В современном мире информация является одним из ценнейших ресурсов, поэтому ее защита - важная задача. Немалую роль в работе организации любого уровня играют телефонные переговоры. В силу возрастающей популярности IP-телефонии, все острее встает вопрос обеспечения ее безопасности в общем и конфиденциальности разговоров в частности.

Знание основных источников опасности для сетей IP-телефонии, а также понимание методов устранения этих угроз поможет сохранить репутацию и финансовые ресурсы компании. Не смотря на то, что в статье описаны решения под бесплатную платформу Asterisk, проблематика актуальна для любых других платформ IP-телефонии.

Основные виды угроз для VoIP-сетей:

Перехват и манипулирование данными

Наиболее часто встречаемая уязвимость телефонных сетей, особенно опасная для IP-телефонии. В случае применения IP-телефонии злоумышленнику не нужен физический доступ к линии передачи данных. Находящееся внутри корпоративной сети устройство перехвата, скорее всего, может быть обнаружено, внешнее прослушивание отследить практически невозможно. Кроме того, перехваченные данные или голос могут быть переданы далее с изменениями. В таких условиях весь незашифрованный голосовой поток необходимо считать небезопасным.

Подмена и взлом пользовательских данных

Отказ от использования или упрощение механизмов аутентификации и авторизации в IP-телефонии открывает для злоумышленника возможность не санкционированно получить доступ к системе, подменив данные о пользователе своими. Возможен также взлом учетных данных пользователей посредством перебора или прослушивания незащищенных каналов связи. Подобная уязвимость может быть использована для совершения дорогостоящих звонков за счет жертвы, сводя на нет всю возможную выгоду от использования IP-телефонии. Также эта брешь в безопасности может применяться для приема звонков, предназначенных взломанной либо записи перехваченных звонков на носители злоумышленника с целью применения данной информации в корыстных целях.

Ограничение доступности

Одной из разновидностей атак является «отказ в обслуживании» (Denial of Service, DoS). Эта атака нацелена на превышение предельной нагрузки на систему большим количеством коротких звонков или информационного мусора. Без постоянного отслеживания признаков подобных атак и применения пассивных средств защиты, это приводит к тому, что серверы IP-телефонии не справляются с возросшей нагрузкой и не в состоянии обслуживать подключенных абонентов.

Безопасность IP-телефонии – комплексный подход!

При проектировании любой коммуникационной системы важно понимать, что ни одно из самостоятельных технических решений безопасности не в состоянии обеспечить абсолютную защиту от всех возможных угроз.

Проанализировав основные источники угроз безопасности IP-телефонии, можно выделить ключевые критерии защищенности:

Конфиденциальность

Необходимость обеспечения защиты траффика IP-телефонии для предотвращения перехвата или прослушивания телефонных звонков, внесения изменений в передаваемую информацию, кражи учетных данных пользователей.

Целостность

Обеспечение уверенности, что передаваемая информация не подвергается правке со стороны неавторизованных пользователей, что запросы на выполнение определенных задач или функций (например, совершение звонка или внесение изменений в настройки системы IP-телефонии ) инициированы авторизованными пользователями или приложениями.

Доступность

Бесперебойное функционирование корпоративной системы IP-телефонии в условиях DoS-атак, различных «червей», «вирусов» и т.п.

Как защитить IP-телефонию?

Рассмотрим наименее защищенный и, при этом, один из самых распространенных примеров реализации IP-телефонии.

Рисунок 1 - Реализация IP-телефонии

Сервер телефонии на базе IP-АТС Asterisk имеет прямой выход в сеть интернет для обслуживания удаленных филиалов и связи с SIP-провайдером, предоставляющим доступ к внешним линиям связи. Аутентификация пользователей происходит по IP-адресам.

Решение задач информационной безопасности должно быть комплексным, поскольку каждый способ защиты не только закрывает свою часть информационного периметра, но и дополняет другие решения.

Настройка сервера телефонии

Последним рубежом защиты является сам сервер IP-телефонии. Существует несколько классических методов защиты сервера от атак.

Метод защиты	Описание
Применение политики сложных паролей	Получение учетных данных методом перебора (bruteforce) требует значительных затрат времени и вычислительных ресурсов, усложнение паролей позволит сделать данный метод атак нецелесообразным
Отключение гостевых звонков	Разрешение на совершение исходящих звонков имеют только пользователи системы. Этой настройкой можно отсечь попытки позвонить извне без предварительной авторизации
Отключение ответа о неверном пароле	По умолчанию Asterisk выдает одну ошибку о неверном пароле для существующего аккаунта и другую для несуществующего аккаунта. Существует множество программ для подбора паролей, поэтому злоумышленнику не составит труда проверить все короткие номера и собирать пароли лишь к существующим аккаунтам, которые ответили «неверный пароль»
Использование систем блокировки доступа после неудачных попыток регистрации	Просмотр отчетов системы на предмет обнаружения попыток взлома позволят выделить и блокировать IP-адрес атакующего. Таким образом, можно сократить количество мусорного SIP трафика и защититься от множественных попыток взлома
Ограничение направлений звонков, доступных абонентам, применение схемы «запрещено все, кроме разрешенного»	В случае получения злоумышленником учетных данных пользователя системы, он сможет совершать звонки только по определенным направлениям. Это позволит избежать несанкционированного совершения дорогостоящих международных звонков
Регулярные проверки системы на предмет попыток взлома, контроль параметров	Организация системы мониторинга состояния системы позволит улучшить качество IP-телефонии и отметить типовые для данной конфигурации параметры. Отклонения этих параметров от полученных типовых значений поможет выявить проблемы с оборудованием, каналами связи и выявить попытки вторжения злоумышленников

Применение межсетевых экранов

Межсетевой экран пропускает исходящий трафик от сервера телефонии к SIP-провайдеру и фильтрует входящий по определенным правилам. Рациональным решением можно считать закрытие на межсетевом экране всех сетевых портов для IP-телефонии, кроме необходимых для ее корректной работы и администрирования. Этот же метод защиты целесообразно применять на самом сервере телефонии, чтобы защитить его от внутренних атак.

Таким образом, сервер телефонии доступен из внешних сетей только по определенным служебным портам, подключение к которым, из соображений безопасности, будет выполняться с применением шифрования.

Шифрование телефонных разговоров

Для защиты конфиденциальных переговоров и минимизации возможности попадания конфиденциальной или коммерческой информации в руки злоумышленника необходимо защитить передаваемые по открытым каналам связи данные от перехвата и прослушивания.

Поскольку для совершения звонка клиент и сервер предварительно обмениваются служебными данными для установления соединения, данную проблему можно разделить на две составляющих – защиту служебных данных IP-телефонии и защиту голосового трафика. В качестве средства защиты могут быть использованы протокол TLS (Transport Layer Security) для защиты SIP сигналов и протокол SRTP (Secure Real Time Protocol) для защиты голосового трафика.

Рисунок 2 - Шифрование IP-телефонии

TLS — криптографический протокол, обеспечивающий защищённую передачу данных между узлами в сети, является стандартным методом для шифрования SIP-протокола. TLS обеспечивает конфиденциальность и целостность передаваемой информации, осуществляет аутентификацию.

После установления защищенного соединения начинается передача голосовых данных, обезопасить которые позволяет применение протокола SRTP.

Протокол SRTP считается одним из лучших способов защиты IP телефонии на базе IP-АТС Asterisk. Основное преимущество этого протокола – отсутствие какого-либо влияния на качество связи. Схема работы протокола SRTP выглядит так: каждому совершаемому вами звонку присваивается уникальный код, который делает подслушивание разговоров неавторизированными в системе пользователями практически невозможным. Благодаря этому протокол SRTP выбирают как для обычных, так и для конфиденциальных звонков.

Не следует забывать о необходимости защиты подключения сервера телефонии к внешним каналам связи (мобильная связь, телефонные сети общего пользования).

Применение шифрованных туннелей VPN

В случае необходимости организации систем с повышенными требованиями к защите IP-телефонии, возможно подключение удаленных пользователей посредством виртуальных частных сетей (VPN). Содержание перехваченных пакетов, отправленных по шифрованным VPN туннелям понятно только владельцам ключа шифрования. Этот же метод применим для защиты подключений к поставщикам услуг IP-телефонии. На текущий момент многие VoIP провайдеры предлагают возможность VPN-подключения.

Рисунок 3 - Схема работы IP-телефонии через VPN-туннель

Однако технология VPN имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение:

снижение качества связи из-за задержек, создаваемых шифрованием;
повышенная нагрузка на каналы связи и оборудование, вызванная необходимостью шифрования;
усложнение сетевой структуры.

Применение перечисленных методов защиты сервера позволит свести к минимуму вероятность взлома, а при успешном обходе системы безопасности минимизировать ущерб.

Рисунок 4 - Комплексная защита IP-телефонии

Абсолютную гарантию безопасности, к сожалению, не сможет дать ни один комплекс мер. Рассмотренные выше аспекты лишь частично решают задачу построения защищенной коммуникационной системы . На практике следует рассматривать всю инфраструктуру корпоративной сети, проводить глубокий анализ требуемого уровня защиты. Необходимо учитывать не только необходимость обеспечения безопасности IP-телефонии , но и выходов на внешние каналы связи (мобильная связь, телефонные сети общего пользования). Только такой подход, вместе с постоянным совершенствованием систем информационной безопасности , позволит создать надежную и защищенную систему.

Для создания полноценной защиты от прослушивания необходимо "спрятать" сервер IP-телефонии, для чего отлично подходит решение «Сервер в Израиле» .

Системная интеграция. Консалтинг

Осталось в прошлом то время, когда операторы с опасением относились к использованию IP-телефонии, считая уровень защищенности таких сетей низким. Сегодня уже можно говорить о том, что IP-телефония стала неким стандартом де-факто в телефонных коммуникациях. Это объясняется удобством, надежностью и относительно невысокой стоимостью IP-телефонии по сравнению с аналоговой связью. Можно утверждать, что IP-телефония повышает эффективность ведения бизнеса и позволяет осуществлять такие ранее недоступные операции, как интеграция с различными бизнес-приложениями.

Если говорить о недостатках и уязвимостях IP-телефонии, прежде всего следует отметить те же «болезни», какими страдают другие службы, использующие протокол IP. Это подверженность атакам червей и вирусов, DoS-атакам, несанкционированному удаленному доступу и др. Несмотря на то, что при построении инфраструктуры IP-телефонии данную службу обычно отделяют от сегментов сети, в которых «ходят» не голосовые данные, это еще не является гарантией безопасности. Сегодня большое количество компаний интегрируют IP-телефонию с другими приложениями, например с электронной почтой. С одной стороны, таким образом появляются дополнительные удобства, но с другой — и новые уязвимости. Кроме того, для функционирования сети IP-телефонии требуется большое число компонентов, таких, как серверы поддержки, коммутаторы, маршрутизаторы, межсетевые экраны, IP-телефоны и т. д. При этом для поддержки функционирования IP-сети часто используются неспециализированные ОС. К примеру, большинство IP-УАТС построено на базе обычных и хорошо известных операционных систем (Windows или Linux), которые теоретически обладают всеми уязвимостями, характерными для данных систем.

В некоторых IP-УАТС применяется СУБД и веб-серверы, имеющие свои элементы уязвимостей. И хотя для универсальной операционной системы или стека протоколов можно использовать давно известные средства защиты — антивирусы, персональные межсетевые экраны, системы предотвращения атак и т. п., отсутствие «заточенности» таких средств под работу с приложениями IP-телефонии может негативно сказаться на уровне защищенности.

Среди основных угроз, которым подвергается IP-телефонная сеть, можно выделить:

регистрацию чужого терминала, позволяющую делать звонки за чужой счет;
подмену абонента;
внесение изменений в голосовой или сигнальный трафик;
снижение качества голосового трафика;
перенаправление голосового или сигнального трафика;
перехват голосового или сигнального трафика;
подделка голосовых сообщений;
завершение сеанса связи;
отказ в обслуживании;
удаленный несанкционированный доступ к компонентам инфраструктуры IP-телефонии;
несанкционированное обновление ПО на IP-телефоне (например, с целью внедрения троянской или шпионской программы);
взлом биллинговой системы (для операторской телефонии).

Это далеко не весь перечень возможных проблем, связанных с использованием IP-телефонии. Альянс по безопасности VoIP (VOIPSA) разработал документ, описывающий широкий спектр угроз IP-телефонии, который помимо технических угроз включает вымогательство через IP-телефонию, спам и т. д.

И все же основное уязвимое место IP-телефонии — это набивший оскомину человеческий фактор. Проблема защищенности при развертывании IP-телефонной сети часто отодвигается на задний план, и выбор решения проходит без участия специалистов по безопасности. К тому же специалисты не всегда должным образом настраивают решение, даже если в нем присутствуют надлежащие защитные механизмы, либо приобретаются средства защиты, не предназначенные для эффективной обработки голосового трафика (например, межсетевые экраны могут не понимать фирменный протокол сигнализации, использующийся в решении IP-телефонии). В конце концов, организация вынуждена тратить дополнительные финансовые и людские ресурсы для защиты развернутого решения либо мириться с его незащищенностью.

Что же строить?

Не будет открытием и то, что чем надежнее защищена IP-телефонная сеть, тем меньше вероятность взлома и злоупотреблений в такой сети. Прозвучит банально, но думать об обеспечении безопасности необходимо уже на этапе подготовки проекта IP-телефонии и именно на этом этапе необходимо договориться о том, какие механизмы защиты целесообразнее использовать в сети. Будет ли это набор встроенных механизмов? А может, особенности функционирования данной IP-сети таковы, что необходимы дополнительные и «навесные» средства защиты?

С точки зрения управляемости и производительности наиболее предпочтительной кажется такая архитектура IP-телефонии, где все компоненты защиты встроены в элементы самой сети. Если рассматривать IP-телефонную сеть без использования дополнительных средств защиты, то, применяя встроенные в сетевые коммутаторы защитные механизмы, можно добиться построения относительно стойкой защиты от атак на периметр. Встроенный функционал позволяет обеспечить:

возможность создания виртуальных локальных сетей (VLAN) с использованием встроенных возможностей коммутаторов;
применение встроенных механизмов фильтрации и контроля доступа;
ограничение и представление гарантируемой полосы пропускания, что позволяет эффективно подавлять DoS-атаки;
ограничение числа устройств с различными MAC-адресами, подключенными к одному порту;
предотвращение атак на расходование пула адресов DHCP-сервиса;
предотвращение засорения таблиц ARP и «воровство» адресов;
предотвращение атак с анонимных адресов;
применение списков контроля доступа, ограничивающих адреса узлов, которые могут передавать данные IP-телефонам.

Кроме того, встроенная в архитектуру IP-сети система управления вызовами, которая может подключаться к специальной выделенной локальной сети, изолированной от рабочей сети организации, представляет собой дополнительный «рубеж» в защите. К недостаткам можно отнести то, что встроенные в сетевое оборудование защитные функции не всегда обеспечивают надлежащий уровень безопасности и для его поднятия могут потребоваться дополнительные вложения в модернизацию оборудования.

Несмотря на использование в основе своей протокола IP, IP-телефония далеко не всегда может быть адекватно защищена традиционными решениями. Связано это с тем, что они не учитывают ее специфики — передачи трафика в реальном времени, контроля качества и трафика на прикладном уровне и т. д. Идеально, когда приложения IP-телефонии и их безопасность неразрывно связаны и интегрированы между собой в единую платформу, включающую и сетевую инфраструктуру. Это позволяет повысить эффективность защиты и снизить издержки на нее. В противном случае приходится строить четыре независимых или практически непересекающиеся инфраструктуры: ЛВС, IP-телефонная сеть, безопасность ЛВС и инфраструктура безопасности IP-телефонии.

Применение специализированных межсетевых экранов значительно повышает безопасность IP-телефонной сети, например, при помощи фильтрации трафика с учетом состояния соединения (stateful inspection ), что позволяет пропускать только необходимый трафик и соединения, установленные в определенном направлении (от сервера к клиенту или наоборот). Кроме того, межсетевой экран предоставляет возможности по:

фильтрации трафика управления установкой IP-телефонных соединений;
передаче трафика управления через NAT и сетевые туннели;
TCP-перехвату, который обеспечивает проверку закрытия TCP-сессий, что позволяет защищаться от ряда атак типа отказа в обслуживании (DoS).

При проектировании сети, в которой предполагается использование дополнительных средств защиты, например системы обнаружения или предотвращения атак, следует особое внимание уделить выбору производителя таких средств, поскольку вопрос об управлении гетерогенной IP-сетью не всегда может быть решен эффективно и быстро и практически всегда требует серьезных дополнительных вложений.

Предпочтителен выбор того производителя, на оборудовании которого уже функционирует сеть, так как поддержку и управление устройствами можно осуществлять в этом случае централизованно и с меньшими затратами.

Защита от прослушивания

Виртуальные ЛВС снижают в известной степени риск прослушивания телефонных разговоров, однако в случае перехвата речевых пакетов анализатором восстановление записи разговора для специалиста дело нехитрое. Главным образом, виртуальные ЛВС способны обеспечить защиту от внешних вторжений, но защитить от атаки, инициированной изнутри сети, могут быть не способны. Человек, находящийся внутри периметра сети, может подключить компьютер прямо к разъему настенной розетки, сконфигурировать его как элемент виртуальной ЛВС системы IP-телефонии и начать атаку.

Наиболее совершенный способ противодействия подобным манипуляциям — использование IP-телефонов со встроенными средствами шифрования. Кроме того, дополнительную защиту обеспечивает шифрование трафика между телефонами и шлюзами. На сегодняшний день практически все производители, такие как Avaya, Nortel и Cisco, предлагают встроенные средства шифрования для информационных потоков и сигнализации. Шифрование трафика является наиболее логичным решением для защиты от прослушивания разговоров, но такая функциональность несет и ряд трудностей, которые необходимо учитывать при построении защищенной связи. Основной проблемой может быть задержка, добавляемая процессом зашифровывания и расшифровывания трафика. При работе в локальной сети подобная проблема, как правило, не дает о себе знать, но при связи через территориально-распределенную сеть способна доставлять неудобства. К тому же шифрование сигнализации, происходящее на прикладном уровне, может затруднить работу межсетевых экранов. В случае применения потокового шифрования задержки гораздо ниже, чем при использовании блочных шифров, хотя полностью от них избавиться не удастся. Вариантом решения проблемы могут служить более быстрые алгоритмы или включение механизмов QoS в модуль шифрования.

QoS

Принято считать, что основное назначение механизмов QoS (Quality of Service ) — обеспечение должного качества связи. Но не стоит забывать, что они играют важнейшую роль и при решении задач безопасности. Для передачи речи и данных из логически отдельных виртуальных ЛВС используется общая физическая полоса пропускания. При заражении узла вирусом или червем может произойти переполнение сети трафиком. Однако если прибегнуть к механизмам QoS, настроенным соответствующим образом, трафик IP-телефонии будет попрежнему иметь приоритет при прохождении через общие физические каналы, и DoS-атака окажется безуспешной.

Защита от подмены телефонов и серверов управления

Многие элементы IP-телефонии имеют динамическую адресацию, что позволяет злоумышленникам использовать это в своих целях. Они могут «выдать себя» за IP-телефон, сервер управления звонками и т. д. Для защиты от устройств, пытающихся замаскироваться под авторизованные IP-телефоны или несанкционированно подключенных к сетевой инфраструктуре, можно воспользоваться правилами контроля доступа на маршрутизаторах и межсетевых экранах. Кроме того, могут пригодиться средства строгой аутентификации всех абонентов инфраструктуры IP-телефонии. Для подтверждения подлинности абонентов могут применяться различные стандартизированные протоколы, включая RADIUS, сертификаты PKI x.509 и т. д.

Защита от DoS-атак

Атаки типа «отказ в обслуживании» на приложения IP-телефонии (например, на серверы обработки звонков) и среду передачи данных представляют собой довольно серьезную проблему. Если говорить об атаках на среду передачи данных, отметим, что за передачу данных в IP-телефонии, как правило, отвечает протокол RTP (Real-Time Protocol ). Он уязвим для любой атаки, которая перегружает сеть пакетами или приводит к замедлению процесса их обработки конечным устройством (телефоном или шлюзом). Следовательно, злоумышленнику достаточно «забить» сеть большим количеством RTP-пакетов либо пакетов с высоким приоритетом обслуживания, которые будут конкурировать с легитимными RTP-пакетами. В таком случае для защиты можно использовать как встроенные в сетевое оборудование механизмы обеспечения информационной безопасности, так и дополнительные решения:

разделение корпоративной сети на непересекающиеся сегменты передачи голоса и данных, что предотвращает появление в «голосовом» участке распространенных атак, в том числе и DoS;
специальные правила контроля доступа на маршрутизаторах и межсетевых экранах, защищающих периметр корпоративной сети и отдельные ее сегменты;
систему предотвращения атак на сервере управления звонками и ПК с голосовыми приложениями;
специализированные системы защиты от DoS- и DDoS-атак;
специальные настройки на сетевом оборудовании, предотвращающие подмену адреса и ограничивающие полосу пропускания, не позволяющую вывести из строя атакуемые ресурсы большим потоком бесполезного трафика.

Защита IP-телефонов

IP-телефоны содержат целый ряд специальных настроек, препятствующих несанкционированному доступу к ним. К таким настройкам относятся, например, доступ к функциям телефона только после предъявления идентификатора и пароля или запрет локального изменения настроек и т. д. С целью предотвращения загрузки на IP-телефон несанкционированно модифицированного программного обеспечения и конфигурационных файлов, их целостность может контролироваться цифровой подписью и сертификатами X.509.

Защита от мошенничества в IP-телефонной сети

Среди основных типов мошенничества, встречающегося в IP-телефонной сети, можно отметить кражу услуг, фальсификацию звонков, отказ от платежа и другие виды. Защититься от мошенничества в сетях IP-телефонии можно, используя возможности сервера управления IT-инфраструктурой. Так, для каждого абонента можно заблокировать звонки на определенные группы номеров; заблокировать звонки с нежелательных номеров; заблокировать возможность переадресации звонков на различные типы номеров — городские, мобильные, междугородные и международные; отфильтровать звонки по различным параметрам. Все действия могут осуществляться независимо от того, с какого телефонного аппарата абонент осуществляет звонок, — это реализуется путем аутентификации каждого абонента, получающего доступ к IP-телефону. В случае если пользователь не проходит процесс подтверждения своей подлинности, он может звонить только по заранее определенному списку номеров, например, только по внутренним номерам телефонов и в экстренные муниципальные службы.

Стандарты в IP-телефонии

Сегодня протокол SIP приходит на смену протоколам H.323, при этом многие разработчики устройств, поддерживающих SIP, фокусируют свои силы на увеличении числа функций, а не на безопасности. В отличие от стандарта H.323, в рамках которого разработана спецификация H.235, описывающая различные механизмы безопасности, протокол SIP практически лишен каких бы то ни было серьезных защитных функций. Это заставляет сомневаться в безоблачном будущем IP-телефонии, которое многие эксперты связывают именно с протоколом SIP. Определенные надежды возлагаются на сформированный в июле 2005 года альянс по безопасности IP-телефонии , целью которого является проведение исследований, повышение осведомленности, обучение и разработка бесплатных методик и инструментов для тестирования в области защищенности IP-телефонии. Но пока единственным результатом работы данного альянса стало создание таксономии атак и уязвимых мест IP-телефонии.

Заключение

В заключение хотелось бы еще раз отметить, что основной постулат эффективной системы безопасности IP-телефонии — на этапе проектирования думать о том, каким образом будет строиться система защиты такой сети, с целью максимального соответствия особенностям IP-коммуникаций в организации. Не следует забывать и о том, что IP-телефония — это приложение, которое работает в IP-сети, и адекватные меры по защите IP-сети в целом лишают злоумышленника дополнительных возможностей по организации прослушивания, реализации DoS-атак и использованию ресурсов сети в качестве лазейки в IP-телефонную сеть.

Среди первоочередных требований к обеспечению безопасности IP-телефонной сети следует назвать необходимость разделения голосовых и обычных данных. То есть IP-телефония должна быть отделена от сети, где передаются другие данные при помощи VLAN. Сегментация позволяет создать дополнительный рубеж, предупреждающий атаки и злоупотребления, в том числе и те, источник которых находится во внутренней сети. Кроме того, при проектировании IP-телефонной сети важно обеспечить соответствующую полосу пропускания и не забывать о применении механизмов QoS для приоритизации IP-телефонного трафика.

И наконец, использование средств защиты, ориентированных на особенности работы IP-телефонии, поможет избежать не только «дыр» в безопасности построенной сети, таких как «непонимание» средствами защиты IP-трафика, но и дополнительных финансовых расходов на модернизацию существующего оборудования или приобретение новых защитных устройств.

Практические аспекты защиты корпоративной сети IP-телефонии

С IP-телефонией, как и любой новой технологией, связано множество различных мифов, слухов и домыслов, мешающих ее повсеместному распространению. Многие из них касаются безопасности IP-телефонии. Апологеты традиционной телефонии утверждают, что коль скоро в технологии VoIP в качестве среды передачи используется протокол IP, то к ней применимы и все сетевые атаки, а следовательно, IP-среда для передачи голосового трафика не подходит. С одной стороны, они правы: атаки действительно возможны. Однако аналогичные атаки (прослушивание, фальсификация абонента и другие) применимы и к традиционной телефонии (см. врезку "Стоимость перехвата информации..."). Более того, в случае с традиционной телефонией реализовать эти атаки гораздо проще, а обнаружить и локализовать - намного сложнее. А по стоимости защиты обычные телефонные переговоры отличаются от более современной IP-телефонии на несколько порядков (в худшую сторону). Но, конечно же, чтобы новая технология позволила обмениваться звонками защищенным образом, ее необх одимо правильно внедрить и настроить.

Стоимость перехвата информации
Купить телефонный жучок, радиозакладку или иное устройство съема информации можно на любом радиорынке и даже в Интернет-магазине: нижняя ценовая планка 10-30 дол. (но без гарантии качества). В детективном агентстве такое устройство предложат в аренду за 20-50 дол. плюс залоговая стоимость жучка (хотя эта деятельность и является незаконной). А заказ "прослушки" профессионалам обойдется всего в 50-100 дол. в час. Еще одно удобство для злоумышленников представляет тот факт, что во многих случаях радиозакладки не требуют дополнительных источников питания и тем более их замены, так как "питаются" от самой телефонной линии. Да и сами телефонные линии представляют потенциальную угрозу, поскольку могут использоваться для прослушивания помещений, через которые проходят, за счет различных электромагнитных наводок и излучений.
Про каждый из стандартов и протоколов IP-телефонии (Н.323, SIP, MGCP, Skinny) можно написать не одну статью, но это не входит в задачи данной публикации. Описание механизмов защиты самих протоколов передачи голоса поверх IP (например, протокол Н.235 или SRTP), представляющих собой неотъемлемую часть голосовой инфраструктуры, также не является целью этого обзора. Если начать говорить об общих принципах работы IP-телефонии, то до темы ее защиты можно никогда не добраться. Таким образом, в данной статье будет описан ряд практических аспектов, связанных с защищенным использованием "последовательницы" традиционной телефонии.

Разделение сети на сегменты
Главное, что необходимо сделать при построении инфраструктуры IP-телефонии, - отделить ее от сегментов, в которых передаются обычные данные (файлы, электронная почта и т.д.). Это можно сделать как с помощью технологии виртуальных локальных сетей (VLAN), так и с помощью межсетевых экранов (МЭ). Первый вариант более эффективен и не требует никаких дополнительных инвестиций, так как механизм VLAN реализован в большинстве коммутаторов. Подобная сегментация позволит создать дополнительный рубеж, предупреждающи й прослушивание переговоров обычными пользователями.
Хорошей практикой является использование отдельного адресного пространства для сегментов IP-телефонии (например, из диапазонов, указанных в RFC 1918). Если сеть, передающая голос поверх протокола IP, имеет достаточно большие масштабы, то в ней не обойтись без динамической адресации по протоколу DHCP. В этом случае необходимо использовать два DHCP-сервера: один для голосовой сети, а второй для сети данных.

Фильтрация и контроль доступа
Голосовые шлюзы (Voice Gateway), подключенные к телефонной сети общего пользования (ТфОП), должны отвергать все протоколы IP-телефонии (Н.323, SIP и другие), приходящие из сегмента данных корпоративной сети. Зачастую поддержка протоколов IP-телефонии реализуется в маршрутизаторах с интеграцией сервисов (Integrated Services Router), что позволяет сэкономить на оборудовании, обеспечивая при этом поддержку самых современных технологий. В этом случае встроенный в маршрутизатор пакетный фильтр с контролем состояни я может отслеживать любые нарушения в голосовом обмене и, например, блокировать пакеты, которые не являются частью процедуры установления вызова. Помимо встроенных в компоненты IP-телефонии механизмов фильтрации и контроля доступа существуют и специальные решения, защищающие элементы голосовой инфраструктуры от возможных несанкционированных воздействий. К таким решениям относятся межсетевые экраны (МЭ), шлюзы прикладного уровня (Application Layer Gateway, ALG) и специализированные пограничные контроллеры (Session Border Controller).

Выбор межсетевого экрана
Для защиты сети IP-телефонии подходит не всякий межсетевой экран - он должен удовлетворять ряду специфичных требований, присущих именно этой технологии передачи голоса. Например, протокол передачи голосовых данных RTP использует динамические UDP-порты, исчисляемые тысячами. Попытка разрешить их все на межсетевом экране приводит к открытию одной большой "дыры" в защите. Следовательно, межсетевой экран должен также динамически определять используемые для связи п орты, открывать их в начале телефонного разговора и закрывать по его окончании.
Вторая особенность заключается в том, что ряд протоколов, например SIP, помещает информацию об используемых параметрах соединения не в заголовок пакета, а в тело данных. Поэтому обычный пакетный фильтр, исследующий только адреса и порты получателя и отправителя, а также тип протокола, в данном случае будет абсолютно бесполезным. Межсетевой экран должен уметь анализировать не только заголовок, но и тело данных пакета, вычленяя из него всю необходимую для организации соединения информацию.

Прикладные шлюзы и пограничные контроллеры
Другая серьезная проблема, решение которой необходимо продумать до приобретения межсетевого экрана, - трансляция сетевых адресов (Network Address Translation, NAT). Коль скоро при установке вызова используются динамические порты, указанные в запросе на установление соединения между абонентами, то технология скрытия топологии сети путем трансляции адресов делает телефонные переговоры нево зможными. Решением проблемы является использование специальных прикладных шлюзов (ALG), выпускаемых в виде выделенных устройств или интегрированных в межсетевые экраны, "понимающие" протоколы с динамическими портами (например, SIP или RTCP). Некоторые производители выпускают только специализированные защитные шлюзы для обработки VoIP-трафика. Но при их выборе следует помнить, что в защите корпоративной сети все равно не обойтись без обычного МЭ, умеющего анализировать не только протоколы Н.323, SIP и MGCP, но и другие распространенные в сетях протоколы: HTTP, FTP, SMTP, SQL*Net и т.д.
Ряд производителей предлагают решение проблемы защиты путем использования специализированных пограничных контроллеров (SBC). По сути, эти устройства во многом аналогичны описанным выше прикладным шлюзам.

Защита от подмены
Динамическая адресация во многих элементах инфраструктуры IP-телефонии дает злоумышленникам большой простор для деятельности: они могут "выдать" свой IP-адрес за IP-телефон, сервер управления звонками и т.д. А значит, перед администратором сети возникает задача аутентификации всех участников телефонных переговоров. Для этого необходимо использовать различные стандартизированные протоколы, включая 802.lx, RADIUS, сертификаты PKI Х.509 и т.д. И, конечно, нельзя сбрасывать со счетов уже упомянутые выше правила контроля доступа на маршрутизаторах и МЭ, усложняющие злоумышленникам задачу подключения к голосовым сегментам.
Указанные методы позволяют эффективно бороться с "левыми" подключениями, в отличие от традиционной телефонии, где эта задача если и решается, то очень дорогостоящими средствами.

Шифрование
Шифрование - наиболее эффективный способ сохранить телефонные переговоры в тайне (см. врезку "Скремблеры и вокодеры..."). Однако такая функциональность влечет за собой ряд сложностей, которые необходимо обязательно учитывать при построении защищенной сети связи.

Скремблеры и вокодеры для защиты традиционной телефонии
Среди средств защиты особняком стоят вокодеры (voice coder) и скремблеры, которые осуществляют шифрование телефонных переговоров. Очевидно, что такие устройства должны быть установлены у всех участников защищенных переговоров. Механизм шифрования встраивается в телефон или поставляется в виде отдельного устройства. В первом случае абонентский терминал становится слишком дорогим (и приходится отказываться от многофункциональных и удобных телефонных аппаратов зарубежного производства), во втором - практически полностью отсутствует возможность масштабирования, и пользование телефоном становится крайне неудобным. Оснастить каждого абонента скремблером или вокодером - задача не из легких. При этом вопрос стоимости также не снимается: цена одного скремблера колеблется от 200 до 500 дол. Если прибавить сюда цену телефонного аппарата и стоимость установки защитных устройств, получатся поистине астрономические цифры. Так что такой способ защиты традиционной телефонии нельзя считать экономичным.
Одна из самых главных проблем - задержка, добавляемая процессом зашифр ования/расшифрования. В случае применения потокового шифрования задержка гораздо ниже, чем при использовании блочных шифров, но полностью от нее избавиться не удастся. Эта проблема решается путем использования более быстрых алгоритмов или включения механизмов QoS в модуль шифрования.
Еще одна трудность - накладные расходы, связанные с увеличением длины передаваемых пакетов. Для протокола IPSec размер добавляемого заголовка составляет около 40 байт, что достаточно много для 50-70-байтовых пакетов IP-телефонии. Впрочем, скорости современных сетей постоянно растут, и с течением времени эта проблема будет снята. А пока оптимальным решением обеих проблем является протокол SecureRTP (SRTP), принятый в качестве стандарта весной 2004г. (RFC 3711).

Защита от нарушения работоспособности
Несмотря на то что различные компоненты IP-телефонии потенциально подвержены атакам "отказ в обслуживании" (о сбоях в традиционной телефонии см. врезку "Перемаршрутизация звонков..."), существует целый ряд защитных мер, предотвращающих как сами DoS-атаки, так и их последствия. Для этого можно использовать встроенные в сетевое оборудование механизмы обеспечения информационной безопасности, а также дополнительные решения:
разделение корпоративной сети на непересекающиеся сегменты передачи голоса и данных, что предотвращает появление в "голосовом" участке распространенных атак, в том числе и DoS;
применение специальных правил контроля доступа на маршрутизаторах и МЭ, защищающих периметр корпоративной сети и отдельные ее сегменты;
использование системы предотвращения атак на сервере управления звонками и ПК с голосовыми приложениями;
установку специализированных систем защиты от DoS- и DDoS-атак;
«применение специальных настроек на сетевом оборудовании, которые предотвращают подмену адреса, часто используемую при DoS-атаках, и ограничивают полосу пропускания, не позволяя вывести из строя атакуемые ресурсы большим потоком бесполезного трафика.

Перемаршрутизация звонков в традиционной телефонии
Еще од на угроза - перемаршрутизация звонков на другие телефонные номера, сброс собеседника с линии или "прорыв" сигнала "занято". Например, в 1989 г. хакерская группа The Legion of Doom получила контроль над телефонной сетью компании BellSouth, включая возможность прослушивания телефонных каналов связи, перемаршрутизацию вызовов, маскировку под технический персонал станции и даже вывод из строя системы экстренной связи 911. Для расследования этого инцидента были приглашены 42 эксперта, а затраты BellSouth на их работу составили 1,5 млн дол. И это не считая потери репутации и других трудно вычисляемых потерь.

Управление
Для удаленного управления использование защищенных протоколов доступа (например, SSH) является обязательным (в данном случае шифрование вносит гораздо меньше задержек, чем при шифровании голосовых данных). Если же доступ к какому-либо компоненту сети IP-телефонии осуществляется по обычному протоколу (например, по HTTP), то непременным условием такого доступа должно быть применение протоко ла IPSec или SSL. В противном случае любой злоумышленник сможет не только перехватывать все данные с незащищенным элементом, но и подменять их.
Если требование криптографии вступает в конфликт с производительностью, то шифрованием на IP-телефонах или голосовых приложениях на ПК можно пренебречь. Если, конечно, к сети не применяются законодательные требования защиты всей конфиденциальной информации (включая и телефонные разговоры). Например, такое требование для всех федеральных структур США прописано в секции 5131 американского закона Information Technology Management Reform Act of 1996.
При отказе от скрытия голосового трафика его необходимо в обязательном порядке отделить от всех остальных типов передаваемых данных с помощью VLAN. При этом передача голоса между офисами должна быть защищена с помощью криптографических преобразований. Для этих целей можно задействовать встроенный в маршрутизаторы механизм IPSec VPN или установить отдельные шифраторы, сертифицированные в ФСБ России.

Организационные вопросы
Основная проблема безопасности IP-телефонии - не динамически открываемые порты на межсетевом экране, не NAT и не снижение качества голоса в результате шифрования. Все эти вопросы давно и эффективно решаются. Главная беда - "в головах", как говорил профессор Преображенский в "Собачьем сердце", а точнее, в недооценке существующих рисков и в непонимании новых технологий. Например, во многих организациях и компаниях существует классификатор конфиденциальной информации, обрабатываемой в автоматизированной системе. Но только в немногих организациях классифицируются еще и голосовые данные, передаваемые в рамках инфраструктуры IP-телефонии. А между тем информация, не включенная в такой классификатор, находится вне зоны внимания службы информационной безопасности и оказывается совершенно не защищенной.

Заключение
В опубликованном годовом отчете IBM "Security Threats and Attack Trends Report" приведен анализ основных угроз года прошедшего и дается прогноз на 2005 г. По мнению экспертов IBM, увеличение числа сетей IP-телефонии приведет к росту угроз для их существования и бесперебойного функционирования. Поэтому обеспокоиться защитой внедряемой или уже внедренной инфраструктуры IP-телефонии необходимо именно сейчас, чтобы позже не "кусать себе локти". И это не так трудно, как кажется на первый взгляд. Существуют технологии, значительно повышающие защищенность VoIP, и они давно известны специалистам по информационной безопасности. Более того, эти технологии зачастую уже внедрены в компоненты, применяемые в построении среды передачи голоса поверх протокола IP. А значит, надо просто воспользоваться ими.

По материалам ИА "Daily Sec".

IP-телефонии должны обеспечиваться два уровня безопасности: системный и вызывной.

Для обеспечения системной безопасности используются следующие функции:

Предотвращение неавторизованного доступа к сети путем применения разделяемого кодового слова. Кодовое слово одновременно вычисляется по стандартным алгоритмам на инициирующей и оконечной системах, и полученные результаты сравниваются. При установлении соединения каждая из двух систем IP-телефонии первоначально идентифицирует другую систему; в случае по крайней мере одного отрицательного результата связь прерывается.
Списки доступа, в которые вносятся все известные шлюзы IP-телефонии .
Запись отказов в доступе.
Функции безопасности интерфейса доступа, включая проверку идентификатора и пароля пользователя с ограничением доступа по чтению/записи, проверку прав доступа к специальному WEB-серверу для администрирования.
Функции обеспечения безопасности вызова, включая проверку идентификатора и пароля пользователя (необязательно), статус пользователя, профиль абонента.

При установлении связи шлюза с другим шлюзом своей зоны производится необязательная проверка идентификатора и пароля пользователя. Пользователь в любое время может быть лишен права доступа.

Действительно, при разработке протокола IP не уделялось должного внимания вопросам информационной безопасности, однако со временем ситуация менялась, и современные приложения, базирующиеся на IP , содержат достаточно защитных механизмов. А решения в области IP-телефонии не могут существовать без реализации стандартных технологий аутентификации и авторизации, контроля целостности и шифрования и т. д. Для наглядности рассмотрим эти механизмы по мере того, как они задействуются на различных стадиях организации телефонного разговора, начиная с поднятия телефонной трубки и заканчивая сигналом отбоя.

1. Телефонный аппарат.

В IP-телефонии , прежде чем телефон пошлет сигнал на установление соединения, абонент должен ввести свой идентификатор и пароль на доступ к аппарату и его функциям. Такая аутентификация позволяет блокировать любые действия посторонних и не беспокоиться, что чужие пользователи будут звонить в другой город или страну за ваш счет.

2. Установление соединения.

После набора номера сигнал на установление соединения поступает на соответствующий сервер управления звонками, где осуществляется целый ряд проверок с точки зрения безопасности. В первую очередь удостоверяется подлинность самого телефона - как путем использования протокола 802.1x, так и с помощью сертификатов на базе открытых ключей, интегрированных в инфраструктуру IP-телефонии . Такая проверка позволяет изолировать несанкционированно установленные в сети IP-телефоны, особенно в сети с динамической адресацией. Явления, подобные пресловутым вьетнамским переговорным пунктам, в IP-телефонии просто невозможны (разумеется, при условии следования правилам построения защищенной сети телефонной связи).

Однако аутентификацией телефона дело не ограничивается - необходимо выяснить, предоставлено ли абоненту право звонить по набранному им номеру. Это не столько механизм защиты, сколько мера предотвращения мошенничества. Если инженеру компании нельзя пользоваться междугородной связью, то соответствующее правило сразу записывается в систему управления звонками, и с какого бы телефона ни осуществлялась такая попытка, она будет немедленно пресечена. Кроме того, можно указывать маски или диапазоны телефонных номеров, на которые имеет право звонить тот или иной пользователь.

В случае же с IP-телефонией проблемы со связью, подобные перегрузкам линий в аналоговой телефонии, невозможны: при грамотном проектировании сети с резервными соединениями или дублированием сервера управления звонками отказ элементов инфраструктуры IP-телефонии или их перегрузка не оказывает негативного влияния на функционирование сети.

3. Телефонный разговор.

В IP-телефонии решение проблемы защиты от прослушивания предусматривалось с самого начала. Высокий уровень конфиденциальности телефонной связи обеспечивают проверенные алгоритмы и протоколы (DES, 3DES , AES , IPSec и т. п.) при практически полном отсутствии затрат на организацию такой защиты - все необходимые механизмы (шифрования, контроля целостности , хэширования, обмена ключами и др.) уже реализованы в инфраструктурных элементах, начиная от IP-телефона и заканчивая системой управления звонками. При этом защита может с одинаковым успехом применяться как для внутренних переговоров, так и для внешних (в последнем случае все абоненты должны пользоваться IP-телефонами).

Однако с шифрованием связан ряд моментов, о которых необходимо помнить, внедряя инфраструктуру VoIP . Во-первых, появляется дополнительная задержка вследствие шифрования/дешифрования, а во-вторых, растут накладные расходы в результате увеличения длины передаваемых пакетов.

4. Невидимый функционал.

До сих пор мы рассматривали только те опасности, которым подвержена традиционная телефония и которые могут быть устранены внедрением IP-телефонии . Но переход на протокол IP несет с собой ряд новых угроз, которые нельзя не учитывать. К счастью, для защиты от этих угроз уже существуют хорошо зарекомендовавшие себя решения, технологии и подходы. Большинство из них не требует никаких финансовых инвестиций, будучи уже реализованными в сетевом оборудовании, которое и лежит в основе любой инфраструктуры IP-телефонии .

Самое простое, что можно сделать для повышения защищенности телефонных переговоров, когда они передаются по той же кабельной системе, что и обычные данные, - это сегментировать сеть с помощью технологии VLAN для устранения возможности прослушивания переговоров обычными пользователями. Хорошие результаты дает использование для сегментов IP-телефонии отдельного адресного пространства. И, конечно же, не стоит сбрасывать со счетов правила контроля доступа на маршрутизаторах (Access Control List, ACL ) или межсетевых экранах (firewall), применение которых усложняет злоумышленникам задачу подключения к голосовым сегментам.

5. Общение с внешним миром.

Какие бы преимущества IP-телефония ни предоставляла в рамках внутренней корпоративной сети, они будут неполными без возможности осуществления и приема звонков на городские номера. При этом, как правило, возникает задача конвертации IP-трафика в сигнал, передаваемый по телефонной сети общего пользования (ТфОП). Она решается за счет применения специальных голосовых шлюзов ( voice gateway), реализующих и некоторые защитные функции, а самая главная из них - блокирование всех протоколов IP-телефонии (H.323, SIP и др.), если их сообщения поступают из неголосового сегмента.

Для защиты элементов голосовой инфраструктуры от возможных несанкционированных воздействий могут применяться специализированные решения - межсетевые экраны (МСЭ), шлюзы прикладного уровня ( Application Layer Gateway, ALG ) и пограничные контроллеры сеансов (Session Border Controller). В частности, протокол RTP использует динамические порты UDP, открытие которых на межсетевом экране приводит к появлению зияющей дыры в защите. Следовательно, межсетевой экран должен динамически определять используемые для связи порты, открывать их в момент соединения и закрывать по его завершении. Другая особенность заключается в том, что ряд протоколов, например,

IP-телефонии :

Прослушивание . В момент передачи конфиденциальной информации о пользователях (идентификаторов, паролей) или конфиденциальных данных по незащищенным каналам существует возможность прослушивания и злоупотребления ими в корыстных целях злоумышленником.
Манипулирование данными . Данные, которые передаются по каналам связи, в принципе можно изменить.
Подмена данных о пользователе происходит в случае попытки выдачи одного пользователя сети за другого. При этом возникает вероятность несанкционированного доступа к важным функциям системы.
Отказ в обслуживании (denial of service - DoS) является одной из разновидностей атак нарушителей, в результате которой происходит вывод из строя некоторых узлов или всей сети. Она осуществляется путем переполнения системы ненужным трафиком, на обработку которого уходят все системные ресурсы. Для предотвращения данной угрозы необходимо использовать средство для распознавания подобных атак и ограничения их воздействия на сеть.

Базовыми элементами в области безопасности являются:

аутентификация;
целостность;
активная проверка.

Применение расширенных средств аутентификации помогает сохранить в неприкосновенности вашу идентификационную информацию и данные. Такие средства могут основываться на информации, которую пользователь знает ( пароль ).

Целостность информации - это способность средств вычислительной техники или автоматизированной системы обеспечивать неизменность информации в условиях случайного и (или) преднамеренного искажения (разрушения). Под угрозой нарушения целостности понимается любое умышленное изменение информации, хранящейся в вычислительной системе или передаваемой из одной системы в другую. Когда злоумышленники преднамеренно изменяют информацию, говорится, что целостность информации нарушена. Целостность также будет нарушена, если к несанкционированному изменению приводит случайная ошибка программного или аппаратного обеспечения.

И, наконец, активная проверка означает проверку правильности реализации элементов технологии безопасности и помогает обнаруживать несанкционированное проникновение в сеть и атаки типа DоS. Активная проверка данных действует как система раннего оповещения о различных типах неполадок и, следовательно, позволяет принять упреждающие меры, пока не нанесен серьезный ущерб .

8.2. Методы криптографической защиты информации

Основой любой защищенной связи является криптография . Криптография - это набор методов защиты информационных взаимодействий, то есть отклонений от их нормального, штатного протекания, вызванных злоумышленными действиями различных субъектов, методов, базирующихся на секретных алгоритмах преобразования информации. Кроме того, криптография является важной составляющей для механизмов аутентификации, целостности и конфиденциальности. Аутентификация является средством подтверждения личности отправителя или получателя информации. Целостность означает, что данные не были изменены, а конфиденциальность создает ситуацию, при которой данные не может понять никто, кроме их отправителя и получателя. Обычно криптографические механизмы существуют в виде алгоритма (математической функции) и секретной величины (ключа ). Причем чем больше битов в таком ключе, тем менее он уязвим.

До сих пор не разработаны подходящие методики оценки эффективности кpиптогpафических систем.

Наиболее простой критерий такой эффективности - вероятность раскрытия ключа , или мощность множества ключей (М) . По сути это то же самое, что и кpиптостойкость . Для ее численной оценки можно использовать также и сложность раскрытия шифра путем перебора всех ключей.

Однако этот критерий не учитывает других важных требований к криптосистемам :

невозможность раскрытия или осмысленной модификации информации на основе анализа ее структуры;
совершенство используемых протоколов защиты;
минимальный объем используемой ключевой информации;
минимальная сложность реализации (в количестве машинных операций), ее стоимость;
высокая оперативность.

Желательно, конечно, использование некоторых интегральных показателей, учитывающих указанные факторы.

Три основных криптографических метода используются в системах обеспечения безопасности:

симметричное шифрование ;
асимметричное шифрование ;
односторонние хэш-функции .

Все существующие технологии аутентификации, целостности и конфиденциальности созданы на основе именно этих трех методов.

Технология шифрования с секретным ключом (симметричный алгоритм ) требует, чтобы оба участника зашифрованной переписки имели доступ к одному и тому же ключу. Это необходимо, так как отправитель использует ключ для зашифровки сообщения, а получатель применяет этот же ключ для расшифровки. Как следствие, возникает проблема безопасной передачи этого ключа. Алгоритмы симметричного шифрования используют ключи не очень большой длины и могут быстро шифровать большие объемы данных. Порядок использования систем с симметричными ключами выглядит следующим образом:

Безопасно создается, распространяется и сохраняется симметричный секретный ключ.
Отправитель использует симметричный алгоритм шифрования вместе с секретным симметричным ключом для получения зашифрованного текста.
Отправитель передает зашифрованный текст. Симметричный секретный ключ никогда не передается по незащищенным каналам связи.
Для восстановления исходного текста получатель применяет к зашифрованному тексту тот же самый симметричный алгоритм шифрования вместе с тем же самым симметричным ключом , который уже есть у получателя.

Наиболее широко распространенным шифром симметричного шифрования является DES ( Data Encryption Standard ), разработанный IBM в 1976 г. и рекомендованный Национальным бюро стандартов США к использованию в открытых секторах экономики.

Алгоритм DES работает следующим образом. Данные представляются в цифровом виде и разбиваются на блоки длинной 64 бита, затем поблочно шифруются. Блок разбивается на левую и правую части. На первом этапе шифрования вместо левой части блока записывается правая, а вместо правой - сумма по модулю 2 (операция XOR ) левой и правой частей. На втором этапе по определенной схеме выполняются побитовые замены и перестановки. Ключ DES имеет длину 64 бита, из которых 56 битов - случайные, а 8 - служебные, используемые для контроля ключа.

Рис. 8.1.

DES имеет два режима работы: ECB (Electronic Code Book ) и CBC ( Cipher Block Chaining ). Режим СВС отличается от обычного тем, что перед шифрованием очередного блока к нему применяется операция "исключающее ИЛИ" с предыдущем блоком. В ситуациях, когда надежность алгоритма DES кажется недостаточной, используется его модификация - Triple DES ( тройной DES ). Строго говоря, существует несколько вариантов Triple DES . Наиболее простой - перешифрование: открытый текст шифруется на первом ключе, полученный шифротекст - на втором, и, наконец, данные, полученные после второго шага, - на третьем. Все три ключа выбираются независимо друг от друга.

IDEA ( International Data Encryption Algorithm ) - еще один блочный шифр с длиной ключа 128 бит . Этот европейский стандарт (от ЕТН, Цюрих) предложен в 1990 г. Алгоритм IDEA по скорости и стойкости к анализу не уступает алгоритму DES .

CAST - это блочный шифр , использующий 128-битовый ключ в США и 40-битный - в экспортном варианте. CAST применяется компанией Northern Telecom (Nortel).

Шифр Skipjack, разработанный Агентством национальной безопасности США ( National Security Agency - NSA ), использует 80-битовые ключи. Это часть проекта Capstone , цель которого - разработка общедоступного криптографического стандарта, удовлетворяющего требованиям правительства США. Capstone включает четыре основных компонента: шифр Skipjack; алгоритм цифровой подписи на базе стандарта DSS ( Digital Signature Standard ); хэш-функцию на базе алгоритма SHA ( Secure Hash Algorithm ); микросхему, реализующую все вышеизложенное (например, Fortezza - PCMCIA -плата, основанная на этой микросхеме).

Шифры RC2 и RC4 разработаны Роном Рейвестом - одним из основателей компании RSA Data Security , и запатентованы этой компанией. Они применяют ключи разной длины, а в экспортируемых продуктах заменяют DES . Шифр RC2 - блочный, с длиной блока 64 бита; шифр RC4 - поточный. По замыслу разработчиков, производительность RC2 и RC4 должна быть не меньше, чем у алгоритма DES .

Всем системам открытого шифрования присущи следующие основные недостатки. Во-первых, принципиальной является надежность канала передачи ключа второму участнику секретных переговоров. Иначе говоря, ключ должен передаваться по секретному каналу. Во-вторых, к службе генерации ключей предъявляются повышенные требования, обусловленные тем, что для n абонентов при схеме взаимодействия "каждый с каждым" требуется n x (n-1)/2 ключей, то есть зависимость числа ключей от числа абонентов является квадратичной.

Для решения вышеперечисленных проблем симметричного шифрования предназначены системы с асимметричным шифрованием, или шифрованием с открытым ключом, которые используют свойства функций с секретом, разработанных Диффи и Хеллманом.

Эти системы характеризуются наличием у каждого абонента двух ключей: открытого и закрытого (секретного). При этом открытый ключ передается всем участникам секретных переговоров. Таким образом, решаются две проблемы: нет нужды в секретной доставке ключа (так как при помощи открытого ключа нельзя расшифровать сообщения, для этого же открытого ключа зашифрованные, и, следовательно, перехватывать открытый ключ нет смысла); отсутствует также квадратичная зависимость числа ключей от числа пользователей - для n пользователей требуется 2n ключей.

Первым шифром, разработанным на принципах асимметричного шифрования , является шифр RSA .

Шифр RSA назван так по первым буквам фамилий его изобретателей: Рона Райвеста (Ривеста), Ади Шамира и Леонарда Элдемана (Алдемана) - основателей компании RSA Data Secutity. RSA - не только самый популярный из асимметричных шифров, но, пожалуй, вообще самый известный шифр . Математическое обоснование RSA таково: поиск делителей очень большого натурального числа, являющегося произведением двух простых, - крайне трудоемкая процедура. По открытому ключу очень сложно вычислить парный ему личный ключ . Шифр RSA всесторонне изучен и признан стойким при достаточной длине ключей. Например, 512 битов для обеспечения стойкости не хватает, а 1024 битов считается приемлемым вариантом. Некоторые утверждают, что с ростом мощности процессоров RSA потеряет стойкость к атаке полным перебором. Однако же увеличение мощности процессоров позволит применить более длинные ключи, что повысит стойкость шифра.

Рис. 8.2.

Шифр действует по следующему алгоритму:

Первый шаг: случайно выбираются два простых очень больших числа р и q .
Второй шаг: вычисляются два произведения: n = pq , m = (p-1)(q-1) .
Третий шаг: выбирается случайное целое Е , не имеющее общих сомножителей с m .
Четвертый шаг: находится D , такое, что DE = 1 по модулю m .
Пятый шаг: исходный текст разбивается на блоки длиной Х не более n .
Шестой шаг: для шифрования сообщения необходимо вычислить С = ХE по модулю n .
Седьмой шаг: для дешифрования вычисляется Х = СD по модулю n .

Для шифрования необходимо знать пару чисел Е, n , для дешифрования - D, n . Первая пара - открытый ключ , вторая - закрытый. Зная открытый ключ , можно вычислить значение закрытого ключа . Необходимым промежуточным действием этого преобразования является нахождение сомножителей p и q , для чего нужно разложить n на сомножители; эта процедура занимает очень много времени. Именно с огромной вычислительной сложностью связана криптостойкость шифра RSA .

Другим шифром, применяющим асимметричное шифрование , является

Ip телефония в защищенном режиме doc. Информационная безопасность в VoIP