Урок 34.

Предмет: Технология разработки программных продуктов.

Тема: Обеспечение защищенности программных средств.

Цели:

Образовательная

Ознакомление с методами защиты ПО.

Развивающая:

Развивать умение слушать других, делать выводы и обобщать полученные знания

Воспитательная:

Воспитывать чувство значимости предмета в профессиональной деятельности, аккуратности в работе

Межпредметные связи:

-         Английский язык

-         Операционные системы

-         Информационные технологии

-         Основы алгоритмизации и программирования

Оборудование: доска, мел, письменные принадлежности, проектор, ПК

Тип урока: комбинированный

Метод обучения: Объяснительно иллюстративный

Ход урока:

1.Организационный момент

         - Проверка готовности кабинета

         - Объявление темы

2. Постановка цели урока

3.Повторение пройденного материала

1. Оценка стоимости программного продукта
2. Выполнение оценки проекта на основе LOC- и FP-метрик
3. Конструктивная модель стоимости
4. Модель композиции приложения
5. Модель раннего этапа проектирования
6. Оценка затрат на разработку ПО

 

4.Сообщение новых знаний

1.      Основные сведения о защите программных продуктов

2.      Криптографические методы защиты информации

3.      Программные системы защиты от несанкционированного копирования

4.      защита от сбоев аппаратуры;

5.      защита от влияния «чужой» программы;

6.      защита от отказов «своей» программы;

7.      защита от ошибок оператора (пользователя);

8.      защита от несанкционированного доступа;

9.      защита от защиты.

 

 

5. Восприятие и осознание учащимися нового материала

6. Осмысление обобщение и систематизация знаний

7. Подведение итогов урока и  постановка домашнего задания

   Выучить содержимое темы

Гагарина Л.Г. стр.240-253

        Ответить на вопросы:

 

 

7.3. Защита программных продуктов

7.З.1 Основные сведения о защите программных продуктов

 

      Программные продукты и компьютерные базы данных  являются предметом интеллектуального труда специалистов высокой квалификации. Процесс проектирования и реализации  программных продуктов характеризуется значительными  материальными и трудовыми затратами, основан на использовании  наукоемких технологий и инструментария, требует применения и  соответствующего уровня дорогостоящей вычислительной техники.

     Это обусловливает необходимость принятия мер по защите  интересов разработчика программ и создателей компьютерных баз данных от несанкционированного их использования [56].

     Программное обеспечение является объектом зашиты также и в связи со сложностью и трудоемкостью восстановления его работоспособности, значимостью программного обеспечения для работы информационной системы.

     Защита программного обеспечения преследует цели:

1) ограничение несанкционированного доступа к  программам или их преднамеренное разрушение и хищение;

2) исключение несанкционированного копирования  (тиражирования) программ.

Программный продукт и базы данных должны быть  защищены по нескольким направлениям от воздействия:

1) человека — хищение машинных носителей и  документации программного обеспечения; нарушение работоспособности программного продукта и др.;

2) аппаратуры — подключение к компьютеру аппаратных средств для считывания программ и данных или их физического разрушения;

3) специализированных программ — приведение  программного продукта или базы данных в неработоспособное  состояние (например, вирусное заражение), несанкционированное  копирование программ и базы данных и т. д.

       Самый простой и доступный способ защиты программных продуктов и баз данных — ограничение доступа. Контроль  доступа к программному продукту и базе данных устанавливается с помощью:

• защиты программ при их запуске паролем;

• использования ключевой дискеты для запуска программ;

• ограничения доступных пользователям программных 

модулей или данных, функций обработки и др.

      Могут также использоваться криптографические методы  защиты информации базы данных или головных программных модулей.

 

7.3.2. Криптографические методы защиты информации

 

     Первоначальное значение термина «криптография» —  «тайнопись», «тайное письмо».

     Криптография — наука о зашите информации от прочтения ее посторонними. Зашита достигается шифрованием, т. е.  преобразованием, которое делает защищенные входные данные  трудночитаемыми без знания специальной информации — ключа.

     Под ключом понимается легко изменяемая часть  криптосистемы, хранящаяся в тайне и определяющая, какое шифрующее преобразование из возможных выполняется в данном случае.

Криптосистема — семейство выбираемых с помощью ключа  обратимых преобразований, которые преобразуют защищаемый открытый текст в шифрограмму, и обратно [56].

    По характеру использования ключа известные  криптосистемы можно разделить на два типа: симметричные (с секретным ключом) и несимметричные (с открытым ключом).

    В первом случае в шифраторе отправителя и дешифраторе получателя используется один и тот же ключ. Шифратор  образует шифр-текст, который является функцией открытого текста.

Конкретный вид функции шифрования определяется секретным ключом. Дешифратор получателя сообщения выполняет  обратное преобразование аналогичным образом. Секретный ключ хранится в тайне, и исключается незаконный перехват ключа.

     Обычно предполагается правило Кирхгофа: стойкость шифра определяется только секретностью ключа, т. е. криптоаналитику известны все детали процесса шифрования и дешифрования, кроме секретного ключа.

      Открытый текст обычно имеет произвольную длину, если его размер велик и он не может быть обработан вычислительным устройством шифратора целиком, он разбивается на блоки  фиксированной длины, и каждый блок шифруется в отдельности, независимо от его положения во входной последовательности.

Такие криптосистемы называются системами блочного  шифрования.

      На практике обычно используют два общих принципа  шифрования: рассеивание и перемешивание. Рассеивание  заключается в распространении влияния одного символа открытого текста на много символов шифра-текста: это позволяет скрыть  статистические свойства открытого текста. Развитием этого принципа является распространение влияния одного символа ключа на много символов шифрограммы, что позволяет исключить 

восстановление ключа по частям. Перемешивание состоит в  использовании таких шифрующих преобразований, которые  исключают восстановление взаимосвязи статистических свойств открытого и шифрованного текста. Распространенный способ

достижения хорошего рассеивания состоит в использовании  составного шифра, который может быть реализован в виде  некоторой последовательности простых шифров, каждый из которых вносит небольшой вклад в значительное суммарное рассеивание и перемешивание. В качестве простых шифров чаще всего  используют простые подстановки и перестановки.

 

7.3.3. Программные системы защиты от несанкционированного копирования

      Данные системы предотвращают нелицензионное  использование программных продуктов и баз данных. Программа  выполняется только при опознании некоторого уникального 

ключевого элемента.

     Таким ключевым элементом могут быть:

• дискета, на которой записан не подлежащий копированию ключ;

• определенные характеристики аппаратуры компьютера;

• специальное устройство (электронный ключ), 

подключаемое к компьютеру и предназначенное для выдачи  опознавательного кода.

     Программные системы защиты от копирования  программных продуктов:

• идентифицируют среду, из которой будет запускаться  программа;

• устанавливают соответствие среды, из которой запущена программа, той, для которой разрешен 

санкционированный запуск;

• вырабатывают реакцию на запуск из несанкционированной среды;

• регистрируют санкционированное копирование;

• противодействуют изучению алгоритмов и программ  работы системы.

      Для идентификации запускающих дискет применяются  следующие методы:

• нанесение повреждений на поверхность дискеты 

(«лазерная дыра»), которая с трудом может быть воспроизведена в несанкционированной копии дискеты;

• нестандартное форматирование запускающей дискеты.

      Идентификация среды компьютера обеспечивается за счет:

• закрепления месторасположения программ на жестком магнитном диске (так называемые неперемещаемые  программы);

• привязки к номеру BIOS (расчет и запоминание с  последующей проверкой при запуске контрольной суммы  системы);

• привязки к аппаратному (электронному) ключу,  вставляемому в порт ввода-вывода, и др.

 

Защищенность - способность компонентов программного средства защищать программы и информацию от любых негативных воздействий.

 

11.6. Обеспечение защищенности программных средств.

Различают следующие виды защиты ПС от искажения информации:защита от сбоев аппаратуры;

·      защита от влияния «чужой» программы;

·      защита от отказов «своей» программы;

·      защита от ошибок оператора (пользователя);

·      защита от несанкционированного доступа;

·      защита от защиты.

11.6.1 Защита от сбоев аппаратуры. В настоящее время этот вид защиты является не очень злободневной задачей (с учетом уровня достигнутой надежности компьютеров). Но все же полезно знать ее решение. Это обеспечивается организацией т.н. «двойных или тройных просчетов». Для этого весь процесс обработки данных, определяемый  ПС, разбивается по времени на интервалы так называемыми «опорными точками». Длина этого интервала не должна превосходить половины  среднего времени безотказной работы компьютера. В начале каждого такого интервала во вторичную память записывается с некоторой контрольной суммой копия состояния изменяемой в этом процессе памяти («опорная точка»). Для того, чтобы убедиться, что обработка данных от одной опорной точки до следующей (т.е. один «просчет») произведена правильно (без сбоев компьютера), производится два таких «просчета». После первого «просчета» вычисляется и запоминается указанная контрольная сумма, а затем восстанавливается состояние памяти по опорной точке и делается второй «просчет». После второго «просчета» вычисляется снова указанная контрольная сумма, которая затем сравнивается с контрольной суммой первого «просчета». Если эти две контрольные суммы совпадают, второй просчет считается правильным, в противном случае контрольная сумма второго «просчета» также запоминается и производится третий «просчет» (с предварительным восстановлением состояния памяти по опорной точке). Если контрольная сумма третьего «просчета» совпадет с контрольной суммой одного из первых двух «просчетов», то третий просчет считается правильным, в противном случае требуется инженерная проверка компьютера.

11.6.2. Защита от влияния «чужой» программы. При появлении мультипрограммного режима работы компьютера в его памяти может одновременно находиться в стадии выполнения несколько программ, попеременно получающих управление в результате возникающих прерываний (т.н. квазипараллельное выполнение программ). Одна из таких программ (обычно: операционная система) занимается обработкой прерываний и управлением мультипрограммным режимом. Здесь под «чужой» программой понимается программа (или какой-либо программный фрагмент), выполняемая параллельно (или квазипараллельно) по отношению к защищаемой программе (или ее фрагменту). Этот вид защиты должна обеспечить, чтобы эффект выполнения защищаемой программы не зависел от того, какие программы выполняются параллельно с ней, и относится, прежде всего, к функциям операционных систем.

Различают две разновидности этой защиты:

·      защита от отказов «чужой» программы,

·      защита от злонамеренного влияния «чужой» программы.

Защита от отказов «чужой» программы означает, что на выполнение функций защищаемой программой не будут влиять отказы (проявления ошибок), возникающие в параллельно выполняемых программах. Для того чтобы управляющая программа (операционная  система) могла обеспечить защиту себя и других программ от такого влияния, аппаратура компьютера должна реализовывать следующие возможности:

*      защиту памяти,

*      два режима функционирования компьютера: привилегированный и рабочий (пользовательский),

*      два вида операций: привилегированные и ординарные,

*      корректную реализацию прерываний и начального включения компьютера,

*      временнóе прерывание.

Защита памяти означает возможность программным путем задавать для каждой программы недоступные для нее участки памяти. В привилегированном режиме могут выполняться любые операции (как ординарные, так и привилегированные), а в рабочем режиме - только ординарные. Попытка выполнить привилегированную операцию, а также обратиться к защищенной памяти в рабочем режиме вызывает соответствующее прерывание. К привилегированным операциям относятся операции изменения защиты памяти и режима функционирования, а также доступа к внешней информационной среде. Корректная реализация прерываний и начального включения компьютера означает обязательную установку привилегированного режима и отмену защиты памяти. В этих условиях управляющая программа (операционная система) может полностью защитить себя от влияния отказов других программ. Для этого достаточно, чтобы

·      все точки передачи управления при начальном включении компьютера и при прерываниях принадлежали этой программе,

·      она не позволяла никакой другой программе работать в привилегированном режиме (при передаче управления любой другой программе должен включаться только рабочий режим),

·      она полностью защищала свою память (содержащую, в частности, всю ее управляющую информацию, включая так называемые вектора прерываний) от других программ.

Тогда никто не помешает ей выполнять любые реализованные в ней функции защиты других программ (в том числе и доступа к внешней информационной среде). Для облегчения решения этой задачи часть такой программы помещается в постоянную память. Наличие временнóго прерывания позволяет управляющей программе защититься от зацикливания в других программах (без такого прерывания она могла бы просто лишиться возможности управлять).

Защита от злонамеренного влияния «чужих» программ означает, что изменение внешней информационной среды, предоставленной защищаемой программе, со стороны другой, параллельно выполняемой программы будет невозможно или сильно затруднено без ведома защищаемой программы. Для этого операционная система должна обеспечить подходящий контроль доступа к внешней информационной среде. Необходимым условием обеспечение такого контроля является обеспечения защиты от злонамеренного влияния «чужих» программ хотя бы самой операционной системы. В противном случае такой контроль можно было бы обойти путем изменения операционной системы со стороны «злонамеренной» программы.

Этот вид защиты включает, в частности, и защиту от т.н. «компьютерных вирусов», под которыми понимают фрагменты программ, способные в процессе своего выполнения внедряться (копироваться) в другие программы (или в отдельные программные фрагменты). «Компьютерные вирусы», обладая способностью к размножению (к внедрению в другие программы), при определенных условиях вызывают изменение эффекта выполнения «зараженной» программы, что может привести к серьезным деструктивным изменениям ее внешней информационной среды. Операционная система, будучи защищенной от влияния «чужих» программ, может ограничить доступ к программным фрагментам, хранящимся во внешней информационной среде. Так, например, может быть запрещено изменение таких фрагментов любыми программами, кроме некоторых, которые знает операционная система, или, другой вариант, может быть разрешено только после специальных подтверждений программы (или пользователя).

11.6.3. Защита от отказов «своей» программы. Обеспечивается надежностью ПС, на что ориентирована вся технология программирования, обсуждаемая в настоящем курсе лекций.

11.6.4. Защита от ошибок пользователя. Здесь идет речь не об ошибочных данных, поступающих от пользователя ПС, - защита от них связана с обеспечением устойчивости ПС, а о действиях пользователя, приводящих к деструктивному изменению состояния внешней информационной среды ПС, несмотря на корректность используемых при этом данных. Защита от таких действий, частично, обеспечивается выдачей предупредительных сообщений о попытках изменить состояние внешней информационной среды ПС с требованием подтверждения этих действий. Для случаев же, когда такие ошибки совершаются, может быть предусмотрена возможность восстановления состояния отдельных компонент внешней информационной среды ПС на определенные моменты времени. Такая возможность базируется на ведении (формировании) архива состояний (или изменений состояния) внешней информационной среды.

11.6.5. Защита от несанкционированного доступа. Каждому пользователю ПС предоставляет определенные информационные и процедурные ресурсы (услуги), причем у разных пользователей ПС предоставленные им ресурсы могут отличаться, иногда очень существенно. Этот вид защиты должен обеспечить, чтобы каждый пользователь ПС мог использовать только то, что ему предоставлено (санкционировано). Для этого ПС в своей внешней информационной среде может хранить информацию о своих пользователях и предоставленным им правах использования ресурсов, а также предоставлять пользователям определенные возможности формирования этой информации. Защита от несанкционированного доступа к ресурсам ПС осуществляется с помощью т.н. паролей (секретных слов). При этом предполагается, что каждый пользователь знает только свой пароль, зарегистрированный в ПС этим пользователем. Для доступа к выделенным ему ресурсам он должен предъявить ПС свой пароль. Другими словами, пользователь как бы "вешает замок" на предоставленные ему права доступа к ресурсам, "ключ" от которого имеется только у этого пользователя.

Различают две разновидности такой защиты:

·      простая защита от несанкционированного доступа,

·      защита от взлома защиты.

Простая защита от несанкционированного доступа обеспечивает защиту от использования ресурсов ПС пользователем, которому не предоставлены соответствующие права доступа или который указал неправильный пароль. При этом предполагается, что пользователь, получив отказ в доступе к интересующим ему ресурсам, не будет предпринимать попыток каким-либо несанкционированным образом обойти или преодолеть эту защиту. Поэтому этот вид защиты может применяться и в ПС, которая базируется на операционной системе, не обеспечивающей полную защиту от влияния «чужих» программ.

Защита от взлома защиты - это такая разновидность защиты от несанкционированного доступа, которая существенно затрудняет преодоление этой защиты. Это связано с тем, что в отдельных случаях могут быть предприняты настойчивые попытки взломать защиту от несанкционированного доступа, если защищаемые ресурсы представляют для кого-то чрезвычайную ценность. Для такого случая приходится предпринимать дополнительные меры защиты. Во-первых, необходимо обеспечить, чтобы такую защиту нельзя было обойти, т. е. должна действовать защита от влияния «чужих» программ. Во-вторых, необходимо усилить простую защиту от несанкционированного доступа использованием в ПС специальных программистских приемов, в достаточной степени затрудняющих подбор подходящего пароля или его вычисление по информации, хранящейся во внешней информационной среде ПС. Использование обычных паролей оказывается недостаточной, когда речь идет о чрезвычайно настойчивом  стремлении добиться доступа к ценной информации. Если требуемый пароль («замок») в явном виде хранится во внешней информационной среде ПС, то "взломщик" этой защиты относительно легко может его достать, имея доступ к этому ПС. Кроме того, следует иметь в виду, что с помощью современных компьютеров можно осуществлять достаточно большой перебор возможных паролей с целью найти подходящий.

Защититься от этого можно следующим образом. Пароль (секретное слово или просто секретное целое число) X должен быть известен только владельцу защищаемых прав доступа и он не должен храниться во внешней информационной среде ПС. Для проверки  прав доступа во внешней информационной среде ПС хранится другое число Y=F(X), однозначно вычисляемое ПС по предъявленному паролю X. При этом функция F может быть хорошо известной всем пользователям ПС, однако она должна обладать таким свойством, что восстановление слова X по Y практически невозможно: при достаточно большой длине слова X (например, в несколько сотен знаков) для этого может потребоваться астрономическое время. Такое число Y будем называть электронной (компьютерной) подписью владельца пароля X (а значит, и защищаемых прав доступа).

Другой способ защиты от взлома защиты связан с защитой сообщений, пересылаемых по компьютерным сетям. Такое сообщение может представлять команду на дистанционный доступ к ценной информации, и этот доступ отправитель сообщения хочет защитить от возможных искажений. Например, при осуществлении банковских операций с использованием компьютерной сети. Использование компьютерной подписи в такой ситуации недостаточно, так как защищаемое сообщение может быть перехвачено «взломщиком» (например, на «перевалочных» пунктах компьютерной сети) и подменено другим сообщением с сохранением компьютерной подписи (или пароля).

Защиту от такого взлома защиты можно осуществить следующим образом [11.4]. Наряду с функцией F, определяющей компьютерную подпись владельца пароля X, в ПС определены еще две функции: Stamp и Notary. При передаче сообщения отправитель, помимо компьютерной подписи Y=F(X), должен вычислить еще другое число S=Stamp(X,R), где X - пароль, а R - текст передаваемого сообщения. Здесь также предполагается, что функция Stamp хорошо  известна всем пользователям ПС и обладает таким свойством, что по S практически невозможно ни восстановить число X, ни подобрать другой текст сообщения R с заданной компьютерной подписью Y. При этом передаваемое сообщение (вместе со своей защитой) должно иметь вид:

(R Y S),

причем Y (компьютерная подпись) позволяет получателю сообщения установить истинность клиента, а S как бы скрепляет защищаемый текст сообщения R с компьютерной подписью Y. В связи с этим будем называть число S электронной (компьютерной) печатью. Функция Notary(R,Y,S).проверяет истинность защищаемого сообщения:

(R,Y,S).

Эта позволяет получателю сообщения однозначно установить, что текст сообщения R принадлежит владельцу пароля X.

11.6.6. Защита от защиты. Защита от несанкционированного доступа может создать нежелательную ситуацию для самого владельца прав доступа к ресурсам ПС - он не сможет воспользоваться этими правами, если забудет (или потеряет) свой пароль («ключ»). Для защиты интересов пользователя в таких ситуациях и предназначена защита от защиты. Для обеспечения такой защиты ПС должно иметь привилегированного пользователя, называемого администратором ПС. Администратор ПС должен, в частности, отвечать за функционирование защиты ПС: именно он должен формировать контингент пользователей данного экземпляра ПС, предоставляя каждому из этих пользователей определенные права доступа к ресурсам ПС. В ПС должна быть привилегированная операция (для администратора), позволяющая временно снимать защиту от несанкционированного доступа для пользователя с целью фиксации требуемого пароля («замка»).