Математические модели и программные средства защиты распределенных компьютерных систем

2.3.2 Основные понятия и результаты.41.

2.3.3 Вспомогательные утверждения .42.

2.3.4 Доказательство теорем.44.

2.3.5 Заключение.45.

3 Реализация сервисов безопасности на основе встраиваемых модулей 47.

3.1 Введение.47.

3.2 Необходимость разделения приложений и сервисов безопасности .47.

3.3 Встраиваемые модули и поддерживающая их инфраструктура. .49.

3.4 Встраиваемые модули аутентификации и их анализ. 51.

3.5 Встраиваемые неинтерактивные модули аутентификации. 52.

3.6 Функционально полный набор встраиваемых неинтерактивных модулей аутентификации.56.

3.7 PNIAM-приложения.59.

3.8 Выводы.61.

4 Реализация многоуровневой политики безопасности в ОС Linux 62.

4.1 Введение.62.

4.2 Многоуровневая политика безопасности.62.

4.3 Требования к операционным системам, реализующим многоуровневую политику безопасности.63.

4.4 Основные проектные решения.66.

4.5 Авторизация пользователей .68.

4.6 Управление доступом к файлам.69.

4.7 Процессы и их взаимодействие.73.

4.8 Управление межсетевым доступом .76.

4.9 Дополнительные средства администрирования.77.

4.10 Выводы.77.

Заключение

79.

Литература

81.

Актуальность темы

.

Информационная (компьютерная) безопасность (ИБ) — ветвь информационных технологий, развивающаяся исключительно быстрыми темпами. Важность этой ветви в последние годы стала общепризнанной, что объясняется двумя основными причинами:

— ценностью накопленных информационных ресурсов;

— критической зависимостью от информационных технологий.

Проблематика ИБ не только важна, но и сложна. Свидетельством сложности является параллельный, весьма быстрый рост затрат на защитные мероприятия и количества нарушений ИБ в сочетании с ростом среднего ущерба от каждого нарушения, что также подчеркивает важность ИВ. Выпускается и используется все больше средств обеспечения ИБ, но большинство из них оказывается слабыми, содержащими уязвимости в спецификациях, архитектуре и/или реализации.

Средство обеспечения ИБ может быть надежным, только если его проект и реализация основаны на математических моделях, адекватно описывающих сложные современные информационные системы (ИС) и содержащих достаточные условия гарантированной безопасности, допускающих практическую проверку. Принятые в настоящее время модели безопасных систем этим требованиям не удовлетворяют, оказываясь чересчур громоздкими. Из этого следует актуальность проблемы разработки новых моделей безопасности, что важно как в теоретическом, так и в практическом плане.

В современных условиях на первый план вышел такой аспект ИБ, как доступность. Большинство атак на ИС являются именно атаками на доступностьперерывы в доступности приводят к наибольшему ущербу. В то же время, традиционные модели безопасности ориентированы в первую очередь на обеспечение конфиденциальности и целостности. Следовательно, актуальной является проблема создания математических моделей, ориентированных на доступность.

Наряду с математическими основами важнейшую роль играет архитектурная безопасность. Современные ИС уязвимы потому, что сложны, в них смешиваются прикладная функциональность и сервисы безопасности, нарушается принцип концептуальной экономии. Это делает актуальной проблему развития архитектурных подходов, обеспечивающих минимизацию числа и сложности связей между прикладными компонентами и модулями безопасности, упрощение интерфейсов и протоколов взаимодействия между ними.

Операционные системы (ОС) — фундамент современных ИС. От уровня безопасности, который ОС обеспечивают, зависит безопасность системы в целом. Для многих категорий информационных систем, как военных, так и гражданских, необходимы ОС, удовлетворяющие повышенным требованиям к безопасности, что делает актуальной практическую реализацию в них передовых архитектурных принципов обеспечения безопасности.

Все это свидетельствует о необходимости проведения новых исследований, развития более строгого подхода к проблемам ИБ, сочетающего построение моделей доказательно безопасных систем, применимых к современным распределенным ИС, и практических разработок на этой базе.

Цели диссертационной работы.

Основная цель диссертационной работы состояла в исследовании, развитии и применении подхода к обеспечению информационной безопасности, предусматривающего построение математических моделей безопасных систем, обеспечение архитектурной безопасности и практическую реализацию развитых теоретических основ.

В диссертационной работе решались следующие задачи:

— проведение анализа комплексного подхода к обеспечению информационной безопасности, классификация его составляющих, существующих средств и методов;

— построение вероятностной модели гарантированно защищенной системы, а также вероятностной графовой модели распределенных систем;

— исследование проблемы архитектурной безопасности в сочетании с разделением приложений и сервисов безопасности, минимизацией числа компонентов, упрощением протокола их взаимодействия;

— определение основных принципов, проектных и программных решений, необходимых для полномасштабной реализации в ОС класса Unix многоуровневой политики безопасности;

— реализация функционально полного набора встраиваемых модулей безопасности, приложений, модификаций ядра ОС класса Unix.

Научная новизна.

В диссертационной работе построена новая вероятностная модель гарантированно защищенной системы и новая вероятностная графовая модель распределенной системы. Для вероятностной модели гарантированно защищенной системы получены легко проверяемые достаточные условия безопасности.

Для вероятностной графовой модели распределенной системы получены оценки как необходимого, так и достаточного числа ребер для построения состоятельной оценки совокупного числа ребер.

В рамках развития концепции встраиваемых модулей безопасности предложено новое понятие встраиваемых неинтерактивных модулей аутентификации с простым и безопасным протоколом взаимодействия с приложениями и централизованным назначением полномочий.

Предложен набор привилегий доверенных субъектов в ОС с поддержкой многоуровневой политики безопасности, обладающий свойством минимальности.

Практическая ценность.

В рамках диссертационной работы реализован функционально полный набор встраиваемых неинтерактивных модулей аутентификации (PNIAM) с поддержкой средств авторизации, протоколирования и смены аутентификационных токенов. Реализовано значительное число PNIAM-приложений, таких как login, passwd, ftp-frontend, Xserver и других.

Спроектированы и реализованы изменения ядра ОС Linux, обеспечивающие полномасштабную поддержку многоуровневой политики безопасности. Создана практически полностью автоматизированная система инсталляции ОС Linux с дополнительными механизмами безопасности.

Перечисленные практические результаты используются в ядре сети MSUNet Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, в подразделениях Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, на суперкомпьютерах российско-белорусского проекта «СКИФ» .

Апробация.

Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'99» (Санкт-Петербург, 1999), на Всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети ИНТЕРНЕТ» (Новороссийск, 2001), на Международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Кемерово, 2002), на XIII Международной конференции «ПРОБЛЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ» (Казань, 2002), на семинаре «Современные сетевые техноло-гии» (МГУ, 2002).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ [7], [11], [12], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [72].

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

4.10 Выводы.

Требование реализации многоуровневой политики безопасности является обязательным для операционных систем, используемых в режимных организациях и участвующих в обработке информации с грифом секретности. Основным элементом такой реализации является модификация ядра ОС.

Непосредственно автором или при его активном участии были спроектированы и реализованы изменения ядра, обеспечивающие полномасштабную поддержку многоуровневой политики безопасности. В рамках реализации концепции доверенного субъекта выбран и реализован набор привилегий процессов, обладающий свойством минимальности, что существенно для уменьшения числа потенциальных уязвимостей ОС. Созданные решения используются в ядре сети MSUNet Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, а также в подразделениях Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова.

Заключение

.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты.

1. Исследован и применен комплексный подход к обеспечению информационной безопасности, классифицированы его составляющие, проанализированы существующие средства и методы.

2. Построена вероятностная модель гарантированно защищенной системы и легко проверяемые достаточные условия безопасности для нее.

3. Построена вероятностная графовая модель распределенной системы, получены оценки как необходимого, так и достаточного числа ребер для построения состоятельной оценки совокупного числа ребер. Построенная модель может быть использована для оценки совокупных потоков данных в сетевой системе по наблюдениям за подсетями.

4. Обосновано разделение приложений и сервисов безопасности как элемент архитектурной безопасности. Предложена концепция встраиваемых неинтерактивных модулей аутентификации (PNIAM), в которых минимизировано число поддерживаемых сущностей, упрощен и сделан более безопасным протокол взаимодействия с приложениями, централизовано начальное назначение полномочий.

5. Определены основные принципы, проектные и программные решения, необходимые для полномасштабной реализации в ОС класса Unix многоуровневой политики безопасности. В число таких принципов и решений входят полнота охвата сущностей ОС, минимизация спектра привилегий доверенных субъектов, обеспечение обратной совместимости.

6. Лично автором или под его руководством реализован функционально полный набор встраиваемых неинтерактивных модулей аутентификации, а также значительное число PNIAM-приложений.

7. Лично автором или при его активном участии спроектированы и реализованы изменения ядра ОС Linux, обеспечивающие полномасштабную подцержку многоуровневой политики безопасности. В рамках реализации концепции доверенного субъекта выбран и реализован набор привилегий процессов, обладающий свойством минимальности.

8. Перечисленные выше практические результаты используются в ядре сети MSUNet Московского государственного университета.

Таким образом, в диссертационной работе содержится решение задачи, имеющей существенное значение для обеспечения информационной безопасности современных распределенных информационных систем.