Страницы и сегменты памяти

При страничной организации памяти все адресное пространство разделяется на блоки фиксированного размера (страницы). Проверка до­пустимости адресов и преобразование логических адресов в физические при обращениях к памяти осуществляется с помощью таблицы страниц, каждая запись которой содержит начальный адрес расположения страни­цы в памяти. Логический адрес имеет формат <номер страницы, смеще­ние>. По номеру страницы определяется физический адрес ее первой ячейки, к которому затем прибавляется смещение. С каждой страницей ассоциирован ключ доступа, определяющий набор допустимых операций (чтение, запись, исполнение).

Такая схема организации памяти поддерживает совместное исполь­зование страниц: в таблицах страниц отдельных приложений могут быть описаны одни и те же страницы физической памяти. Однако более изо­щренное управление доступом в страничной модели затруднено из-за того, что на одной странице могут находиться различные по своей приро­де объекты (например, код и данные некоторой программы).

Смысл сегментной организации памяти заключается в том, чтобы предоставить индивидуальные (возможно, неодинаковые по размеру) об­ласти памяти логически различным частям программы. Например, в от­дельные сегменты могут быть помещены данные с различным типом дос­тупа или код основной части программы и вызываемых ею подпрограмм. Преобразование логических адресов в физические происходит на основе содержимого таблицы сегментов, куда заносятся базовый и предельный адреса каждого сегмента (они обсуждались при описании функциониро­вания адресных регистров). Логический адрес имеет формат <номер сег­мента, смещение>, похожий на формат, применяемый в страничной адре­сации. Однако теперь каждый сегмент содержит однородные объекты, которым необходим одинаковый уровень защиты, так же как и выше, обеспечиваемый ключом доступа. Возможно совместное использование сегментов данных и кода, отдельные участки которого (например, проце­дуры и функции) могут быть предоставлены в совместное использование независимо от основной программы.

Цифровая подпись

Средства контроля целостности программ и файлов данных, храни­мых в АС, должны обеспечивать защиту от несанкционированного изме­нения этой информации нарушителем, особенно при ее передаче по ка­налам связи. Цифровая (электронная) подпись, основные характеристики которой рассмотрены в целом ряде источников, в частности [2], является одним из часто используемых для решения данной задачи механизмов.

Кроме того, информация в вычислительных сетях нередко нуждается в аутентификации, т.е. в обеспечении заданной степени уверенности по­лучателя или арбитра в том, что она была передана отправителем и при этом не была заменена или искажена. Если целью шифрования является защита от угрозы нарушения конфиденциальности, то целью аутентифи­кации является защита участников информационного обмена не только от действий посторонних лиц, но и от взаимного обмана.

В чем состоит проблема аутентификации данных или цифровой подписи?

В конце обычного письма или документа испопнитель или ответст­венное лицо обычно ставит свою подпись. Подобное действие преследует две цели. Во-первых, получатель имеет возможность убедиться в истин­ности письма, сличив подпись с имеющимся у него образцом. Во-вторых личная подпись является юридическим гарантом авторства документа. Последний аспект особенно важен при заключении разного рода торговых сделок, составлении доверенностей, обязательств и т.д.

Если подделать подпись человека на бумаге весьма непросто, а установить авторство подписи современными криминалистическими методами - техническая деталь, то с цифровой подписью дело обстоит иначе. Подделать цепочку битов, просто ее скопировав, или незаметно внести нелегальные исправления в документ сможет любой пользователь.

В самой общей модели аутентификации сообщений представлено пять участников. Это отправитель А, получатель В, злоумышленник С, доверенная сторона Д и независимый арбитр Е. Задача отправителя А заключается в формировании и отправке сообщения Т получателю В. За­дача получателя В заключается в получении сообщения Т и в установле­нии его подлинности. Задача доверенной стороны Д является документи­рованная рассылка необходимой служебной информации абонентам вы­числительной сети, чтобы в случае возникновения спора между А и В относительно подлинности сообщения представить необходимые доку­менты в арбитраж. Задача независимого арбитра Е заключается в разре­шении спора между абонентами А и В относительно подлинности сооб­щения Т.

Перечислим возможные способы обмана (нарушения подлинности сообщения) при условии, что между участниками модели А, В, С отсутст­вует кооперация.

Способ А: отправитель А заявляет, что он не посылал сообщение Т получателю В, хотя в действительности его посылал (подмена отправлен­ного сообщения или отказ от авторства).

Способ В1: получатель В изменяет полученное от отправителя А сообщение Т и заявляет, что данное измененное сообщение он получил от отправителя А (подмена принятого сообщения).

Способ В2: получатель В сам формирует сообщение и заявляет, что получил его от отправителя А (имитация принятого сообщения).

Способ С1: злоумышленник С искажает сообщение, которое отпра­витель А передает получателю В (подмена передаваемого сообщения).

Способ С2: злоумышленник С формирует и посылает получателю В сообщение Т от имени отправителя А (имитация передаваемого сообщения).

Способ СЗ: злоумышленник С повторяет ранее переданное сообще­ние, которое отправитель А посылал получателю В (повтор ранее пере­данного сообщения).

Аутентификация (цифровая подпись) при условии взаимного доверия между участниками информационного обмена обеспечивается имитоза-щитой информации с помощью криптостойких преобразований.

Приведем сравнительный анализ обычной и цифровой подписи.

При обычной подписи:

• каждая личность использует индивидуальные, только ей присущие характеристики - почерк, давление на ручку и т.д.;

• попытка подделки подписи обнаруживается с помощью графологиче­ского анализа;

• подпись и подписываемый документ передаются только вместе на одном листе бумаги; передавать подпись отдельно от документа нель­зя; подпись не зависит от содержания документа, на котором она по­ставлена;

• копии подписанных документов недействительны, если каждая из этих копий не имеет своей настоящей (а не скопированной) подписи. При цифровой подписи:

• каждая личность использует для подписи документов свой уникальный секретный ключ;

• Любая попытка подписать документ без знания соответствующего сек­ретного ключа практически не имеет успеха;

• цифровая подпись документа есть функция от содержания этого доку­мента и секретного ключа; цифровая подпись может передаваться от­дельно от документа;

• копия документа с цифровой подписью не отличается от его оригинала (нет проблем каждой копии).

Для аутентификации информации Диффи и Хеллман в 1976 г. пред­ложили концепцию "цифровой подписи". Она заключается в том, что каж­дый абонент сети имеет личный секретный ключ, на котором он формиру­ет подпись и известную всем другим абонентам сети проверочную комби­нацию, необходимую для проверки подписи (эту проверочную комбинацию иногда называют открытым ключом). Цифровая подпись вычисляется на основе сообщения и секретного ключа отправителя. Любой получатель, имеющий соответствующую проверочную комбинацию, может аутентифи-цировать сообщение по подписи. При этом знание лишь проверочной комбинации не позволяет подделать подпись. Такие схемы называются асимметричными схемами аутентификации.

Термин "цифровая подпись" используется для методов, позволяю­щих устанавливать подлинность автора сообщения при возникновении спора относительно авторства этого сообщения. Цифровая подпись при­меняется в информационных системах, в которых отсутствует взаимное доверие сторон (финансовые системы, системы контроля за соблюдени­ем международных договоров и др.).

Известны два класса формирования цифровой подписи.

• Первый класс способов использует труднообратимые функции типа возведения в степень в конечных полях большой размерности (сотни и даже тысячи битов). К этому классу относится Российский ГОСТ на цифровую подпись (ГОСТ Р 34.10-94 и ГОСТ Р 34.11-94). Он является усложнением алгоритмов цифровой подписи RSA и Эль-Гамаля.

• Второй класс способов использует криптостойкие преобразования, зависящие от секретного ключа.

В обоих случаях требуется предварительная заготовка и рассылка возможным получателям информации контрольных комбинаций. Обще­доступные контрольные комбинации должны быть нотариально заверены, чтобы ни отправитель, ни получатель не смогли впоследствии от них от­казаться. Оба класса способов не нуждаются в закрытых каналах. Кон­трольные комбинации и подписи пересылаются открыто. Единственным секретным элементом во всех способах является личный секретный ключ отправителя.

Необходимо отметить, что в настоящее время контроль целостности данных, хранимых в АС, осуществляется методами теории помехоустой­чивого кодирования. Наибольшее применение получили циклические кон­трольные коды, описанные в п. "Организационно-технологические меры защиты целостности информации на машинных носителях", которые можно применять для контроля целостности не только секторов (блоков) на машинных носителях, но и файлов. Однако эти методы, дающие хорошие результаты при защите от воздейсгвия случайных факторов (помех, сбоев и отказов), совсем не обладают имитостойкостью, т.е. не обеспечивают защиту от целенаправленных воздействий нарушителя, приводящих к навязыванию ложных данных. Методы имитозащиты, основанные на крип­тографических преобразованиях, обеспечивают надежный контроль дан­ных, хранящихся в АС, но в то же время реализуются в виде больших и сложных программ и требуют значительных вычислительных ресурсов.