7.4.4. контроль целостности программной структуры в процессе эксплуатации

7.4.4. контроль целостности программной структуры в процессе эксплуатации

Контроль целостности программ и данных выполняется одними и теми же методами. Исполняемые программы изменяются крайне редко на этапе их эксплуатации. Существует достаточно широкий класс программ, для которых все исходные данные или их часть также изменяются редко. Поэтому контроль целостности таких файлов выполняется так же, как и контроль программ.

Контроль целостности программных средств и данных осуществляется путем получения (вычисления) характеристик и сравнения их с контрольными характеристиками. Контрольные характеристики вычисляются при каждом изменении соответствующего файла. Характеристики вычисляются по определенным алгоритмам. Наиболее простым алгоритмом является контрольное суммирование. Контролируемый файл в двоичном виде разбивается на слова, обычно состоящие из четного числа байт. Все двоичные слова поразрядно суммируются с накоплением по mod2, образуя в результате контрольную сумму. Разрядность контрольной суммы равняется разрядности двоичного слова. Алгоритм получения контрольной суммы может отличаться от приведенного, но, как правило, не является сложным и может быть получен по имеющейся контрольной сумме и соответствующему файлу.

Другой подход к получению характеристик целостности связан с использованием циклических кодов [63]. Суть метода состоит в следующем. Исходная двоичная последовательность представляется в виде полинома F(x) степени n-1, где n число бит последовательности. Для выбранного порождающего полинома Р(х) можно записать равенство:

где m степень порождающего полинома, G(x) частное, a R(x) -остаток от деления F(x) • хш на Р(х).

Из приведенного соотношения можно получить новое выражение:

Из последнего выражения можно сделать вывод: если исходный полином увеличить на хm (сдвинуть в сторону старших разрядов на m разрядов) и сложить с остатком R(x) по модулю 2, то полученный многочлен разделится без остатка на порождающий полином Р(х).

При контроле целостности информации контролируемая последовательность (сектор на диске, файл и т. д.), сдвинутая на m разрядов, делится на выбранный порождающий полином, и запоминается полученный остаток, который называют синдромом. Синдром хранится как эталон. При контроле целостности к полиному контролируемой последовательности добавляется синдром и осуществляется деление на порождающий полином. Если остаток от деления равен нулю, то считается, что целостность контролируемой последовательности не нарушена. Обнаруживающая способность метода зависит от степени порождающего полинома и не зависит от длины контролируемой последовательности. Чем выше степень полинома, тем выше вероятность определения изменений d, которая определяется из соотношения: d =1/2m.

Использование контрольных сумм и циклических кодов, как и других подобных методов, имеет существенный недостаток. Алгоритм получения контрольных характеристик хорошо известен, и поэтому злоумышленник может произвести изменения таким образом, чтобы контрольная характеристика не изменилась (например, добавив коды).

Задача злоумышленника усложнится, если использовать переменную длину двоичной последовательности при подсчете контрольной характеристики, а характеристику хранить в зашифрованном виде или вне КС (например, в ЗУ Touch Memory).

Рассмотрим пример использования циклических кодов для контроля целостности двоичной последовательности.

Пусть требуется проконтролировать целостность двоичной последовательности А=1010010. Используется порождаемый полином вида: Р(х)=х3+х+1.

А. Получение контрольной характеристики.

GA(x) = 1•хб+0•х5+ 1•х4+0•х3+0•х2+1•х1+0-х°= х6+ х4+х.

GA(x)•x3= x9+ х7+х4.

При вычислении синдрома RA(x) действия выполняются по правилам деления полиномов, заменяя операцию вычитания операцией сложения по модулю:

FA(x) = GA(x) • x3RA(x) = х9 + х7 + х4 + х + 1.

Результат произведенных вычислений свидетельствует о целостности информации.

Если синдром отличен от нуля, то это означает, что произошла ошибка при хранении (передаче) двоичной последовательности. Ошибка определяется и в контрольных разрядах (в синдроме).

Существует метод, который позволяет практически исключить возможность неконтролируемого изменения информации в КС. Для этого необходимо использовать хэш-функцию. Под хэш-функцией понимается процедура получения контрольной характеристики двоичной последовательности, основанная на контрольном суммировании и криптографических преобразованиях. Алгоритм хэш-функции приведен в ГОСТ Р34.11-94. Алгоритм не является секретным, так же как и алгоритм используемого при получении хэш-функции криптографического преобразования, изложенного в ГОСТ 28147-89 [9].

Исходными данными для вычисления хэш-функции являются исходная двоичная последовательность и стартовый вектор хэширования. Стартовый вектор хэширования представляет собой двоичную последовательность длиной 256 бит. Он должен быть недоступен злоумышленнику. Вектор либо подвергается зашифрованию, либо хранится вне КС.

Итерационный процесс вычисления хэш-функции Н предусматривает:

* генерацию четырех ключей (слов длиной 256 бит);

* шифрующее преобразование с помощью ключей текущего значения Н методом простой замены (ГОСТ 28147-89);

* перемешивание результатов;

* поразрядное суммирование по mod2 слов длиной 256 бит исходной последовательности;

* вычисление функции Н.

В результате получается хэш-функция длиной 256 бит. Значение хэш-функции можно хранить вместе с контролируемой информацией, т. к., не имея стартового вектора хэширования, злоумышленник не может получить новую правильную функцию хэширования после внесения изменений в исходную последовательность. А получить стартовый вектор по функции хэширования практически невозможно.

Для каждой двоичной последовательности используются две контрольные характеристики: стартовый вектор и хэш-функция. При контроле по стартовому вектору и контролируемой последовательности вычисляется значение хэш-функции и сравнивается с контрольным значением.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные принципы разработки алгоритмов, программ и технических средств.

2. В чем заключается суть современных технологий программирования?

3. Дайте характеристику автоматизированной системы разработки программных средств.

4. Каким образом достигается защита от несанкционированного изменения структур КС на этапах разработки и эксплуатации?

5. Как осуществляется контроль целостности информации?