publicznych Dystrybucja kluczy KB CB= kca[t, IDB, KB] urząd certyfikujący CA KCA IDB KB CB T kca KCA identyfikator Bolka klucz publiczny Bolka certyfikat klucza Bolka czas ważności certyfikatu klucze urzędu certyfikującego Bolek kb CB S = KB [M] Alicja w celu uzyskania certyfikatu użytkownik zwraca się do urzędu certyfikującego CA dostarczając mu swój klucz jawny do odczytania certyfikatu niezbędny jest tylko i wyłącznie klucz jawny urzędu certyfikującego użytkownik może przesłać swój certyfikat do innych użytkowników w celu zweryfikowania jego autentyczności (Web of Trust)

61 Certyfikaty kluczy publicznych Przykład certyfikatu

62 Certyfikaty kluczy publicznych Hierarchia urzędów poświadczających dylemat komu na tyle zaufać, aby mógł być w pełni wiarygodny i wydawać certyfikaty? rozwiązanie certyfikat musi przebyć pewną procedurę uwierzytelniającą urzędy CA mogą tworzyć wielopoziomową hierarchię urzędy na danym poziomie wystawiają certyfikaty kluczy publicznych urzędom lub użytkownikom (U) znajdującym się na niższym poziomie

63 Certyfikaty kluczy publicznych Hierarchia urzędów poświadczających

64 Instytucje certyfikujące w Polsce Krajowa Izba Rozliczeniowa Sigillum Certum