Разработка и исследование стохастических методов и средств защиты программных систем ответственного назначения

Актуальность проблемы. Жизнь современного общества немыслима без повсеместного использования компьютерных систем (КС), связанных с вводом, хранением, обработкой и выводом информации. При этом важнейшей характеристикой любой компьютерной системы независимо от ее сложности и назначения становится безопасность циркулирующей в ней информации. Информационная безопасность давно стала самостоятельным направлением научных исследований и разработок, по этой тематике написано значительное количество монографий. Однако нерешенных проблем не становится меньше, что объясняется созданием все более совершенных компьютерных технологий, появление которых не только ставит новые проблемы обеспечения безопасности, но и представляет, казалось бы уже решенные вопросы в совершенно новом ракурсе.

Можно выделить следующие причины трудоемкости решения задачи защиты программных систем:

• расширение круга пользователей, имеющих доступ к информационным ресурсам и компонентам КС;

• увеличение количества и усложнение режимов функционирования программных и аппаратных компонентов КС;

• повсеместное использование зарубежной элементной базы и программного обеспечения (ПО);

• появление общедоступной, не находящейся ни в чьем владении сети Интернет, практически во всех сегментах которой отсутствуют какие-либо контролирующие или защитные механизмы;

• бурное развитие ПО, в большинстве своем не отвечающего даже минимальным требованиям безопасности;

• все большее отстранение пользователя от процессов обработки информации и передача его полномочий ПО, обладающему некоторой свободой в своих действиях и поэтому вовсе не обязательно работающему так, как предполагает пользователь;

• появление новых технологий программирования, затрудняющих оценку качества используемых программных продуктов;

• невозможность в современных условиях при осуществлении кредитно-финансовой деятельности (сферы, чрезвычайно привлекательной для злоумышленников) обойтись без активного взаимного информационного обмена среди субъектов этой деятельности [3, 33, 34, 85, 88].

Цель создания систем защиты — предупреждение или оперативное устранение последствий умышленных (преднамеренных) и случайных деструктивных воздействий. К таким последствиям можно отнести:

• разрушение, модификацию, утечку и фальсификацию информации;

• отказ от факта получения или передачи сообщения (в том числе от факта получения или передачи сообщения в определенный момент времени);

• нарушение протокола информационного взаимодействия (в том числе путем создания помех) с целью его дискредитации или компрометации;

• создание каналов утечки информации, каналов скрытого влияния на объект;

• нарушение функционирования какого-то компонента системы.

В последнем случае предполагается, что компонент системы становится недоступен (атака типа «отказ в обслуживании»), либо теряет работоспособность, либо противник получает доступ к компоненту и/или возможность манипулировать с нимлибо противнику удается добавить в систему некий компонент или процесс (разрушающее программное воздействие), файлы или записи в них. Эффективная система защиты должна обеспечивать:

• секретность всей информации или наиболее важной ее части;

• достоверность (полноту, точность, адекватность, целостность, аутентичность) информацииработоспособность (в том числе отсутствие недеклари-рованных возможностей) компонентов программной системы в любой момент времени;

• своевременный доступ пользователей к необходимой им информации и ресурсам программной системы;

• защиту авторских прав, прав собственников информации, возможность разрешения конфликтов;

• разграничение ответственности за нарушение установленных правил информационных отношений;

• оперативный контроль за процессами управления, обработки и обмена информацией, что реализуется средствами контроля безопасности (сторожевые процессоры (Watchdog processors), средства сканирования, мониторинга, средства обнаружения и регистрации аномальных действий пользователей или аномального поведения компонентов программной системы, средства анализа защищенности).

Для каждого типа угроз обычно можно предложить одну или несколько мер противодействия, целью применения которых является уменьшение риска либо за счет уменьшения вероятности осуществления угрозы, либо за счет уменьшения последствий реализации угрозы. Эффективной мерой защиты может являться всего лишь оперативное обнаружение факта реализации угрозы. В совокупности указанные меры образуют политику безопасности.

Современная наука предоставляет все необходимые алгоритмы, методы и средства, которые позволяют построить систему защиты, затраты на взлом которой таковы, что у противника с ограниченными финансовыми и техническими возможностями для получения интересующей его информации остаются только два пути — использование, во-первых, человеческого фактора, а, во-вторых, особенностей конкретной программной реализации алгоритмов обеспечения безопасности информации (ОБИ) и протоколов удаленного взаимодействия. Именно такой вывод можно сделать, анализируя примеры реальных успешных атак на программные системы ответственного назначения. Известны лишь единичные случаи взлома с использованием исключительно математических методов. В то же время различных примеров взломов реальных программных систем так много, что их анализом вынуждены заниматься целые компании, одна из наиболее известных из которых — Counterpane Systems Б. Шнайера [3, 9, 33, 34, 85, 88].

Система защиты в целом не может быть надежнее отдельных ее компонентов. Иными словами, для того чтобы преодолеть систему защиты, достаточно взломать или использовать для взлома самый ненадежный из ее компонентов.

Очень часто причинами ненадежности реальных систем защиты являются особенности их программной реализации.

Эти причины ненадежности систем обеспечения безопасности чрезвычайно многообразны. Рассмотрим основные проблемы, возникающие при программной реализации алгоритмов защиты.

Наиболее опасный источник «люков» в ПО, т. е. не описанных в документации возможностей работы с ним, — неправильная обработка (или ее отсутствие) каких-либо нестандартных ситуаций., которые могут иметь место при работе программы: неопределенный ввод, ошибки пользователей, сбои и т. п. В этом случае противник может искусственно вызвать в системе появление такой нестандартной ситуации, чтобы выполнить нужные ему действия. Например, он может вызвать аварийное завершение программы, работающей в привилегированном режиме, чтобы, перехватив управление, остаться в этом привилегированном режиме [90].

Существуют программы, изначально предназначенные для разрушительных действий: это компьютерные вирусы, дропперы (droppers), сетевые черви, троянские программы, эксплойты (exploits) и пр. С полным на то основанием, они получили обобщенное название разрушающих программных воздействий (РПВ).

Получают распространение по сути «биологические» методы взлома, рассматривающие системы защиты программных систем как сложные объекты, определенным образом реагирующие на внешние раздражители. Атаки подобного рода основаны на анализе поведения программной системы после случайных или преднамеренных сбоев в работе.

Аппаратуру в отличии от ПО легче физически защитить от проникновения извне. Криптомодули, например, могут помещаться в особые контейнеры, которые делают невозможным изменение алгоритма функционирования. Интегральные схемы могут покрываться специальным химическим составом, при этом любая попытка преодоления защитного слоя приводит к самоуничтожению их внутренней логической структуры [74, 128].

Итак, несмотря на успехи современной науки, задача построения защищенной программной системы комплексная, она значительно сложнее, чем кажется на первый взгляд. Надежная система защиты может быть построена только с учетом всех перечисленных факторов [107, 144].

Стохастическими методами защиты в широком смысле принято называть методы защиты информации, прямо или косвенно основанные на использовании генераторов псевдослучайных последовательностей (ПСП). Генераторы ПСП используются либо непосредственно, либо на их основе создаются программные средства генерации случайных последовательностей, либо программные средства хеширования информации. В последнем случае процесс хеширования можно рассматривать как наложение ПСП на входную информационную последовательность. При этом во всех перечисленных случаях эффективность защиты в значительной степени определяется качеством используемых алгоритмов генерации ПСП.

Генераторы ПСП успешно решают все без исключения упомянутые выше задачи, стоящие перед разработчиками систем обеспечения безопасности. Генераторы ПСП используются при реализации большинства методов зашиты. Иначе говоря, эти методы с полным на то основанием могут быть названы стохастическими. Более того, один из наиболее перспективных методов защиты, а именно метод внесения неопределенности в работу программных систем (реализация которого в принципе невозможна без использования генераторов ПСП), является универсальным. Он может использоваться совместно с любым другим методом защиты, автоматически повышая его качество.

Итак, роль генераторов ПСП является решающей. Именно от качества формируемых последовательностей зависит эффективность механизмов защиты программных систем.

Таким образом, возникает актуальная научная проблема, решаемая в диссертации: развитие теории стохастических методов обеспечения безопасности, разработка новых, более эффективных, учитывающих тенденции развития компьютерных технологий, стохастических методов, алгоритмов и программных средств защиты программных систем от случайных и умышленных деструктивных воздействий.

Цели работы. Целями диссертационной работы являются:

1) создание теоретических основ построения программных средств генерации ПСП, ориентированных на использование в программных системах ответственного назначения;

2) разработка и исследование стохастических алгоритмов, методов и программных средств защиты программных систем;

Достижение указанных целей составляет решение крупной научной проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное и оборонное значение.

Методы исследования. Разработанные в диссертации стохастические методы и средства защиты программных систем опираются на положения и результаты технической диагностики, теории кодирования, теории линейных по-следовательностных машин, теории конечных полей.

Научная новизна. В диссертации проведен анализ задач, связанных с защитой программных систем от случайных и умышленных деструктивных воздействий и для решения которых используются генераторы ПСПпроведен анализ функций генераторов ПСП в КС ответственного назначенияразработана классификация генераторов ПСП, ориентированных на решение ответственных задач, связанных с обеспечением безопасностиразработаны теоретические основы построения генераторов ПСП на регистрах сдвига с линейными и нелинейными обратными связями, наиболее эффективных с точки зрения программной реализацииразработаны теоретические основы построения генераторов ПСП, использующих при реализации функции обратной связи или функции выхода стохастические сумматоры (Я-блоки) — разработаны теоретические основы построения многоканальных СЯС-генераторовразработаны и исследованы стохастические методы защиты программных систем от случайных и умышленных деструктивных воздействий, в частности разработаны метод полиморфного стохастического преобразования, методы контроля целостности параллельного потока данных с использованием СЯС-кодов, методы контроля хода выполнения программ с использованием генераторов ПСП и СЯС-генераторовпроведен анализа механизмов функционирования РПВ, использующих стохастические методы для затруднения своего обнаружения или выполнения деструктивных функцийразработаны методы внесения неопределенности в работу программных систем для повышения их устойчивости к РПВ.

Практическая ценность. Прикладными результатами работы являются: разработка алгоритмов генерации ПСП, сочетающих в себе эффективную программную реализацию и качество формируемых последовательностей, приемлемое для большинства приложенийразработка и реализация инструментальных средств оценки качества ПСП, позволяющих проводить анализ статистической безопасности генераторов ПСПпроведение исчерпывающего статистического тестирования генераторов ПСП всех существующих типовразработка комплекса программных средств антивирусной защиты (КПС АВЗ) КС специального назначения, функционирующих под управлением ОС семейства МСВС. Комплекс обеспечивает защиту от РПВ различных типов, в том числе использующих стохастические методы для затруднения своего обнаружения. Реализовано взаимодействие с другими программными средствами (ПС) обеспечения безопасности, в том числе межсетевыми экранами, системами обнаружения атак, средствами резервного копирования и восстановления информации.

Достоверность научных положений. Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена корректными доказательствами теоретических результатов, проведением физических экспериментов, результатами практического использования предложенных в диссертации методов, алгоритмов и программных средств.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на I Всесоюзной конференции «Автоматизированные системы обработки изображений» (Москва, 1981 г.), научно-техническом семинаре «Проблемы обеспечения эксплуатационной надежности сложных технических систем» (Москва, 1983 г.), республиканской конференции «Опыт разработки и применения радиоизмерительных приборов и систем» (Киев, 1984 г.), Всесоюзном семинаре «Проектирование систем технической диагностики» (Ростов-на-Дону, 1984 г.), зональной научно-практической школе-семинаре «Повышение эффективности автоматизированных систем восприятия и обработки информации» (Пенза, 1985 г.), 29, 30 и 31 научных конференциях МИФИ (1981;1985 гг.), Всесоюзной конференции «Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов» (Рига, 1986 г.), I Всесоюзной школе-семинаре «Разработка и внедрение в народное хозяйство персональных ЭВМ» (Минск, 1988), Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование устройств памяти информационных, компьютерных и робото-технических систем» (Одесса, 1988 г.), Всесоюзной научно-технической школе «Устройства хранения информации в информационных и вычислительных системах» (Таллин, 1989 г.), Международной конференции «Информационные продукты, процессы и технологии» (Москва, 1996 г.), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 1997 г.) V, VI, VII конференциях «Проблемы защиты информации в системе высшей школы» (Москва, 1998;2000 гг.), научных сессиях МИФИ 2000;2005, 60 Научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 2005 г.).

Реализация результатов работы.

Результаты работы внедрены в НИОКР по созданию программных средств антивирусной защиты, выполняемой по заказу Министерства обороны РФ (постановление Правительства Российской Федерации от 30.12.2003 г. № 790−48). В рамках НИОКР разработана структура, состав и механизмы функционирования компонентов КПС АВЗ для всех ОС семейства МСВС.

Разработанный программный комплекс оценки качества генераторов ПСП внедрен в НИОКР по созданию системы контроля сертификационных меток промышленных товаров, выполняемую компанией Random Art Labs Limited по заказу Департамента науки и промышленной политики г. Москвы (договор № 18-Рп/04 от 28.05.2004 г.), а также ОКР, проводимые ВНИИНС и связанные с созданием программно-аппаратных средств генерации ПСП, предназначенных для решения задачи построения защищенных программных систем ответственного назначения.

Разработанные в рамках работы генераторы ПСП и CRC-генераторы внедрены в разработки ВНИИНС (электронный замок, программное средство генерации паролей), и МИФИ (комплекс контрольно-испытательной аппаратуры бортового гамма-телескопа, созданный в рамках Советско-Индийского сотрудничества по программе «Интеркосмос»).

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры № 12 МИФИ (курсы лекций «Методы и средства защиты компьютерной информации», «Защита информации в банковском деле и электронном бизнесе», «Электронные платежные системы" — лабораторный практикум «Безопасность информационных систем»).

Разработанные в рамках работы генераторы ПСП и СЯС-генераторы внедрены в учебный стенд кафедры № 12 МИФИ, который используется для проведения занятий по курсам «Схемотехника ЭВМ», «Процессоры ЭВМ», «Контроль и диагностика ЭВМ» и «Микропроцессорные системы и устройства». Стенд защищен 5 авторскими свидетельствами СССР на изобретения и был признан лучшим изобретением МИФИ 1989 года.

Публикации. По теме работы опубликовано более 70 печатных работ, в том числе 7 монографий, статьи в журналах «Автоматика и вычислительная техника», «Микропроцессорные средства и системы», «Зарубежная радиоэлектроника», «Безопасность информационных технологий», «Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы», более 10 учебных пособий, получено более 30 авторских свидетельств СССР и патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 5 глав, введения, заключения, списка использованных источников информации и 15 приложений. Объем работы: 267 стр. основного текста, 90 рисунков, 9 таблиц и 95 стр. приложений.

В первой главе доказывается утверждение о невозможности построения защищенной программной системы без применения стохастических методов, основанных на использовании генераторов ПСП. Частными случаями стохастических методов являются широко распространенные и бурно развивающиеся в последние годы криптографические и стеганографические методы защиты. После обоснования утверждения о том, что роль генераторов ПСП при построении программных систем обеспечения безопасности информации (ОБИ) является решающей, появляется возможность подойти к решению всех без исключения задач, связанных с защитой программных систем, с единых исходных позиций.

Во второй главе приводятся результаты анализа особенностей применения стохастических методов для решения задач, возникающих при построении программных систем ответственного назначения и связанных с обеспечением секретности информации, аутентичности субъектов и объектов информационного взаимодействия, неотслеживаемости информационных потоков в системе, защитой прав собственников информации и др.

Рассматриваются функции генераторов ПСП в системах ОБИ. Доказывается, что только с использованием стохастических методов удается решить проблему защищенного взаимодействия удаленных абонентов.

Приводятся примеры использования стохастических методов при создании электронных платежных систем. Приводятся результаты анализа жизненного цикла цифровых денег — наиболее амбициозного решения в области электронных платежных систем.

Обосновывается тезис о том, что широко распространенные криптографические методы ОБИ являются всего лишь частным случаем стохастических методов.

Третья глава посвящена генераторам ПСП, ориентированным на использование в программных средствах защиты информации от случайных и умышленных деструктивных воздействий, иначе говоря, генераторам, к которым предъявляются наиболее жесткие требования. Дается классификация генераторов ПСП, рассматриваются общие принципы проектирования непредсказуемых генераторов ПСП, требования к таким устройствам, описываются основные строительные блоки, используемые при их создании. Уделяется внимание наиболее перспективным типам генераторов, а именно: блочным генераторам ПСПпоточным генераторам ПСПгенераторам ПСП на основе односторонних функцийгенераторам на регистрах сдвига с линейными и нелинейными обратными связямигенераторам ПСП на основе стохастических сумматоров или Я-блоков.

Рассматриваются разработанные теоретические основы построения генераторов ПСП на регистрах сдвига с линейными и нелинейными обратными связями, генераторов ПСП на основе стохастических сумматоров. Особое внимание уделяется новым, разработанным автором работы, блочным и поточным методам генерации ПСП на основе стохастических сумматоров, генераторам ПСП с предпериодом, самопроверяемым генераторам ПСП, нелинейным генераторам ПСП максимального периода. Приводятся основные технические характеристики разработанных генераторов ПСП.

Анализируются существующие подходы к оценке качества генераторов ПСП. Описывается разработанный программный комплекс, предназначенный для анализа статистической безопасности алгоритмов генерации ПСП. Приводятся наиболееважные результаты исследований генераторов ПСП всех типов.

В четвертой главе приводятся результаты исследований вопросов применения стохастических методов для решения задач защиты программных систем от случайных деструктивных воздействий. Рассматриваются разработанные теоретические основы построения многоканальных СЯС-генераторов, в том числе недвоичных СЫС-генераторов. Анализируется достоверность контроля при поиске искажений в параллельном потоке данных, в частности формулируется условие пропуска искажений, доказываются соотношения, определяющие доли необнаруживаемых ошибок произвольного вида, одиночных, двойных и пакетов ошибок. Доказывается утверждение о недопустимости использования СИ-С-кодов для защиты от умышленных деструктивных воздействий.

Анализируются стохастические помехоустойчивые коды С. А. Осмоловского. Формулируются требования, при выполнении которых эш коды способны решать все без исключения задачи обеспечения безопасности информации при ее передаче по каналам связи. Описывается разработанные алгоритмы прямого и обратного стохастических преобразований, обеспечивающие выполнение сформулированных требований. Описываются новые стохастические методы контроля хода программ и микропрограмм с использованием СЯС-генераторов и генераторов ПСП. Анализируется достоверность контроля при использовании разработанных методов.

В пятой главе рассматривается специфика решения задач защиты программных систем от разного рода вредоносных программ (ВП), самыми известными из которых являются компьютерные вирусы (КВ). Отмечается главный недостаток существующих программных средств защиты от ВП — использование методов, при реализации которых нападающая сторона всегда находится в более выигрышном положении, чем сторона защищающаяся. Обращается внимание на появление нового научного направления — стохастической вирусологии, предмет изучения которой — разрушающие программные воздействия, использующие в процессе своего функционирования стохастические методы (в том числе криптографические, криптоаналитические и стеганографические). Предлагаются методы защиты от РПВ, при реализации которых защищающаяся сторона получает преимущество перед стороной нападающей. В частности, универсальный стохастический метод защиты, суть которого — внесение неопределенности в работу программных средств ОБИ и объектов защиты.

Обосновывается структура, состав и механизмы функционирования компонентов комплекса программных средств антивирусной защиты компьютерных систем специального назначения, функционирующих под управлением ОС семейства МСВС.

В приложениях приводятся примеры практической реализации разработанных методов, особенности программирования разработанных алгоритмов генерации ПСП, приводятся результаты статистического тестирования генераторов ПСП всех типов, дается список используемых сокращений и терминов.

На защиту выносятся:

Теоретические основы построения программных средств генерации ПСП на основе регистров сдвига с линейными и нелинейными обратными связями;

Теоретические основы построения программных средств генерации ПСП на основе стохастических сумматоров;

Стохастические методы защиты от умышленных и случайных деструктивных воздействий, в том числе метод полиморфного стохастического преобразования, методы контроля целостности параллельного потока данных с использованием СЯС-кодов, методы контроля хода выполнения программ с использованием СЯС-кодов и генераторов ПСП;

Теоретические основы построения многоканальных СЯС-генераторов;

Результаты теоретических исследований достоверности контроля при использовании разработанных методов;

Структура, состав и алгоритмы функционирования компонентов комплекса программных средств антивирусной защиты;

Структура и состав программного комплекса для исследования статистических свойств генераторов ПСП;

Результаты исследований генераторов ПСП всех типов;

Метод реверсинга генераторов ПСП на основе стохастических сумматоров;

Результаты исследования функций генераторов ПСП в системах обеспечения безопасности программных систем;

Алгоритмы многоразрядного стохастического преобразования.

Результаты работы внедрены:

1) В НИОКР по созданию программных средств антивирусной защиты, выполняемой по заказу Министерства обороны РФ (постановление Правительства Российской Федерации от 30.12.2003 г. N 790−48). В рамках НИОКР разработана структура, состав и функциональное назначение компонентов КПС АВЗ для всех ОС семейства МСВС.

2) В НИОКР по созданию системы контроля сертификационных меток промышленных товаров, выполняемой по заказу Департамента науки и промышленной политики г. Москвы (договор № 18-Рп/04 от 28.05.2004 г.).

3) В разработки ВНИИНС (электронный замок, ПС генерации паролей) и МИФИ (контрольно-испытательная аппаратура бортового гамма-телескопа, созданная в рамках Советско-Индийского сотрудничества по программе «Интеркосмос»).

4) В учебный процесс кафедры № 12 МИФИ (курсы лекций «Методы и средства защиты компьютерной информации», «Защита информации в банковском деле и электронном бизнесе», «Электронные платежные системы" — лабораторный практикум «Безопасность информационных систем»).

5) В учебный стенд кафедры № 12 МИФИ, который используется для проведений занятий по курсам «Схемотехника ЭВМ», «Процессоры ЭВМ», «Контроль и диагностика ЭВМ» и «Микропроцессорные системы и устройства». Стенд защищен 5 авторскими свидетельствами СССР на изобретения и был признан лучшим изобретением МИФИ 1989 года.

Заключение

.

Большинство методов защиты программных систем от случайных и умышленных деструктивных воздействий являются стохастическими, так как основаны на прямом или косвенном использовании генераторов псевдослучайных последовательностей (ПСП). В диссертации показано, что все без исключения задачи, требующие решения при создании защищенных программных систем, решаются стохастическими методами. Средства генерации качественных ПСП — это то, что объединяет все вышеперечисленные задачи, позволяя подойти к вопросам их решения с единых исходных позиций.

Приведенный перечень функций генераторов ПСП в системах обеспечения безопасности информации позволяет сделать вывод о том, что роль генераторов ПСП является решающей. Именно от качества формируемых ими последовательностей зависит эффективность механизмов защиты программных систем.

Среди всех методов защиты от разрушающих программных воздействий (РПВ) можно выделить три, при реализации которых защита имеет преимущество перед нападением — это стеганографическое скрытие информации, создание ложных объектов атаки и внесение неопределенности в работу объектов и средств защиты. Особого внимания заслуживает последний метод, который является универсальным и может использоваться совместно с любым другим, автоматически повышая его качество. Метод предполагает использование статистически безопасных генераторов ПСП для внесения неопределенности в (1) результат работы алгоритма защиты- (2) последовательность выполнения шагов алгоритма- (3) длительность выполнения отдельных шагов алгоритма- (4) механизм функционирования программных средств защиты (запутывание программ).

В диссертации решена актуальная научная проблема, имеюшая важное народно-хозяйственное и оборонное значение, суть которой развитие теории стохастических методов обеспечения безопасности, разработка новых, более эффективных, учитывающих тенденции развития компьютерных технологий, стохастических методов, алгоритмов и программных средств защиты программных систем от случайных и умышленных деструктивных воздействий Основные результаты работы:

1) Доказана значимость качественных программных средств генерации ПСП при решении задач защиты информации от умышленных деструктивных воздействий. Все существующие алгоритмы ОБИ (в том числе криптои стегоалгоритмы) и протоколы удаленного взаимодействия абонентов с полным основанием могут быть названы стохастическими, так как предполагают прямое или косвенное использование средств генерации ПСП.

2) Показано, что только при использовании стохастических методов появляется возможность эффективного решения следующих задач защиты программных систем, а именно:

• обеспечения секретности и конфиденциальности информации;

• защиты от НСД;

• обеспечения аутентичности информации;

• обеспечения юридической значимости пересылаемых электронных документов;

• обеспечения аутентичности субъектов и объектов информационного взаимодействия;

• обеспечения анонимности субъектов при выполнении электронных платежей;

• обеспечения неотслеживаемости информационных потоков в системе;

• защиты прав собственников информации.

3) Систематизированы функции генераторов ПСП в защищенных программных системах, а именно:

• формирование тестовых воздействий на входы проверяемых компонентов КС при автономном и встроенном диагностировании;

• реализация счетчиков команд и/или адреса (в том числе самопроверяемых) КС;

• определение соответствия между адресом порта ввода-вывода и запрашиваемой функцией при реализации плавающих протоколов взаимодействия ПО и УВВ или механизма скрытых функций УВВ;

• формирование элементов вероятностного пространства при внесении неопределенности в результат работы (рандомизации) алгоритмов защиты информации;

• определение последовательности выполнения при внесении неопределенности в последовательность выполнения отдельных шагов алгоритма (пермутация);

• определение длительности выполнения при внесении неопределенности в длительность выполнения отдельных шагов алгоритма для защиты от временных атак;

• формирование элементов вероятностного пространства при внесении неопределенности в механизм работы алгоритмов защиты информации (полиморфизм, метаморфизм, запутывание программ);

• формирования гаммы при шифровании информации в режимах гам-мирования и гаммирования с обратной связью;

• формирования ключей и паролей пользователей;

• формирования случайных чисел в протоколах аутентификации удаленных абонентов и выработки общего секретного ключа;

• формирования долей секрета в протоколах разделения секрета;

• формирования затемняющих множителей при слепом шифровании;

• формирования прекурсоров в протоколе слепой подписи в процессе генерации серийного номера цифровой купюры.

4) Систематизированы функции хеш-генераторов в системах ОБИ, а именно:

• формирование контрольных кодов целостности информации или правильности выполнения шагов алгоритма программы;

• необратимое преобразование паролей при организации парольных систем разграничения доступа;

• сжатие информации перед формированием электронной подписи для повышения производительности;

• необратимое преобразование случайных запросов при аутентификации по принципу запрос-ответ;

• необратимое преобразование прекурсора при формировании слепой подписи для защиты прав владельца информации;

• внесение неопределенности в результат работы алгоритмов обеспечения безопасности информации.

5) Результаты анализа подтверждают сделанное ранее утверждение о том, что надежность стохастических алгоритмов защиты информации от умышленных деструктивных воздействий определяется качеством используемых генераторов ПСП. Неправильная реализация генераторов ПСП или отказ от их использования являются причинами компрометации систем защиты информации.

6) Разработана классификации генераторов ПСП, сформулированы требования к генераторам, ориентированным на использование в программных системах ответственного назначения.

7) Разработаны теоретические основы построения программных средств генерации ПСП на регистровых структурах с линейными и нелинейными обратными связями, наиболее эффективных с точки зрения программной реализации, а именно:

• разработаны принципы проектирования параллельных двоичных и недвоичных генераторов ПСП;

• разработаны принципы проектирования L-ричных (L = pn, р — простое, п — натуральное) генераторов последовательностей произвольной длины;

• разработаны принципы проектирования Ь-ричных генераторов ПСП с предпериодом;

• разработаны принципы проектировавния Ь-ричных универсальных программируемых генераторов ПСП;

• разработаны принципы проектирования Ь-ричных генераторов ПСП с управляющим входом.

Генераторы могут использоваться при реализации алгоритмов защиты информации от случайных деструктивных воздействий, а также в качестве строительных блоков при реализации алгоритмов защиты информации от умышленных деструктивных воздействий.

8) Разработаны теоретические основы построения программных средств генерации ПСП, использующих при реализации функции обратной связи или функции выхода Я-блоки, а именно:

• разработаны принципы построения генераторов ПСП на регистрах сдвига со стохастическими сумматорами в цепи обратной связиЯББЯ;

• разработаны принципы построения поточных и блочных генераторов ПСП с использованием Я-блоков;

• разработаны алгоритмы хеширования на основе использования Я-блоков;

• разработан алгоритм реверсинга ЯРБЯ;

• разработаны новые усовершенствованные блоки стохастического преобразования (Я2, ЯЗууар и другие);

• разработаны принципы построения полиморфного стохастического преобразования.

Выделены следующие перспективные направления использования Я-блоков:

• модификация существующих поточных алгоритмов за счет замены сумматоров по модулю 256 на восьмиразрядные Я-блоки или замены линейных генераторов ПСП на ЯР8Я;

• использование прямого и обратного стохастических преобразований для выполнения операции гаммирования;

• реализация вероятностных алгоритмов генерации ПСП;

• реализация поточных алгоритмов и алгоритмов хеширования в тех приложениях, где требуется обеспечить их эффективную программную реализацию.

9) Рассмотрены особенности программирования разработанных алгоритмов генерации ПСП, подтверждающие утверждение об эффективности программной реализации разработанных генераторов.

10) Разработан комплекс инструментальных средств оценки качества ПСП, позволяющий проводить исчерпывающее статистическое тестирование формируемых последовательностей.

11) Проведено исследование статистической безопасности существующих генераторов ПСП различных типов, а также разработанных генераторов ПСП на основе стохастических сумматоров. Основной результат исследований — генераторы на основе Я-блоков ни в чем не уступают существующим блочным и поточным генераторам ПСП, а по некоторым характеристикам превосходят их.

12) Разработаны теоретические основы построения многоканальных СКС-генераторов:

• впервые разработаны принципы построения параллельных двоичных СКС-генераторов;

• впервые разработаны принципы построения недвоичных СКС-генераторов;

• впервые проведено исследование достоверности контроля целостности информации при использовании недвоичных СКС-генераторов;

• доказано условие пропуска искажений информации при использовании недвоичных СКС-генераторов;

• доказаны соотношения для доли необнаруживаемых одиночных, двойных и пакетов ошибок, где под кратностью ошибок понимается количество искаженных двоичных наборов;

• показано, что СЯС-коды являются идеальным средством контроля целостности при случайных искажениях информацииосновными достоинствами СЯС-кодов являются максимальная достоверность контроля, не зависящая от длины входных последовательностей, максимальное быстродействие, простота программной реализации, удобство интегрального исполнения;

• доказана недопустимость использования СЯС-кодов для контроля целостности информации при умышленных искажениях информации.

13) Разработаны алгоритмы прямого и обратного многоразрядного стохастического преобразования, ориентированные на использование при реализации стохастических кодов С. А. Осмоловского и обеспечивающие выполнение всех задач обеспечения безопасности при ее передаче по каналу связи, а именно защиту от случайных искажений информации в канале связиобеспечение секретности информацииобеспечение контроля целостности информации (имитозащиту).

14) Проведен анализ методов контроля хода выполнения программ и микропрограмм. Разработаны новые алгоритмы контроля хода программ и микропрограмм с использованием генераторов ПСП и СПС-генераторов.

15) Впервые проведено исследование достоверности контроля хода выполнения программ и микропрограмм при использовании СЯС-кодов.

16) Проведен анализ уязвимостей существующих средств защиты от РПВ. Выделены наиболее опасные типы РПВ, использующие стохастические методы для затруднения своего обнаружения или выполнения деструктивных функций. Сформулированы направления совершенствования существующих средств защиты от РПВ.

17) Показано, что стохастические методы могут быть использованы для создания нового класса РПВ. Необходимо готовиться к появлению РПВ, использующих стохастические методы в деструктивных целях, а не ждать, когда такие атаки действительно произойдут.

18) Разработаны структура, состав и алгоритмы функционирования компонентов комплекса программных средств антивирусной защиты программных систем, функционирующих под управлением ОС семейства МСВС.

Теоретические и практические результаты диссертации обеспечивают повышение технической эффективности средств защиты программных систем по сравнению с общеизвестными решениями:

• Использование стохастических методов за счет внесения неопределенности в алгоритмы функционирования работы программных средств защиты повышает их устойчивость к РПВ.

• Разработанные методы генерации ПСП эффективно программируются, обеспечивают статистическую безопасность формируемых последовательностей, в реальном времени обеспечивают свойство самоконтроля правильности функционирования, допускают настройку на любое наперед заданное значение предпериода и периода формируемых последовательностей.

• Разработанные стохастические методы защиты целостности параллельного потока данных обеспечивают максимально возможную (при заданном числе элементов памяти) достоверность (например, при 16-разрядном контрольном коде доля обнаруживаемых искажений составляет 0,99 998), контроль целостности в реальном масштабе времени, независимость быстродействия контроля от разрядности входной информационной последовательности.