Анализ криптостойкости методов защиты информации в операционных системах Microsoft Window 9x

С практической точки зрения данная линейная модель может быть

использована для выделения по шифротексту генератора RC4 среди других

криптосистем, а также для восстановления параметра n. В 2000 году была

опубликована статья Скотта Флюера и Дэвида Мак-Гри посвященная

статистистическому анализу потокового генератора RC4, в которой были

использованы результаты работы Голича для нахождения значения компонент S-

бокса. Приблизительное время работы этого метода составляет 26n, где n –

порция битов в выходном потоке, длина выходной последовательности,

требуемая для выявления статистической слабости, близка к 230. Полученный

результат указывает на существенную слабость генератора и возможность

восстановить параметры i и n. S-бокс может принимать 2nk, где nk – число

битов ключа.

2. Защита информации в операционных системах Microsoft Windows 9x

2.1 Аутентификация, безопасность и доступ к ресурсам в операционных

системах семейства Microsoft Windows 9x

В операционных системах Microsoft Windows 9x для аутентификации

пользователя используется имя пользователя, а для подтверждения введенного

имени – процедура аутентификации, использующая символьный пароль

пользователя. Алгоритм этой процедуры, которая вызывается из библиотеки

MSPWL32.DLL, состоит из следующих шагов:

Шаг 1. Пользователь вводит свое имя и пароль в формате Unicode.

Шаг 2. Имя и пароль преобразуется в формат ASCII, причем строчные

буквы преобразуются в прописные.

Шаг 3. Осуществляется преобразование пароля с помощью с алгоритма

хэширования RC4.

Шаг 4. Результат сравнивается с данными, которые вычисляются путем

дешифрования данных, хранящихся в PWL-файле, в начале загрузки операционной

системы.

Шаг 5. В случае успешной проверки на шаге 4 пользователь получает

доступ к системным ресурсам.

Управление доступом к сетевым ресурсам в операционных системах Windows

9x осуществляется с помощью механизма профилей. Для этого создаются профили

пользователей. Профиль пользователя в хранится в файле user.dat, который

содержит учетную запись пользователя. Все профили системы содержатся в этом

файле. Владелец компьютера, т. е. системный администратор, может присвоить

тому или иному пользователю так называемый перемещаемый профиль, т. е. вы

может произвести настройки профилей локально или через сеть. Настройка и

установка профилей пользователей осуществляется через вкладку “Настройка

пользователя”, обратиться к которой можно посредством двойного щелчка

клавишей мыши на пиктограмме “Пользователи”.

Для создания нового профиля, требуется обратится к соответствующему

мастеру нажатием кнопки “Добавить“. После чего система просит ввести

пароль. После того создания новых профилей и настройки соответствующих

параметров, Windows 9x при каждой загрузке будет выводить диалоговое окно

регистрации, в котором необходимо ввести свое имя и установленный пароль.

Концепция безопасности компьютера подразумевает защиту всех его

компонентов - аппаратные средства и приложения - от несанкционированного

доступа из локальной сети или Internet. В Windows 9x любой пользователь

вашего компьютера может зарегистрироваться в системе. При этом имя

пользователя и пароль могут быть такими же, как и при входе в сеть.

Концепция безопасности в Windows 9x весьма примитивна. В этой системе

администратор, не можете создать группу пользователей, завести учетную

запись пользователя, изменить права пользователя. Вместо продвинутого

“Диспетчера пользователей” эта система предлагает довольно простенькое

диалоговое окно свойств “Пароли”. Windows 9x не обеспечивает достаточного

уровня безопасности.

Механизм безопасности в Windows 9x реализован только на уровне

регистрации пользователя, т.е. так называемая унифицированная регистрация.

Однажды введенный пароль и имя пользователя в окне регистрации при загрузке

системы используется для доступа ко всем службам, приложениям и аппаратным

ресурсам компьютера, поэтому хорошо подобранный пароль способен защитить

вашу систему от проникновения. Никогда не следует записывать свой пароль на

бумаге, пользоваться очевидными паролями (имена, названия городов),

отправлять свой пароль по электронной почте, но следует использовать

разумное количество символов при составлении пароля, иначе его можно просто

забыть.

С помощью вкладки “Смена” паролей“ диалогового окна свойств “Пароли”

изменяются параметры унифицированной регистрации всех ресурсов компьютера

посредством задания нового пароля пользователя.

Задать новый пароль можно через вкладку “Настройка пользователя“. Для

установки защиты на конкретный ресурс компьютера необходимо сделать его

разделяемым. Windows 9x позволяет управлять ресурсами компьютера

пользователям, имеющим удаленный доступ к системе. Для чего требуется

добавить соответствующую службу с помощью вкладки “Сеть” и после этого в

диалоговом окне свойств “Пароли” появится новая вкладка “Удаленное

управление”. Таким образом проведя оценку системы безопасности Windows 9x,

мы сделали вывод о ее недостаточной надежности. Стандартный набор офисного

программного обеспечения Microsoft Office также недостаточно надежен, но

поскольку эффективные средства его криптоанализа уже разработаны, то в

данной работе эта тема не рассматривается.

2.2 Структура PWL–файлов

Для аутентификации в операционных системах Microsoft Windows 9x

используются, хранящиеся в директории операционной системы, файлы *.PWL,

которые содержат кэшированную парольную информацию. Какая бы то ни было

документация по их структуре отсутствует, поэтому нами было проведено

исследование этих файлов и было выяснен их формат.

Таблица 1.1

Структура PWL-файла.

|Смещение |Windows 3.11, Windows 95 без|Windows 95 с Service Pack, |

| |Service Pack |Windows OSR2 и Windows 98 |

|0000:0003 |Сигнатура - B0 6 4D 4E |Сигнатура – E3 82 85 96 |

| |("MFN") |("yВЕЦ") |

|0004:0007 |Счетчик пользователя |Счетчик пользователя |

|0008:107 |Resource Link Index |Resource Link Index |

|0108 |Нулевой байт |Нулевой байт |

|0109:0207 |Resource Key Entry |Resource Key Entry |

|0208:021B |Имя пользователя | |

|0208:0250 | |Таблица указателей на начала |

| | |ресурсов |

|021C:023D |Таблица указателей на начала| |

| |ресурсов | |

|023E:025E |Ресурс 0 … ресурс F | |

|0251 | |Нулевой байт |

|052:02AF | |Ресурс 0 … ресурс F |

В одном ресурсе может быть несколько парольных записей, следующих одна

за другой. Первое слово каждой записи представляет собой длину записи,

включая и это слово. Признаком конца цепочки записей является нулевое

слово. Таким образом пустой ресурс - это просто нулевое слово. Тогда ясно,

что если PWL-файл в Windows95 имеет длину 606 байт, и соответственно 688 в

Windows98, то все ресурсы в нем пустые. Каждый ресурс зашифрован гаммой,

которая накладывается, начиная с его начала.

PWL-файл шифруется простым гаммированием, гамма генерируется

алгоритмом RC4. При первой регистрации пользователя запрашивается пароль.

Далее пароль приводится к верхнему регистру и сворачивается в ключ. Из

этого ключа порождается гамма (псевдослучайная последовательность нулей и

единиц). Эта гамма сложением по модулю два накладывается на каждый из

ресурсов с его начала и зашифровывает их. Аналогично ресурсам

зашифровывается имя пользователя и таблица указателей на начала ресурсов.

Рис. 5. Структура PWL-файла

Полученный ключ используется для инициализации генератора

псевдослучайных чисел по алгоритму RC4. Для каждого ключа RC4 порождает

уникальную битовую последовательность (гамму).

Алгоритм сопоставления ключа паролю слаб тем, что при выбранной длине

ключа в двойное слово, множество различных ключей 232 оказывается

неизмеримо меньше множества различных паролей. Это означает, что существуют

пароли, которые операционная система не различает.

При последующих регистрациях данным пользователем запрашивается

пароль. Он приводится к верхнему регистру, опять сворачивается в ключ из

которого опять порождается гамма. Если порождаемое этой гаммой имя

пользователя дешифровывается правильно, то пароль считается введенным

правильно. После этого дешифровываются таблица указателей на начала

ресурсов и сами ресурсы. Дешифровка производится вторичным наложением гаммы

сложением по модулю два. Если имя пользователя не дешифровывается

правильно, то пароль считается неправильным. Таким образом проверка

правильности введенного пароля производится по совпадению первых 20-и байт

порожденной из него гаммы с первыми 20-ю байтами гаммы от правильного

пароля. Этот алгоритм определения подлинности пароля является весьма

оригинальным, т.к. нигде не сохраняется ни зашифрованный пароль, ни хеш-

функция (необратимое преобразование) пароля, но, в то же время нелепо

реализованным. Ведь поскольку имя пользователя известно заранее, то первые

20 байт гаммы тривиально вычисляются. Но, т.к. эта же гамма накладывается

на каждый ресурс (отсутствие смены гаммы при шифровании разных полей - это

основная ошибка применения алгоритма RC4 в данном случае), то можно

дешифровать и первые 20 байт каждого ресурса! PWL-файл имеет избыточную

информацию - есть указатели на начала ресурсов, но есть и длины записей в

ресурсах и из одного можно вычислять другое. Если в ресурсах не более одной

записи, то длина ресурса есть первое слово ресурса плюс два (длина первой

записи ресурса плюс длина нулевого слова). Определяя по началу и длине

данного ресурса начало следующего, рассчитывается вся таблица указателей на

начала ресурсов. Если в ресурсах более одной записи, то начало следующего

ресурса все равно можно найти. Это сводит прочность системы шифрования к

нулю (под прочностью системы шифрования понимается количество вариантов,

которые необходимо перебрать для ее гарантированного вскрытия).

Алгоритм генерации ключа по паролю

Имеем ключ (двойное слово) и пароль до 20-и символов.

1) Обнулить ключ.

2) Привести пароль к верхнему регистру.

3) Для каждого символа пароля, начиная с первого:

а) прибавить код символа к ключу

б) повернуть ключ влево 7 раз.

Алгоритм сопоставления ключа паролю слаб тем, что при выбранной длине

ключа в двойное слово, множество различных ключей 232 оказывается

неизмеримо меньше множества различных паролей. Это означает, что существуют

пароли, которые Windows 95 не отличает друг от друга. Это делает совершенно

бессмысленными допускаемые в Windows 95 длинные пароли и эффективная длина

пароля соответствует только пяти символам! Правда, это не означает, что для

каждого пароля найдется эквивалент из пяти символов, т.к. множество паролей

отображается на множество ключей неравномерно.

Между тем, достаточно было накладывать гамму на ресурсы, не используя

первых засвеченных ее байт, что и было реализовано в следующих версиях.

Таким образом, в механизме безопасности операционной системы Microsoft

Windows 95 обнаружена существенная ошибка. Для ее исправления необходимо

модернизация операционной системы. Кроме того, в новых версиях длина пароля

ограничена не 32 байтами, а 128.

3. Программа анализа PWL-файлов

3.1 Оценка надежности криптоалгоритмов в зависимости от длины ключа

Любую секретную информацию можно получить путем перебора всех

возможных ключей, поэтому проведем оценку возможности подбора ключей.

Проблема поиска ключей симметричной криптосистемы путем перебора всех

возможных ключей относится к классу задач, допускающих распараллеливание,

поэтому применение распределенных вычислений для организации перебора таких

ключей позволяет эффективно решать трудоемкие задачи в этой области.

Экспоненциальная динамика роста с течением времени производительности

вычислительных систем оказывает еще более существенное влияние на рост

производительности системы в целом. Таким образом, прогресс в этой области

возможен за счет:

1. использования достижений научно-технического прогресса и

применения технологических новинок для увеличения производительности

отдельного устройства;

2. увеличения количества процессоров в системе.

С физической точки зрения транзистор, который является основой

современной интегральной схемы, может быть уменьшен еще примерно в 10 раз,

до размера 0,03 микрон. За этой гранью процесс включения/выключения

микроскопических переключателей станет практически невозможным. Таким

образом максимальное быстродействие составит - 1016 операций/секунду, а

предел роста наступит приблизительно в 2030 г.

Попробуем проанализировать предельные значения двух указанных

тенденций. Оценим максимальную производительности вычислительного

устройства связана с определением максимального быстродействия на основе

физических закономерностей нашего мира. Максимальная скорость передачи

информации в нашей вселенной - скорость света, максимальная плотность

записи информации - бит на атом. Большая скорость передачи информации

невозможна на основании законов физики, большая плотность записи невозможна

ввиду наличия соотношения неопределенностей Гейзенберга.

Предположим, что размер процессора равен размеру атома. Тогда в наших

обозначениях быстродействие гипотетического процессора выразится формулой

F = Vc/Ra = 3 * 1018 операций в секунду, где Vc = 3 * 10 8 м/с скорость

света в вакууме, а Ra = 10-10 м - размеры атомов. Столько раз за 1 секунду

свет пройдет размеры атома. Поскольку период обращения Земли вокруг Солнца

составляет 365,2564 суток или 31 558 153 секунд, то за один год такой

процессор выполнит 94 674 459 * 1018 ( 1026 операций. Более быстрый

процессор в нашей вселенной невозможен в принципе.

Один такой процессор по быстродействию превосходит более двух

миллионов самых современных суперкомпьютеров Intel ASCI Red стоимостью

55млн долл., работающих одновременно, и состоящих из 9152 процессоров

Pentium каждый, точное значение - 2 242 152,466. Производительность одного

процессора в системе Intel ASCI Red - 1,456 * 108 операций в секунду.

За 100 лет непрерывной работы гипотетический процессор совершит

приблизительно 1028 операций. При условии, что за один такт своей работы он

проверяет один ключ, а расшифровка сообщения на найденном ключе происходит

мгновенно, то он сможет перебрать 1028 ключей, т.е. длина ключа составит

всего лишь 93 бита! Очевидно, что создать еще более быстродействующую

систему возможно только увеличивая количество процессоров в системе.

Следовательно быстродействие качественно изменяет свой характер роста

с экспоненциального на линейный, и вычислительная мощность системы будет

определяться только количеством процессоров.

Других способов повышения вычислительной мощности нет. Таким образом,

с точки зрения защиты информации криптографическими методами, анализ

потенциальных возможностей метода распределенных вычислений представляет

как для криптоаналитиков, так и для разработчиков криптографических систем

значительный интерес. Попробуем, поэтому, проанализировать предельные

значения двух указанных тенденций.

Таблица 2.1

Десять самых мощных суперкомпьютеров в мире.

| |Наименование |Страна-обладате|Фирма-произво|Процессо|Мощность|

| |машины |ль |дитель |ры |(GFLOPS)|

|1 |Intel ASCI Red |США |Intel |9125 |1333 |

|2 |Hitachi/Tsukuba |Япония |Hitachi/Tsuku|2048 |368 |

| |CP-PACS | |ba | | |

|3 |SGI/Cray T3E |Великобритания |Cray |696 |265 |

|4 |Fujitsu |Япония |Fujitsu |167 |230 |

| |Numerical Wind | | | | |

| |Tunnel | | | | |

|5 |Hitachi SR2201 |Япония |Hitachi |1024 |220 |

|6 |SGI/Cray T3E |Германия |Cray |512 |176 |

|7 |SGI/Cray T3E |США |Cray |512 |176 |

|8 |SGI/Cray T3E |Германия |Cray |512 |176 |

|9 |SGI/Cray T3E |США |Cray (США) |512 |176 |

|10 |SGI/Cray T3E |США |Cray (США) |512 |176 |

Количество установок суперкомпьютеров возрастает год от года в

геометрической прогрессии, причем основной объем опять же приходится на

США.

Допустим, что рассматриваемые нами алгоритмы шифрования идеальны, то

есть оптимальным методом их взлома будет прямой перебор всех возможных

ключей данного алгоритма. Очевидно, что в этом случае стойкость

Страницы: 1, 2, 3, 4