Целостность информации

Целостность информации (также целостность данных ) - термин в информатике и теории телекоммуникаций, который означает, что данные полны, условие того, что данные не были изменены при выполнении любой операции над ними, будь то передача, хранение или представление.

В телекоммуникации целостность данных часто проверяют, используя MAC-код сообщения (Message authentication code).

Реализация содержания

Методы и способы реализации требований, изложенных в определении термина, подробно описываются в рамках единой схемы обеспечения информационной безопасности объекта (защиты информации).

Основными методами обеспечения целостности информации (данных) при хранении в автоматизированных системах являются:

• обеспечение отказоустойчивости (резервирование, дублирование, зеркалирование оборудования и данных, например через использование RAID-массивов);
• обеспечение безопасного восстановления (резервное копирование и электронное архивирование информации).

Одним из действенных методов реализации требований целостности информации при ее передаче по линиям связи является криптографическая защита информации (шифрование , хеширование , электронная цифровая подпись).

При комплексном подходе к защите бизнеса, направление обеспечения целостности и доступности информации (ресурсов бизнес-процессов) перерастает в план мероприятий, направляемых на обеспечение непрерывности бизнеса .

Целостность данных в криптографии

Шифрование данных само по себе, не гарантирует, что целостность данных не будет нарушена, поэтому в криптографии используются дополнительные методы для гарантирования целостности данных. Под нарушениями целостности данных понимается следующее: инверсия битов, добавление новых битов (в частности совершенно новых данных) третьей стороной, удаление каких-либо битов данных, изменение порядка следования бит или групп бит.

В криптографии решение задачи целостности информации предполагает применение мер, позволяющих обнаруживать не столько случайные искажения информации, так как для этой цели вполне подходят методы теории кодирования с обнаружением и исправлением ошибок , сколько целенаправленное изменение информации активным криптоаналитиком.

Процесс контроля целостности обеспечивается введением в передаваемую информацию избыточности. Это достигается добавлением к сообщению некоторой проверочной комбинации. Такая комбинация вычисляется согласно определенным алгоритмам и играет роль индикатора, с помощью которого проверяется целостность сообщения. Именно этот момент дает возможность проверить, были ли изменены данные третьей стороной. Вероятность того, что данные были изменены, служит мерой имитостойкости шифра.

Дополнительную избыточную информацию, вносимую в сообщение, называют имитовставкой . Вырабатываться имитовставка может как до начала, так и одновременно с шифрованием сообщения.

Имитовставки

Число двоичных разрядов в имитовставке в общем случае определяется криптографическими требованиями с учетом того, что вероятность навязывания ложных данных равна 1 /2 p , где p - число двоичных разрядов в имитовставке.

Имитовставка, является функцией сообщения x , =f (x ). Она может служить для целей аутентификации сообщения и проверки его целостности. Поэтому имитовставки можно разделить на два класса:

• код проверки целостности сообщения (MDC, англ. modification detection code ), для проверки целостности данных (но не аутентификации), вычисляется путем хэширования сообщения;
• код аутентификации сообщения (MAC , англ. message authentication code ), для защиты данных от фальсификации, вычисляется с помощью хэширования сообщения с использованием секретного ключа .

MDC

Хэш-функции для вычисления кода проверки целостности сообщений принадлежат к подклассу бесключевых хэш-функций . В реально существующих криптосистемах эти хэш-функции являются криптографическими , то есть кроме минимальных свойств хэш-функций (сжатие данных, простота вычисления дайджеста от сообщения) удовлетворяют следующим свойствам:

• необратимость (англ. preimage resistance );
• стойкость к коллизиям первого рода (англ. weak collision resistance );
• стойкость к коллизиям второго рода (англ. strong collision resistance ).

В зависимости от того, каким из этих свойств удовлетворяют MDC хэш-функции , можно выделить два их подкласса:

• однонаправленные хэш-функции (OWHF, от англ. one-way hash function ), которые удовлетворяют свойству необратимости и устойчивы к коллизиям первого рода;
• устойчивые к коллизиям хэш-функции (CRHF, от англ. collision resistant hash function ), которые устойчивы к коллизиям первого и второго рода (вообще говоря, на практике CRHF хэш-функции удовлетворяют и свойству необратимости).

Существует три основных типа MDC алгоритмов хэш-функций , по способу их построения:

• на блочных шифрах - например: алгоритм Matyas-Meyer-Oseas , алгоритм Davies-Meyer , алгоритм Miyaguchi-Preneel , MDC-2, MDC-4;
• кастомизированные - специально созданные для хеширования алгоритмы, в которых делается упор на скорость, и которые независимы от других компонент системы (в том числе блочных шифров или компонент модульного умножения, которые могут быть уже использованы для других целей). Например: MD4 , MD5 , SHA-1 , SHA-2 , RIPEMD-128 , RIPEMD-160 ;
• на модульной арифметике - например: MASH-1, MASH-2.

MAC

К MAC хэш-функциям для вычислений кодов аутентификации сообщений , подсемейству ключевых хэш-функций, относят семейство функций удовлетворяющих следующим свойствам:

• простота вычисления дайджеста от сообщения;
• сжатие данных - входное сообщение произвольной битовой длины преобразуется в дайджест фиксированной длины;
• стойкость ко взлому - имея одну и более пар сообщение-дайджест, (x[i], h(x[i]) ), вычислительно невозможно получить новую пару сообщение-дайджест (x, h(x) ), для какого-либо нового сообщения x .

Если не выполняется последнее свойство, то MAC может быть подделан. Также последнее свойство подразумевает, что ключ невозможно вычислить, то есть, имея одну или более пар (x[i], h(x[i]) ) с ключом k , вычислительно невозможно получить этот ключ.

Алгоритмы получения кода аутентификации сообщения могут быть разделены на следующие группы по их типу:

• на блочных шифрах - например: CBC-MAC , RIPE-MAC1, RIPE-MAC3;
• получение MAC из MDC;
• кастомизированные алгоритмы - например: MAA , MD5-MAC;
• на потоковых шифрах - например: CRC-based MAC.

Получение MAC на основе MDC

Существуют методы получения из MDC кодов аутентификации сообщений включением секретного ключа во входные данные алгоритма MDC. Недостатком такого подхода является то, что фактически на практике большинство алгоритмов MDC разработано так, что они являются либо OWHF, либо CRHF, требования к которым отличаются от требований к MAC алгоритмам.

Схемы использования

Фактически, в общем виде, процесс передачи данных и их проверки на целостность выглядит следующим образом: пользователь A добавляет к своему сообщению дайджест . Эта пара будет передана второй стороне B . Там выделяется сообщение, вычисляется для него дайджест и дайджесты сравниваются. В случае совпадения значений сообщение будет считаться достоверным. Несовпадение будет говорить о том, что данные были изменены.

Обеспечение целостности данных с использованием шифрования и MDC

От исходного сообщения вычисляется MDC, =h (x ). Этот дайджест добавляется к сообщению С =(x ||h (x )). Затем расширенное таким образом сообщение шифруется каким-то криптоалгоритмом E с общим ключом k . После шифрования полученное сообщение C encripted передается второй стороне, которая используя ключ, выделяет из шифрованного сообщения данные x’ вычисляет для него значение дайджеста ’. Если он совпадает с полученным , то считается, что целостность сообщения была сохранена. Целью этого шифрования является защита добавленного MDC, чтобы третья сторона не могла изменить сообщение без нарушения соответствия между расшифрованным текстом и восстановленным кодом проверки целостности данных. Если при передаче данных конфиденциальность не является существенной, кроме как для обеспечения целостности данных, то возможны схемы, в которых будут зашифрованы только либо сообщение x , либо MDC.

• Использование схемы с шифрованием только MDC, (x , E k (h (x ))), фактически приводит к частному случаю MAC . Но в данном случае, что нетипично для MAC, коллизия для данных x , x’ может быть найдена без знания ключа k . Таким образом, хэш-функция должна удовлетворять требованию стойкости к коллизиям второго рода. Так же надо отметить, что существуют такие проблемы: если коллизия найдена для двух значений входных данных при каком-либо ключе, то она сохранится и при изменении этого ключа; если длина блока шифра меньше, чем длина дайджеста , то разбиение дайджеста может привести к уязвимости схемы.
• Шифрование только данных, (E k (x ), h (x )), дает некоторый выигрыш в вычислениях при шифровании(за исключением коротких сообщений). Как и в предыдущем случае, хэш-функция должна быть устойчива к коллизиям второго рода.

Обеспечение целостности данных с использованием шифрации и MAC

По сравнению с предыдущим случаем в канал посылается сообщение следующего вида: E k (x ||h k1 (x )). Такая схема обеспечения целостности имеет преимущество над предыдущей схемой с MDC: если шифр будет взломан, MAC все равно будет обеспечивать целостность данных. Недостатком является то, что используется два различных ключа, для криптоалгоритма и для MAC. При использовании подобной схемы, следует быть уверенным, что какие-либо зависимости между алгоритмом MAC и алгоритмом шифрации не приведут к уязвимости системы. Рекомендуется, чтобы эти два алгоритма были независимыми (например, такой недостаток системы может проявляться, когда в качестве алгоритма MAC используется

Основные составляющие информационной безопасности

Информационная безопасность – многогранная, можно даже сказать, многомерная область деятельности, в которой успех может принести только системный, комплексный подход.

Спектр интересов субъектов, связанных с использованием информационных систем, можно разделить на следующие категории: обеспечение доступности, целостности и конфиденциальности информационных ресурсов и поддерживающей инфраструктуры.

Иногда в число основных составляющих ИБ включают защиту от несанкционированного копирования информации, но, на наш взгляд, это слишком специфический аспект с сомнительными шансами на успех, поэтому мы не станем его выделять.

Доступность – это возможность за приемлемое время получить требуемую информационную услугу. Под целостностью подразумевается актуальность и непротиворечивость информации, ее защищенность от разрушения и несанкционированного изменения.

Наконец, конфиденциальность – это защита от несанкционированного доступа к информации.

Информационные системы создаются (приобретаются) для получения определенных информационных услуг. Если по тем или иным причинам предоставить эти услуги пользователям становится невозможно, это, очевидно, наносит ущерб всем субъектам информационных отношений. Поэтому, не противопоставляя доступность остальным аспектам, мы выделяем ее как важнейший элемент информационной безопасности.

Особенно ярко ведущая роль доступности проявляется в разного рода системах управления – производством, транспортом и т.п. Внешне менее драматичные, но также весьма неприятные последствия – и материальные, и моральные – может иметь длительная недоступность информационных услуг, которыми пользуется большое количество людей (продажа железнодорожных и авиабилетов, банковские услуги и т.п.).

Целостность можно подразделить на статическую (понимаемую как неизменность информационных объектов) и динамическую (относящуюся к корректному выполнению сложных действий (транзакций)). Средства контроля динамической целостности применяются, в частности, при анализе потока финансовых сообщений с целью выявления кражи, переупорядочения или дублирования отдельных сообщений.

Целостность оказывается важнейшим аспектом ИБ в тех случаях, когда информация служит "руководством к действию". Рецептура лекарств, предписанные медицинские процедуры, набор и характеристики комплектующих изделий, ход технологического процесса – все это примеры информации, нарушение целостности которой может оказаться в буквальном смысле смертельным. Неприятно и искажение официальной информации, будь то текст закона или страница Web-сервера какой-либо правительственной организации. Конфиденциальность – самый проработанный у нас в стране аспект информационной безопасности. К сожалению, практическая реализация мер по обеспечению конфиденциальности современных информационных систем наталкивается в России на серьезные трудности. Во-первых, сведения о технических каналах утечки информации являются закрытыми, так что большинство пользователей лишено возможности составить представление о потенциальных рисках. Во-вторых, на пути пользовательской криптографии как основного средства обеспечения конфиденциальности стоят многочисленные законодательные препоны и технические проблемы.

Если вернуться к анализу интересов различных категорий субъектов информационных отношений, то почти для всех, кто реально использует ИС, на первом месте стоит доступность. Практически не уступает ей по важности целостность – какой смысл в информационной услуге, если она содержит искаженные сведения?

Наконец, конфиденциальные моменты есть также у многих организаций (даже в упоминавшихся выше учебных институтах стараются не разглашать сведения о зарплате сотрудников) и отдельных пользователей (например, пароли).

Триада \"конфиденциальность, целостность, доступность\": откуда она?

Все специалисты по безопасности знают классическую триаду "конфиденциальность, целостность и доступность" (КЦД) или "confidentiality, integrity, availability" (CIA). Ее применяют к месту и не очень, но мало кто знает, откуда она вообще появилась? Этому в ВУЗах не учат, а стоило бы. Тогда стало бы понятно, что эта концепция уже немного устарела и не является догмой.

Напомню, что впервые этот принцип был изложен в статье "Защита информации в компьютерных системах", написанной Зальцером и Шредером в 1974-м году и опубликованной в "Communications of the ACM". В этой статье безопасность определялась как "техники, которые контролируют, кто может использовать или модифицировать компьютер или содержащуюся в нем информацию ". При этом авторы ссылались на других авторов, которые считали, что все нарушения безопасности могут быть разбиты всего на 3 группы - неавторизованное использование (unauthorized information release), неавторизованное изменение и неавторизованное блокирование использования (unauthorized denial of use). С тех пор и началось победное шествие этой триады по миру. У нас она как-то подзадержалась и зависла во многих нормативных документах.

Однако, чтобы понимать всю ограниченность этой концепции в современном мире надо вспомнить окружение, в котором эта триада появилась. Мейнфреймы, язык COBOL, операционная система MVS, Multics, UNIX и т.д. Что поменялось с тех пор? Все. Появился Интернет, черви навроде Stuxnet, Java и C++, облачные вычисления и много чего... Все это уже очень трудно уложить в традиционную триаду. Стали появляться расширения триады. Например, ФСБ в своей методичке по персональным данным, указав триаду как основные характеристики безопасности, добавила еще: "в дополнение к перечисленным выше основным характеристикам безопасности могут рассматриваться также и другие характеристики безопасности. В частности, к таким характеристикам относятся неотказуемость, учетность (иногда в качестве синонима используется термин «подконтрольность»), аутентичность (иногда в качестве синонима используется термин «достоверность») и адекватность ".А в 91-м Джон МакКамбер предложил свою модель на базе триады, названную им моделью информационной безопасности МакКамбера (я о ней писал 3 года назад).

ОЭСР в 1992-м году предложила свои 9 принципов безопасности - Awareness, Responsibility, Response, Ethics, Democracy, Risk Assessment, Security Design and Implementation, Security Management и Reassessment. ОСЭР всегда смотрела на безопасность с философски-культурологической позиции;-)

В 2002-м году Дон Паркер предложил свой "Паркеровский гексагон", котрый к триаде добавлял еще 3 характеристики - владение или контроль (possession или control), аутентичность (достоверность) и полезность (utility).

По поводу владения/контроля Паркер приводил такой пример. Представьте, что вор украл у вас запечатанный конверт с банковскими картами и PIN-кодами к ним. Даже если вор не открыл этот конверт и не нарушил тем самым его конфиденциальность, это все равно должно вызывать беспокойство владельца конверта, который потерял над ним контроль. Аналогичная ситуация с тестами на проникновение, например, в системы АСУ ТП. Во время таких тестов не страдает ни один из элементов классической триады, но успешное проникновение показывает потерю контроля.

На тему полезности Паркер тоже приводил жизненную ситуацию. Допустим вы зашифровали свой жесткий диск и забыли пароль (ключ). Для данных на диске сохраняется конфиденциальность, целостность, доступность, достоверность и контроль, но... вы не можете ими воспользоваться. Это и есть нарушение полезности.

NIST в 2004-м году пошел еще дальше и предложил свою модель из 33 (!) элементов или, как написано в SP800-27 "Engineering Principles for Information Technology Security (A Baseline for Achieving Security)", принципов. Но и это тоже не конец. Многие организации пытались придумать что-то свое, подменяя понятие "информационной безопасности" другими - "управление рисками", "security governance" и т.д. И у каждого из них был свой набор характеристик или принципов, реализация которых позволяла надеяться на создание действительно защищенной системы или процесса.

Информационная безопасность для самых маленьких. Часть 1

• Чулан *

Вступление.
Многие слышали про взломы различных платежных систем, про новые стандарты в области информационной безопасности, про то, что государство разрабатывает новые нормативы в области персональных данных. Некоторые даже слышали три таинственных слова «конфиденциальность, целостность и доступность», но не многие понимают, что все это означает и зачем все это нужно. Сюда относятся и многие ИТ - специалисты не говоря уже про людей далеких от ИТ.
Хотя в мире, где все основано на информационных технологиях, должны понимать что такое «информационная безопасность». Информационная безопасность – это не только антивирус и файрвол, информационная безопасность это целый комплекс мер.

На Хабре начинается серия публикаций по информационной безопасности, в этих публикациях будут рассмотрены многие важные аспекты ИБ, такие как:
конфиденциальность, целостность и доступность;
уязвимости в программных продуктах (также обсудим черный рынок 0-day уязвимостей и эксплоитов);
технические меры защиты;
организационные меры (политики, процедуры, инструкции);
модели доступа;
стандарты и законы в области ИБ.
А также обсудим другие очень интересные вещи. Как и любой другой предмет начнем с самых основ, то есть теории.
Недавно в Твитере развернулись нешуточные страсти по «бумажной» и «практической» безопасности. Здесь будут рассмотрены как «бумажная» так и «практическая» безопасность, хотя, по моему мнению, эти две составляющие нельзя делить. Если речь идет о серьезном подходе «практика» не может существовать без «бумаги», так как для начальства, аудиторов в первую очередь важны бумажные отчеты Вашей работы. Не говоря уже про такие стандарты ISO и PCI DSS, которые требуют утвержденные руководством «бумажной безопасности».
Конфиденциальность, целостность и доступность.

Именно эти три слова служат прочным фундаментом информационной безопасности. Хотя многие считают что эта «триада» уже устарела, но об этом позже. Чтобы лучше понять значение этих слов необходимо представить следующую картину: три человека обхватили друг друга руками, и каждый сильно откинулся назад, если один из них отпустит руку другого то все упадут. Информационная безопасность достигается соотношением именно этих трех свойств, если у информации нету, хотя бы одной из этих свойств о безопасности говорить не приходиться.
Каждая из этих свойств «триады» обеспечивается рядом мер, причем для обеспечения одного свойства необходимо использовать не одно, а несколько мер. Любая информация обладает, так или иначе, всеми тремя свойствами, давайте разберем каждое значение их этой триады.

Конфиденциальность – свойство информации, гарантирующее, что доступ к информации имеет доступ только определенные лица.
Например. В фирме «Рога и копыта» есть информация, а именно отчет о продажах. Доступ имеют только сотрудники отдела продаж и бухгалтерии. Причем сотрудники отдела продаж имеют ко всей информации (более подробно будет описано ниже), а бухгалтерия только к окончательным расчетам (чтобы рассчитать налоги с продаж.).
Таким образом, конфиденциальность означает не только доступ к информации, но и разграничение доступа к информации, то Петров имеет доступ к одной части информации, Сидоров ко второй, а Иванов ко всей информации.

Целостность – свойство информации, гарантирующее, что только определенные лица могут менять информацию.
Например. Продолжим пример с фирмой «Рога и Копыта» и с их отчетом по продажам. Как было ранее сказано Отдел продаж имеет доступ ко всей информации, а бухгалтерия только к определенной части. Но для безопасности это еще мало. Необходимо еще и разграничить доступ среди Отдела продаж. В отделе есть два специалиста Сидоров и Петров, у каждого свой отчет. Необходимо чтобы каждый мог иметь право записи только в свой отчет. Вдруг Петров занизит продажи Сидорова.
Еще хороший пример.
Фирма «Рога и Копыта» создала и отправила платеж по ДБО в свой банка, однако хакер Вася перехватил платеж и в поле получателя вставил номер своего счета. Это прямое нарушение целостности. Чтобы такого не произошло необходимо предпринимать ряд мер, к примеру, ЭЦП.

Доступность – свойство информации, гарантирующее, что лица имеющие доступ к информации в нужный момент смогут получить доступ.
Например. Генеральный директор фирмы «Рога и Копыта» в понедельник утром пришел на работу, включил компьютер и с удивлением обнаружил, что не может открыть базу отдела продаж по продажам. Так что же произошло? Элементарно, Ватсон! В воскресенье ночью в потолке прорвало трубу, вода попала в компьютер, где хранилась база, и жесткий диск благополучно сгорел. Так как директор никогда не слышал про информационную безопасность, а локальная сеть была создана студентом, не было ни резервной копии, ни избыточности в виде RAID. Это самый простой пример, можно привести кучу примеров, сайт компании не был доступен и клиент не смог открыть сайт одной компании, но открыл сайт другой и естественно купил продукт второй компании.

Это было первым выпуском серии «Информационная безопасность для маленьких».
Продолжение следует.

Теги: информационная безопасность

Информационная безопасность – многогранная, можно даже сказать, многомерная область деятельности, в которой успех может принести только систематический, комплексный подход.

Спектр интересов субъектов, связанных с использованием информационных систем, можно разделить на следующие категории: обеспечение доступности , целостности и конфиденциальности информационных ресурсов и поддерживающей инфраструктуры.

Иногда в число основных составляющих ИБ включают защиту от несанкционированного копирования информации, но, на наш взгляд, это слишком специфический аспект с сомнительными шансами на успех, поэтому мы не станем его выделять.

Поясним понятия доступности, целостности и конфиденциальности.

Доступность – это возможность за приемлемое время получить требуемую информационную услугу. Под целостностью подразумевается актуальность и непротиворечивость информации, ее защищенность от разрушения и несанкционированного изменения.

Наконец, конфиденциальность – это защита от несанкционированного доступа к информации.

Информационные системы создаются (приобретаются) для получения определенных информационных услуг. Если по тем или иным причинам предоставить эти услуги пользователям становится невозможно, это, очевидно, наносит ущерб всем субъектам информационных отношений. Поэтому, не противопоставляя доступность остальным аспектам, она выделяется как важнейший элемент информационной безопасности.

Особенно ярко ведущая роль доступности проявляется в разного рода системах управления – производством, транспортом и т.п. Внешне менее драматичные, но также весьма неприятные последствия – и материальные, и моральные – может иметь длительная недоступность информационных услуг, которыми пользуется большое количество людей (продажа железнодорожных и авиабилетов, банковские услуги и т.п.).

Целостность можно подразделить на статическую (понимаемую как неизменность информационных объектов) и динамическую (относящуюся к корректному выполнению сложных действий (транзакций)). Средства контроля динамической целостности применяются, в частности, при анализе потока финансовых сообщений с целью выявления кражи, переупорядочения или дублирования отдельных сообщений.

Целостность оказывается важнейшим аспектом ИБ в тех случаях, когда информация служит "руководством к действию". Рецептура лекарств, предписанные медицинские процедуры, набор и характеристики комплектующих изделий, ход технологического процесса – все это примеры информации, нарушение целостности которой может оказаться в буквальном смысле смертельным. Неприятно и искажение официальной информации, будь то текст закона или страница Web-сервера какой-либо правительственной организации. Конфиденциальность – самый проработанный у нас в стране аспект информационной безопасности. К сожалению, практическая реализация мер по обеспечению конфиденциальности современных информационных систем наталкивается в России на серьезные трудности. Во-первых, сведения о технических каналах утечки информации являются закрытыми, так что большинство пользователей лишено возможности составить представление о потенциальных рисках. Во-вторых, на пути пользовательской криптографии как основного средства обеспечения конфиденциальности стоят многочисленные законодательные препоны и технические проблемы.

Если вернуться к анализу интересов различных категорий субъектов информационных отношений, то почти для всех, кто реально использует ИС, на первом месте стоит доступность. Практически не уступает ей по важности целостность – какой смысл в информационной услуге, если она содержит искаженные сведения?

Наконец, конфиденциальные моменты есть также у многих организаций (даже в упоминавшихся выше учебных институтах стараются не разглашать сведения о зарплате сотрудников) и отдельных пользователей (например, пароли).

4. Необходимость и важность политики

Политика устанавливает правила, которые определяют конфигурацию систем, действия служащих организации в обычных условиях и в случае непредвиденных обстоятельств. Таким образом, политика выполняет две основные функции:

· определяет безопасность внутри организации;

· определяет место каждого служащего в системе безопасности.