Аппаратные и программные средства защиты памяти

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

• Главная
• Рубрикация
• Указатель А — Я
• Порталы
• Произвольно
• Журнал
• Редакторам
• 
  • Ссылки сюда
  • Связанные правки
  • Загрузить файл
  • Спецстраницы
  • Версия для печати
  • Постоянная ссылка
  • Сведения о странице
  • Цитировать страницу
• 
  • Читать
  • Просмотр
  • История

Защита памяти (Операционные Системы)

Защита памяти (англ. Memory protection ) — это способ управления правами доступа к отдельным регионам памяти. Используется большинством многозадачных операционных систем. Основной целью защиты памяти является запрет доступа процессу к той памяти, которая не выделена для этого процесса. Такие запреты повышают надежность работы как программ так и операционных систем, так как ошибка в одной программе не может повлиять непосредственно на память других приложений. Следует различать общий принцип защиты памяти и технологии ASLR или NX-бит. [1]

Содержание

• 1 Защита по уровню привилегей
• 2 Метод защиты ключей
• 3 Метод граничных регисторов
• 4 Защита памяти по маскам
• 5 Примечания

Защита по уровню привилегей

В защищенном режиме процессор имеет четырехуровневую систему привилегий, которая управляет использованием привилегированных инструкций и доступом к сегментам памяти. Уровень привилегии сегмента указывается в его дескрипторе. Нумерация уровней происходит от 0 до 3, высшие привилегии соответствуют нулевому уровню. Для наглядности их принято изображать в виде колец.

Уровни привилегий обеспечивают защиту целостности операционной системы от «недружелюбных» программ. А также защиту адресных пространств одновременно выполняемых задач. Сервисы операционной системы, обработчики прерываний и другое системное обеспечение могут включаться в виртуальное адресное пространство каждой задачи и защищаться системой привилегий. Как правило, назначение уровней следующее. Нулевой уровень – уровень операционной системы (ядро операционной системы). Уровни 1 и 2 – программы системного назначения. Уровень 3 – прочие прикладные программы (уровень прикладных программ). Дескрипторы (сегменты) и селекторы имеют свои атрибуты привилегий. Привилегии задач оказывают влияние на выполнение инструкций и использование дескрипторов. Текущий уровень привилегии задачи CPL (Current Privilege Level) определяется двумя младшими битами регистра CS.

CPL задачи может изменяться только при передаче управления к новому сегменту через дескриптор шлюза. Задача начинает выполняться с уровня CPL, указанного селектором кодового сегмента внутри TSS, когда задача иницииру­ется посредством операции переключения задач. Задача, выполняемая на нуле­вом уровне привилегий, имеет доступ ко всем сегментам, описанным в GDT, и является самой привилегированной. Задача, выполняемая на уровне 3, имеет самые ограниченные права доступа. Текущий уровень привилегии задачи может изме­няться только при передаче управления через шлюзы. Привилегии сегмента задаются полем DPL байта управления доступом.

DPL определяет наибольший номер уровня привилегий (фактически, наименьшие привилегии), с которым возможен доступ к данному дескриптору. Самый защищенный (привилегированный) дескриптор имеет DPL=0, к нему имеют до­ступ только задачи с CPL=0. Самый общедоступный дескриптор имеет DPL=3, его могут использовать задачи с CPL=0, 1, 2, 3. Это правило применимо ко всем дескрипторам, за исключением дескриптора LDT. Привилегии селектора задаются полем RPL (Requested Privilege Level) — двумя младшими битами селектора. [2]

Метод защиты ключей

Защита памяти по ключам (уровням привилегий) используется в большинстве современных многопрограммных ЭВМ со страничной органи­зацией памяти и динамическим её распределением между параллельно вы­полняемыми программами. В её основе лежит применение специальных ко­дов (уровней) для проверки соответствия используемых массивов ячеек па­мяти номеру выполняемой программы.

Каждой рабочей программе ОС придает специальный ключ — ключ программы. Все выделенные для данной рабочей программы страницы от­мечаются одним и тем же ключом страницы или ключом защиты. В качест­ве ключа защиты обычно указывается двоичный код номера программы. В процессе обращения к ОП производится сравнение ключа выполняемой про граммы с ключами защиты соответствующих страниц памяти. Обращение разрешается только при совпадении сравниваемых кодов ключей. Защита па­мяти по ключам применяется не только при работе ОП с процессором, но и в ходе обмена информацией с ВЗУ через каналы ввода-вывода. Тогда вместо ключей программ используются ключи каналов. Разрядность кодов ключей определяется максимальным количеством параллельно выполняемых программ. [3]

Метод граничных регисторов

Идея метода состоит в том, что вводят два граничных регистра, указывающих верхнюю и нижнюю границы области памяти, куда программа имеет право доступа.

При каждом обращении к памяти проверяется, находится ли используемый адрес в установленных границах. При выходе за границы обращение к памяти подавляется и формируется запрос прерывания, передающий управление операционной системе. Содержание граничных регистров устанавливается операционной системой перед тем, как для очередной целевой программы начнется активный цикл. Если для динамического распределения памяти используется базовый регистр, то он одновременно определяет и нижнюю границу. Верхняя граница подсчитывается операционной системой в соответствии с длиной программы в ОП. Преимущество данного способа защиты памяти состоит в том, что он позволяет защищать области памяти произвольной длины. Кроме того, блок защиты достаточно прост, а его функционирование не приводит к значитель­ным временным затратам. Однако необходимость размещения программ в областях памяти с последовательными номерами ячеек и ограниченных дву­мя граничными адресами существенно снижает возможности программиро­вания и даже эффективность работы ЭВМ. Поэтому способ защиты памяти по граничным адресам в настоящее время применяется редко, при статиче­ском распределении памяти, когда для каждой из параллельно выполняемых рабочих программ заранее (до начала их выполнения) отводится определен­ная область памяти. Реализация способа защиты памяти предполагает разделение основной памяти на блоки, каждому из которых ставится в соответствие некоторый ключ защиты памяти. Каждой действующей программе ставится в соответствие ключ защиты, который имеет ту же длину, что и ключ защиты памяти. Если эти ключи совпадают или ключ защиты памяти равен нулю, та использование данного блока памяти разрешается. В противном случае использование памяти запрещено и вырабатывается сигнал прерывания программы. В ключе защиты памяти часто предусматривается бит защиты памяти при выборке. Если этот бит равен нулю, то защита действует только при записи в память. Если же бит защиты при выборке равен единице, защита действует при операции выборки так же, как и при записи.

Защита памяти по маскам

Защита памяти по маскам используется при страничной организации ОП. Для каждой программы перед её выполнением указываются номера страниц, отведенные для размещения её команд и всех необходимых данных. Указание о номерах отведенных страниц для данной программы задается управляющей программой операционной системы в виде кода маски или ко­да признаков страниц. Код маски формируется для каждой рабочей програм­мы. Под маской программы понимается n-разрядный двоичный код, разряд­ность которого определяется количеством страниц ОП. Каждый i-й разряд маски указывает о принадлежности i-й страницы ОП данной программе: если в i-м разряде задано значение 1, то при обращении к ОП разрешен доступ к любой ячейке i-ой страницы, если же i-й разряд маски содержит ноль, то вы­полняемой программе доступ к i-й странице запрещен.

Аппаратно-программные средства защиты информации

Несмотря на то, что современные ОС для персональных компьютеровимеют собственные подсистемы защиты, актуальность создания дополнительных средств защиты сохраняется. Дело в том, что большинство систем не способны защитить данные, находящиеся за их пределами, например при сетевом информационном обмене.

Аппаратно-программные средства защиты информации можно разбить на пять групп:

1. Системы идентификации и аутентификации пользователей

Применяются для ограничения доступа случайных и незаконных пользователей к ресурсам компьютерной системы. Общий алгоритм работы таких систем заключается в том, чтобы получить от пользователя информацию, удостоверяющую его личность, проверить ее подлинность и затем предоставить (или не предоставить) этому пользователю возможность работы с системой. При построении этих систем возникает проблема выбора информации, на основе которой осуществляются процедуры идентификации и аутентификации пользователя. Можно выделить следующие типы:

— секретная информация, которой обладает пользователь (пароль, секретный ключ, персональный идентификатор и т.п.); пользователь должен запомнить эту информацию или же для нее могут быть применены специальные средства хранения;

— физиологические параметры человека (отпечатки пальцев, рисунок радужной оболочки глаза и т.п.) или особенности поведения (особенности работы на клавиатуре и т.п.).

2. Системы шифрования дисковых данных

Чтобы сделать информацию бесполезной для противника, используется совокупность методов преобразования данных, называемая криптографией [от греч. kryptos — скрытый и grapho — пишу].

Системы шифрования могут осуществлять криптографические преобразования данных на уровне файлов или на уровне дисков. К программам первого типа можно отнести архиваторы типа ARJ и RAR, которые позволяют использовать криптографические методы для защиты архивных файлов. Примером систем второго типа может служить программа шифрования Diskreet, входящая в состав популярного программного пакета NortonUtilities, BestCrypt.

Другим классификационным признаком систем шифрования дисковых данных является способ их функционирования.

В системах прозрачного шифрования (шифрования «на лету») криптографические преобразования осуществляются в режиме реального времени, незаметно для пользователя. Например, пользователь записывает подготовленный в текстовом редакторе документ на защищаемый диск, а система защиты в процессе записи выполняет его шифрование.

Системы второго класса обычно представляют собой утилиты, которые необходимо специально вызывать для выполнения шифрования. К ним относятся, например, архиваторы со встроенными средствами парольной защиты.

Большинство систем, предлагающих установить пароль на документ, не шифрует информацию, а только обеспечивает запрос пароля при доступе к документу. К таким системам относится MS Office, 1C и многие другие.

3. Системы шифрования данных, передаваемых по сетям

Различают два основных способа шифрования: канальное шифрование и оконечное (абонентское) шифрование.

В случае канального шифрования защищается вся информация, передаваемая по каналу связи, включая служебную. Этот способ шифрования обладает следующим достоинством — встраивание процедур шифрования на канальный уровень позволяет использовать аппаратные средства, что способствует повышению производительности системы. Однако у данного подхода имеются и существенные недостатки:

шифрование служебных данных осложняет механизм маршрутизации сетевых пакетов и требует расшифрования данных в устройствах промежуточной коммуникации (шлюзах, ретрансляторах и т.п.);

шифрование служебной информации может привести к появлению статистических закономерностей в шифрованных данных, что влияет на надежность защиты и накладывает ограничения на использование криптографических алгоритмов.

Оконечное (абонентское) шифрование позволяет обеспечить конфиденциальность данных, передаваемых между двумя абонентами. В этом случае защищается только содержание сообщений, вся служебная информация остается открытой. Недостатком является возможность анализировать информацию о структуре обмена сообщениями, например об отправителе и получателе, о времени и условиях передачи данных, а также об объеме передаваемых данных.

4. Системы аутентификации электронных данных

При обмене данными по сетям возникает проблема аутентификации автора документа и самого документа, т.е. установление подлинности автора и проверка отсутствия изменений в полученном документе. Для аутентификации данных применяют код аутентификации сообщения (имитовставку) или электронную подпись.

Имитовставка вырабатывается из открытых данных посредством специального преобразования шифрования с использованием секретного ключа и передается по каналу связи в конце зашифрованных данных. Имитовставка проверяется получателем, владеющим секретным ключом, путем повторения процедуры, выполненной ранее отправителем, над полученными открытыми данными.

Электронная цифровая подпись представляет собой относительно небольшое количество дополнительной аутентифицирующей информации, передаваемой вместе с подписываемым текстом. Отправитель формирует цифровую подпись, используя секретный ключ отправителя. Получатель проверяет подпись, используя открытый ключ отправителя.

Таким образом, для реализации имитовставки используются принципы симметричного шифрования, а для реализации электронной подписи — асимметричного. Подробнее эти две системы шифрования будем изучать позже.

5. Средства управления криптографическими ключами

Безопасность любой криптосистемы определяется используемыми криптографическими ключами. В случае ненадежного управления ключами злоумышленник может завладеть ключевой информацией и получить полный доступ ко всей информации в системе или сети.

Различают следующие виды функций управления ключами: генерация, хранение, и распределение ключей.

Способы генерации ключей для симметричных и асимметричных криптосистем различны. Для генерации ключей симметричных криптосистем используются аппаратные и программные средства генерации случайных чисел. Генерация ключей для асимметричных криптосистем более сложна, так как ключи должны обладать определенными математическими свойствами. Подробнее на этом вопросе остановимся при изучении симметричных и асимметричных криптосистем.

Вариант 6.

Предмет и основные понятия информатики

Термин «информатика» происходит от французского слова Informatique и образован из двух слов: информация и автоматика. Этот термин введен во Франции в середине 60-х лет XX ст., когда началось широкое использование вычислительной техники. Тогда в англоязычных странах вошел в употребление термин «Computer Science» для обозначения науки о преобразовании информации, которая базируется на использовании вычислительной техники. Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях.

Математик Джон фон Нейман описал принципы работы автоматических вычислительных устройств в работе «Проект Пристонской машины», а в 1948 году Клод Шеннон опубликовал знаменитую работу «Математическая теория связи», где изложил математические принципы кодирования и передачи информации, а также предложил метод объективного измерения количества информации – именно эти идеи и составили основу новой науки – информатики.

Информатика — это комплексная, техническая наука, которая систематизирует приемы создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ними. Это – классическое определение информатики.

Информатика – наука об информации и информационных процессах, о моделях и моделировании, об алгоритмах и алгоритмизации, о программах и программировании для различных классов исполнителей алгоритмов, в частности, компьютеров, об их использовании в общественном развитии. Это определение назовем «рабочим» определением информатики; оно используется часто при рассмотрении научно-практических проблем.

Информатика – наука, изучающая информационные аспекты системных процессов и системные аспекты информационных процессов. Это определение можно считать системным определением информатики.

Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам.

· Теоретическая информатика: Теория информации, Теория кодирования, Теория алгоритмов, Теория автоматов, Теория систем и моделей, Теория формальных языков и грамматик, Исследование операции и т.д.

· Вычислительная техника: Неймановская архитектура компьютеров первых поколений, Шинная архитектура ЭВМ старших поколений, Архитектура параллельной обработки информации

· Программирование: Разработка программного обеспечения

· Информационные системы: решение вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структуризации, принципах хранения и поиска информации (ИПС, гипертекстовая поисковая система WWW и т.п.)

· Искусственный интеллект: робототехника

Дисциплина информатика изучает вопросы, связанные с использованием информации в самых различных сферах деятельности. а также информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

· аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

· программное обеспечение средств вычислительной техники;

· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

· средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых исследований.

Как видно из определения информатики, ее функций и задач одним из ключевых понятий информатики является информация.

Информация — это совокупность сведений (данных), которая воспринимается из окружающей среды (входная информация), выдается в окружающую среду (исходная информация) или сохраняется внутри определенной системы.

Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п..

Важнейшие свойства информации:

· объективность и субъективность;

Для определения информации нам очень важно понять, что информация образуется из данных, но ее содержательная часть зависит не только оттого, какие сигналы были зарегистрированы при образовании данных, но и оттого, каким методом данные воспроизводятся. Данные — это зарегистрированные сигналы.

Методы воспроизведения и обработки данных можно разделить на естественные и технические.

Естественные методы воспроизведения данных присущи человеку и другим организмам живой природы. Если мы говорим о человеке, то прежде всего к естественным методам относим все методы, основанные на его органах чувств (зрение, осязание, обоняние, слух и вкус).

Широкое внедрение средств вычислительной техники позволяет автоматизировать обработку самых разных видов данных с помощью компьютеров. Компьютер — это прибор особого типа, в котором одновременно сочетаются аппаратные и программные методы обработки и представления информации.

До сих пор мы определили только данные как результат регистрации сигналов. Определить, что такое информация, не столь просто, хотя бы потому, что она, в отличие от данных, не является объектом материальной природы и образуется в результате взаимодействия данных с методами.

Аппаратные и программные средства защиты памяти

27 Защита информации в ЭВМ. Защита оперативной памяти.

Программные методы защиты основаны на использовании ключевых слов – паролей.

1. По типу идентифицируемых объектов.

· Программ (файлов, записей, элементов).

· Произвольные наборы, Смешанные, Фиксир длинны, Переменной длинны.

3. По способу ввода.

· вводимые с помощью карт идентиф.

· С помощью клавиатуры.

4. По месторасположению.

· Внутренние (часть текста запроса).

С фикс местополож., Плавающие.

5. По времени использования

Основные цели защиты информации:

1. обеспечение физической целостности;

2. обеспечение логической целостности;

3. предупреждение несанкционированного получения;

4. предупреждение несанкционированной модификации;

5. предупреждение несанкционированного копирования.

Обеспечение целостности информации в ПК.

Актуальность данного вида защиты информации в ПК носит общий характер независимо от того, какая информация обрабатывается, поэтому знания и навыки обеспечения целостности необходимы всем пользователям ПК.

Прежде всего, следует знать и помнить, что угрозы целостности информации в ПК, как и в любой другой автоматизированной системе, могут быть случайными и преднамеренными. Основными разновидностями случайных угроз являются отказы, сбои, ошибки, стихийные бедствия и побочные явления, а конкретными источниками их проявления — технические средства, программы и пользователи. С учетом современного состояния технических и программных средств ПК, а также способов и средств их использования к наиболее реальным угрозам целостности информации случайного характера следует отнести ошибки пользователей. Основными из этих ошибок являются неправильные обращения к серийным компонентам программного обеспечения.

Гораздо большую опасность целостности информации в ПК представляют преднамеренные угрозы, создаваемые людьми в злоумышленных целях. Такая угроза может быть непосредственной, если злоумышленник получает доступ к ПК, и опосредованной, когда угроза создается с помощью промежуточного носителя, чаще всего с помощью дискеты. Из преднамеренных угроз наибольшее распространение получили так называемые разрушающие программные средства (РПС): электронные вирусы, черви, троянские кони и др. Они же представляют и наибольшую опасность целостности информации в ПК.

Для опознавания пользователей к настоящему времени разработаны и нашли практическое применение следующие способы:

1. с использованием простого пароля;

2. в диалоговом режиме с использованием нескольких паролей и/или персональной информации пользователей;

3. по индивидуальным особенностям и физиологическим характеристикам человека (отпечатки пальцев, геометрия руки, голос, персональная роспись, структура сетчатки глаза, фотография и некоторые другие);

4. с использованием радиокодовых устройств;

5. с использованием электронных карточек.

Рассмотрим коротко перечисленные способы.

Распознавание по простому паролю заключается в том, что каждому зарегистрированному пользователю выдается персональный пароль, который он должен держать в тайне и вводить в ЗУ ЭВМ, при каждом обращении к ней. Специальная программа сравнивает введенный пароль с эталоном, хранящимся в ЗУ ЭВМ, и при совпадении паролей запрос пользователя принимается к исполнению. Простота способа очевидна, но очевидны и явные недостатки: пароль может быть утерян или подобран перебором возможных комбинаций, а искусный злоумышленник может проникнуть в ту область ЗУ, в которой хранятся эталонные пароли.
Попытки преодолеть указанные недостатки, естественно, ведут к усложнению способа.

Опознавание в диалоговом режиме может быть осуществлено по следующей схеме. В файлах механизмов защиты заблаговременно создаются записи, содержащие персонифицирующие данные пользователя (дата рождения, рост, имена и даты рождения родных и близких и т. п.) или достаточно большой и упорядоченный набор паролей. При обращении пользователя программа механизма защиты предлагает пользователю назвать некоторые данные из имеющейся записи, которые сравниваются с данными, хранящимися в файле. По результатам сравнения принимается решение о допуске. Для повышения надежности опознавания каждый раз запрашиваемые у пользователя данные могут выбираться разные. Достоинства и недостатки данного способа очевидны.

Опознавание по индивидуальным особенностям и физиологическим характеристикам может быть весьма надежным, но для его реализации необходима специальная аппаратура для съема и ввода соответствующих параметров и достаточно сложные программы их обработки и сравнения с эталоном. Все это в настоящее время вполне разрешимо, однако сопряжено с удорожанием и усложнением аппаратуры и программ ПК. В силу сказанного данный способ применительно к ПК пока не получил сколько-нибудь значительного распространения. Заманчивым по сравнительной простоте и доступности может оказаться опознавание пользователя по параметрам его работы с клавиатурой ПК (скорость набора текста, интервалы между нажатием клавиш и др.), которые тоже носят сугубо индивидуальный характер.
Опознавание по радиокодовым устройствам, как это следует из самого названия, заключается в том, что изготавливаются специальные устройства, каждое из которых может генерировать радиосигналы, имеющие индивидуальные характеристики. ПК оснащается программно-аппаратными средствами приема (например, при приближении устройства к экрану дисплея), регистрации и обработки генерируемых сигналов. Каждому зарегистрированному пользователю выдается такое устройство, а его параметры заносятся в ЗУ механизмов защиты. Надежность опознавания по данному способу может быть высокой, однако такие устройства персонифицируют владельца, а не персону, поэтому похищение устройства дает злоумышленнику реальные шансы несанкционированного доступа.

Опознавание по специальным идентификационным карточкам заключается в том, что изготавливаются специальные карточки, на которые наносятся данные, персонифицирующие пользователя:

персональный идентификационный номер, специальный шифр или код и т. п. Эти данные на карточку заносятся в зашифрованном виде, причем ключ шифрования может быть дополнительным идентифицирующим параметром, поскольку он может быть известен только пользователю, вводится им каждый раз при обращении к системе и уничтожается сразу же после использования. Опознавание по карточкам может быть очень надежным, однако для его реализации необходимы предприятия — изготовители карточек, а ПК должна быть оснащена устройством считывания данных с карточки.
Поскольку все это сопряжено со значительными дополнительными расходами, то данный способ опознавания оказывается эффективным при его использовании в больших территориально распределенных сетях, где он в последнее время находит все большее применение, особенно в автоматизированных банковских системах

Организация защиты оперативной памяти.

В современных ВМ, возможно одновременное выполнение нескольких программ. Каждой программе предоставлено своё адресное пространство и права доступа по отношению к адресным пространствам других программ. Необходимо установить механизм защиты, обеспечивающий невмешательство одной программы, в адресное пространство другой.

Чтобы воспрепятствовать разрушению целостности данных программы, нужно установить запрет на модифицируемость данных, со стороны другой программы. Более того, иногда нужно запретить и чтение данных.

Рассмотрим механизмы защиты памяти:

· Защита отдельных ячеек. В каждой ячейки памяти выделяется бит защиты, установка этого бита в единицу, запрещает запись в данную ячейку. Не типичен для современных ПК.

· Кольцевая система защиты. Происходит разделения прав доступа на несколько уровней, каждый из уровней называется уровнем привилегий. Предусматривают как минимум два режима работы ЦП: пользовательский и системный (его часто называют режимом супервизора – «надзирателя»). Системный уровень самый привилегированный, ему доступны все ресурсы ВМ. Переход из пользовательского режима в системный и наоборот осуществляется специальной командой. Такую систему защиты часто изображают в виде концентрических окружностей (откуда и произошло название). В центре окружности располагают самую приоритетную системную зону, а все остальные располагают вокруг нею в порядке уменьшения приоритета.

· Метод граничных регистров. Наиболее распространённый метод. Реализация предполагает наличие в ЦП двух граничных регистров. Заполнение граничных регистров производится ОС при загрузке программы. При каждом обращении к памяти проверяется, попадает ли используемый адрес в установленные границы. Такую проверку, например, можно организовать на этапе преобразования виртуального адреса в физический. При нарушении границы доступ к памяти блокируется, и формируется запрос прерывания, вызывающий соответствующую процедуру операционной системы. Запись в граничные регистры возможно только в системном режиме.

· Метод ключей защиты. Метод позволяет организовать защиту несмежных областей памяти. Каждому блоку ставится в соответствие некоторый код, называемый ключом защиты памяти. Каждой программе, в свою очередь, присваивается код защиты программы. Условием доступа программы к конкретному блоку памяти служит совпадение ключей защиты памяти и программы, либо равенство одного из этих ключей нулю. Нулевое значение ключа защиты программы разрешает доступ ко всему адресному пространству и используется только программами операционной системы. Распределением ключей защиты программы ведает операционная система. Ключ защиты программы обычно представлен в виде отдельного поля слова состояния программы, хранящегося в специальном регистре. Ключи защиты памяти хранятся в специальной памяти. При каждом обращении к ОП специальная комбинационная схема производит сравнение ключей защиты памяти и программы. При совпадении доступ к памяти разрешается. Действия в случае несовпадения ключей зависят от того, какой вид доступа запрещен: при записи, при чтении или в обоих случаях. Если выяснилось, что данный вид доступа запрещен, то так же как и в методе граничных регистров формируется запрос прерывания и вызывается соответствующая процедура операционной системы.

Защита в IA -32.

Рассмотрим лишь основные тезисы, реализованные в системе защиты IA -32:

· Защита по всем сегментам.

· Защита по страницам. Реализована крайне примитивно, за счёт введения бита режима. Одно состояние отвечает за режим супервизора, а второе за пользовательский режим.

· Операции разбиты по привилегиям.

Код может обращаться к коду только того же уровня, но может обращаться к данным более низкого уровня привилегий и своего.

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020

Программно-аппаратные средства защиты информации

• Авторы
• Файлы работы
• Сертификаты

Информация — это ресурс, владея которым, мы имеем преимущество перед конкурентами. Проблема защиты информации возникла, когда прогресс сделал человека зависимым от информационных систем. Сейчас мы получаем информацию не только из газет, телевиденья и радио, но и Интернет-ресурсов. Параллельно с прогрессом мы стали уязвимы к атакам правонарушителей и компьютерным вирусам. Постоянное увеличение объема конфиденциальной информации заставляет нас ознакомиться с программно-аппаратными средствами защиты информации.

Программно-аппаратные средства защиты.

Программно-аппаратные средства защиты — это способы контроля оборудования и программных средств от взлома, перехвата информации, несанкционированного подключения третьих лиц. Программные и технические средства защиты информации необходимы там, где утечка данных и ценной информации влечет за собой серьезные финансовые, репутационные, производственные риски для компании.

Средства защиты можно разбить на следующие группы:

Идентификация и аутентификация. Управление доступом;

протоколирование и аудит;

Рассмотрим каждый из них в отдельности:

Идентификация и аутентификация. Управление доступом.

Аутентификация — это основа безопасности любой системы, которая заключается в проверке подлинности данных о пользователе сервером.

Аутентификация не представляет собой ни идентификацию, ни авторизацию. Это три понятия, которые являются элементами защиты информации. Во-первых, идентификация, в процессе которой происходит распознавание информации о пользователе, его логине и пароле. Во-вторых, процесс проверки информации о пользователе — аутентификация. И, в-третьих, авторизация — проверка прав пользователя и определение возможности доступа.

Данная система защиты нужна для доступа к:

Управление доступом — ограниченный доступ к информации, компьютерам, сетям, приложениям, системным ресурсам, файлам и программам. В основе управления доступом лежит идентификация и аутентификация. Задача управления доступом состоит в том, чтобы для каждой пары «субъект-объект» определить множество допустимых операций и контролировать выполнение установленного порядка.

Протоколирование и аудит.

Протоколирование — сбор и накопление информации о событиях, происходящих в информационной сфере.

Аудит — это анализ накопленной информации, проводимый в реальном времени или периодически.

Данная система защиты выполняет важные задачи:

составляет отчет обо всех пользователях и администраторах;

выявляет слабые места в защите сервера, оценивает размер повреждений и возвращает к нормальной работе;

предоставляет информацию для анализа и выявления проблем.

Характерной особенностью протоколирования и аудита является зависимость от других средств защиты информации. Идентификация и аутентификация служат началом для составления отчета о пользователях, управление доступом защищает конфиденциальность и целостность зарегистрированной информации.

Криптография.

Криптографическая защита информации — это механизм защиты с помощью шифрования данных, в результате которого их содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Ключ – это важнейший компонент шифра, отвечающий за выбор преобразования, применяемого для зашифрования конкретного сообщения.

Криптографическими средствами защиты являются такие средства и способы преобразования информации, в результате которых скрывается ее содержание. Криптографическую защиту можно разделить на 2 основных вида: шифрование и кодирование защищаемых данных.

В случаи шифрования каждый символ скрываемых данных подвергается самостоятельному преобразованию. Когда, при кодировании защищаемых данных, информация делится на блоки, имеющие смысловые значения, и результате, каждый блок заменяется цифровым, буквенным или комбинированным кодом.

В состав криптографической системы входят: один или нескольких алгоритмов шифрования, ключи, используемые этими алгоритмами шифрования, подсистемы управления ключами, незашифрованный и зашифрованный тексты.

Экранирование.

Экран — это средство разграничения доступа клиентов из одного множества информационных систем к серверам из другого множества посредством контроля информационных потоков между двумя множествами систем. Контроль потоков состоит в их фильтрации и выполнении некоторых преобразований.

Экран можно представить как последовательность фильтров. Каждый из фильтров, проанализировав данные, может пропустить или не пропустить их, преобразовать, передать часть данных на следующий фильтр или обработать данные от имени адресата и возвратить результат отправителю.

Главной функцией экранирования является обеспечение безопасности внутренней (защищаемой) сети и полный контроль над внешними подключениями и сеансами связи;

Помимо функций разграничения доступа, экраны осуществляют протоколирование обмена информацией. Экранирование помогает поддерживать доступность сервисов защищаемой сети, уменьшая уязвимость внутренних сервисов безопасности.

Программно-аппаратные механизмы защиты информации находят все большее применение. Они используются не только для защиты локальных сетей, но и для работы с облачными хранилищами. При разработке архитектуры собственной информационной системы, в целях обеспечения максимально достижимого уровня безопасности, следует рассмотреть возможность их применения.

Основные выводы о способах использования, рассмотренных выше средств, методов и мероприятий защиты, сводится к следующему:

Наибольший эффект достигается тогда, когда все используемые средства, методы и мероприятия объединяются в единый, целостный механизм защиты информации.

Механизм защиты должен проектироваться параллельно с созданием систем обработки данных, начиная с момента выработки общего замысла построения системы.

Функционирование механизма защиты должно планироваться и обеспечиваться наряду с планированием и обеспечением основных процессов автоматизированной обработки информации.

Необходимо осуществлять постоянный контроль функционирования механизма защиты.

Список литературы.

Казарин О. В., Забабурин А. С. Программно-аппаратные средства защиты информации – Москва, 2017

Аппаратные и программные средства информационной защиты предприятия

Аппаратные механизмы защиты информации

К аппаратным методам защиты относят разные устройства по принципу работы, по техническим конструкциям которые реализуют защиту от разглашения, утечки и НСД доступу к источникам информации. Такие средства применяют для следующих задач:

• Выявление линий утечки данных на разных помещения и объектах
• Реализация специальных статистических исследований технических методов обеспечения деятельности на факт наличия линий утечки
• Локализация линий утечки данных
• Противодействие по НСД к источникам данных
• поиск и обнаружение следов шпионажа

Аппаратные средства можно классифицировать по функциональному назначению на действия обнаружения, измерений, поиска, пассивного и активного противодействия. Также средства можно делить на простоту использования. Разработчики устройств пытаются все больше упростить принцип работы с устройством для обычных пользователей. К примеру группа индикаторов электромагнитных излучений вида ИП, которые обладают большим спектром входящих сигналов и низкой чувствительностью. Или же комплекс для выявления и нахождения радиозакладок, которые предназначены для обнаружения и определения местонахождения радиопередатчиков, телефонных закладок или сетевых передатчиков. Или же комплекс Дельта реализовывает:

• автоматическое нахождение места нахождение микрофонов в пространстве определенного помещения
• Точное обнаружение любых радиомикрофонов которые есть в продаже, и других излучающих передатчиков.

Поисковые аппаратные средства можно поделить на методы съем данных и ее исследование линий утечки. Устройства первого вида настроены на локализацию и поиск уже внедренных средств НСД, а второго типа для выявления линий утечки данных. Для использования профессиональной поисковой аппаратуры нужно большой квалификации пользователя. Как в другой любой сфере техники, универсальность устройства приводит к снижению его отдельных параметров. С другой точки зрения, есть очень много разных линий утечки данных по своей физической природе. Но большие предприятия могут себе позволить и профессиональную дорогую аппаратуру и квалифицированных сотрудников по этим вопросам. И естественно такие аппаратные средства будут лучше работать в реальных условиях, то бишь выявлять каналы утечек. Но это не значит, что не нужно использовать простые дешевые средства поиска. Такие средства просты в использовании и в ускоспециализированных задачах будут проявлять себя не хуже.

Аппаратные средства могут применяться и к отдельным частям ЭВМ, к процессору, оперативной памяти, внешних ЗУ, контроллерах ввода-вывода, терминалах и тд. Для защиты процессоров реализуют кодовое резервирование — это создание дополнительных битов в машинных командах и резервных в регистрах процессора. Для защиты ОЗУ реализуют ограничение доступа к границам и полям. Для обозначения уровня конфиденциальности программ или информации, применяются дополнительные биты конфиденциальности с помощью которых реализуется кодирование программ и информации. Данные в ОЗУ требуют защиты от НСД. От считывания остатков информация после обработки их в ОЗУ используется схема стирания. Эта схема записывает другую последовательность символов по весь блок памяти. Для идентификации терминала используют некий генератор кода, который зашит в аппаратуру терминала, и при подключении он проверяется.

Аппаратные методы защиты данных — это разные технические приспособления и сооружения, которые реализуют защиту информации от утечки, разглашения и НСД.

Программные механизмы защиты

Системы защиты рабочей станции от вторжения злоумышленником очень разнятся, и классифицируются:

• Методы защиты в самой вычислительной системы
• Методы личной защиты, которые описаны программным обеспечением
• Методы защиты с запросом данных
• Методы активной/пассивной защиты

Подробно про такую классификацию можно посмотреть на рис.1.

Направления реализации программной защиты информации

Направления которые используют для реализации безопасности информации:

• защита от копирования
• защита от НСД
• защита от вирусов
• защита линий связи

ПО каждому из направлений можно применять множество качественных программных продуктов которые есть на рынке. Также Программные средства могут иметь разновидности по функционалу:

• Контроль работы и регистрации пользователей и технических средств
• Идентификация имеющихся технических средств, пользователей и файлов
• Защита операционных ресурсов ЭВМ и пользовательских программ
• Обслуживания различных режимов обработки данных
• Уничтожение данных после ее использования в элементах системы
• Сигнализирование при нарушениях
• Дополнительные программы другого назначения

Сферы программной защиты делятся на Защиты данных (сохранение целостности/конфиденциальности) и Защиты программ (реализация качество обработки информации, есть коммерческой тайной, наиболее уязвимая для злоумышленника). Идентификация файлов и технических средств реализуется программно, в основе алгоритма лежит осмотр регистрационных номеров разных компонентов системы. Отличным методов идентификации адресуемых элементов есть алгоритм запросно-ответного типа. Для разграничения запросов различных пользователей к разным категориям информации применяют индивидуальные средства секретности ресурсов и личный контроль доступа к ним пользователями. Если к примеру одну и тот же файл могут редактировать разные пользователи, то сохраняется несколько вариантов, для дальнейшего анализа.

Защита информации от НСД

Для реализации защиты от вторжения нужно реализовать основные программные функции:

• Идентификация объектов и субъектов
• Регистрация и контроль действия с программами и действиями
• Разграничения доступа к ресурсам системы

Процедуры идентификации подразумевают проверки есть ли субъект, который пытается получить доступ к ресурсам, тем за кого выдает себя. Такие проверки могут быть периодическими или одноразовыми. Для идентификации часто в таких процедурах используются методы:

• сложные,простые или одноразовые пароли;
• значки,ключи,жетоны;
• специальные идентификаторы для апаратур, данных, программ;
• методы анализа индивидуальных характеристик (голос, пальцы, руки, лица).

Практика показывает что пароли для защиты есть слабым звеном, так как его на практике можно подслушать или подсмотреть или же разгадать. Для создания сложного пароля, можно прочитать эти рекомендации длина ключа. Объектом, доступ к которому тщательно контролируется, может быть запись в файле, или сам файл или же отдельное поле в записи файла. Обычно множество средств контроля доступа черпает данные с матрицы доступа. Можно также подойти к контролю доступа на основе контроле информационных каналов и разделении объектов и субъектов доступа на классы. Комплекс программно-технических методов решений в безопасности данных от НСД реализуется действиями:

• учет и регистрация
• управление доступом
• реализация криптографических средств

Также можно отметить формы разграничения доступа:

• Предотвращение доступа:
  • к отдельным разделам
  • к винчестеру
  • к каталогам
  • к отдельным файлам

  к сменным носителям данных

• защита от модификации:
  • каталогов
  • файлов
• Установка привилегий доступа к группе файлов
• Предотвращение копирования:
  • каталогов
  • файлов
  • пользовательских программ
• Защита от уничтожения:
  • файлов
  • каталогов
• Затемнение экрана спустя некоторое время.

Общие средства защиты от НСД показаны на рис.2.

Защита от копирования

Методы защиты от копирования предотвращают реализацию ворованных копий программ. Под методами защиты от копирования подразумевается средства, которые реализуют выполнения функций программы только при наличия уникального некопируемого элемента. Это может быть часть ЭВМ или прикладные программы. Защита реализуется такими функциями:

• идентификация среды, где запускается программа
• аутентификация среды, где запускается программа
• Реакция на старт программы из несанкционированной среды
• Регистрация санкционированного копирования

Защита информации от удаления

Удаление данных может реализовываться при ряда мероприятий таких как, восстановление, резервирование, обновления и тд. Так как мероприятия очень разнообразны, подогнать их под они правила тяжело. Также это может быть и вирус, и человеческий фактор. И хоть от вируса есть противодействие, это антивирусы. А вот от действий человека мало противодействий. Для уменьшения рисков от такой угрозы информационной безопасности есть ряд действий:

• Информировать всех пользователей про ущерб предприятия при реализации такой угрозы.
• Запретить получать/открывать программные продукты, которые есть посторонние относительно информационной системы.
• Также запускать игры на тех ПК где есть обработка конфиденциальной информации.
• Реализовать архивирование копий данных и программ.
• Проводить проверку контрольных сумм данных и программ.
• Реализовать СЗИ.