Скрытый канал (Covert channels) - это непредусмотренный разработчиком системы информационных технологий и автоматизированных систем коммуникационный канал, который может быть применен для нарушения политики безопасности информации.

Впервые понятие скрытого канала введено автором B. W. Lampson в работе «A Note on the Confinement Problem»: скрытый канал - это канал связи (коммуникационный канал), изначально не предназначенный для передачи информации, нарушающий установленную политику безопасности информации .

Существование скрытого канала в системе представляет собой серьезную угрозу безопасности, так как факт передачи информации по скрытому каналу нельзя выявить стандартными методами защиты информации. Информация по скрытому каналу передается способом, не предполагаемым разработчиками данной автоматизированной системы как способ передачи информации.

Contents

Определение скрытого канала через информационные потоки

Допустим, пользователь П1 записал информацию И в документ Д, а пользователь П2 ее прочитал. Таким образом, согласно имеется два информационных потока: информационный поток от П1 к Д, созданный при помощи операции записи и информационный поток от Д к П2, созданный при помощи операции чтения. Информационные потоки в системе разделяют на два непересекающихся подмножества: разрешенные и неразрешенные. Таким образом, политика безопасности информации должна содействовать реализации разрешенных потоков и ограничивать реализацию неразрешенных потоков. Тогда под скрытым каналом понимается запрещенный информационный поток, не выявляемый системой защиты [Т02] .

Таким образом, передача информации по скрытому каналу подразумевает использование негласных особенностей автоматизированной системы.

Схема механизма функционирования скрытого канала в автоматизированной системе

На рисунке представлена схема механизма функционирования скрытого канала в автоматизированной системе, описанная в [ГОСТ Р 53113.2-2009] , где цифрами обозначены:

• элемент 1 - нарушитель безопасности (злоумышленник), целью которого является НСД к информации ограниченного доступа либо несанкционированное влияние на АС;

• элемент 2 - информация ограниченного доступа либо критически важная функция;

• элемент 3 - субъект, имеющий санкционированный доступ к 2 и 5;

• элемент 3’ - агент нарушителя безопасности, находящийся в замкнутом контуре с 2 и взаимодействующий с 2 от имени субъекта 3;

• элемент 4 - инспектор (программное, программно-аппаратное, аппаратное средство или лицо), контролирующий информационное взаимодействие 3, пересекающее замкнутый контур, отделяющий объект информатизации от внешней среды;

• элемент 5 - субъект, находящийся вне замкнутого контура, с которым 3 осуществляет санкционированное информационное взаимодействие.

Схема механизма функционирования скрытого канала в автоматизированной системе

Систематизация скрытых каналов

Скрытые каналы по механизму передачи информации делятся на:

• скрытые каналы по памяти;
• скрытые каналы по времени;
• скрытые статистические каналы.

Скрытые каналы по памяти

Скрытые каналы по памяти основаны на наличии памяти, в которую передающий субъект записывает информацию, а принимающий - считывает ее [ГОСТ Р 53113.1-2008] . Совокупность всех видимых нарушителю объектов называют видимым пространством наблюдателя [М08] . Тогда скрытые каналы по памяти предполагают внесение изменений в видимое пространство наблюдателя, поэтому передаваемую информацию можно считать пространственной.

Например, известен следующий скрытый канал по времени [Т02] : две ЭВМ подсоединены к общему ресурсу ПЗУ, при этом другие связи между данными машинами отсутствуют. На обе ЭВМ установлены закладки. Закладка на одной ЭВМ при нажатии клавиш клавиатуры модулирует времена занятости библиотеки ПЗУ, в то время как закладка на другой сканирует время занятости библиотеки запросами к ней. При помощи модуляции интервалов библиотеки ПЗУ можно передавать информацию, формируя скрытый канал по времени.

Аналогично, можно использовать время занятости центрального процессора [Т02] . Таким образом, одна длина промежутка времени занятости кодируется нулем, другая - единицей. Также, могут использоваться промежутки времени между обращениями к центральному процессору.

Также скрытые каналы по памяти и по времени можно разделить по принципу того, что фиксирует внешний нарушитель [М08] :

• если он фиксирует какое-то значение, то канал можно описать как параметрический, данные скрытые каналы в [ГОСТ Р 53113.1-2008] назвали скрытыми каналами по памяти;
• если он фиксирует какое-то событие, то канал можно описать как событийный, данные скрытые каналы в [ГОСТ Р 53113.1-2008] назвали скрытыми каналами по времени.

Скрытый статистический канал

Скрытый статистический канал использует для передачи информации изменение параметров распределений вероятностей любых характеристик системы, которые могут рассматриваться как случайные и описываться вероятностно-статистическими моделями [ГОСТ Р 53113.1-2008] .

Классификация скрытых каналов по характеристикам информационного потока

Также можно классифицировать скрытые каналы по характеристикам информационного потока. По данному принципу скрытые каналы разделяют на прямые и не прямые [М08] :

• если создается один информационный поток от отправителя к получателю, то скрытый канал называется прямым;
• если создается несколько информационных потоков, то скрытый канал называется непрямым.

Например, в системе из двух ЭВМ и ПЗУ, описанной выше, создается непрямой скрытый канал, так как имеют место два информационных потока - от одной ЭВМ к ПЗУ и от ПЗУ ко второй ЭВМ.

Классификация каналов по пропускной способности

По наличию ошибок скрытые каналы разделяют на каналы с шумом и без шума [АрКо13] :

• скрытые каналы без шума;
• скрытые каналы с шумом.

Первый тип каналов это каналы без ошибок, то есть вероятность верного распознавания отправленного символа равна единице; для таких каналов I(X,Y)=I(X) , где I - средняя взаимная информация, X - случайная величина, описывающая входные характеристики канала, Y - случайная величина, описывающая выходные характеристики канала.

Второй тип каналов это каналы с ошибками. Например, существуют так называемые Z-каналы [ЕпКо12] .

Это бинарные скрытые каналы, в которых «0» передается верно с вероятностью, равной единице, а «1» передается с вероятностью p < 1, q = 1 – p .

Схема передачи информации по Z-каналу

Например, скрытый канал по памяти, описанный выше, в котором информация передается путем создания файла, будет являться каналом с шумом, если возможность создания файла есть не только у закладки, но и у других процессов.

Скрытые каналы в IP-сетях

В данном разделе исследованы негласные возможности протокола , которые могут быть использованы для построения скрытых каналов.

На первом этапе инициирующая TCP -соединение сторона А устанавливает флаг SYN и выбирает произвольное 32-битное значение ISN , обозначим ISNa, содержащееся в поле SEQ. На данном этапе флаг ACK установлен в ноль и значение поля ACK не проверяется.

На втором этапе, если сторона В согласна установить соединение, то она отправляет дейтаграмму с установленным флагом ACK и значением ISN , равным (ISNa+1), содержащемся в поле ACK . Также В устанавливает флаг SYN и записывает ISNb в поле SEQ.

На третьем этапе А, получив подтверждение, устанавливает ACK и передает дейтаграмму, где в поле ACK содержится значение (ISNb+1). После установления соединения дейтаграммы передаются с флагами SYN , равным нулю и ACK , равным единице.

Значения, выбираемые сторонами А и В на первом и втором этапах установления TCP -соединения не определены спецификацией протокола и могут быть использованы для скрытой передачи информации.

Другой пример связан с полями заголовка пакета . В нем есть шестнадцатибитное поле , генерируемое операционной системой случайным образом и используемое для идентификации пакета , то есть, для сборки пакета в случае его фрагментации. Каждый фрагмент получает одинаковый идентификатор. Если нет фрагментации, то значение поля равно нулю. Строгих правил, определяющих политику генерации идентификатора, в спецификации протокола нет. Это также дает возможности по созданию скрытого канала, модифицируя поле [С07] . Однако полезной информацией будет занято не все 16 бит, так как несколько бит выделяется для определения того, содержит ли данный пакет скрытую информацию путем вычисления контрольной суммы от оставшихся бит. Также часть битов используется для нумерации пакетов , так как порядок следования -пакетов в общем случае не совпадает с порядком их отправки. Для не обнаруживаемости скрытого канала необходимо, чтобы значение поля было уникальным и выглядело случайным.

Существуют возможности для построения скрытых каналов, модифицируя поле TOS, состоящее из восьми бит . В данном поле последние два бита не используются и могут служить для негласной передачи информации. На практике многие маршрутизаторы игнорируют значение данного поля, следовательно, для передачи скрытой информации могут служить все 8 бит.

Существует возможность скрыто передавать информацию в поле TTL . Определяется диапазон значений поля TTL , соответствующий единице, и диапазон значений, соответствующий нулю. В начальный момент времени нельзя передавать долгие последовательности, состоящие только из нулей или только из единиц, так как получателю необходимо понять разброс значений для определения, в каком диапазоне находятся ноль и единица. Пропускная способность данного канала равно одному биту на пакет .

Представленные выше скрытые каналы попадают в первую категорию.

Примером скрытых каналов, попадающих во вторую категорию, может служить передача информации в поле ACK, которое не проверяется на первом этапе установления TCP соединения.

Также существует способ построения скрытого канала, используя информацию в поле checksum . Используются расширения полей заголовка, заполняемые таким образом, чтобы получить требуемое значение в поле checksum. Более того, в качестве заполнения расширений полей заголовка можно также использовать скрытую информацию. Данный подход к построению скрытого канала попадает в третью категорию.

В качестве примера скрытых каналов, попадающих в четвертую категорию, рассмотрим скрытый канал в протоколе IPv6 . В данном протоколе расширенный заголовок Destination Options нужен для передачи дополнительных опций конечным узлам. Если значение поля установлено таким образом, что получатель игнорирует значение заголовка, то скрытая информация может быть передана под видом данных, содержащихся в данном заголовке.

Скрытые каналы, основанные на модификации данных в теле передаваемых пакетов

В данном случае скрытая информация передается в поле «Данные» передаваемого пакета . Так как в качестве контейнера для передачи информации используется поле «Данные», содержащее в себе информационное наполнение пакета , то данный вид скрытых каналов в работе не исследуется.

Скрытые каналы, основанные на изменении длин передаваемых пакетов

Чтобы создать подобные скрытые каналы, нарушителю необходимо иметь одну или несколько из следующих возможностей [М12] :

• возможность изменять длину любого пакета ;
• возможность формировать собственные ложные -пакеты произвольной длины, то есть генерировать собственный фиктивный трафик;
• возможность буферизовать все пакеты , подлежащие передаче из внутренней или внешней сети, и передавать их по каналу в заранее определенный момент времени.

Ниже приведена одна из возможных моделей скрытого канала по памяти, основанного на изменении длин передаваемых пакетов , предлагаемая авторами .

Пусть L - максимальная длина пакета в битах. Предлагается разбить отрезок на L/n диапазонов, где n - параметр скрытого канала, n|L. Пусть нарушитель имеет алфавит из L/n символов, тогда для отправки символа с номером , злоумышленник посылает пакет , длина l которого удовлетворяет неравенству . Пропускная способность такого канала при отсутствии противодействия равна бит на пакет . При этом, при равновероятном распределении символов алфавита, используемого нарушителем, и случайном равновероятном выборе длины пакета из необходимого диапазона, при передаче информации по скрытому каналу индуцируется равномерное распределение длин пакетов , что позволяет считать такую модель скрытого канала стойкой к обнаружению.

Шаги два и три гарантируют, что распределение длин передаваемых пакетов схоже с распределением длин пакетов при отсутствии скрытого канала. Для усложнения обнаружения скрытого канала А периодически отправляет В избыточные пакеты необходимых длин.

Замечания:

Время передачи сообщения по данному каналу T рассчитывается по формуле:

где T - время передачи сообщения, S - время, используемое программным обеспечением в зависимости от размера сообщения, B - размер передаваемого сообщения, N - добавочный размер за счет используемого сетевого протокола , V - скорость передачи данных по сети.

Пропускная способность данного канала рассчитывается по формуле: где - число скрытых в каждом сообщении бит. Такая оценка помогает определиться с выбором w. При этом авторы усовершенствовали данный алгоритм, расширев его до тринадцати шагов, что обеспечивает повышенную пропускную способность и стойкость к обнаружению.

Впервые понятие скрытого канала было введено в работе Лэмпсона "A Note of the Confinement Problem" в 1973 году. Канал является скрытым, если он не проектировался, не предполагался для передачи информации в электронной системе обработки данных. Иными словами, это некий способ скрытой (замаскированной) несанкционированной передачи информации стороннему лицу, нарушающий системную политику безопасности. При этом для организации передачи данных могут использоваться атрибуты, не предназначенные для этого: задержки между регистрируемыми событиями, порядок следования сообщений, длины передаваемых блоков данных и т.п.

Классификация скрытых каналов:

Ø Передача информации в именах файлов (примером является возможность показа на низком уровне названий и атрибутов директорий и файлов, созданных на верхнем уровне).

Ø Передача информации в настройках общих ресурсов (кодирование информации в сохраняемых настройках каких-либо ресурсов общего пользования субъектов Высокого и низкого уровней, когда настройки произведенные на Высоком уровне, доступны наблюдению на низком уровне и, следовательно, могут нести информацию, выраженную заранее условленным кодом).

При этом особо выделяются "потайные" каналы (subliminal channels) – нестандартные способы передачи информации по легальным каналам, например, электронной почте.

Для организации “скрытых каналов” используется как штатное программное обеспечение, так и специально созданное вредоносное ПО. Создателем скрытого канала может выступать как злоумышленник, находящийся вне организации и реализующий атаку удаленно, так и инсайдер. Администратор также может быть соучастником в организации подобной атаки, поскольку кто как не он знает все слабые места и уязвимости в защите сети. Лучшего сообщника трудно себе представить.

Допустим, системный администратор, работающий в крупной корпорации со строгим разграничением прав доступа и внедрённой политикой информационной безопасности может не иметь доступ к информации о клиентах, суммах контрактов или стратегическим планам развития компании. Однако, занимаясь проектированием или оптимизацией определенных участков сети, он может предусмотреть способ получения интересующих его сведений, создав закладки или оставив специальные "пробелы" - уязвимости сети, которыми при случае он сможет воспользоваться, сведя риск быть обнаруженным к минимуму.

Находясь внутри системы, программа-шпион способна скрытым способом установить связь со своим автором и передавать ему требуемые сведения. Атаки с использованием скрытых каналов всегда приводят к нарушениям конфиденциальности информации и в крайне редких случаях кто-либо пойдет на этот шаг ради удовлетворения личных амбиций. Чаще всего, это заказные адресные и тщательно подготовленные мероприятия.

Используя скрытые каналы передачи данных, "удаленный" злоумышленник может преследовать цель организовать управление информационной сетью извне, превратив её в бот. Все те, кто так или иначе связан с ИТ и информационной безопасностью прекрасно знают о том, что производители софта достаточно часто сами используют "программные закладки", о чем красноречиво свидетельствует немало скандалов в прессе по обвинению разработчиков во встраивании руткит - технологий. При этом даже применение всех известных мер защиты межсетевого экранирования не помешает внешнему нарушителю использовать эти уязвимости, маскируя свои действия при помощи "скрытых каналов ".

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Когос Константин Григорьевич. Метод противодействия утечке информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин передаваемых пакетов: диссертация... кандидата технических наук: 05.13.19 / Когос Константин Григорьевич;[Место защиты: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"].- Москва, 2015.- 116 с.

Введение

1 Исследование способов построения и противодействия утечке информации по скрытым каналам в сетях пакетной передачи данных 11

1.1 Подходы к определению скрытых каналов 11

1.2 Скрытые каналы в сетях пакетной передачи данных 19

1.3 Противодействие утечке информации по скрытым каналам

1.3.1 Идентификация скрытых каналов 24

1.3.2 Анализ скрытых каналов 30

1.3.3 Ограничение пропускной способности и подавление скрытых каналов 33

1.3.4 Обнаружение скрытых каналов 37

1.3.5 Противодействие утечке информации по сетевым скрытым каналам 39

1.4 Выводы 41

2 Методика анализа и оценки пропускной способности скрытых каналов при введении методов ограничения пропускной способности 43

2.1 Оценка максимальной пропускной способности скрытого канала при поточном шифровании трафика 43

2.2 Оценка максимальной пропускной способности скрытого канала при блочном шифровании трафика 47

2.3 Методика анализа и оценки пропускной способности скрытых каналов в условиях противодействия 51

2.4 Выводы 57

3 Метод ограничения пропускной способности скрытых каналов путем увеличения длин передаваемых пакетов 58

3.1 Способ противодействия утечке информации путем случайного увеличения длин передаваемых пакетов 58

3.2 Оценка пропускной способности скрытого канала в условиях противодействия 59

3.3 Построение скрытого канала, при котором длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения 62

3.4 Оценка пропускной способности скрытого канала, при котором длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения 67

3.5 Оценка пропускной способности скрытого канала с заданным уровнем ошибок, при котором длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения 68

3.6 Выводы 70

4 Метод ограничения пропускной способности скрытых каналов путем генерации фиктивного трафика 71

4.1 Способ противодействия утечке информации путем генерации фиктивного трафика 71

4.2 Оценка пропускной способности скрытого канала при детерминированной генерации фиктивного трафика 73

4.3 Оценка пропускной способности скрытого канала при случайной генерации фиктивного трафика 79

4.4 Выводы 86

5 Применение разработанных методов ограничения пропускной способности скрытых каналов 87

5.3 Внедрение результатов диссертационной работы 95

5.4 Выводы 97

Заключение 98

Список сокращений и условных обозначений 100

Список литературы 101

Введение к работе

Актуальность работы. На современном этапе развития информационных технологий и массового внедрения средств вычислительной техники в различные области и сферы деятельности человека постоянно возрастает актуальность проблем информационной безопасности, от качества решения которых во многом зависит успешное функционирование государственных и коммерческих организаций.

В настоящее время и на прогнозируемую перспективу сохранится тенденция широкого использования сетей пакетной передачи данных, что, в свою очередь, делает весьма значимой угрозу негласного использования нарушителем особенностей протокола IP для скрытой передачи информации ограниченного доступа по каналам связи, выходящим за пределы объектов информатизации, на которых она обрабатывается.

Необходимость создания и постоянного совершенствования способов противодействия утечке информации по так называемым скрытым каналам обусловлена и тем, что такие каналы могут быть построены в условиях применения традиционных способов сетевой защиты, заключающихся в межсетевом экранировании, туннелировании трафика и др. Исследования показывают, что данная угроза сохраняется даже при передаче информации в зашифрованном виде. Согласно отечественному стандарту ГОСТ Р 53113.2-2009, информация, связанная с размерами пакетов и временными интервалами между их появлением, может быть использована для организации скрытого канала в условиях туннелирования и шифрования трафика. Вопросами анализа скрытых каналов занимаются такие отечественные и зарубежные ученые, как Аникеев М.В., Грушо А.А., Матвеев С.В., Тимонина Е.Е., Зандер С., Кабук С., Кеммерер Р.А., Лэмпсон Б.В., Миллен Ж.К. и другие.

Значимость диссертационной работы подтверждена Перечнем приоритетных проблем научных исследований в области обеспечения информационной безопасности Российской Федерации (пункты 45, 48, 74), наличием в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 15408-2-2013 класса функциональных требований, касающихся ограничения и подавления скрытых каналов, а также регламентируемым ГОСТ Р 53113 подходом к противодействию утечке информации по скрытым каналам.

Особую актуальность рассматриваемой угрозе, связанной с утечкой информации по скрытым каналам, придают известные результаты исследований, согласно которым противник, который знает схему контроля в системе защиты, может создать невидимый для контролирующего субъекта скрытый канал как для управления программно-аппаратным агентом в компьютерной системе, так и для общения программно-аппаратных агентов в открытой среде между собой.

Метод, позволяющий гарантировать отсутствие в системе сетевых скрытых каналов,
заключается в построении и поддержании замкнутых доверенных программно-аппаратных
сред. Внедрение агента нарушителя в такие системы должно быть невозможно на любой стадии
их жизненного цикла. При этом, ввиду повсеместного использования импортного оборудования
и программного обеспечения, такой метод зачастую практически не реализуем, так как агент
нарушителя может быть внедрен как на оконечных, так и на промежуточных узлах на пути
следования трафика. Передача данных по каналам связи в зашифрованном виде не решает
проблему утечки информации по некоторым классам сетевых скрытых каналов. Вместе с тем,
исследование даже известного кода на предмет обнаружения программных закладок
представляет собой трудоемкую научно-техническую задачу и становится практически
невозможным при частом внесении изменений в программное обеспечение. Таким образом,
реализация рассмотренного подхода, позволяющего предотвратить утечку информации по
сетевым скрытым каналам, является нетривиальной задачей и не в любой системе может быть
доведена до практического исполнения. Другой способ исключения условий

функционирования сетевых скрытых каналов заключается в нормализации параметров пакетной передачи данных, то есть, в отправке пакетов фиксированной длины с фиксированными заголовками через равные промежутки времени, что приводит к существенному снижению эффективности использования пропускной способности каналов связи, увеличению стоимости их применения.

В силу отмеченных причин, в соответствии с ГОСТ Р 53113.1-2008, в случаях, когда регулирующие органы или собственник информации допускают возможность утечки некоторых объемов данных, рекомендуется использовать методы ограничения пропускной способности скрытых каналов. Такие методы применимы, если пропускная способность скрытого канала может быть ограничена до величины, меньшей установленного допустимого значения. Целесообразность использования указанных методов подтверждена данными компании IBM, согласно которым допустимо функционирование скрытых каналов с пропускной способностью до 0,1 бит/с, но в некоторых случаях возможно наличие потенциальных скрытых каналов с пропускной способностью до 100 бит/с. Применение рассмотренных методов на практике, в отличие от методов подавления скрытых каналов, позволяет обеспечивать высокую эффективную пропускную способность канала связи, гибко управлять эксплуатационными и стоимостными характеристиками телекоммуникационных систем. Данный подход позволяет гарантированно ограничить пропускную способность широкого класса скрытых каналов, независимо от способа их организации. Для построения таких методов необходимо получить и исследовать оценки пропускной способности скрытых каналов, функционирующих в условиях отсутствия и применения средств противодействия.

Кроме того, оценка пропускной способности скрытых каналов и оценка опасности, которую несет их скрытое функционирование, является одним из этапов по определению степени опасности скрытого канала в соответствии с ГОСТ Р 53113.1-2008.

В настоящей работе исследованы скрытые каналы, основанные на изменении длин передаваемых пакетов, так как, с одной стороны, такие каналы могут быть построены в условиях шифрования трафика, с другой стороны, их пропускная способность может быть значительно выше, чем пропускная способность каналов по времени. Несмотря на то, что известны способы реализации анализируемых методов противодействия утечке информации по скрытым каналам путем увеличения длин пакетов и генерации фиктивного трафика, отсутствуют рекомендации по выбору значений параметров данных методов, а также неизвестны оценки остаточной пропускной способности скрытых каналов в условиях противодействия. Поэтому настоящая работа, посвященная разработке и исследованию методов противодействия утечки информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин передаваемых пакетов, является актуальной и представляет как научный, так и практический интерес.

Целью диссертационной работы является повышение защищенности информационных систем путем разработки метода ограничения пропускной способности скрытых каналов, основанных на изменении длин пакетов.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

анализ существующих способов построения скрытых каналов в сетях пакетной передачи данных и способов противодействия им;

разработка методики анализа и оценки пропускной способности скрытых каналов при применении методов противодействия;

разработка и оценка количественных характеристик методов противодействия утечке информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин пакетов, путем случайного увеличения длин пакетов, детерминированной и случайной генерации фиктивного трафика.

Основными методами исследования , используемыми в работе, являются методы теории информации, теории вероятности, дифференциального и интегрального исчисления.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Предложена методика анализа и оценки пропускной способности скрытых каналов с использованием методов теории информации в условиях их ограничения, позволяющая, в

отличие от существующих подходов, исследовать зависимость характеристик скрытых каналов от параметров способа противодействия.

Разработаны методы противодействия утечке информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин передаваемых пакетов, путем их случайного увеличения, детерминированной и случайной генерации фиктивного трафика, отличающиеся от известных тем, что они применимы в случае, когда допускается наличие в информационной системе скрытого канала с приемлемым значением пропускной способности.

Впервые получены оценки пропускной способности скрытых каналов, основанных на изменении длин передаваемых пакетов, в отсутствие противодействия и в условиях предотвращения утечки информации.

Теоретическую значимость представляют:

методы противодействия утечке информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин пакетов, путем случайного увеличения длин пакетов, подлежащих отправке, детерминированной и случайной генерации фиктивного трафика;

методика анализа и оценки пропускной способности скрытых каналов при применении методов ограничения пропускной способности;

формулы для расчета значений параметров предложенных методов противодействия, при которых пропускная способность скрытого канала не превышает заданного значения.

Практическую значимость представляют:

методы ограничения пропускной способности скрытых каналов, основанных на изменении длин пакетов, путем случайного увеличения длин пакетов, подлежащих отправке, детерминированной и случайной генерации фиктивного трафика;

оценка максимальной пропускной способности скрытого канала, основанного на изменении длин передаваемых пакетов, при отсутствии противодействия в условиях поточного и блочного шифрования трафика;

методика анализа и оценки пропускной способности скрытого канала в условиях введения методов противодействия;

программные средства для расчета значений параметров предложенных методов противодействия, позволяющих понизить остаточную пропускную способность скрытого канала до заданного значения.

Внедрение результатов исследований. Практическая значимость результатов

диссертации подтверждена тремя актами о внедрении. Разработанные автором методы противодействия утечке информации по скрытым каналам внедрены в деятельность ЗАО «Голлард» по модернизации программного комплекса «Сито», предназначенного для

подавления функционирования скрытых логических каналов. Результаты диссертационной работы внедрены также в научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, выполняемые ООО «Защита информации». Теоретические результаты диссертации внедрены в образовательный процесс кафедры «Криптология и дискретная математика» НИЯУ МИФИ в рамках учебного курса «Криптографические протоколы и стандарты».

Публикации и апробация работы. Результаты диссертационной работы изложены в 15 опубликованных и приравненных к ним работах, в том числе в пяти научных статьях в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, четырех научных статьях в журналах, индексируемых международной системой научного цитирования Scopus, из них одна в журнале, индексируемом международной системой научного цитирования Web of Science, также имеются два свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Результаты работы докладывались на конференциях и семинарах различного уровня, в том числе на:

23-й и 24-й научно-технических конференциях «Методы и технические средства обеспечения безопасности информации» (Санкт-Петербург, 2014, 2015 гг.);

ХХII Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информационной безопасности в системе высшей школы» (Москва, 2015 г.);

научно-практическом семинаре в Центре специальных разработок Министерства обороны Российской Федерации (Москва, 2015 г.);

14-й Всероссийской конференции «Сибирская научная школа-семинар с международным участием «Компьютерная безопасность и криптография» SIBECRYPT’15 (Новосибирск, 2015 г.);

The International Conference on Open and Big Data OBD 2015 (Рим, Италия, 2015 г.);

The 5 th International Conference on IT Convergence and Security ICITCS 2015 (Куала Лумпур, Малайзия, 2015 г.);

The 2 nd Workshop on Emerging Aspects in Information Security EAIS’15 (Лодзь, Польша, 2015 г.);

The 8 th International Conference on Security of Information and Networks SIN 2015 (Сочи, 2015 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

оценка максимальной пропускной способности скрытых каналов, основанных на изменении длин пакетов, при поточном и блочном шифровании трафика;

методика анализа и оценки пропускной способности скрытых каналов при введении методов ограничения пропускной способности;

методы противодействия утечке информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин пакетов, путем случайного увеличения длин передаваемых пакетов, детерминированной и случайной генерации фиктивного трафика;

выражения для расчета значений параметров предложенных методов противодействия утечке информации по скрытым каналам и рекомендации по их выбору.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы, включающего 148 наименований, и двух приложений. Диссертация изложена на 114 страницах с 27 рисунками и 12 таблицами, не включая приложения.

Противодействие утечке информации по скрытым каналам

Схема непрямого скрытого канала по памяти Данные могут также быть скрыты в заполнении кадра или пакета незначащей информацией, если длина кадра или пакета должна быть не меньше определенного значения. Например, такая скрытая передача данных возможна в случае использования протокола Ethernet, в котором кадры должны быть заполнены до минимальной длины 60 байт. Если условия использования протокола не предусматривают конкретные значения для байтов заполнения, то могут быть использованы любые данные . Аналогичным образом, скрытая передача информации может быть организована для протоколов IPv4, IPv6 и TCP .

Изменение адресов получателей в последовательно передаваемых пакетах для построения скрытого канала предложено авторами . Сумму всех битов передаваемого пакета предложено использовать для скрытой передачи информации автором . Информация может быть передана путем изменения порядка передачи N пакетов через X потоков протокола TCP . Если представить, что пакеты - это шары, а потоки - урны, то представленный скрытый канал напрямую связан с задачей размещения N шаров по X урнам. Преднамеренное удаление отправителем некоторых пакетов, подлежащих отправке, применено для построения скрытого канала с низкой пропускной способностью в .

Скрытые статистические каналы детально проанализированы авторами . Примером скрытого статистического канала может являться передача некоторого маловероятного пакета в заранее заданный злоумышленником интервал времени.

Скрытая информация может быть передана путем изменения скорости передачи пакетов . Пропускная способность такого скрытого канала равна log2r бит в течение одного

временного интервала, где г - количество различных скоростей передачи пакетов. Бинарный скрытый канал по скорости передачи пакетов исследован авторами .

Впервые использовать длины межпакетных интервалов для организации скрытых каналов было предложено в . Авторами предложена технология JitterBug для построения бинарных скрытых каналов, основанных на изменении длин межпакетных интервалов. Другая схема скрытой передачи информации с использованием длин межпакетных интервалов исследована в . Авторами даны рекомендации по выбору значений параметров кодирования, при которых пропускная способность скрытого канала принимает наибольшее значение. В предложен скрытый канал, основанный на изменении длин межпакетных интервалов, вероятность обнаружения которого приблизительно равна 9%, вероятность ошибки второго рода не превышает 0,5%.

Авторами предложено переупорядочивание последовательности пакетов, подлежащих отправке, на стороне отправителя для построения скрытого канала. Так как существует п! способов переупорядочить п пакетов, то пропускная способность такого канала равна (log2 п!) / п бит на пакет.

В скрытом канале, описанном автором , отправитель посылает большое количество запросов на сервер, чтобы передать «1», либо бездействует, чтобы передать «0». Получатель по истечении каждого временного интервала посылает запросы на сервер и измеряет время ответного сигнала для восстановления переданной информации.

Авторами разработан скрытый канал, основанный на том, что температура процессора прямо пропорциональна количеству обработанных пакетов за единицу времени, а отклонения системных часов зависят от температуры процессора. В течение каждого временного интервала скрытый отправитель либо отправляет пакеты на промежуточный узел, либо бездействует. Скрытый получатель оценивает отклонение системных часов промежуточного узла, анализируя значения меток времени в полученных от него пакетах, например, используя поля «Метка времени» заголовков полученных пакетов протокола TCP. В ряде работ предложены схемы встраивания в длины межпакетных интервалов отличительной информации для отслеживания трафика, проходящего через прокси-серверы, анонимные сети.

Впервые изменять длину кадров канального уровня для скрытой передачи информации предложено авторами : отправителю и получателю известно правило, согласно которому каждому байту скрытого сообщения соответствует определенная длина кадра. Таким образом, требуется 256 различных длин кадров для описания всевозможных значений байтов передаваемого сообщения. Таким скрытые каналы требуют особого внимания, так как далее показано, что их пропускная способность может превышать 1% и 0,1% пропускной способности канала связи при использовании протокола сетевого уровня IPv4 и IPv6 соответственно.

Авторами предложен скрытый канал, в котором отправитель и получатель разделяют периодически обновляемую матрицу, элементы которой - уникальные неупорядоченные длины пакетов. Отправитель по битам скрытно передаваемого сообщения определяет строку матрицы и случайным образом выбирает длину пакета из данной строки, получатель - находит длину принятого пакета в матрице и по номеру строки восстанавливает биты переданного сообщения.

Предложенная в схема усовершенствована авторами : перед началом скрытой передачи информации отправитель и получатель формируют динамически обновляемый справочник длин пакетов, фиксируя длины пакетов трафика, характерного для отсутствия скрытого канала. Для скрытой передачи сообщения отправитель посылает пакет, длина которого выбрана из справочника по алгоритму, известному отправителю и получателю. Длина следующего пакета равна сумме длины предыдущего пакета и числа, соответствующего битам скрытно передаваемого сообщения. В данная схема улучшена путем существенного понижения емкостной и временной сложности декодирования, так как получатель не хранит весь справочник целиком. Авторами предложено совместное использование длин и информационного наполнения пакетов для построения скрытого канала с высокой пропускной способностью.

Представленные схемы скрытой передачи информации, использующие изменение длин пакетов, являются, с одной стороны, сложно обнаруживаемыми, с другой стороны, могут иметь достаточно высокую пропускную способность в сравнении со скрытыми каналами по времени. Это обусловлено тем, что скрытые каналы по времени являются каналами с шумом, поскольку время следования пакета - случайная величина, а также из-за того, что вероятность потери пакетов отлична от нуля.

Оценка максимальной пропускной способности скрытого канала при блочном шифровании трафика

Шифрование трафика - традиционный способ защиты передаваемой по сети информации ограниченного доступа, однако скрытые каналы, основанные на изменении длин пакетов, исследуемые в настоящей работе, могут быть построены в условиях шифрования трафика . Как правило, ввиду высокого объема шифрованных данных, а также необходимости поддержки высокой скорости зашифрования и расшифрования, для обеспечения конфиденциальности передаваемых данных применяют симметричные алгоритмы шифрования. По принципу обработки информации различают поточные и блочные симметричные алгоритмы шифрования . Данный подраздел посвящен оценке максимальной пропускной способности скрытых каналов, основанных на изменении длин передаваемых пакетов, при поточном шифровании трафика. Вопросы применения методов поточного шифрования для защиты трафика исследовали, например, авторы .

При использовании поточных алгоритмов шифрования длина сообщения не изменяется, поэтому для исследования выбран скрытый канал, построенный следующим образом. Пусть длины пакетов принимают значения на множестве Nt +L \Nj ч, фикс, LGN. Тогда наибольшую пропускную способность имеет скрытый канал, в котором для передачи символа «/ » отправитель посылает пакет длины 1фикс+К г є „-і U{0}, neN - параметр скрытого канала, Nx - множество натуральных чисел от 1 до х. Для оценки пропускной способности скрытого канала v здесь и далее выбран метод, основанный на оценке взаимной информации случайных величин X, 7, описывающих входные и выходные характеристики скрытого канала соответственно: H(Y\X) = - Y, P«U) E A««(/Wlo82A«(/ b) условная энтропия случайной величины 7 относительно случайной величины X, pex(i) - вероятность отправки символа «/ », Реьа(і) - вероятность распознавания получателем символа «/ », рвЬа(і\І) - условная вероятность распознавания получателем символа «/ » при отправке символа «/ ».

При равновероятном выборе передаваемых по скрытому каналу символов энтропия случайной величины 7 определяется значением параметра скрытого канала п и равна

Очевидно, при увеличении значения п увеличивается как средняя длина передаваемых пакетов, так и количество битов, которое несет передача одного пакета по скрытому каналу. Среднее время т передачи пакета определяется выражением: что достигается при средней длине передаваемых пакетов, равной. Таким образом, пропускная способность v скрытого канала определяется следующим

Для нахождения значения параметра скрытого канала п как функции от параметра метода противодействия а, при котором выражение принимает наибольшее значение, предлагается перейти от дискретной переменной п к непрерывной переменной n, определенной на полуинтервале ll,+oo). Функция от переменной n определена и непрерывна на данном множестве, что позволяет найти экстремум путем дифференцирования данной функции. Производная от функции v ; по переменной n определяется следующим

Заметим, что параметр скрытого канала n принимает целочисленные значения, поэтому фактическое значение параметра скрытого канала n0 необходимо выбирать следующим образом:

Как правило, lфикс определяет сумму длин заголовков сетевого и канального уровней модели взаимодействия открытых систем. Так, например, при использовании IPv4 в качестве протокола сетевого уровня сумма длин заголовков сетевого и канального уровней принимает значение не менее 34 байт, если технология канального уровня - Ethernet. Аналогичная величина при использовании протокола IPv6 равна 54 байтам. Тогда, как видно из таблицы 8, при поточном шифровании трафика при использовании протокола IPv4 пропускная способность скрытого канала максимальна при и=138 и достигает примерно 0,021/?, при использовании протокола IPv6 пропускная способность скрытого канала максимальна при п=201 и достигает примерно 0,014/?, где /? - пропускная способность канала связи. Таблица 8 - Пропускная способность скрытых каналов при поточном шифровании трафика

Данные результаты подтверждают актуальность исследования методов противодействия утечке информации по скрытым каналам, так как показывают, что при пропускной способности канала связи 1 Гбит/с может быть построен скрытый канал с пропускной способностью более 10 Мбит/с.

При блочном шифровании данных открытый текст разбивается на блоки одинакового размера, определяемого алгоритмом шифрования, которые зашифровываются независимо с помощью подстановки шифра. Расшифрование происходит аналогично. Таким образом, если 1Ш - длина блока, то открытый текст перед началом зашифрования должен иметь длину, кратную 1Ш. Способы дополнения открытого текста до необходимой длины описаны, например, в . Поскольку новый отечественный стандарт на алгоритм шифрования является симметричным блочным шифром с размерами блоков 64 и 128 бит, то полученные далее результаты применимы и в случае шифрования канала связи с использованием указанного алгоритма. Если открытый текст имеет длину /0, то после зашифрования длина шифрованного

Так как при таком способе построения скрытого канала увеличение длин пакетов до значений, кратных 1Ш, не приводит к ошибкам, то H(Y\X) = 0. Очевидно, при росте значения п увеличивается как средняя длина передаваемых пакетов, так и количество битов, которое несет передача одного пакета по скрытому каналу. Тогда среднее время т передачи пакета определяется выражением:

Построение скрытого канала, при котором длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения

По рассуждениям, приведенным выше, выражение / (&) принимает наибольшее значение при выборе параметра Ь, равным единице. При таком выборе значения параметра скрытого канала Ъ скрытый канал построен следующим образом: для передачи символа «/ » отправитель посылает пакет длины 1фиКс+К /є-Л U{0}, п - параметр скрытого канала. В

данном случае введение противодействия приводит к возникновению ошибок, причем вероятность верного распознавания получателем переданного символа равна. а + \ При таком выборе значения параметра скрытого канала Ъ условные вероятности распознавания получателем переданного символа принимают следующие значения:

Параметр скрытого канала n принимает целочисленные значения, поэтому фактическое значение параметра скрытого канала n0 необходимо выбирать следующим образом:

Таким образом, в данном подразделе оценена остаточная пропускная способность скрытого канала, основанного на изменении длин пакетов, при случайном увеличении длин пакетов, подлежащих отправке. Необходимое условие построения исследованного скрытого канала - равномерное распределение на множестве длин передаваемых пакетов. Выбрана наилучшая, с точки зрения значения остаточной пропускной способности, схема построения скрытого канала. Однако уровень ошибок при передаче данных по построенному скрытому каналу равен

При наличии допустимого уровня ошибок параметры скрытого канала необходимо выбирать иным образом, что приведет к понижению его пропускной способности. В следующем подразделе исследована остаточная пропускная способность скрытого канала при наличии допустимого уровня ошибок при передаче данных по скрытому каналу и равномерном распределении на множестве длин передаваемых пакетов.

Оценка пропускной способности скрытого канала с заданным уровнем ошибок, при котором длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения

В предыдущем подразделе дана оценка максимальной пропускной способности скрытого канала, при котором длины передаваемых пакетов равномерно распределены на некотором множестве, которая достигается при значении параметра скрытого канала Ь, равного единице. Однако при таком способе построения скрытого канала вероятность верного распознавания переданного символа составляет лишь. Уровень ошибок может быть важным параметром, так как использование скрытых каналов зачастую приводит к утечке критической информации, такой как криптографические ключи, пароли и так далее. Пусть задано значение р - допустимого уровня ошибок при передаче данных по скрытому каналу. Тогда значение параметра скрытого канала Ъ следует выбирать равным

Таким образом, в настоящем подразделе исследован скрытый канал, при построении которого длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения, а уровень ошибок не превышает заданной величины. Выбрана наилучшая, с точки зрения значения остаточной пропускной способности скрытого канала, схема кодирования с учетом предъявляемых требований. Оценена остаточная пропускная способность скрытого канала в условиях противодействия.

В данном разделе разработан метод противодействия утечке информации по скрытым каналам в сетях пакетной передачи данных путем увеличения длины каждого пакета случайным образом. При известной схеме реализации данного метода противодействия нерешенной задачей оставалась оценка остаточной пропускной способности скрытого канала при введении противодействия. Увеличение длин пакетов не приводит к рассинхронизации отправителя и получателя, однако скрытые каналы, устойчивые к данному методу противодействия, должны быть построены специальным образом, предложенным в работе.

Дана оценка максимальной пропускной способности скрытого канала, основанного на изменении длин пакетов, при случайном увеличении длин пакетов, подлежащих отправке. Особое внимание уделено пропускной способности скрытых каналов, при которых длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения, уровню ошибок при передаче данных. Полученные результаты позволяют применять предложенный метод противодействия путем случайного увеличения длин пакетов, подлежащих отправке, при наличии допустимой пропускной способности скрытого канала, минимизировав дополнительную нагрузку на канал связи. 4 Метод ограничения пропускной способности скрытых каналов путем генерации фиктивного трафика

Данный раздел посвящен разработке и исследованию метода противодействия утечке информации по скрытым каналам путем генерации фиктивного трафика. Предложено два способа генерации фиктивного трафика: детерминированным и случайным образом. Для обоих случаев получены выражения для оценки остаточной пропускной способности бинарного скрытого канали при синхронизации путем отправки пакетов специального вида.

При детерминированной генерации фиктивного трафика после передачи k пакетов с информационным наполнением отправляется фиктивный пакет случайной длины, k - параметр метода противодействия, отвечающий за частоту отправки фиктивных пакетов. Эффективная пропускная способность канала связи при введении данного метода противодействия равна

Оценка пропускной способности скрытого канала при случайной генерации фиктивного трафика

Ввиду сложности аналитических зависимостей, связывающих значения параметров скрытого канала и метода противодействия, лишь в некоторых случаях возможно получение формул для оценки значения параметра метода противодействия, в иных случаях необходимо воспользоваться расчетными данными, методами визуализации либо иными подходами, в зависимости от исследуемого метода противодействия и типа скрытых каналов.

В настоящем разделе даны рекомендации по выбору значений параметров разработанных методов утечке информации ограниченного доступа по скрытым каналам, основанным на изменении длин передаваемых пакетов. Ввиду того, что в ряде случаев определять значения параметров разработанных методов противодействия для ограничения пропускной способности скрытого канала необходимо расчетным способом с использованием сложных аналитических зависимостей, реализованы программные средства по расчету необходимых значений параметров предложенных методов противодействия, позволяющих предотвратить утечку информации ограниченного доступа, понизив дополнительную нагрузку на канал связи. Получены два свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ , представленные в Приложениях 1, 2, которые позволяют автоматизировать выбор значений параметров методов противодействия путем случайного увеличения длин пакетов и генерации фиктивного трафика соответственно.

Рассмотрим метод противодействия утечке информации по скрытым каналам, основанным на изменении длин передаваемых пакетов, путем их увеличения случайным образом, предложенный в третьем разделе диссертации. Обобщая полученные зависимости, получаем три случая, для которых определена пропускная способность скрытых каналов в условиях противодействия: - для канала, имеющего наибольшую пропускную способность при введении противодействия (K1): - для канала, имеющего наибольшую пропускную способность при введении противодействия и условии, что длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения (K2): (2L+a-l - для канала, имеющего наибольшую пропускную способность при введении противодействии, и условиях, что длины передаваемых пакетов принимают равномерно распределенные значения и уровень ошибок не превышает заданного значения (K3): +

Значения параметров метода противодействия путем случайного увеличения длин передаваемых пакетов для ограничения пропускной способности данных скрытых каналов предлагается определять расчетным способом. В таблице 12 представлена зависимость между значениями параметров скрытого канала, пропускной способности скрытого канала и параметра метода противодействия.

В некоторых приложениях представляет интерес случай, когда длины передаваемых пакетов принимают значения на заданном множестве. Пусть при построении скрытого канала длины передаваемых пакетов равномерно распределены на множестве N,_, \N, _,. В 1фшс+- 1 условиях противодействия скрытый канал следует организовать следующим образом: для передачи символа «/ » отправитель посылает пакет длины /єЖ, Z GJV, U{0), где Wt =Nt +(;+1fe_1 \ Nj +й_1, b - параметр скрытого канала, bL. Из результатов, полученных в третьем разделе диссертации, следует, что пропускная способность v скрытого канала, построенного таким образом, максимальна при Ъ=1 и определяется следующим выражением: Пусть задано значение допустимой пропускной способности скрытого канала, такое что функционирование скрытых каналов с меньшей пропускной способностью считается неопасным. Пусть сс0 - значение параметра а, при котором выполнено равенство: Отсюда следует, что выполнено равенство: - = -Ыфикс+Ь-1 + а0). (98) После преобразования получаем: v0(a0+l)ln2 VoK27 n2 v Zln2

Таким образом, получена формула для расчета необходимого значения параметра метода противодействия, при котором пропускная способность построенного скрытого канала не превышает заданного значения. Однако при таком способе организации скрытого канала то есть в вероятность верного распознавания переданного символа составляет лишь а + 1 канал вносятся ошибки. Уровень ошибок является важным параметром, так как использование скрытых каналов зачастую приводит к утечке критической информации, такой как криптографические ключи, пароли и так далее. Пусть задано значение рош - допустимого уровня ошибок при передаче данных по скрытому каналу. Тогда из результатов, полученных в третьем разделе диссертации, следует, что значение параметра скрытого канала Ъ следует выбирать равным

В настоящем разделе представлены рекомендации по выбору параметров предложенных методов противодействия утечке информации по скрытым каналам. Ввиду того, что в ряде случаев определять значения параметров разработанных методов противодействия для ограничения пропускной способности скрытого канала необходимо расчетным способом с использованием сложных аналитических зависимостей, реализованы программные средства по расчету необходимых значений параметров предложенных методов противодействия, позволяющих предотвратить утечку информации ограниченного доступа, понизив дополнительную нагрузку на канал связи. Получены два свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ, автоматизирующих методы противодействия путем случайного увеличения длин пакетов и генерации фиктивного трафика соответственно. Приведены результаты внедрения результатов диссертационной работы.

Скрытый канал

Скрытый канал - это коммуникационный канал, пересылающий информацию методом, который изначально был для этого не предназначен.

Отличительные черты

Скрытый канал носит своё название в силу того факта, что он спрятан от систем разграничения доступа даже безопасных операционных систем, так как он не использует законные механизмы передачи, такие как чтение и запись, и потому не может быть обнаружен или проконтролирован аппаратными механизмами обеспечения безопасности, которые лежат в основе защищённых операционных систем. В реальных системах скрытый канал практически невозможно установить, и также его часто можно обнаружить с помощью наблюдения за быстродействием системы; кроме того, недостатками скрытых каналов являются низкое отношение сигнал/шум и низкие скорости передачи данных (порядка нескольких бит в секунду). Их также можно удалить с защищённых систем вручную с высокой степенью надёжности, если воспользоваться признанными стратегиями анализа скрытых каналов.

Скрытые каналы часто путают с использованием законных каналов, при котором происходит атака на псевдо-защищённые системы с низкой степенью доверенности, используя такие схемы как стеганография или даже менее сложные схемы, предназначенные для того, чтобы спрятать запрещённые объекты внутри объектов с легальной информацией. Подобные использования законных каналов с применением схем скрытия данных не являются скрытыми каналами и могут быть предотвращены доверенными системами с высокой степенью защищённости.

Скрытые каналы могут проходить сквозь защищённые операционные системы, и необходимы особые меры для их контроля. Единственным проверенным методом контроля скрытых каналов является так называемый анализ скрытых каналов. В то же время, защищённые операционные системы могут с лёгкостью предотвратить неверные (или незаконные) использования легальных каналов. Часто анализ легальных каналов на предмет скрытых объектов неверно представляют как единственную успешную меру против незаконного использования легальных каналов. Поскольку на практике это означает необходимость анализировать большое количество программного обеспечения, ещё в 1972 было показано что подобные меры неэффективны . Не зная этого, многие верят в то, что подобный анализ может помочь справиться с рисками, связанными с легальными каналами.

Стандарт TCSEC

Лэмпсоновское определение скрытого канала было перефразировано в TCSEC так, чтобы имелись в виду способы передачи информации от более защищённого уровня к менее защищённому. В среде разделённых вычислений сложно полностью отделить один процесс от эффектов, которые другой процесс мог оказать на операционную среду. Скрытый канал создаётся процессом-отправителем, который модулирует некоторое состояние (такое как свободное пространство, доступность некоторого сервиса, времени ожидания запуска и т. д.), которое может быть обнаружено процессом-получателем.

В Критериях определяют два вида скрытых каналов:

• Скрытый канал памяти - процессы взаимодействуют благодаря тому, что один может прямо или косвенно записывать информацию в некоторую область памяти, а второй считывать. Обычно имеется в виду, что у процессов с разными уровнями безопасности имеется доступ к некоторому ресурсу (например, некоторые секторы диска).
• Скрытый канал времени - один процесс посылает информацию другому, модулируя своё собственное использование системных ресурсов (например, процессорное время) таким образом, что эта операция воздействует на реальное время отклика, наблюдаемое вторым процессом.

Критерии, также известные как Оранжевая книга , требуют, чтобы анализ скрытых каналов памяти был классифицирован как требование для системы класса B2, а анализ скрытых каналов времени как требование для класса B3.

Устранение скрытых каналов

Возможность наличия скрытых каналов не может быть устранена полностью, но её можно существенно уменьшить аккуратным проектированием системы и её анализом.

Обнаружение скрытого канала может быть сделано более трудным при использовании характеристик среды передачи для легальных каналов, которые никогда не контролируются и не проверяются пользователями. Например, программа может открывать и закрывать файл особым, синхронизированным, образом, который может быть понят другим процессом как битовая последовательность, формируя таким образом скрытый канал. Так как маловероятно, что легальные пользователи будут пытаться найти схему в открытии и закрытии файлов, подобный тип скрытого канала может оставаться незамеченным в течение длительного времени.

Похожим случаем является технология «port knocking». Обычно при передаче информации распределение запросов во времени не важно, и за ним не наблюдают, но при использовании «port knocking» оно становится существенным.

Скрытие данных в модели OSI

Хэнделом и Сэнфордом была предпринята попытка расширить перспективу и сфокусироваться на скрытых каналах в общей модели сетевых протоколов. В качестве основы своих рассуждений они берут сетевую модель OSI и затем характеризуют элементы системы, которые возможно использовать для скрытия данных. У принятого подхода есть преимущества над подходом Хэндела и Сэнфорда, так как в последнем рассматриваются стандарты, противоположные некоторым используемым сетевым средам и архитектурам. Также не разработано надёжной схемы стенографирования.

Тем не менее, установлены общие принципы для скрытия данных на каждом из семи уровней модели OSI. Помимо того, что Хэндел и Сэнфорд предложили использовать зарезервированные поля заголовков протоколов (что легко обнаружимо), они также предположили возможность каналов по времени, касающуюся операции над CSMA/CD на физическом уровне.

Их работа определяет ценность скрытого канала по следующим параметрам:

• Обнаружимость: Только у получателя, для которого предназначена передача, должна быть возможность производить измерения скрытого канала.
• Неотличимость: Скрытый канал должен быть неидентифицируем.
• Полоса пропускания: Количество битов скрытых данных за каждое использование канала.

Также был представлен анализ скрытых каналов, но он не рассматривает такие проблемы, как-то: взаимодействие с помощью упомянутых методов между сетевыми узлами, оценка ёмкости канала, эффект, который скрытие данных оказывает на сеть. Кроме того, применимость методов не может быть полностью оправдана на практике, так как модель OSI не существует как таковая в действующих системах.

Скрытие данных в среде ЛВС

Первым, кто проанализировал скрытые каналы в среде локальных сетей, был Гирлинг. Его работа фокусируется на локальных вычислительных сетях (ЛВС), в которых определяются три очевидных скрытых канала - два по памяти и один по времени. Это показывает реальные примеры возможных полос пропускания для простых скрытых каналов в ЛАС. Для особой среды ЛАС, автор ввёл понятие перехватчика, который наблюдает за действиями определённого передатчика в ЛВС. Стороны, осуществляющие скрытую передачу, - это передатчик и перехватчик. Скрытая информация, согласно Гирлингу, может быть передана любым из следующих способов:

• Наблюдение за адресами, к которым обращается передатчик. Если количество адресов, к которым он может обращаться, равно 16, то существует возможность секретной передачи с размером секретного сообщения 4 бита. Автор отнёс эту возможность к скрытым каналам памяти, так как она зависит от посылаемого содержимого.
• Другой очевидный скрытый канал полагается на размер кадра, посланного передатчиком. Если существует 256 различных размеров кадра, то количество секретной информации, полученной при расшифровке одного размера кадра, будет 8 бит. Этот канал также был отнесён автором к скрытым каналам памяти.
• Третий, временной, способ полагается на разность между временами передачи. К примеру, нечётная разность будет означать «0», а чётная - «1». Время, необходимое для передачи блок данных, рассчитывается как функция от программной вычислительной скорости, скорости сети, размеров сетевого блока и затрат времени протокола. В предположении, что в ЛВС передаются блоки различных размеров, вычисляются средние программные затраты времени и также оценивается полоса пропускания скрытых каналов.

Скрытие данных в пакете протоколов TCP/IP

Более конкретный подход был предпринят Роулэндом. Сосредотачиваясь на IP и TCP заголовках пакета протоколов TCP/IP, Роулэнд выводит правильные методы кодирования и декодирования с использованием поля идентификации IP и TCP-поля начального номера последовательности и номера последовательности подтверждения. Эти методы реализованы в простом приложении, написанном для Linux-систем, работающих на ядре версии 2.0.

Роулэнд просто доказывает саму идею существования скрытых каналов в TCP/IP, а также их использования. Соответственно, его работу можно оценивать как практический прорыв в этой сфере. Принятые им методы кодирования и декодирования более прагматичны по сравнению с ранее предложенными работами. Эти методы проанализированы с учётом механизмов безопасности, таких как преобразование сетевых адресов брандмауэром.

Тем не менее, необнаружимость этих методов скрытой передачи стоит под вопросом. Например, в случае когда производятся операции над полем номера последовательности TCP-заголовка, принята схема, в которой алфавит каждый раз скрытно передаётся, но тем не менее кодируется одним и тем же номером последовательности.

Более того, использование поля номера последовательности, так же, как и поля подтверждения, нельзя осуществлять с привязкой к ASCII -кодировке английского алфавита, как это предложено, так как оба поля учитывают получение байтов данных, относящихся с определённым сетевым пакетам.

У скрытия данных в пакете протоколов TCP/IP существуют следующие важные аспекты:

• Идентифицируются скрытые каналы в сетевой среде.
• Получаются удовлетворительные методы кодирования и декодирования у отправителя и получателя, соответственно.
• Не учитывается эффект использования сети скрытых коммуникаций в целом.

Примечания

См. также

Ссылки

• Gray-World - Команда разработчиков Gray-World: Программы и Статьи
• Steath Network Operations Centre - Система поддержки скрытой связи

IT-стандарты

В настоящее время все источники, освещающие вопросы информационной безопасности, содержат сведения раскрытые г-ном Сноуденом о скрытых каналах получения информации и умышленно внедряемых в различные технические средства АНБ устройствах негласного доступа к информации (получения, съема).
А что же у нас в стране с решением данной проблемы? Анализируя современную отечественную нормативную базу, можно выделить следующие документы, регламентирующие вопросы выявления и борьбы со скрытыми каналами:
ГОСТ Р 53113.1-2008 «Информационная технология. Защита информационных технологий и автоматизированных систем от угроз информационной безопасности, реализуемых с использованием скрытых каналов. Часть 1. Общие положения»;
ГОСТ Р 53113.2-2009 «Информационная технология. Защита информационных технологий и автоматизированных систем от угроз информационной безопасности, реализуемых с использованием скрытых каналов. Часть 2. Рекомендации по организации защиты информации, информационных технологий и автоматизированных систем от атак с использованием скрытых каналов».

В соответствии с ГОСТами определен термин «скрытый канал» – это непредусмотренный разработчиком системы информационных технологий и автоматизированных систем коммуникационный канал, который может быть применен для нарушения политики безопасности.
С помощью скрытых каналов могут быть реализованы следующие нарушения политики безопасности:

• Угроза внедрения вредоносных программ и данных .
• Угроза подачи нарушителем команд агентом для выполнения его функций .
• Угроза утечки криптографических ключей, паролей (несанкционированный доступ к ним) или отдельных информационных объектов .

Интерпретированная модель функционирования скрытого канала представлена на рисунке (из ГОСТР 53113.2-2009):

Создание скрытого канала и осуществление воздействия нарушителя на защищаемые информационные ресурсы в соответствии с приведенной моделью осуществляется следующим порядком:

• 1. В режиме штатного функционирования работа с защищаемыми информационными ресурсами проводится в установленном порядке, субъекты, имеющие санкционированный доступ к ним, осуществляют обработку в соответствии с установленными правилами разграничения доступа. Инспектор отображает отсутствие нарушений политики безопасности.
• 2. В составе средства обработки защищаемых информационных ресурсов присутствуют заранее злонамеренно внедренный агент нарушителя безопасности, который не проявляет своей активности и ни каким образом не обнаруживает своего присутствия в данной ИТ (АС).
• 3. В необходимый для нарушителя момент времени агенту от нарушителя безопасности подается команда на активацию и выполнение своей функциональной нагрузки. Команда может быть подана как по штатным каналам связи ИТ (АС), в случаи наличия возможности такого подключения (например через Интернет), так и дистанционно (например с использованием радиоканалов), при наличии такой возможности у агента нарушителя.
• 4. Внедренный агент нарушителя безопасности реализует свою функциональную нагрузку, при этом канал информационного взаимодействия между нарушителем и внедренным агентом может быть скрыт от инспектора.
• 5. После достижения поставленной задачи работа агента завершается самостоятельно или по команде нарушителя.

В качестве практической реализации подобного подхода, на базе материалов, опубликованных Сноуденом (http://freesnowden.is/2013/12/31/ant-product-data/), в пример можно привести программное средство IRONCHEF, функционирующее на базе аппаратных закладок типов COTTONMOUTH-I (II, III), реализованные устройствами HOWLERMONKEY и TRINITY (можно сказать, «классическое» построение скрытого канала).
Как же проводить работу по выявлению скрытых каналов?
С точки зрения «теории» процесс выявления скрытого канала включает в себя следующие действия:

1. Оценка архитектуры исследуемой системы и имеющихся в ней коммуникационных каналов (рассмотрению подлежат как существующие, так и потенциальные каналы). Оценка архитектуры системы подразумевает выявление всех имеющихся в ней каналов связи (информационного взаимодействия) и анализ взаимодействия ее компонентов на предмет потенциального использования их для организации скрытого канала. В результате проведения такого анализа должны быть выявлены компоненты системы, в которых потенциально могут быть использованы скрытые каналы.
2. Выявление возможных путей обмена скрытой информацией между нарушителем и его предполагаемым агентом в системе.Данная работа выполняется на основании общей схемы модели функционирования скрытого канала. Следует для каждого из защищаемых активов выявить, какие субъекты имеют к ним доступ и при этом изолированы от внешней среды, но имеют возможность взаимодействовать с отдельными субъектами из внешней среды (при этом необходимо учитывать, что подобного рода взаимодействие контролируется владельцем активов и может наблюдаться потенциальным нарушителем).
3. Оценка опасности выявленных скрытых каналов для защищаемых активов организации. После выявления скрытых каналов следует оценить, насколько они реализуемы и опасны для защищаемых активов организации. Для проведения оценки наиболее критичными показателями являются: объем активов, предполагаемая пропускная способность скрытого канала и временной интервал, в течение которого активы сохраняют ценность. Все параметры поддаются числовому исчислению и могут быть использованы в соответствующих аналитических отчетах. На основании этой оценки каналы, не предоставляющие реальной опасности для активов, признаются неопасными.
4. Принятие решения о целесообразности противодействия каждому из выявленных скрытых каналов (минимизации уровня риска).

В качестве защитных мероприятий предлагается использовать:

• снижение/ограничение пропускной способности канала передачи информации (касательно скрытых каналов);
• архитектурные решения построения системы;
• мониторинг эффективности защиты системы.

При этом необходимо заметить, что выбор методов противодействия угрозам, реализуемым с использованием скрытых каналов определяется, исходя из индивидуальных особенностей той или иной защищаемой системы (топология построения системы, используемых протоколов информационного взаимодействия, особенностей расположения элементов системы и их взаимодействия между собой, выбираемых телекоммуникационных средств и средств защиты информации).
В завершении хотелось бы обратиться к методам выявления скрытых каналов. Согласно ГОСТ предлагается два метода:

• статистический метод;
• сигнатурный метод.

Статистический метод выявления скрытых каналов подразумевает сбор статистических данных о пакетах, проходящих через защищаемый участок сети, без внесения в них каких-либо изменений. При этом выявление скрытых каналов может проводиться как в режиме реального времени, так и автономно, используя данные, накопленные за предыдущие отрезки времени.
Метод выявления скрытых каналов на основе сигнатурного анализа аналогичен способу, используемому антивирусным ПО для поиска вредоносных программ. При наличии набора известных реализаций скрытых каналов, для каждой из них формируется сигнатура. В потоке данных проводится поиск таких сигнатур. По результатам этой работы делается вывод об отсутствии или наличии скрытых каналов в системе и варианте его реализации.
Таким образом, подводя итоги, можно заявить, что мы получаем новый виток информационного противостояния «нарушитель - администратор безопасности», который вносит в нашу жизнь как новые технологии и методы нападения, так и новые средства и методы защиты.
Завершить статью хотелось бы такими размышлениями:
Что если мы взглянем на материалы, раскрытые Сноуденом, вот под каким углом. В последнее время появился целый ряд автоматизированных систем, для которых обеспечение конфиденциальности вообще не является приоритетом, например автоматизированные системы управления производственным и технологическим процессом. Нарушение доступности и работоспособности такой системы может привести даже к более тяжелым последствиям для государства или, чем утечка конфиденциальной или секретной информации. Отягчающим является ещё и то, что подавляющее большинство элементной базы для таких систем производится и поставляется из-за границы, а провести полный комплекс мероприятий по поиску возможных скрытых каналов и закладных устройств, для всего перечня ввозимых элементов, невозможно технически. А как стало известно, технические средства иностранного производства могут быть полны неприятных «сюрпризов».
Нельзя обойти стороной и повсеместное развитие сети Интернет, и использование её как транспорта для связи различных корпоративных и промышленных сетей, что автоматически позволяет внешнему злоумышленнику получить управляющий доступ к внедренному закладному устройство или модулю.
Есть над чем думать и работать. Вопрос выявления скрытых каналов в автоматизированных системах организаций становится злободневным, вне зависимости от уровня организации и ее формы собственности. Тайна и является тайной, потому что ее знает ограниченный круг лиц. Плюс к этому можно добавить наличие (получение) негативных эмоций, когда кто-то злоумышленно наносит ущерб Вашей информационной инфраструктуре, в защищенности которой Вы были уверены. И испорченное настроение не самое страшное, если при этом может пострадать бизнес-процесс в организации.