Безопасность

Каналы защищенной передачи данных. Памятка по созданию безопасного канала связи

Информатика, кибернетика и программирование

Самый большой недостаток канального шифрования заключается в том что данные приходится шифровать при передаче по каждому физическому каналу компьютерной сети. В результате стоимость реализации канального шифрования в больших сетях может оказаться чрезмерно высокой. Кроме того при использовании канального шифрования дополнительно потребуется защищать каждый узел компьютерной сети по которому передаются данные. Если абоненты сети полностью доверяют друг другу и каждый ее узел размещен там где он защищен от злоумышленников на этот недостаток...

Шифрование в каналах связи компьютерной сети

Одной из отличительных характеристик любой компьютерной сети является ее деление на так называемые уровни, каждый из которых отвечает за соблюдение определенных условий и выполнение функций, необходимых для общения между компьютерами, связанными в сеть. Это деление на уровни имеет фундаментальное значение для создания стандартных компьютерных сетей. Поэтому в 1984 г. несколько международных организаций и коми готов объединили свои усилия и выработали примерную модель компьютерной сети, известную под названием OSI (Open . Systems Interconnection Модель открытых сетевых соединений).

Согласно модели OSI коммуникационные функции разнесены по уровням. Функции каждого уровня независимы от функций ниже- и вышележащих уровней. Каждый уровень может непосредственно общаться только с двумя соседними. Модель OSI определяет 7 уровней: верхние 3 служат для связи с конечным пользователем, а нижние 4 ориентированы на выполнение коммуникационных функций в реальном масштабе времени.

Теоретически шифрование данных для передачи по каналам связи компьютерной сети может осуществляться на любом уровне модели OSI. На практике" это обычно делается либо на самых нижних, либо на самых верхних уровнях. Если данные шифруются на нижних уровнях, шифрование называется канальным, а если на верхних, то такое шифрование называется сквозным. Оба этих подхода к шифрованию данных имеют свои преимущества и недостатки.

Канальное шифрование

При канальном шифровании шифруются абсолютно все данные, проходящие по каждому каналу связи, включая открытый текст сообщения, а также информацию о его маршрутизации и об используемом коммуникационном протоколе. Однако в этом случае любой интеллектуальный сетевой узел (например, коммутатор) будет вынужден расшифровывать входящий поток данных, чтобы соответствующим образом его обработать, снова зашифровать и передать на другой узел сети.

Тем не менее канальное шифрование представляет собой очень эффективное средство защиты информации в компьютерных сетях. Поскольку шифрованию подлежат все данные, передаваемые от одного узла сети к другому, у криптоаналитика нет никакой дополнительной информации о том, кто служит источником этих данных, кому они предназначены, какова их структура и т. д. А если еще позаботиться и о том, чтобы, пока канал простаивает, передавать по нему случайную битовую последовательность, сторонний наблюдатель не сможет даже сказать, где начинается и где заканчивается текст передаваемого сообщения.

Не слишком сложной является и работа с ключами. Одинаковыми ключами следует снабдить только два соседних узла сети связи, которые затем могут менять используемые ключи независимо от других пар узлов.

Самый большой недостаток канального шифрования заключается в том, что данные приходится шифровать при передаче по каждому физическому каналу компьютерной сети. Отправка информации в незашифрованном виде по какому-то из каналов ставит под угрозу обеспечение безопасности всей сети. В результате стоимость реализации канального шифрования в больших сетях может оказаться чрезмерно высокой.

Кроме того, при использовании канального шифрования дополнительно потребуется защищать каждый узел компьютерной сети, по которому передаются данные. Если абоненты сети полностью доверяют друг другу и каждый ее узел размещен там, где он защищен от злоумышленников, на этот недостаток канального шифрования можно не обращать внимания. Однако на практике такое положение встречается чрезвычайно редко. Ведь в каждой фирме есть конфиденциальные данные, знакомиться с которыми могут только сотрудники одного определенного отдела, а за его пределами доступ к этим данным необходимо ограничивать до минимума.

Сквозное шифрование

При сквозном шифровании криптографический алгоритм реализуется на одном из верхних уровней модели OSI. Шифрованию подлежит только содержательная часть сообщения, которое требуется передать по сети. После зашифрования к ней добавляется служебная информация, необходимая для маршрутизации сообщения, и результат переправляется на более низкие уровни с целью отправки адресату.

Теперь сообщение не требуется постоянно расшифровывать и зашифровывать при прохождении через каждый промежуточный узел сети связи. Сообщение остается зашифрованным на всем пути от отправителя к получателю.

Основная проблема, с которой сталкиваются пользователи сетей, где применяется сквозное шифрование, связана с тем, что служебная информация. используемая для маршрутизации сообщений, передается по сети в незашифрованном виде. Опытный криптоаналитик может извлечь для себя массу полезной информации, зная кто с кем, как долго и в какие часы общается через компьютерную сеть. Для этого ему даже не потребуется быть в курсе предмета общения.

По сравнению с канальным, сквозное шифрование характеризуется более сложной работой с ключами, поскольку каждая пара пользователей компьютерной сети должна быть снабжена одинаковыми ключами, прежде чем они смогут связаться друг с другом. А поскольку криптографический алгоритм реализуется на верхних уровнях модели OSI, приходится также сталкиваться со многими существенными различиями в коммуникационных протоколах и интерфейсах в зависимости от типов сетей и объединяемых в сеть компьютеров. Все это затрудняет практическое применение сквозного шифрования.

Комбинированное шифрование

Комбинация канального и сквозного шифрования данных в компьютерной сети обходится значительно дороже, чем каждое из них по отдельности. Однако именно такой подход позволяет наилучшим образом защитить данные, передаваемые по сети. Шифрование в каждом канале связи не позволяет противнику анализировать служебную информацию, используемую для маршрутизации. А сквозное шифрование уменьшает вероятность доступа к незашифрованным данным в узлах сети.

При комбинированном шифровании работа с ключами ведется так: сетевые администраторы отвечают за ключи, используемые при канальном шифровании, а о ключах, применяемых при сквозном шифровании, заботятся сами пользователи.

Шифрование файлов

На первый взгляд, шифрование файлов можно полностью уподобить шифрованию сообщений, отправителем и получателем которых является одно и то же лицо, а средой передачи служит одно из компьютерных устройств хранения данных (магнитный или оптический диск, магнитная лента, оперативная память). Однако все не так просто, как кажется на первый взгляд.

Если при передаче по коммуникационным каналам сообщение затеряется по пути от отправителя к получателю, его можно попытаться передать снова. При шифровании данных, предназначенных для хранения в виде компьютерных файлов, дела обстоят иначе. Если вы не в состоянии расшифровать свой файл, вам вряд ли удастся сделать это и со второй, и с третьей, и даже с сотой попытки. Ваши данные будут потеряны раз и навсегда. Это означает, что при шифровании файлов необходимо предусмотреть специальные механизмы предотвращения возникновения ошибок в шифртексте.

Криптография помогает превратить большие секреты в маленькие. Вместо того чтобы безуспешно пытаться запомнить содержимое огромного файла, человеку достаточно его зашифровать и сохранить в памяти использованный для этой цели ключ. Если ключ применяется для шифрования сообщения, то его требуется иметь под рукой лишь до тех пор, пока сообщение не дойдет до своего адресата и не будет им успешно расшифровано. В отличие от сообщений, шифрованные файлы могут храниться годами, и в течение всего этого времени необходимо помнить и держать в секрете соответствующий ключ.

Есть и другие особенности шифрования файлов, о которых необходимо помнить вне зависимости от применяемого криптографического алгоритма:

нередко после шифрования файла его незашифрованная копия остается на другом магнитном диске, на другом компьютере или в виде распечатки, сделанной на принтере;
размер блока в блочном алгоритме шифрования может значительно превышать размер отдельной порции данных в структурированном файле, в результате чего зашифрованный файл окажется намного длиннее исходного;
скорость шифрования файлов при помощи выбранного для этой цели криптографического алгоритма должна соответствовать скоростям, на которых работают устройства ввода/вывода современных компьютеров;
работа с ключами является довольно непростым делом, поскольку разные пользователи должны иметь доступ не только к различным файлам, но и к отдельным частям одного и того же файла.

Если файл представляет собой единое целое (например, содержит отрезок текста), восстановление этого файла в исходном виде не потребует больших усилий: перед использованием достаточно будет просто расшифровать весь файл. Однако если файл структурирован (например, разделен на записи и поля, как это делается в базах данных), то расшифровывание всего файла целиком каждый раз, когда необходимо осуществить доступ к отдельной порции данных, сделает работу с таким файлом чрезвычайно неэффективной. Шифрование порций данных в структурированном файле делает его уязвимым по отношению к атаке, при которой злоумышленник отыскивает в этом файле нужную порцию данных и заменяет ее на другую по своему усмотрению.

У пользователя, который хочет зашифровать каждый файл, размешенный на жестком диске компьютера, имеются две возможности. Если он использует один и тот же ключ для шифрования всех файлов, то впоследствии окажемся не в состоянии разграничить доступ к ним со стороны других пользователей. Кроме того, в результате у криптоаналитика будет много шифртекста, полученного на одном ключе, что существенно облегчит вскрытие этого ключа.

Лучше шифровать каждый файл на отдельном ключе, а затем зашифрован, все ключи при помощи мастер-ключа. Тем самым пользователи будут избавлены от суеты, связанной с организацией надежного хранения множества ключей. Разграничение доступа групп пользователей к различным файлам будет осуществляться путем деления множества всех ключей на подмножества и шифрования этих подмножеств на различных мастер-ключах. Стойкость такой криптосистемы будет значительно выше, чем в случае использования единого ключа для шифрования всех файлов на жестком диске, поскольку ключи, применяемые для шифрования файлов, можно генерировать случайным образом и, следовательно более стойкими против словарной атаки.

Аппаратное и программное шифрование

Аппаратное шифрование

Большинство средств криптографической защиты данных реализовано в виде специализированных физических устройств. Эти устройства встраиваются в линию связи и осуществляют шифрование всей передаваемой но ней информации. Преобладание аппаратного шифрования над программным обусловлено несколькими причинами.

Более высокая скорость. Криптографические алгоритмы состоят из огромного числа сложных операций, выполняемых над битами открытого текста. Современные универсальные компьютеры плохо приспособлены для эффективного выполнения этих операций. Специализированное оборудование умеет делать их гораздо быстрее.
Аппаратуру легче физически защитить от проникновения извне. Программа. выполняемая на персональном компьютере, практически беззащитна. Вооружившись отладчиком, злоумышленник может внести в нее скрытые изменения, чтобы понизить стойкость используемого криптографического алгоритма, и никто ничего не заметит. Что же касается аппаратуры, то она обычно помещается в особые контейнеры, которые делают невозможным изменение схемы ее функционирования. Чип покрывается специальным химическим составом, и в результате любая попытка преодолеть защитный слой этого чипа приводит к самоуничтожению его внутренней логической структуры. И хотя иногда электромагнитное излучение может служить хорошим источником информации о том, что происходит внутри микросхемы, от этого излучения легко избавиться, заэкранировав микросхему. Аналогичным образом можно заэкранировать и компьютер, однако сделать это гораздо сложнее, чем миниатюрную микросхему.
Аппаратура шифрования более проста в установке. Очень часто шифрование требуется там, где дополнительное компьютерное оборудование является совершенно излишним. Телефоны, факсимильные аппараты и модемы значительно дешевле оборудовать устройствами аппаратного шифрования, чем встраивать в них микрокомпьютеры с соответствующим программным обеспечением.

Даже в компьютерах установка специализированного шифровального оборудования создает меньше проблем, чем модернизация системного программного обеспечения с целью добавления в него функций шифрования данных. В идеале шифрование должно осуществляться незаметно для пользователя. Чтобы добиться этого при помощи программных средств, средства шифрования должны быть упрятаны глубоко в недра операционной системы. С готовой и отлаженной операционной системой проделать это безболезненно не так-то просто. Но даже любой непрофессионал сможет подсоединить шифровальный блок к персональному компьютеру, с одной стороны, и к внешнему модему, с другой.

Современный рынок аппаратных средств шифрования информации предлагает потенциальным покупателям 3 разновидности таких средств самодостаточные шифровальные модули (они самостоятельно выполняют всю работу с ключами), блоки шифрования в каналах связи и шифровальные платы расширения для установки в персональные компьютеры. Большинство устройств первого и второго типов являются узко специализированными. и поэтому прежде, чем принимать окончательное решение об их приобретении, необходимо досконально изучить ограничения, которые при установке накладывают эти устройства на соответствующее "железо", операционные системы и прикладное программное обеспечение. А иначе можно выбросить деньги на ветер, ни на йоту не приблизившись к желанной цели. Правда, иногда выбор облегчается тем, что некоторые компании торгуют коммуникационным оборудованием, которое уже имеет предустановленную аппаратуру шифрования данных.

Платы расширения для персональных компьютеров являются более универсальным средством аппаратного шифрования и обычно могут быть легко сконфигурированы таким образом, чтобы шифровать всю информацию, которая записывается на жесткий диск компьютера, а также все данные, пересылаемые на дискеты и в последовательные порты. Как правило, зашита от электромагнитного излучения в шифровальных платах расширения отсутствует, поскольку нет смысла защищать эти платы, если аналогичные меры не предпринимаются в отношении всего компьютера.

Программное шифрование

Любой криптографический алгоритм может быть реализован в виде соответствующей программы. Преимущества такой реализации очевидны: программные средства шифрования легко копируются, они просты в использовании, их нетрудно модифицировать в соответствии с конкретными потребностями.

Во всех распространенных операционных системах имеются встроенные средства шифрования файлов. Обычно они предназначены для шифрования отдельных файлов, и работа с ключами целиком возлагается на пользователя. Поэтому применение этих средств требует особого внимания. Во-первых, ни в коем случае нельзя хранить ключи на диске вместе с зашифрованными с их помощью файлами, а во-вторых, незашифрованные копии файлов необходимо удалить сразу после шифрования.

Конечно, злоумышленник может добраться до компьютера и незаметно внести нежелательные изменения в программу шифрования. Однако основная проблема состоит отнюдь не в этом. Если злоумышленник в состоянии проникнуть в помещение, где установлен компьютер, он вряд ли будет возиться с программой, а просто установит скрытую камеру в стене, подслушивающее устройство в телефон или датчик для ретрансляции электромагнитного излучения в компьютер. В конце концов, если злоумышленник может беспрепятственно все это сделать, сражение с ним проиграно, даже еще не начавшись.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
9393.		Средства для наркоза. Снотворные средства	39.58 KB
	Средства для наркоза Натрия оксибутират - неингаляционный Усиливает ГАМК-ергические (тормозомедиатор) процессы ЦНС. Эффекты: седативный, снотворный, антигипокический. Показания: наркоз (базисный), бессонница, невроз. вм, вв, внутрь, ректально...
9394.		Сущность и назначение (задачи) российского уголовного процесса	52.5 KB
	Тема №1: Сущность и назначение (задачи) российского уголовного процесса. Понятие, сущность и структура УПР. Соотношение УПР, уголовного судопроизводства и правосудия. Стадии УПР. Уголовный процесс и уголовно процессуальное п...
9395.		Российское уголовно-процессуальное законодательство	34 KB
	Тема №2: Российское уголовно-процессуальное законодательство. Понятие и сущность УПРЗ. Действующее УПРЗ. Действие УПРЗ во времени, пространстве, по кругу лиц. Значение решений КС РФ. Значение Постановлений Пленума ВС...
9396.		Принципы уголовного судопроизводства	63 KB
	Тема №3: Принципы уголовного судопроизводства. Понятие, сущность и значение принципов УПР. Их взаимная связь и взаимная обусловленность. В главе 2 УПК закреплена группа норм, объединенных одним названием - принципы уголовного судопроизводст...
9397.		Участники уголовного процесса: государственные органы и должностные лица	51.5 KB
	Тема №4. Участники уголовного процесса: государственные органы и должностные лица. Понятие участников уголовного процесса и их классификация. Стороны в уголовном судопроизводстве. Их субъектный состав. Под участниками уголовного судопро...
9398.		Участники процесса, отстаивающие свои или представляемые интересы	40 KB
	Тема №5. Участники процесса, отстаивающие свои или представляемые интересы. Потерпевший. Понятие дается в ст.42 УПК - физическое или юридическое лицо. Потерпевший - физическое лицо - которому преступлением причинен физический, имущественны...
9399.		Уголовное преследование. Реабилитация	35.5 KB
	Тема №6. Уголовное преследование. Реабилитация. Понятие, сущность и основания уголовного преследования. Соотношение уголовного преследования с обвинением. Уголовное преследование одно из назначений уголовного судопроизводства...
9400.		Гражданский иск. Основания, предмет и процессуальный порядок предъявления гражданского иска	33 KB
	Гражданский иск Понятие гражданского иска. Основания, предмет и процессуальный порядок предъявления гражданского иска. УПК предусматривает возможность рассмотрения гражданского иска в рамках производства по уголовному делу. Гражданский иск...
9401.		Общие положения теории доказательств	100.5 KB
	Тема №8. Общие положения теории доказательств. Общетеоретические и философские проблемы доказывания в уголовном процессе. Доказательственное право не является самостоятельной отраслью права, оно является подотраслью УПП. Под доказательственным право...

Давайте на секунду задумаемся, как бы выглядел хакерский телефон ?
Какие бы функции у него были, чем он был бы нафарширован из железа и из ПО.
А пока посмотрим, что есть на рынке, какие штучные решения уже реализованы, что можно у них подсмотреть.

Позволю себе похвастаться новой трубкой немного лирики перед суровыми ИБэшными терминами и концепциями.

Тяжесть - это хорошо. Тяжесть - это надежно.

Да, это телефон спиз Snatch (DEXP Ixion XL145). Мои земляки из Владивостока взяли и грамотно спизд переработали/переосмыслили Highscreen Zera S Power (спилили сзади углы, добавили отделку «под кожу», удвоили количество ядер с 4 до 8, проапгрейдили камеру с 5 до 8 МП).

Как связан этот телефон с ИБ?

Во-первых, он мне достался методом «мягкой» соц.инженерии. Но об этом пока не могу написать.

Во-вторых, мне теперь будет проще снимать видео и фото шпионских девайсов.

(к статье про детекторы жучков, индикаторы поля и легальные эмуляторы «жучков»)

Вот например так верещит акустический сейф:

Для справки, Dexp Snatch стоит 7 500 рублей (хотя в линейке Dexp есть модели с большой батарейкой и за 4 500, и за 14 000 рублей), а акустический сейф стоит около 10.000 рублей.

Я очень уважаю долгоиграющие телефоны. Всегда пользовался старенькими ксениумами. Видать, у владивостокчан это в крови - лень каждый день подзаряжаться, вот они и запилили целую линейку из 10 моделей с мощными батареями. Батарейка на 4000 mAh (6-8 видеозаписей докладов с DEF CON) и корпус толще сантиметра. (Рядом старый, добрый, верный телефон «для взяток», который служит мне фонариком уже более 5 лет.)

Глядя на Бориса хер попадешь Бритву, я прихожу к мысли, что очень часто простой и грубый метод может быть действенным. Например, защититься от скрытного включения микрофона, можно тем, что тупо поставить механический тумблер включения\выключения микрофона.

Справа на самой верхней фотке - умный чехол для телефона «Кокон» (акустический сейф), который мне дали поиграться в компании Detector Systems, когда я брал у них охапку индикаторов поля и эмуляторов жучков. (Скоро будет обзор.)
Акустический сейф - изделие предназначенное для защиты речевой информации циркулирующей в местах пребывания владельца сотового телефона в случае его активизации с целью прослушивания через каналы сотовой связи. Защита обеспечивается путем автоматического акустического зашумления тракта передачи речевой информации при попытке негласной дистанционной активации микрофона трубки сотового телефона. Изделия «Ладья» и «Кокон» прошли сертификационные испытания по требованиям Гостехкомиссии РФ (Сертификаты №№ 697, 698) и могут использоваться в выделенных помещениях до 1-ой категории включительно.

Сотовый телефон помещается внутрь «Кокона». В случае негласной дистанционной активизации телефона в режим прослушивания единственным демаскирующим признаком является изменение напряжённости электромагнитного поля (т.е.передатчик сотового телефона несанкционированно включается на передачу). Это изменение фиксируется индикатором поля, входящим в состав изделия, который даёт команду на автоматическое включение акустического шумогенератора. При этом происходит зашумление всего тракта передачи речевой информации таким образом, что на приёмном конце отсутствуют какие либо признаки речи.

Технические характеристики:

Уровень шума в точке размещения микрофона сотового телефона: не менее 100 Дб
Эффективный спектр шумового сигнала: 250 - 4000 Гц
Время непрерывной работы от одного комплекта батарей: не менее 6 месяцев
Питание изделия «Кокон»: литиевая батарея CR 2032
Время непрерывной работы от одного комплекта батарей: не менее 2 месяцев

История

Первые упоминания противоборства спецслужб и «хакеров» в области телефонии появились в 1993-1995.

ZRTP (2006)

Криптографический протокол согласования ключей шифрования, используемый в системах передачи голоса по IP-сетям (VoIP). ZRTP описывает метод получения ключей по алгоритму Диффи - Хелмана для организации Secure Real-time Transport Protocol (SRTP). ZRTP осуществляет согласование ключей в том же потоке RTP, по которому установлена аудио/видео связь, то есть не требует отдельного канала связи. Разработан Филипом Циммерманом (Phil Zimmermann, автор Pretty Good Privacy), Джоном Калласом (Jon Callas) и Аланом Джонстоном (Alan Johnston) в 2006 году. Описание протокола было подано в IETF 5-го марта 2006.

2009
Карстен Нол (Karsten Nohl), член немецкой хакерской группы CCC (Chaos Computer Club), объявил на конференции группы 28 декабря, что ему удалось взломать алгоритм кодирования данных в сетях GSM.

Карстен Нол (Karsten Nohl), основатель компании Security Research Labs, заявил об обнаружении уязвимости SIM-карт со стандартом шифрования DES (Data Encryption Standard). Это устаревший стандарт, который, впрочем, используется большим количеством производителей, и сотни миллионов SIM-карт поддерживают именно DES. Так вот, данная уязвимость позволяет при отсылке на телефон фейкового сообщения от оператора связи получить 56-битный ключ в ответном сообщении (ответ отсылается автоматически, и около 25% DES-карт подвержены такому «обману»).

(Небольшая и не сильно хардкорная заметка, которая промелькивала на Хабре)

Прослушивание мобильных телефонов и их защита

Как операторы защищают свои сети

При разработке технологии GSM, а так же на стадии ее внедрения, учитывались все требования от контролирующих гос. органов к уровню обеспечения защиты. Именно из-за этих требований во многих странах мира запрещена продажа и покупка специального оборудования, навроде мощных шифраторов, криптооборудования, скремблеров, а так же - уж очень защищенные технологии для публичной связи. А вот операторы мобильной связи сами обеспечивают защиту своих радиоканалов, используя методы шифрования сигнала. При шифровании используются очень сложные алгоритмы. Каким именно криптоалгоритмом будет осуществляться шифрование выбирается на этапе, когда устанавливается соединение между базовой станцией и самим абонентом. Степень вероятности возникновения утечки информации об абоненте с оборудования оператора, как заверили журналистов сотрудники МТС, что она равна практически нулю. Почему к нулю, спросили мы - а все из-за сложности и контроля за доступом к объектам и оборудованию оператора.

Как можно «слушать» мобильные телефоны?

Всего есть два метода прослушки абонентов - это активный метод, и пассивный метод. При пассивном прослушивании абонента нужно использовать очень дорогостоящее оборудование и иметь специально обученных работников. При наличии денег (читайте - большИх денег) на «черном рынке» можно приобрести специальные комплексы, используя которые можно прослушивать разговоры любого абонента в радиусе до 500 метров. Спросите, почему нужно иметь большие деньги? Ответ прост - цена одного такого комплекта стартует от нескольких сотен тысяч евровалюты. Как выглядит такой комплект - видно на следующем фото. В сети существует множество сайтов, где вы можете ознакомиться с описанием и принципом работы таких комплектов и систем прослушивания.

Как убеждают производители подобных систем прослушивания, их системы могут отслеживать GSM-разговоры в режиме реального времени, потому что принцип работы оборудования основан на доступе к SIM-карте абонента мобильной связи, или прямо к базе данных самого оператора сотовой связи. Хотя, если такого доступа у тех, кто вас слушает нет, они могут прослушивать все ваши разговоры с некоторой задержкой. Величина задержки зависит от уровня шифрования канала связи, который использует тот или иной оператор. Подобные системы так же могут быть и мобильными центрами для обеспечения прослушивания и отслеживания передвижения объектов.

Вторым способом прослушки является активное вмешательство прямо в эфире на процесс аутентификации и протоколы управления. Для этого используются специальные мобильные комплексы. Такие мобильные системы, которые, по сути, являются парой специально модифицированных телефонов и ноутбук, несмотря на свою внешнюю простоту и малогабаритность, тоже являются недешевым удовольствием - их цена варьируется от пары десятков тысяч и до нескольких сотен тысяч американских долларов. И опять же - работать на таком оборудовании могут только специалисты высокой квалификации в области связи.

Атака на абонента осуществляется по следующему принципу: поскольку, комплекс является мобильным и находится к абоненту на близком расстоянии - до 500 метров, - он «перехватывает» сигналы для установления соединения и передачи данных, заменяя собой базовую станцию оператора. По сути, сам комплекс становится «мостом-посредником» между ближайшей базовой станцией и самим абонентом.

После «захвата» таким образом нужного абонента мобильной связи этот комплекс фактически может выполнить любую функцию управления над перехваченым каналом: например, соединить прослушиваемого с любым необходимым для тех, кто слушает номером, понизить алгоритм криптошифрования или вообще отключить это шифрование для конкретного сеанса связи и т.д.

Как примерно выглядит подобный комплекс - видно на фото ниже.

image

Как поделились специалисты, 100% определить что телефон абонента прослушивается именно в этот момент - невозможно. Но, можно получить косвенные подтверждения, которые могут указывать, что существует такая вероятность. В недалеком прошлом некоторые модели мобильных (а именно - кнопочные телефоны) имели в своем функционале специальный символ-иконку в виде замочка. Если замок был закрыт, значит, сигнал идет в зашифрованном виде, и наоборот - если замок открыт… ну вы сами все поняли.

А вот уже в телефонах за последние 5-6 лет такой функции нет… А жаль. Хотя, для некоторых моделей смартфонов предусмотрены специальные приложения, которые будут сигнализировать владельцу телефона об конфигурации используемых настроек именно в текущем сеансе связи. Один из вариантов - уведомление пользователя о том, в каком режиме передается его разговор - с использованием алгоритмов шифрования или же открыто. Ниже перечислено несколько из подобных приложений:

EAGLE Security

Является одним из мощнейших приложений для защиты вашего мобильного от прослушки. Эта программа предотвращает любые подключения к ложным базовым станциям. Для определения достоверности станции используется проверка сигнатур и идентификаторов станции. Помимо этого, программа самостоятельно отслеживает и запоминает расположение всех базовых станций и при выявлении, что какая-то база движется по городу, или ее сигнал время от времени пропадает с места ее расположения - такая база помечается как ложная и подозрительная и приложение уведомит об этом владельца телефона. Еще одна из полезных функций программы - возможность показать, какие из установленных на телефоне приложений и программ имеют доступ к видеокамере и микрофону вашего телефона. Там же есть функция отключения (запрещения) доступа любого не нужного вам ПО к камере.

Эта программа отличается от предыдущей и ее основной функцией является отслеживание любой подозрительной активности в сети, в том числе и при использовании SMS, которые могут отправляться без разрешения владельца телефона. Приложение в режиме реального времени оценивает, насколько ваша сеть является защищенной и какой используется алгоритм шифрования в этот момент и еще много чего.

Android IMSI-Catcher Detector

Это приложение так же помагает защитить ваш смартфон от любых подключений к псевдо-базам. Единственный минус этой программы - вы не найдете его в Google Play и если захотите все же его установить - вам придется повозиться с этой процедурой.

CatcherCatcher

Программа CatcherCatcher, как и его аналоги выше, занимается выявлением ложных базовых станций, которые злоумышленники (или спец. службы?) используют как промежуточные «мосты-посредники» между абонентом и настоящей базовой станцией.

Обзор решений по защите телефонных переговоров
(Некоторые материалы взяты из рекламных буклетов, так что здравый скептицизм и комментарии приветствуются)

TopSec GSM, созданный на основе телефона Siemens S35 немецкой фирмой Rohde & Swartz, обеспечивает «полную защиту трафика».

Аппарат представляет собой обычный телефон Siemens S35, модернизированный специальным крипто-чипом. Шифрование включается специальной опцией в меню телефона. В защищенном режиме телефон может работать как со вторым телефоном TopSec, так и с ISDN-телефоном ELCRODAT 6-2 той же фирмы.

Защита обеспечивается шифрованием трафика со 128-битным ключом, а сеансовый ключ вычисляется с помощью 1024-битного ключа, что обеспечивает дополнительную защиту. Отличительной особенностью данного телефона является то, что зашифрованные пакеты создаются в нем таким образом, что они прозрачно воспринимаются и передаются по сетям GSM, как и обычные GSM-пакеты.

Цена такого телефона: $2700. Такая высокая цена, тем не менее, не помешала высокой популярности TopSec GSM. Так, Бундесвер (вооруженные силы Германии) заключил контракт на поставку таких телефонов для собственных нужд.

Чуть более модная версия от той же фирмы - беспроводная гарнитура.

Краткое описание:
TopSec Mobile является устройством для шифрования голоса, которое может быть подключено к любому мобильному телефону с помощью интерфейса Bluetooth. TopSec Mobile обеспечивает конфиденциальность и защиту от прослушивания телефонной связи в любой точке мира.

Особенности:

Подключение к телефону пользователя по Bluetooth интерфейсу
TopSec Mobile работает практически со всеми современными мобильными телефонами
Может также использоваться с модемами и спутниковыми телефонами с интерфейсом Bluetooth
Не может быть идентифицирован мобильным оператором
Шифрование голоса с помощью Advanced Encryption Standard (AES), 256-битный ключ

Устройство использует сочетание асимметричного 1024-разрядного и симметричного 128-разрядного шифрования для обеспечения высокого уровня защиты.

Для установки защищенного соединения пользователю после набора номера нужно просто нажать кнопку с надписью crypto («шифрование»). Другой абонент также должен использовать телефон TopSec GSM - или стационарный телефон, оснащенный аналогичным оборудованием, такой как модель ELCRODAT 6-2 ISDN компании Rohde & Schwarz. Эта компания стала продавать такие устройства после приобретения отдела аппаратного шифрования у компании Siemens Information & Communication Mobile.

Телефон TopSec GSM работает в двух диапазонах частот - 900 и 1800 МГц, благодаря чему его можно использовать в любом регионе, где доступны сети GSM 900/1800. Компания продает новые модели во многих странах мира по цене около 3 тыс. долл.

Минус этого подхода - наличие выделенного сервера управления звонками, между зарегистрированными на сервере абонентами. Но это необходимое условие построения распределенных систем взаимодействия:

без комментариев, кроме разве что прикольно, что создают «свой AppStore» для безопасных приложений

Трубки России

Скремблер
(Тем временем в СССР России)

«GUARD Bluetooth » от компании ЛОГОС.
Процитирую Лукацкого :

Исконно совковое устройство. Дизайна нет как такового. Гарнитуры намертво «вшита» в устройство и заменить ее можно только вместе с устройством. Зато гарантируется защита переговоров - устройство подключается по Bluetooth к передатчику - компьютеру или телефону (про защиту Bluetooth-канала с помощью E0 ни слова не сказано). Устройство не тестировал, но в сети можно найти его обзор. Внешний вид «GUARD Bluetooth» в сравнении с тем же TopSec Mobile дает очень хорошее представление о том, как соотносятся отечественные и западные СКЗИ (и по внешнему виду, и по удобству работы, и по функционалу). Зато для работы данного устройства не требуется никакой внешний сервер - возможна работа «точка-точка».

Описание от пользователя
Описание от производителя

Референт PDA
Программно-аппаратный комплект для защиты переговоров в сетях GSM
Программно-аппаратный продукт “Референт-PDA” разработан для устройств типа смартфон (коммуникатор), работающих под управлением операционной системы Windows Mobile 2003/2005. «Референт PDA» позволяет предотвратить прослушивание переговоров, ведущихся между двумя коммуникаторами. Комплект состоит из SD/miniSD - модуля, программного обеспечения и смартфона Qtek-8500.

Интерфейс программы содержит: наборное поле, кнопки управления вызовом, кнопку отмены ввода последней цифры и индикатор, который отображает набираемый номер, номер вызывающего абонента при входящем вызове, состояния при установлении соединения и т.п.
Запуск программы осуществляется автоматически при подключении SD/miniSD - модуля «Референт ПДА», при этом на экране коммуникатора в правом нижнем углу появляется значок индикации запуска программы в фоновый режим. Для вызова другого абонента в защищённом режиме необходимо нажать на значок индикации, и далее произвести в открывшейся программе «Референт ПДА» те же действия, что и при обычном вызове. При поступлении звонка от другого комплекта Референт ПДА вместо программы «телефон» автоматически открывается интерфейс программы «Референт ПДА», далее все действия как при обычном звонке.

В процессе установления соединения производится обмен специальной информацией для взаимной аутентификации устройств и формирования сеансового ключа.
Приём и осуществление незащищенного голосового вызова производится с помощью стандартного программного обеспечения коммуникатора.

Основным отличием изделия от аналогов является использование низкоскоростного канала передачи данных (до 1600 бод), что позволяет работать при слабом GSM сигнале (в местах плохого приёма), в роуминге, при использовании различных операторов и т.п.

Назовем его просто «телефон»

(Этот мобильник я «отжал» у Кости, который представляет Hideport.com)

Фишки - механический контроль акустики (кнопка вкл/выкл для микрофона), контроль целостности корпуса (скрытая сигнализация при попытке проникнуть внутрь трубы)

Вроде бы у этой штуковины есть средство выхода в другие сети (кабельный модем, аналоговый/цифровой модем, радиомодем, спутниковый терминал или GSM-модем). Но про это мне еще предстоит разузнать.

Проник я и на производство телефонов для спецслужб, разрешили сделать пару фоток:

крохи подробностей

Работает такой телефон в четырех диапазонах (850, 900, 1800 и 1900 МГц), у него абонентский принцип шифрования, алгоритм сжатия речи класса ACELP 4800 бит/с, хорошее, высокое качество речи; алгоритм шифрования – известный в России стандарт, ГОСТ 28147 1989 года выпуска. Вследствие того, что здесь идет полное шифрование, требуется криптографическая синхронизация, поэтому прежде чем начать говорить, нужно подождать 10 секунд, пока установится соединение. У телефона также есть сертификат ФСБ.

Сбоку на корпусе кнопочка, включающая крипторежим. Время разговоров в закрытом режиме – 4 часа, а в открытом – 4,5, и разница объясняется тем, что в закрытом режиме в телефоне начинает работать script-процессор.

Телефоны, которые реализуют это дополнительное шифрование, могут работать как с национальным оператором (МТС, Мегафон), так и, если вы путешествуете, с международным; в Латинской Америке это 850/1900, а в Европе и Азии – 900/1800. И в международных сетях телефон будет функционировать при условии, что там не только есть роуминг, но и что оператор поддерживает сервис передачи данных BS26T. Криптокнопка позволяет переключить телефон либо в режим шифрования, либо в рабочий режим, из которого вы можете позвонить на обычный аппарат – побеседовать с друзьями, с семьей и так далее.

Абонентский способ шифрования

К сожалению, стандарт GSM разрабатывался таким образом, чтобы нельзя было установить в телефон собственный алгоритм шифрования, обеспечивая непрерывную полосу гарантированной защиты.

На коммутаторах используют транскодеры, которые делают следующее: когда вы произносите слова в микрофон вашего телефона, в телефоне работает вокодер, он сжимает речь, создавая поток размером 12 кбит. Этот поток в зашифрованном виде доходит до базовой станции, где расшифровывается и дальше в сжатом виде доходит до коммутатора. На коммутаторе он разжимается, создавая поток в 64 кбит, – это делается в том числе и для того, чтобы органы безопасности могли вас слушать. Дальше поток снова сжимается и поступает второму абоненту мобильной связи. И вот если взять и зашифровать канал от абонента до абонента, то разжатие и сжатие потока на коммутаторе не позволит расшифровать поступающую информацию. Отключить этот транскодер, к сожалению, невозможно при работе в речевом тракте, поэтому чтобы обеспечить абонентский способ шифрования (а это необходимо для гарантированной защиты от всех и вся), мы вынуждены использовать канал передачи данных. В стандарте GSM есть сервис BS26T для передачи данных на достаточно низкой скорости – 9600 бит/с. В этом случае транскодер отключается, и у вас фактически получается прямая, без дополнительных преобразований, линия связи. Низкоскоростная, правда.

Соответственно, чтобы передать речь, ее надо сжать, и довольно сильно, – уже не как стандартную GSM, в 12 кбит, а еще сильнее, до скорости 4,8 кбит/с. Затем она шифруется, и вся эта шифрованная информация свободно проходит через любые коммутаторы мира – если вы находитесь в Латинской Америке, а другой человек – где-нибудь на Дальнем Востоке, вы пройдете через массу различных коммутаторов и какой-то другой аппаратуры, но если вы установили канал передачи данных, эта связь будет работать.

И ни в одной точке мира ни одна спецслужба, ни один ваш противник не сможет вас подслушать, потому что речь шифруется в вашем телефоне, а расшифровывается только у собеседника. Но для функционирования такого принципа передачи шифрованной речи необходимо, чтобы операторы поддерживали сервис BS26T.

Практически все операторы мира его поддерживают, однако часть Латинской Америки, Азии и Австралия составляют исключение. Для защиты от навязывания специальных SMS, которые ставят ваш телефон на аудиомониторинг, нужно отлично разбираться в схемотехнике аппарата и его программном обеспечении.

Очень важны в такой технике ключи, они загружаются в телефон с диска при помощи компьютера, нельзя только, чтобы он был подключен к интернету; если у него есть Wi-Fi, он все время должен быть заблокирован. Сеансовый ключ для шифрования формируется из двух ключей: фиксированного, который грузится с диска с помощью компьютера (этот ключ меняется один раз в год), и случайного, он вырабатывается телефоном на каждый сеанс связи. Случайный ключ каждый раз меняется, а предыдущие ключи после разрыва соединения физически стираются из памяти, поэтому вы можете быть абсолютно спокойны: даже восстановив фиксированный ключ, никто не сможет воспроизвести ваши разговоры.

Генерация ключей и подключение новых пользователей

StealthPhone
Подержал в руках StealthPhone Touch

Видел и вот эту модельку

В качестве алгоритма шифрования используется симметричный алгоритм шифрования гарантированной стойкости Tiger, являющийся собственной разработкой компании.

Длина ключа составляет 256 бит.

Алгоритм относится к классу синхронных потоковых шифров гаммирования. Синхронизация осуществляется с помощью вектора инициализации (синхропосылки), который передается (или хранится) в открытом виде вместе с шифротекстом. Длина синхропосылки варьируется от 4 до 12 байт и определяется контекстом использования шифратора.

Для приведения шифратора в рабочее состояние выполняется процедура его инициализации, на вход которой подается секретный ключ и синхропосылка. Выходом процедуры инициализации являются значения всех элементов состояния шифратора, определяющих его функционирование.

В качестве базового алгоритма вычисления кода аутентификации данных используется алгоритм HMAC-SHA256.

В системах Stealthphone и Stealthphone Tell используются эллиптические кривые длиной 384 бита (АНБ одобрило использование асимметричных криптографических алгоритмов на эллиптических кривых с длиной ключа 384 бита для обработки совершенно секретных документов).

еще чуть-чуть подробностей

Криптографические алгоритмы шифрования речи VoGSM
Для защиты речи в каналах передачи голоса GSM используется частотно-временное преобразование речевого сигнала гарантированной стойкости, устойчивое к двойному вокодерному преобразованию.

Основными элементами преобразования являются:

Разбиение речевого сигнала на элементарные отрезки;
Нелинейное преобразование над элементарными отрезками;
Перестановка отрезков речи между собой;
Обработка полученного сигнала для передачи через речевой кодек AMR и канал GSM.
Параметры преобразований (количество и длина отрезков речевого сигнала) зависят от ключа.

Параметры нелинейного преобразования также определяются криптографическим ключом.
Суммарная алгоритмическая и системная (вносимая сотовой сетью) задержка не превышает 2.5 секунды.

Криптографические алгоритмы шифрования речи для программ IP-телефонии
Для обеспечения защиты речевой информации при использовании приложений IP-телефонии, включая Skype и Viber, используется частотно-временное преобразование речевого сигнала гарантированной стойкости, преобразующее передаваемую речь в речеподобный сигнал.

Преобразование включает:

Гребёнку из N фильтров (банк фильтров);
Дисперсионную линию задержки (фильтр со случайной фазочастотной характеристикой);
Подстановку длины N.

Параметры преобразований (количество фильтров, параметры линии задержки) зависят от ключа.
Перестановка спектральных полос в гребёнке фильтров задаётся сеансовым ключом при установлении соединения.
Для динамического преобразования перестановка полос происходит 1 раз в 3–5 секунд.
Алгоритмическая задержка не превосходит 1 секунды. Полоса обрабатываемого речевого сигнала 300 – 3400 Гц. Минимальная длина подстановки N равна 24.

В зависимости от пропускной способности интернет-соединения, допускается несколько преобразований. Допустимая предельная задержка составляет 2 секунды. При неустойчивом или низкоскоростном интернет-соединении возможно использование алгоритма, не требующего синхронизации. Это обеспечивает быстрое вхождение в связь и устойчивость криптосоединения.

Но про то, как я ходил в гости к Stealthphone будет в другой статье.

Телефон-невидимка
Его не видно в интернетах, но он есть.

Смена IMEI (идентификационного международного номера телефона)
Защита от активных и пассивных комплексов (перехват переговоров и дистанционное управление телефоном и другие атаки на аппарат со стороны оператора или мобильного комплекса GSM)
Удаления информации о звонках из памяти телефона (удаленная информация хранится в специальных отсеках памяти и доступна специалистам)
Невозможность локализации телефона и его владельца (а также определения номера основного телефона и связанных с ним номеров других телефонов)

Дополнительные функции

Использование виртуального номера, для звонков

Вы можете использовать любую сим карту, любого оператора. Система автоматически привязывает номер сим карты к виртуальному номеру. Вам звонят на виртуальный номер и автоматически попадают на ваш телефон. При исходящем звонке, вы можете изменить свой номер на любой (например на свой виртуальный). Есть функция изменения голоса (при фонэкспертизе невозможно идентифицировать звонящего). Если даже ваш виртуальный номер поставят на контроль, то по этому номеру не будет никакой информации.

Из описания трубки

Ложные базовые станции

Специальное устройство, называющееся ловушка IMSI (уникального идентификатора, прописанного в SIM-карте, IMSI - International Mobile Subscriber Identity), притворяется для находящихся поблизости мобильных телефонов настоящей базовой станцией сотовой телефонной сети. Такого рода трюк возможен потому, что в стандарте GSM мобильный телефон обязан аутентифицировать себя по запросу сети, а вот сама сеть (базовая станция) свою аутентичность подтверждать телефону не должна.

Как только мобильный телефон принимает ловушку IMSI в качестве своей базовой станции, этот аппарат-ретранслятор может деактивировать включённую абонентом функцию шифрования и работать с обычным открытым сигналом, передавая его дальше настоящей базовой станции.
С помощью ловушек IMSI на телефон могут посылаться ложные звонки или SMS, например, с информацией о новой услуге ложного оператора, в которых может содержаться код активации микрофона мобильного устройства. Определить, что у находящегося в режиме ожидания мобильного телефона включён микрофон очень сложно, и злоумышленник спокойно может слышать и записывать не только разговоры по телефону, но и разговоры в помещении, где находится мобильный телефон.

Фальсификация идентификации личности

В последние годы все более популярным становится использование мобильного телефона как доказательства идентификации личности. Например, способом восстановления потерянного пароля учётной записи в Google является отправление SMS с подтверждением кода владельцу телефона. Некоторые банки используют похожую двухступенчатую аутентификацию, посылая коды на специальные мобильные номера для того, чтобы подтвердить личность клиента перед проведением транзакции. Были обнаружены мобильные версии троянов, которые могут перехватывать SMS сообщения с паролями, посланные банками, и разрушать двухступенчатую аутентификацию.
PDF)

Если рядом с вами (в районе 10 метров) есть мобильный телефон, ведите себя так, как будто вы в прямом эфире на первом канале.

Ну так что, будем делать опенсорсный DIY-телефон с сильной программной и аппаратной криптографией?

Open Source
механический контроль над приемниками-передатчиками
встроенный светосзвуковой индикатор активности приемника-передатчика
сильная криптография (железо и софт)
контроль выбора базовой станции
акустическая стеганография, маскировка факта шифрования
контроль целостности корпуса телефона
проверка на утечки по сторонним каналам

Что еще добавить?

Купите ли вы хакерский крипто-телефон за 1000$?

Шифрование в каналах связи компьютерной сети

Одной из отличительных характеристик любой компьютерной сети является ее деление на так называемые уровни, каждый из которых отвечает за соблюдение определенных условий и выполнение функций, необходимых для общения между компьютерами, связанными в сеть. Это деление на уровни имеет фундаментальное значение для создания стандартных компьютерных сетей. Поэтому в 1984 г. несколько международных организаций и коми готов объединили свои усилия и выработали примерную модель компьютерной сети, известную под названием OSI (Open . Systems Interconnection - Модель открытых сетевых соединений).

Теоретически шифрование данных для передачи по каналам связи компьютерной сети может осуществляться на любом уровне модели OSI. На практике" это обычно делается либо на самых нижних, либо на самых верхних уровнях. Если данные шифруются на нижних уровнях, шифрование называется канальным, а если на верхних, то такое шифрование называется сквозным. Оба этих подхода к шифрованию данных имеют свои преимущества и недостатки.

Канальное шифрование

Сквозное шифрование

Комбинированное шифрование

Протокол Kerberos

Протоколы аутентификации:

3. Аутентификация с помощью открытого ключа

Описание DSA

p = простое число длинной L битов, где L принимает значение, кратное 64, в диапазоне от 512 до 1024.

q= 160-битовой простое число - множитель p-1

g = , где h - любое число, меньшее p-1, для которого больше 1

x = число, меньшее q

Используется однонаправленная хэш-функция: Н(m).

Первые три параметра, p, q, g, открыты и могут быть общими для пользователей сети. Закрытым ключом является х, а открытым - у. Чтобы подписать сообщение, m:

1. А генерирует случайное число k, меньше q

2. А генерирует

Его подписью служат параметры r и s, он посылает их В

3. В проверяет подпись, вычисляя

Если v=r, то подпись правильна.

Резюме

Система стандартов IPSec вобрала в себя прогрессивные методики и достижения в области сетевой безопасности. Система IPSec прочно занимает лидирующие позиции в наборе стандартов для создания VPN. Этому способствует ее открытое построение, способное включать все новые достижения в области криптографии. IPsec позволяет защитить сеть от большинства сетевых атак, «сбрасывая» чужие пакеты еще до того, как они достигнут уровня IP на принимающем компьютере. В защищаемый компьютер или сеть могут войти только пакеты от зарегистрированных партнеров по взаимодействию.

IPsec обеспечивает:

аутентификацию - доказательство отправки пакетов вашим партнером по взаимодействию, то есть обладателем разделяемого секрета;
целостность - невозможность изменения данных в пакете;
конфиденциальность - невозможность раскрытия передаваемых данных;
надежное управление ключами - протокол IKE вычисляет разделяемый секрет, известный только получателю и отправителю пакета;
туннелирование - полную маскировку топологии локальной сети предприятия

Работа в рамках стандартов IPSec обеспечивает полную защиту информационного потока данных от отправителя до получателя, закрывая трафик для наблюдателей на промежуточных узлах сети. VPN-решения на основе стека протоколов IPSec обеспечивают построение виртуальных защищенных сетей, их безопасную эксплуатацию и интеграцию с открытыми коммуникационными системами.

Защита на прикладном уровне

Протокол SSL

Протокол SSL (Secure Socket Layer - уровень защищенных сокетов), разработанный Netscape Communications при участии RSA Data Security, предназначен для реализации защищенного обмена информацией в клиент/серверных приложениях. На практике SSL широко реализуется только совместно с протоколом прикладного уровня HHTP.

Функции безопасности, предоставляемые протоколом SSL:

шифрование данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;
подписывание данных с целью предотвратить раскрытие конфиденциальных данных во время передачи;
аутентификация клиента и сервера.

Протокол SSL использует криптографические методы защиты информации для обеспечения безопасности информационного обмена. Данный протокол выполняет взаимную аутентификацию, обеспечивает конфиденциальность и аутентичность передаваемых данных. Ядро протокола SSL - технология комплексного использования симметричных и асимметричных криптосистем. Взаимная аутентификация сторон выполняется при помощи обмена цифровыми сертификатами открытых ключей клиента и сервера, заверенными цифровой подписью специальных сертификационных центров. Конфиденциальность обеспечивается шифрованием передаваемых данных с использованием симметричных сессионных ключей, которыми стороны обмениваются при установлении соединения. Подлинность и целостность информации обеспечиваются за счет формирования и проверки цифровой подписи. В качестве алгоритмов асимметричного шифрования применяются алгоритм RSA и алгоритм Диффи-Хеллмана.

Рисунок 9 Криптозащищенные туннели, сформированные на основе протокола SSL

Согласно протоколу SSL криптозащищенные туннели создаются между конечными точками виртуальной сети. Клиент и сервер функционируют на компьютерах в конечных точках туннеля (рис. 9)

Протокол диалога SSL имеет два основных этапа формирования и поддержки защищаемого соединения:

установление SSL-сессии;
защищенное взаимодействие.

Первый этап отрабатывается перед непосредственной защитой информационного обмена и выполняется по протоколу начального приветствия (Handshake Protocol), входящему в состав протокола SSL. При установлении повторного соединения, возможно сформировать новые сеансовые ключи на основе старого общего секрета.

В процессе установления SSL - сессии решаются следующие задачи:

аутентификация сторон;
согласование криптографических алгоритмов и алгоритмов сжатия, которые будут использоваться при защищенном информационном обмене;
формирование общего секретного мастер-ключа;
генерация на основе сформированного мастер-ключа общих секретных сеансовых ключей для криптозащиты информационного обмена.

Рисунок 10 Процесс аутентификации клиента сервером

В протоколе SSL предусмотрено два типа аутентификации:

аутентификация сервера клиентом;
аутентификация клиента сервером.

Клиентское/серверное ПО, поддерживающее SSL, может с помощью стандартных приемов криптографии с открытым ключом проверить, что сертификат сервера/клиента и открытый ключ действительны и были выданы источником сертификатов из списка доверенных источников. Пример процесса аутентификации клиента сервером представлен на рисунке 10.

Схема применения протокола

До передачи сообщение по линии передачи данных, сообщение проходит следующие этапы обработки:

1.Сообщение фрагментируется на блоки, пригодные для обработки;

2.Данные сжимаются (опционально);

3.Генерируется MAC ключ ;

4.Данные зашифровываются с помощью ключа ;

1.Используя ключ , данные расшифровываются;

2.Проверяется MAC ключ ;

3.Происходит декомпрессия данных (если использовалось сжатие);

4.Сообщение собирается из блоков и получатель читает сообщение.

Аутентичное распределение ключей

A , Клиент	CA Удостоверяющий центр	B , Сервер
Генерация пары ключей цифровой подписи: . Передача в УЦ	- симметричная схема шифрования; - схема открытого шифрования; - схема ЦП; - любые функции (лучше ОНФ)	Генерация пары ключей схемы открытого шифрования: . Передача в УЦ
K - случайный сеансовый ключ.

		Если , то K принимается как аутентичный общий секретный ключ

Рабочий этап

A		B
	Симметричная схема шифрования


. . .	и т.д.	. . .

Атаки на протокол SSL

Как и другие протоколы, SSL подвержен атакам, связанным с не доверенной программной средой, внедрение программ-закладок и др.:

Атака отклика. Заключается в записи злоумышленником успешной коммуникационной сессии между клиентом и сервером. Позднее, он устанавливает соединение с сервером, используя записанные сообщения клиента. Но при помощи уникального идентификатора соединения "nonce" SSL отбивает эту атаку. Коды этих идентификаторов имеют длину 128 бит, в связи с чем злоумышленнику необходимо записать 2^64 идентификаторов, чтобы вероятность угадывания была 50%. Количество необходимых записей и низкую вероятность угадывания делают эту атаку бессмысленной.
Атака протокола рукопожатия. Злоумышленник может попытаться повлиять на процесс обмена рукопожатиями для того, чтобы стороны выбрали разные алгоритмы шифрования. Из-за того, что многие реализации поддерживают экспортированное шифрование, а некоторые даже 0-шифрование или MAC-алгоритм, эти атаки представляют большой интерес. Для реализации такой атаки злоумышленнику необходимо подменить одно или более сообщений рукопожатия. Если это происходит, то клиент и сервер вычислят различные значения хэшей сообщения рукопожатия. В результате чего стороны не примут друг от друга сообщения "finished". Без знания секрета злоумышленник не сможет исправить сообщение "finished", поэтому атака может быть обнаружена.
Раскрытие шифров. SSL зависит от нескольких криптографических технологий. Шифрование с общедоступным ключом RSA используется для пересылки ключей сессии и аутентификации клиента/сервера. В качестве шифра сессии применяются различные криптографические алгоритмы. Если осуществлена успешная атака на эти алгоритмы, SSL не может уже считаться безопасным. Атаки против определенных коммуникационных сессий могут производиться путем записи сессии, и затем предпринимается попытка подобрать ключ сессии или ключ RSA. В случае успеха открывается возможность прочесть переданную информацию.
Злоумышленник посередине. Man-in-the-Middle атака предполагает наличие трех сторон: клиента, сервера и злоумышленника. Злоумышленник, находясь между ними, может перехватывать обмен сообщениями между клиентом и сервером. Атака является эффективной только если для обмена ключами применяется алгоритм Диффи-Хэлмана, так как целостность принимаемой информации и ее источник проверить невозможно. В случае SSL такая атака невозможна из-за использования сервером сертификатов, заверенных центром сертификации.

Протокол TLS

Цель создания и преимущества

Цель создания TLS - повышение защиты SSL и более точное и полное определение протокола:

Более надежный алгоритм MAC
Более детальные предупреждения
Более четкие определения спецификаций "серой области"

TLS предоставляет следующие усовершенствованные способы защиты:

Хэширование ключей для идентификации с помощью сообщений - TLS применяет в коде идентификации сообщения (HMAC) хэширование, предотвращающее от изменения записи при передаче по незащищенной сети, например в Internet. SSL версии 3.0 также поддерживает идентификацию сообщений с помощью ключей, но HMAC считается более надежным, чем функция MAC, применяемая в SSL версии 3.0.
Улучшенная псевдослучайная функция (PRF) С помощью PRF создаются данные ключа. В TLS функция PRF определена с помощью HMAC. PRF применяет два алгоритма хэширования, обеспечивающих ее защиту. Если один из алгоритмов будет взломан, данные будут защищены вторым алгоритмом.
Улучшенная проверка сообщения "Готово" - Протоколы TLS версии 1.0 и SSL версии 3.0 отправляют обеим конечным системам сообщение "Готово", означающее, что доставленное сообщение не было изменено. Однако в TLS эта проверка основана на значениях PRF и HMAC, что обеспечивает более высокий уровень защиты по сравнению с SSL версии 3.0.
Согласованная обработка сертификатов - В отличие от SSL версии 3.0, TLS пытается указать тип сертификата, который может применяться различными реализациями TLS.
Особые предупреждающие сообщения - TLS предоставляет более точные и полные предупреждения о неполадках, обнаруженных одной из конечных систем. TLS также содержит информацию о том, когда какие сообщения с предупреждениями следует отправлять.

Протокол SSH

Протокол SSH (Secure Shell-оболочка безопасности) - это набор протоколов аутентификации с открытым ключом, позволяющий пользователю на стороне клиента безопасно регистрироваться на удалённом сервере.

Главная идея протокола заключается в том, что пользователь на стороне клиента, должен загрузить с удаленного сервера открытый ключ и установить с его помощью защищённый канал, используя криптографический мандат. Криптографическим мандатом пользователя является его пароль: его можно зашифровать с помощью полученного открытого ключа и передать на сервер.

Все сообщения шифруются с помощью IDEA .

Архитектура протокола SSH

SSH выполняется между двумя ненадёжными компьютерами, работающими в незащищенной сети(клиент - сервер).

Набор протоколов SSH состоит из трех компонентов:

Протокол транспортного уровня SSH (SSH Transport Layer Protocol), обеспечивает аутентификацию сервера. Для этого используется открытый ключ. Исходной информацией для этого протокола как со стороны сервера, так и со стороны клиента, является пара открытых ключей - "ключи головного компьютера". Итогом протоколом является взаимно аутентифицированный защищённый канал, который гарантирует секретность и целостность данных.

Протокол аутентификации пользователя SSH (SSH User Authentication Protocol). Выполняется по каналу односторонней аутентификации, установленному протоколом транспортного уровня SSH. Для выполнения аутентификации от клиента к серверу, поддерживаются различные протоколы односторонней аутентификации. Эти протоколы могут применять либо открытый ключ, либо пароль. Например, они могут быть созданы на основе протокола аутентификации с помощью простого пароля. Результатом протокола является взаимно аутентифицированный защищённый канал между сервером и пользователем. Применяются следующие методы:

publickey - клиент высылается ЭЦП , сервер проверяет доверие открытому ключу клиента по имеющейся на сервере копии ключа, затем проверяет аутентичность клиента по Sc.

password - клиент подтверждает свою аутентичность паролем.

hostbased - аналогично publickey, только используется пара ключей для клиентского хоста; подтвердив аутентичность хоста, сервер доверяет имени пользователя.

Протокол связи SSH (SSH Connection Protocol) выполняется по взаимно аутентифицированному защищённому каналу, установленному предыдущими протоколами. Протокол обеспечивает работу защищённого канала при этом разделяя его на несколько защищённых логических каналов.

Протокол распределения ключами

Протокол включает в себя 3 этапа. Первый этап - "Hello" phase, где первый идентификатор это строка, I, отправляется, чтобы начать протокол, за которым следует список поддерживаемых алгоритмов - X.

На 2-й стадии стороны согласуют секретный ключ, s. Для этого применяется алгоритм Диффи-Хеллмана . Сервер подтверждает свою идентичность, отправляя клиенты свой открытый ключ, , верифицированный цифровой подписью, , и подпись дайджеста, h. В качестве идентификатора sid устанавливается значение h.

На стадии 3 секретный ключ, идентификатор сессии и дайджест используются для создании 6 "apllication keys", вычисленных с помощью .

Резюме

К преимуществам протокола относится:

возможность действий на сквозной основе (end - to - end) с осуществляющими стеками TCP/IP, существующими интерфейсами прикладного программирования;
повышенная эффективность по сравнению с медленными каналами;
отсутствие каких-либо проблем с фрагментацией, определением максимального объёма блоков, передаваемых по данному маршруту;
сочетание компрессии с шифрованием.

«Практическая криптография». Книга эта невероятно интересная! Если вы интересуетесь криптографией, то просто обязаны держать ее на полке (в крайнем случае — скачать электронную версию), ровно как и любую другую книгу этих авторов, которую сможете найти.

Важно! Если перед вами стоит практическая задача, советую найти настоящего специалиста по криптографии, а не полагаться на бложик никому неизвестного программиста. Учтите также, что книга была написана в 2005 году и к тому моменту, когда вы найдете эту заметку, информация может устареть.

Есть несколько причин, по которой я взялся за написание этой памятки. Для начала, я хочу иметь под рукой краткую заметку по созданию безопасного соединения. Есть подозрения, что когда-нибудь она мне пригодится. Объем «Практической криптографии» — более 400 страниц, так что на краткое руководство оно не тянет. Тем не менее, ознакомиться с книгой стоит для понимания того, почему авторы предлагают то решение, а не иное. Другая причина создания этого поста — мой экземпляр книги начинает потихоньку разваливаться. Третья — информация в интернете доступна отовсюду, а не только у меня дома.

Объяснение таких понятий, как блочный шифр, функция хэширования, и тд в этом тексте вы не найдете. Обращайтесь к соответствующей литературе или Википедии. Если вы хотели бы увидеть в этом блоге посты из серии «основы криптографии», отпишитесь в комментариях — посмотрим, что тут можно сделать.

1. Постановка задачи

Есть пользователи А и Б, которые обмениваются сообщениями. Они могут использовать протокол TCP, UDP, электронную почту или чат — сейчас это не имеет значения. Есть злоумышленник Е, который может перехватывать, подменять и переставлять эти сообщения, заставлять их бесследно исчезнуть, а также слать сообщения от имени А и Б. Задача — помочь А и Б обмениваться сообщениями таким образом, чтобы Е не мог узнать их содержимого. Избавиться от Е никак нельзя.

2. Шифрование данных

В качестве алгоритма шифрования Шнайер и Фергюсон рекомендуют использовать AES (Rijndael с размером блока 128 бит ) с длиной ключа 256 бит в режиме CTR . В этом режиме максимальный размер одного сообщения составляет 16 · 2 32 байт. Вряд ли кого-то стеснит это ограничение. В крайнем случае можно разбить сообщение на части.

Для шифрования сообщения с номером i, имеющего размер L бит, необходимо вычислить L бит следующим способом:

b 1 , b 2 , …, b L = E K (0 || i || 0 ) || E K (1 || i || 0) ||
E K (2 || i || 0) || E K (3 || i || 0) || …

где функция E K (128 бит на выходе) — алгоритм шифрования, K (256 бит) — ключ шифрования, аргумент функции (128 бит) — шифруемые данные, а оператор || означает конкатенацию данных. После вычисления битов b 1 … b L складываем их по Жегалкину (исключающее ИЛИ, операция XOR, ⊕) с битами сообщения, в результате получаем зашифрованный текст. Для расшифровки нужно проделать точно такую же последовательность действий над шифротекстом.

Здесь важно обратить внимание на два момента. Во-первых, ключи шифрования при посылке данных от А к Б и от Б к А должны быть разными. Во-вторых, необходимо согласовать последовательность байт в аргументе функции E K . Порядок байт в 32-х разрядных числах может меняться в зависимости от архитектуры используемого процессора. Традиционно в сетевых протоколах и форматах файлов используется порядок байт от старшего к младшему .

3. Функция хэширования

В качестве функции хэширования авторы рекомендуют SHA-256 . Она используется при вычислении кодов аутентификации сообщений, а также при обмене ключами. В последнем случае применяется функция SHA d -256, определенная, как SHA256(SHA256(message)).

Допустим, мы успешно установили сеансовый ключ с помощью алгоритма Диффи-Хеллмана , в результате А и Б получили общий ключ К. Затем производится следующая последовательность действий:

// Избавляемся от алгебраической структуры ключа
K = SHA d -256(K)
// Строим 4 дочерних ключа:
// 1. Шифрование от А к Б
key_send_enc = SHA d -256(K || «Enc from A to B»)
// 2. Шифрование от Б к А
key_recv_enc = SHA d -256(K || «Enc from B to A»)
// 3. Аутентификация от А к Б
key_send_auth = SHA d -256(K || «Auth from A to B»)
// 4. Аутентификация от Б к А
key_recv_auth = SHA d -256(K || «Auth from B to A»)

4. Коды аутентификации сообщений

Каждое сообщение должно сопровождаться имитовставкой (MAC) . В качестве функции MAC Шнайер и Фергюсон рекомендуют использовать HMAC-SHA-256:

a i = HMAC K (i || L(x i) || x i || m i)
HMAC K (m) = SHA256{(K ⊕ 0x5c5c..5c) || SHA256[(K ⊕ 0x3636..36) || m]}

Здесь a i — код аутентификации i-го сообщения m i . HMAC K (m) представляет собой хэш-функцию, значение которой зависит не только от сообщения m, но и от ключа K. Как и в случае с шифрованием, в MAC должно использоваться два независимых ключа для А и Б. Как уже отмечалось, ⊕ — это операция побитового исключающего ИЛИ (она же XOR).

В «Практической криптографии» делается особый акцент на том, как важно производить аутентификацию не только сообщения m i , являющегося обычной последовательностью байт, но и его смысла. Пусть m i = a || b || c, то есть состоит из нескольких полей определенной длины. Представим, что после очередного обновления протокола размеры полей изменилось. Тогда, если злоумышленник Е сможет подменить версию протокола, сообщение будет интерпретировано неверно. Притом неважно как злоумышленнику удастся это сделать — безопасность одной части системы не должна зависеть от безопасности остальных.

Вот для чего нужна дополнительная информация x i , включающая в себя id протокола (сигнатуру, IP:порт получателя и отправителя), версию протокола, id сообщения, размер и имена полей сообщения. Притом информация x i должна быть закодирована таким образом, чтобы ее можно было однозначно декодировать. L(x i) в нашей формуле — это, очевидно, длина x i . К счастью, всего этого гемора можно избежать, просто передавая сообщения в XML-подобном формате данных, то есть таком, где дополнительная информация о смысле сообщения уже включена в само сообщение. Тут важно не забыть включить в каждое сообщение всю дополнительную информацию, перечисленную выше.

Что еще следует знать о MAC?

Можно обрезать значение HMAC-SHA-256 до 16-и байт . Делать это не желательно, но такое решение лучше, чем использование HMAC-MD5 с целью уменьшить объем передаваемых данных.
Рекомендуется сначала вычислять MAC, а затем производить шифрование сообщения вместе с MAC , а не наоборот.

5. Описание обмена сообщениями

Важно! Для каждого нового сеанса связи необходимо генерировать новые ключи шифрования и аутентификации.

Согласование ключей заслуживает написания отдельного поста, если не двух, потому сейчас мы его не рассматриваем.

Теперь А и Б обмениваются сообщениями в формате, подобном XML (либо следуют инструкциям, которые предусмотрены для иной ситуации, см пункт 4). Каждому сообщению присваивается уникальный 32-х битный номер. Нумерация сообщений начинается с единицы — так проще отследить момент, когда номера закончатся. Когда это произойдет, необходимо заново произвести согласование ключей. Можно использовать и 64-х битные номера сообщений, но тогда каждое сообщение станет на 4 байта длиннее. К тому же, время от времени следует производить обновление ключей, так что 32 бита — в самый раз.

Если для передачи данных используется протокол UDP, следует производить повторную посылку сообщения по некоторому таймауту в случае, если другая сторона на него не реагирует. При использовании TCP этого не требуется — транспортный уровень позаботиться о гарантированной доставке пакетов. Злоумышленник Е может нарушить сеанс связи между А и Б, испортив одно из сообщений или переставив пару сообщений местами. Но раз у нас есть «человек посередине», то он в любом случае может нарушить связь между А и Б. Отсюда вывод:

Не стоит тратить время на написание «своего TCP» поверх другого протокола — просто используйте протокол TCP. Если, конечно, в вашем приложении это возможно.

Когда пользователь А хочет послать сообщение m i , он вычисляет MAC этого сообщения a i согласно пункту 4. Затем он шифрует сообщение m i || a i , как это описано в пункте 2 и посылает пользователю Б следующее: i || m’ i || a’ i . После этого А увеличивает значение счетчика отправленных сообщений i на единицу.

Когда пользователь Б получает i || m’ i || a’ i , он расшифровывает m i и a i , проверяет код аутентификации. Сообщения с неверным MAC игнорируются (их мог отправить злоумышленник Е). Затем производится проверка значения i — если оно меньше ожидаемого номера сообщения, для определенности назовем его j, сообщение отбрасывается. В противном случае (i >= j) присваиваем j значение i + 1 и обрабатываем сообщение m i .

Здесь есть несколько моментов, на которых стоит заострить внимание. Во-первых, как уже отмечалось в пункте 2, номера сообщений следует передавать в порядке байт от старшего к младшему. Во-вторых, проверку номера сообщения можно было бы проводить и до расшифровки. Но в этом случае, если сообщение с неверным номером пошлет злоумышленник Е, будет обнаружена (а затем записана в логи) ошибка «неверный номер сообщения», когда на самом деле произошла ошибка «неверный код аутентификации сообщения». Криптографы в первую очередь беспокоятся о безопасности и корректной работе приложений, а не о производительности. Некоторым программистам есть чему у них поучиться.

К сожалению, в случае активного вмешательства злоумышленника Е в передачу данных, пользователь Б может получить лишь подмножество сообщений, отправленных А. Если обнаружена пропажа сообщений, то поведение пользователей должно зависеть от типа информации, которой они обмениваются. В одних случаях пропажа части сообщений может быть не критичной, в другой — требовать прекращения сеанса связи.

6. Заключение

Очень многие моменты не были рассмотрены в этом посте. Как А и Б согласуют сеансовые ключи связи? Откуда во время согласования ключей пользователю А известно, что он общается с Б, если по условию задачи Е может выдавать себя за кого угодно?

Дополнение: Эти вопросы рассматриваются в .

Не менее интересные вопросы — как правильно генерировать псевдослучайные числа? Как противодействовать тайминг-атакам? Что делать, если операционная система поместит запущенное приложение со всеми ключами в файл подкачки? с устаревшей парой RSA-ключей? Злоумышленник Е хоть и не знает содержимого сообщений, но знает их размер и время отправки — опасно ли это и как этому противостоять?

Мир информационной безопасности неописуемо интересен (хоть и сложен) и в этом блоге непременно появятся новые посты о криптографии. Если у вас есть ко мне вопросы, не стесняйтесь задать их в комментариях, постараюсь ответить.