ОБЗОРЫ
Сравнительный анализ систем защиты на базе смарт-карт, радиочастотных идентификаторов, USB-ключей, iButton
На мировом рынке информационной безопасности стабильное положение сохраняют средства AAA, или 3A (authentication, authorization, administration - аутентификация, авторизация, администрирование), предназначенные для обеспечения защиты от несанкционированного доступа (НСД) к информационным ресурсам. Эта тенденция находит отражение в аналитических обзорах и прогнозах ведущих консалтинговых компаний. Так, например, согласно данным Infonetics Research (www.infonetics.com), сектор средств 3A к 2005 г. достигнет уровня 9,5 млрд. долл., что будет составлять 67% от всего рынка информационной безопасности.
Важное место в области 3A занимают аппаратно-программные системы идентификации и аутентификации (СИА), или устройства ввода идентификационных признаков (термин соответствует ГОСТ Р 51241-98), предназначенные для обеспечения защиты от НСД к компьютерам. При использовании СИА доступ пользователя к компьютеру осуществляется только после успешного выполнения процедуры идентификации и аутентификации. Идентификация заключается в распознавании пользователя по присущему или присвоенному ему идентификационному признаку. Проверка принадлежности пользователю предъявленного им идентификационного признака осуществляется в процессе аутентификации.
В состав СИА входят аппаратные идентификаторы, устройства ввода-вывода (считыватели, контактные устройства, адаптеры, разъемы системной платы и др.) и соответствующее ПО. Идентификаторы предназначены для хранения уникальных идентификационных признаков. Кроме этого они могут хранить и обрабатывать конфиденциальные данные. Устройства ввода-вывода и ПО осуществляют обмен данными между идентификатором и защищаемым компьютером.
В нашем обзоре "Аппаратно-программные средства контроля доступа" (см. PC Week/RE, N 9/2003, с. 25) проводилась классификация СИА, рассматривались принципы их функционирования и рассказывалось об изделиях ведущих компаний-разработчиков.
В настоящей статье основное внимание уделяется классу электронных СИА. Этот выбор основывается на том факте, что сегодня на российском рынке компьютерной безопасности данные системы обладают наибольшей привлекательностью в силу их высокой эффективности и приемлемой цены.
Классификация электронных систем идентификации и аутентификации
В электронных СИА идентификационные признаки представляются в виде цифрового кода, хранящегося в памяти идентификатора. По способу обмена данными между идентификатором и устройством ввода-вывода электронные СИА подразделяются (см. рис. 1) на контактные и бесконтактные. Контактное считывание подразумевает непосредственное соприкосновение идентификатора с устройством ввода-вывода. Бесконтактный (дистанционный) способ обмена не требует четкого позиционирования идентификатора и устройства ввода-вывода. Чтение или запись данных происходит при поднесении идентификатора на определенное расстояние к устройству ввода-вывода.
Рис. 1. Классификация электронных СИА
Современные электронные СИА разрабатываются на базе следующих идентификаторов (см. рис. 2):
- смарт-карт (smart card - интеллектуальная карта);
- радиочастотных, или RFID-идентификаторов (radio-frequency identification - радиочастотная идентификация);
- идентификаторов iButton (information button - информационная "таблетка");
- USB-ключей, или USB-токенов (token - опознавательный признак, маркер).
Рис. 2. Идентификаторы
В табл. 1 перечислены ведущие мировые поставщики электронных СИА. Безусловно, этот список далеко не полон.
Таблица 1. Ведущие компании - разработчики электронных СИА
СИА на базе смарт-карт и радиочастотных идентификаторов можно отнести по времени их создания к старшему, iButton - к среднему, а USB-ключей - к младшему поколению.
Первый шаг в создании карт-идентификаторов был сделан в Германии в 1968 г., когда Юргену Деслофу и Гельмуту Гротруппу удалось поместить интегральную схему в кусочек пластика. В 1974 г. француз Ролан Морено запатентовал идею интеграции микросхемы в пластиковую карту. Но только в конце 80-х годов достижения в области микроэлектроники сделали возможным воплощение этой идеи в жизнь.
История развития СИА на базе изделий iButton (www.ibutton.com) началась в 1991 г. с создания корпорацией Dallas Semiconductor первых идентификаторов Touch Memory (таково их начальное название). В настоящее время Dallas Semiconductor представляет собой дочернее предприятие компании Maxim Integrated Products (www.maxim-ic.com). Результатом их совместной деятельности является выпуск более 20 моделей идентификаторов iButton. Для защиты компьютеров от НСД в основном используются идентификаторы DS 1963S, DS 1991, DS 1992L - DS 1996L, которые различаются внутренней структурой, функциональными возможностями и ценой.
Системы идентификации и аутентификации на базе USB-ключей появились в конце 90-х годов. Являясь преемником смарт-карт-технологий и технологий электронных ключей, используемых для защиты программного обеспечения, USB-ключи довольно быстро завоевали популярность. Согласно отчету IDC (Identity Management in a Virtual World, C. J. Kolodgy, июнь 2003), в 2004 г. по сравнению с 2003-м ожидается увеличение продаж USB-токенов на 161%.
В России помимо продукции зарубежных фирм широко представлены отечественные изделия. Наши разработчики традиционно сильны в области радиочастотной идентификации. Лидирующие позиции в создании RFID-систем на российском рынке компьютерной безопасности занимают ОАО "Ангстрем" (www.angstrem.ru) и компания Parsec (www.parsec-tm.ru).
В 1998 г. объединенными усилиями предприятий "Ангстрем", "Программные системы и технологии" и НТЦ "Атлас" (www.stcnet.ru) при непосредственном участии ФАПСИ была выпущена первая российская интеллектуальная карта РИК, в которой был реализован отечественный криптографический алгоритм в соответствии с ГОСТ 28147-89. Эта микропроцессорная карточка разработана с соблюдением международных стандартов ISO 7816 и совместима с рекомендациями EMV.
Стремление реализовать на аппаратном уровне в USB-ключах алгоритм ГОСТ 28147-89 привело к появлению на российском рынке изделий ruToken (www.rutoken.ru) и eToken RIC (www.aladdin.ru). Система идентификации и аутентификации на базе ruToken является совместной разработкой компаний "Актив" и АНКАД (www.ancud.ru), а СИА на базе eToken RIC - компании Aladdin Software Security R.D.
Сегодня имеется довольно много предложений по защите компьютеров от НСД с помощью электронных СИА. Остается только правильно выбрать.
Ключевые параметры систем идентификации и аутентификации
Выбор СИА целесообразно проводить путем сравнения наиболее важных характеристик изделий. В качестве таких характеристик предлагаются следующие (см. рис. 3):
- структура идентификатора;
- структура и состав устройства ввода-вывода;
- надежность изделия;
- интеграция с электронными замками (ЭЗ) и системами защиты информации (СЗИ);
- стоимость изделия.
Рис. 3. Факторы, влияющие на выбор СИА
Этот перечень не является исчерпывающим. Но, на наш взгляд, анализа предложенных характеристик достаточно для того, чтобы сделать выбор в пользу той или иной СИА.
С точки зрения стоимости на российском рынке наиболее предпочтительны СИА на базе USB-ключей и iButton, в составе которых отсутствуют дорогостоящие считыватели.
Ориентировочные цены СИА приведены в табл. 2 и зависят от типа изделий, размера покупаемой партии, фирмы-продавца и других факторов. Но даже и эти величины позволяют провести сравнительный анализ стоимости аппаратных компонентов СИА.
Таблица 2. Ориентировочные цены СИА
Идентификаторы
Контактные идентификаторы подразделяются на идентификаторы iButton, смарт-карты и USB-ключи.
Идентификатор iButton представляет собой встроенную в герметичный стальной корпус микросхему (чип), питание которой обеспечивает миниатюрная литиевая батарейка. Основу чипа (рис. 4) составляют мультиплексор и память. Помимо этого некоторые типы идентификаторов содержат дополнительные компоненты. Так, например, в идентификаторе DS1963S имеется микроконтроллер, предназначенный для вычисления в соответствии со стандартом SHA-1 160-разрядного кода аутентификации сообщений и генерации ключей доступа для страниц памяти, а в корпус идентификатора DS1994L встроены часы реального времени.
Рис. 4. Структура iButton
Память идентификаторов iButton состоит из следующих компонентов:
- постоянная память ROM;
- энергонезависимая (nonvolatile - NV) оперативная память NV RAM;
- сверхоперативная (scratchpad memory - SM), или блокнотная память.
В табл. 3 представлены основные характеристики памяти идентификаторов iButton, используемых для защиты компьютеров от НСД.
Таблица 3. Идентификаторы iButton
В ROM хранится 64-разрядный код, состоящий из 48-разрядного уникального серийного номера (идентификационного признака), восьмиразрядного кода типа идентификатора и восьмиразрядной контрольной суммы. Память NV RAM может быть использована для хранения как общедоступной, так и конфиденциальной информации (криптографических ключей, паролей доступа и других данных). Память SM является буферной и выполняет функции блокнотной памяти.
Контактные смарт-карты принято делить на процессорные карты и карты с памятью. Обычно они выпускаются в виде пластиковых карточек.
На рынке безопасности сначала появились карты с открытой памятью, затем - с защищенной и наконец - процессорные смарт-карты. Физический, электрический, механический и программный интерфейсы смарт-карт определяются базовым стандартом ISO 7816 (части 1-10).
Основу внутренней структуры современной процессорной смарт-карты составляет чип, в состав которого входят процессор (или несколько процессоров), оперативная память RAM, постоянная память ROM и энергонезависимая программируемая постоянная память PROM (рис. 5).
Рис. 5. Структура контактной процессорной смарт-карты
Оперативная память используется для временного хранения данных, например результатов вычислений, произведенных процессором. Емкость памяти составляет несколько килобайт.
В постоянной памяти ROM (обычно масочная) хранятся команды, исполняемые процессором, и другие неизменяемые данные. Информация в ROM записывается в процессе производства карты. Емкость памяти может составлять десятки килобайт.
Память PROM в смарт-картах используется двух типов: однократно программируемая EPROM и более распространенная многократно программируемая EEPROM. В ней хранятся пользовательские данные, которые могут считываться, записываться и модифицироваться, и конфиденциальные данные (например, криптографические ключи), недоступные для прикладных программ. Емкость памяти составляет десятки и сотни килобайт.
Центральный процессор смарт-карты (обычно это RISC-процессор) обеспечивает реализацию разнообразных процедур обработки данных, контроль доступа к памяти и управление ходом выполнения вычислительного процесса.
На специализированный процессор возлагается реализация различных процедур, необходимых для повышения защищенности СИА, в том числе:
- генерация криптографических ключей;
- реализация криптографических алгоритмов (ГОСТ 28147-89, DES, 3DES, RSA, SHA-1);
- выполнение операций с электронной цифровой подписью (генерация и проверка);
- выполнение операций с PIN-кодом.
USB-ключи предназначаются для работы с USB-портом компьютера. Конструктивно они изготавливаются в виде брелоков, к которым вполне можно прикрепить связку ключей. Брелоки выпускаются в цветных корпусах и имеют световые индикаторы работы. Каждый идентификатор имеет прошиваемый при изготовлении уникальный 32/64-разрядный серийный номер.
Как было отмечено выше, USB-ключи являются преемниками контактных смарт-карт. Поэтому структуры USB-ключей и смарт-карт практически идентичны. Объемы аналогичных запоминающих устройств также соответствуют друг другу. В состав USB-ключей могут входить:
- процессор - управление и обработка данных;
- криптографический процессор - реализация алгоритмов ГОСТ 28147-89, DES, 3DES, RSA, DSA, MD5, SHA-1 и других криптографических преобразований;
- USB-контроллер - обеспечение интерфейса с USB-портом компьютера;
- оперативная память RAM - хранение изменяемых данных;
- защищенная память EEPROM - хранение ключей шифрования, паролей, сертификатов и других важных данных;
- постоянная память ROM - хранение команд, констант.
Бесконтактные идентификаторы разделяются на идентификаторы Proximity (от англ. proximity - близость, соседство) и смарт-карты. Конструктивно они изготавливаются в виде пластиковых карточек, брелоков, жетонов, дисков, меток и т. п. Основными компонентами идентификаторов являются чип и антенна. Каждый идентификатор имеет уникальный 32/64-разрядный серийный номер. В табл. 4 представлены основные характеристики бесконтактных идентификаторов.
Таблица 4. Бесконтактные идентификаторы
Идентификаторы Proximity функционируют на частоте 125 кГц. В состав чипа входит микросхема памяти (или микросхема с "жесткой" логикой) со вспомогательными блоками: модулем программирования, модулятором, блоком управления и другими модулями. Емкость памяти составляет от 8 до 256 байт. В Proximity в основном используется однократно программируемая EPROM, но встречается и перезаписываемая EEPROM. В памяти содержатся уникальный номер идентификатора, код устройства и служебная информация (биты четности, биты начала и конца передачи кода и т. д.).
Обычно идентификаторы Proximity являются пассивными и не содержат химического источника питания - литиевой батареи. В этом случае питание микросхемы происходит посредством электромагнитного поля, излучаемого считывателем. Чтение данных осуществляется считывателем со скоростью 4 кбит/с на расстоянии до 1 м.
Системы идентификации и аутентификации на базе Proximity криптографически не защищены (за исключением заказных систем).
Бесконтактные смарт-карты функционируют на частоте 13,56 МГц и разделяются на два класса, которые базируются на международных стандартах ISO/IEC 14443 и ISO/IEC 15693.
Стандарт ISO/IEC 14443 разрабатывался с 1994-го по 2001 гг. Он включает в себя версии А и В, различающиеся способами модуляции передаваемого радиосигнала, и поддерживает обмен (чтение/запись) данными со скоростью 106 кбит/с (возможно увеличение до 212, 424 и 848 кбит/с), дистанция чтения - до 10 см.
Для реализации функций шифрования и аутентификации в идентификаторах стандарта ISO/IEC 14443 могут применяться чипы трех видов: микросхема с "жесткой" логикой MIFARE, процессор, криптографический процессор. Технология MIFARE является разработкой компании Philips Electronics и представляет собой расширение ISO/IEC 14443 (версия А).
Стандарт ISO/IEC 15693 разработан с целью увеличения дистанции применения бесконтактного идентификатора до 1 м. На этом расстоянии обмен данными происходит со скоростью 26,6 кбит/с.
Устройство ввода-вывода
Выбор СИА может зависеть от структуры и состава устройства ввода-вывода, обеспечивающего обмен данными между идентификатором и защищаемым компьютером.
Наиболее просто обмен данными осуществляется в СИА на базе USB-ключей. В этих системах аппаратное устройство ввода-вывода отсутствует: идентификатор подсоединяется к USB-порту рабочей станции, портативного компьютера, клавиатуры или монитора напрямую либо с помощью кабеля-удлинителя.
В СИА на базе iButton обмен информацией с компьютером идет в соответствии с протоколом однопроводного интерфейса 1-Wire через последовательный, параллельный и USB-порты, а также дополнительную плату расширения. Данные записываются в идентификатор и считываются из него путем прикосновения корпуса iButton к контактному устройству, встроенному в адаптер соответствующего порта, либо к контактному устройству с удлинительным кабелем, присоединенным к адаптеру. Гарантированное количество контактов iButton составляет несколько миллионов соединений.
Интерфейс 1-Wire обеспечивает обмен данными в полудуплексном режиме со скоростями 16 и 142 кбит/с (вариант ускоренного обмена). Взаимодействие устройств по однопроводному интерфейсу организовано по принципу "ведущий-ведомый". При этом контактное устройство всегда ведущее, а один или несколько идентификаторов iButton - ведомые.
В состав СИА на базе смарт-карт (контактных и бесконтактных) и RFID-идентификаторов входят дорогостоящие считывающие устройства (считыватели, ридеры), которые подключаются к параллельному, последовательному, USB-портам, дополнительной плате расширения компьютера, к PC Card портативного компьютера. По отношению к корпусу компьютера считыватели могут быть внешними и внутренними. Питаются считыватели от различных источников - блока питания компьютера, внешнего источника питания или стандартных батареек.
Надёжность
При обсуждении надежности СИА обычно рассматривают самое важное и в то же время самое слабое звено системы - идентификатор. В свою очередь, надежность идентификаторов связывают со степенью их защищенности от механических воздействий, влияния температуры, внешних электромагнитных полей, агрессивных сред, пыли, влаги, а также от атак, направленных на вскрытие чипов, хранящих секретные данные.
Разработчики идентификаторов iButton обеспечивают сохранность характеристик своих изделий при механическом ударе 500g, падении с высоты 1,5 м на бетонный пол, рабочем диапазоне температур от -40 до 70°С, воздействии электромагнитных полей и атмосферы. Этому способствует герметичный стальной корпус идентификатора, сохраняющий прочность при миллионе контактов с устройством ввода-вывода. Память некоторых идентификаторов (DS1991, DS1963S) защищена от доступа. Срок эксплуатации идентификатора iButton составляет 10 лет.
К недостаткам СИА на базе iButton следует отнести отсутствие встроенных в идентификаторы криптографических средств, реализующих шифрование данных при их хранении и передаче в компьютер. Поэтому iButton обычно используется совместно с другими системами, на которые возлагаются функции шифрования.
Конечно, по степени механической надежности радиочастотные идентификаторы, смарт-карты и USB-ключи уступают iButton. Пластику соревноваться со сталью трудно. Выход из строя карты вследствие механических повреждений является не таким уж редким событием. Проводившиеся в ходе реализации французского проекта GIE Carte Bancaire десятилетние исследования над 22 миллионами карт показали, что вероятность их отказа по ряду причин (куда также входят механические повреждения) составляет 0,022.
"Узким" местом USB-ключей является и ресурс их USB-разъемов. Разработчики данных идентификаторов даже включают этот показатель в технические спецификации изделий. Например, для идентификаторов семейства eToken (www.ealaddin.com) гарантированное число подключений составляет не менее 5000 раз.
Достоинство радиочастотных идентификаторов, смарт-карт и USB-ключей состоит в том, что в их состав входят защищенная энергонезависимая память и криптографический процессор, позволяющие повысить уровень защиты устройств. Однако и атакующая сторона не дремлет, придумывая разнообразные способы вскрытия секретной информации.
Опубликовано множество работ, в которых описываются разнообразные атаки на чипы идентификаторов. Эти исследования носят как теоретический, так и практический характер. К теоретическим методам вскрытия относят, в частности, атаки Bellcore, дифференциальный анализ искажений DFA (Differential Fault Analysis) и питания DPA (Differential Power Analysis). К практическим методам можно отнести глитчинг (glitching) и физические атаки, направленные на распаковку чипа и извлечение необходимой информации.
Разработчики криптографических процессоров стремятся по мере возможности адекватно реагировать на атаки с помощью разнообразных механизмов внешней и внутренней защиты. К механизмам внешней защиты относят установку датчиков (емкостный либо оптический сенсор), покрытие чипа металлическим слоем, специальными клеями и т. д., к внутренним - шифрование шины, случайное тактирование, проведение повторных вычислений, генерирование шума.
Интеграция с электронными замками и системами защиты информации
Важным критерием выбора СИА является ее применение в других средствах 3A - электронных замках (см. PC Week/ RE, N 9/2003, с. 25) и системах защиты от НСД к информационным ресурсам компьютера. На российском рынке компьютерной безопасности присутствуют следующие сертифицированные изделия, использующие электронные СИА: - электронные замки:
- программно-аппаратный комплекс "Соболь-PCI" - разработка НИП "Информзащита" (www.infosec.ru);
- аппаратный модуль доверенной загрузки "Аккорд-АМДЗ" - разработка ОКБ САПР (www.okbsapr.ru);
- аппаратно-программный модуль доверенной загрузки "КРИПТОН-Замок/ PCI" - разработка фирмы АНКАД; - системы защиты от НСД к информационным ресурсам компьютера:
- СЗИ семейства Secret Net - разработка НИП "Информзащита";
- СЗИ "Страж NT" (версия 2.0) - разработка НИИ проблем управления, информатизации и моделирования Академии военных наук;
- СЗИ семейства "Аккорд" - разработка ОКБ САПР;
- СЗИ семейства Dallas Lock - разработка компании "Конфидент" (www.confident.ru).
В табл. 5 представлены сведения о внедрении электронных СИА разного типа в вышеуказанные изделия.
Таблица 5. Интеграция СИА с ЭЗ и СЗИ
Из таблицы видно, что наибольшей популярностью у разработчиков пользуется СИА на базе iButton.
Заключение
Защита компьютеров от НСД со стороны злоумышленников является составной частью комплексного подхода к организации корпоративной информационной безопасности. В России имеется немало предложений в этой области, среди которых важное место занимают рассмотренные в статье электронные системы идентификации и аутентификации. Решение о необходимости и выборе той или иной системы (на базе iButton, смарт-карт, радиочастотных идентификаторов или USB-ключей) остается за руководителем компании. Автор надеется, что в этом вопросе данная публикация окажет посильную помощь.
С Владимиром Шрамко, кандидатом технических наук, можно связаться по адресу: vnshramko@infosec.ru.
