Методы аутентификации, использующие пароли и PIN-коды

 

Одной из распространенных схем аутентификации является простая аутентификация, которая основана на применении тра­диционных многоразовых паролей с одновременным согласова­нием средств его использования и обработки. Аутентификация на основе многоразовых паролей — простой и наглядный при­мер использования разделяемой информации. Пока в большин­стве защищенных виртуальных сетей VPN доступ клиента к серверу разрешается по паролю. Однако все чаще применяются более эффективные средства аутентификации, например программные и аппаратные системы аутенти­фикации на основе одноразовых паролей, смарт-карт, PIN-ко­дов и цифровых сертификатов.

Базовый принцип «единого входа» предполагает достаточ­ность одноразового прохождения пользователем процедуры аутентификации для доступа ко всем сетевым ресурсам. Поэтому в современных операционных системах предусматривается цен­трализованная служба аутентификации, которая выполняется одним из серверов сети и использует для своей работы базу дан­ных (БД). В этой БД хранятся учетные данные о пользователях сети, включающие идентификаторы и пароли пользователей, а также другую информацию.

Процедура простой аутентификации пользователя в сети: пользователь при по­пытке логического входа в сеть набирает свои идентификатор и пароль. Эти данные поступают для обработки на сервер аутенти­фикации. В БД, хранящейся на сервере аутентификации, по идентификатору пользователя находится соответствующая за­пись. Из нее извлекается пароль и сравнивается с тем паролем, который ввел пользователь. Если они совпали, то аутентифика­ция прошла успешно - пользователь получает легальный статус и получает те права и ресурсы сети, которые определены для его статуса системой авторизации.

В схеме простой аутентификации (рис.1) передача пароля и идентификатора пользователя может производиться следую­щими способами:

· в незашифрованном виде; например, согласно протоколу парольной аутентификации PAP пароли передаются по линии связи в открытой незащищенной форме;

· в защищенном виде; все передаваемые данные (идентифи­катор и пароль пользователя, случайное число и метки вре­мени) защищены посредством шифрования или однона­правленной функции.

Рисунок 1. Простая аутентификация с использованием пароля

Чтобы защитить пароль, его нужно зашифровать перед пересылкой по незащи­щенному каналу. Для этого в схему включены средства шифро­вания Е_К и расшифровывания D_K, управляемые разделяемым секретным ключом К. Проверка подлинности пользователя ос­нована на сравнении присланного пользователем пароля Р_А и исходного значения Р'_А, хранящегося на сервере аутентифика­ции. Если значения Р_А и Р'_А совпадают, то пароль Р_А считается подлинным, а пользователь А — законным.

Наиболее распространенным способом является хра­нение паролей пользователей в открытом виде в системных фай­лах, причем на эти файлы устанавливаются атрибуты защиты от чтения и записи (например, при помощи описания соответст­вующих привилегий в списках контроля доступа ОС). Система сопоставляет введенный пользователем пароль с хранящейся в файле паролей записью. При этом способе не используются криптографические механизмы, такие как шифрование или од­нонаправленные функции. Недостаток: возможность получения злоумышленником в систе­ме привилегий администратора, включая права доступа к сис­темным файлам, и в частности, к файлу паролей.

Пароли пользователей должны храниться в ОС в открытом виде.

С точки зрения безопасности предпочтительным являет метод передачи и хранения паролей с использованием односторонних функций. Обычно для шифрования паролей в списке пользователей используют одну из известных криптографически стойких хэш-функций. В списке пользователей хранится не сам пароль, а образ пароля, являющийся результатом применения к паролю хэш-функции.

Однонаправленность хэш-функции не позволяет восстано­вить пароль по образу пароля, но позволяет, вычислив хэш-функцию, получить образ введенного пользователем пароля и та­ким образом проверить правильность введенного пароля. В про­стейшем случае в качестве хэш-функции используется результат шифрования некоторой константы на пароле.

Например, односторонняя функция h (∙) может быть опреде­лена следующим образом:

h(P∙) = E_p (ID),

где Р — пароль пользователя; ID — идентификатор пользовате­ля; Е_Р — процедура шифрования, выполняемая с использовани­ем пароля Р в качестве ключа.

Рисунок 2. использование односторонней функции для проверки пароля.

Такие функции удобны, если длина пароля и ключа одина­ковы. В этом случае проверка подлинности пользователя А с по­мощью пароля Р_A состоит из пересылки серверу аутентификации отображения h(P_A) и сравнения его с предварительно вычислен­ным и хранимым в БД сервера аутентификации эквивален­том h'(P_A) (рис. 2). Если отображения h(P_A) и h'(P_A) равны, то считается, что пользователь успешно прошел аутентификацию.

Для того чтобы предотвратить такую атаку, функцию h(P) можно определить иначе, например в виде:

h(P) = Е_{P K}(ID),

где К и ID — соответственно ключ и идентификатор отправителя. Различают две формы представления объектов, аутентифицирующих пользователя:

· внешний аутентифицирующий объект, не принадлежащий системе;

· внутренний объект, принадлежащий системе, в который переносится информация из внешнего объекта.

Системы простой аутентификации на основе многоразовых паролей имеют пониженную стойкость, поскольку выбор аутентифицирующей информации происходит из относительно не­большого числа слов.

Схемы аутентификации, основанные на традиционных мно­горазовых паролях, не обладают достаточной безопасностью. Более надежными являются процедуры аутентифи­кации на основе одноразовых паролей.

Суть схемы одноразовых паролей - использование различ­ных паролей при каждом новом запросе на предоставление дос­тупа. Одноразовый динамический пароль действителен только для одного входа в систему, и затем его действие истекает. Динамический меха­низм задания пароля — один из лучших способов защиты про­цесса аутентификации от угроз извне. Обычно системы аутенти­фикации с одноразовыми паролями используются для проверки удаленных пользователей.

Генерация одноразовых паролей может осуществляться ап­паратным или программным способом. Некоторые аппаратные средства доступа на основе одноразовых паролей реализуются в виде миниатюрных устройств со встроенным микропроцессо­ром, внешне похожих на платежные пластиковые карточки. Та­кие карты, обычно называемые ключами, могут иметь клавиату­ру и небольшое дисплейное окно.

Схема аутентификации с использованием временной син­хронизации базируется на алгоритме генерации случайных чисел через определенный интервал времени. Этот интервал устанавливается и может быть изменен администратором сети. Схема аутентификации использует два параметра:

· секретный ключ, представляющий собой уникальное 64-битное число, назначаемое каждому пользователю и храня­щееся в БД аутентификационного сервера и в аппаратном ключе пользователя;

· значение текущего времени.

Недостаток: генерируемое аппаратным ключом случайное число является достоверным паролем в тече­ние небольшого конечного промежутка времени. Поэтому воз­можна кратковременная ситуация, когда можно перехватить PIN-код и случайное число, чтобы использовать их для доступа в сеть.

Одним из наиболее распространенных протоколов аутентифи­кации на основе одноразовых паролей является стандартизован­ный в Интернете протокол S/Key (RFC 1760). Этот протокол реа­лизован во многих системах, требующих проверки подлинности удаленных пользователей.

Наиболее распространенным методом аутентификации является ввод секрет­ного числа, которое обычно называют PIN-кодом. Обычно PIN-код представляет собой четырехразрядное число, каждая цифра ко­торого может принимать значение от 0 до 9.

PIN-код вводится с помощью клавиатуры терминала или компьютера и затем отправляется на смарт-карту. Смарт-карта сравнивает полученное значение PIN-кода с эталонным значением, хранимым в карте, и отправляет результат сравнения на терминал.

При идентификации клиента по значению PIN-кода и предъявленной карте используются два основных способа проверки PIN-кода:

1. Неалгоритмический не требует применения специальных алгоритмов. Проверка PIN-кода осуществляется путем непосредственного сравнения введенного клиентом PIN-кода со значениями, хранимыми в БД. Обычно БД со значениями PIN-кодов клиентов шифруется методом прозрач­ного шифрования, чтобы повысить ее защищенность, не усложняя процесса сравнения.

2. Алгоритмический заключается в том, что введенный клиентом PIN-код преобразуют по определенному алгоритму с использованием секретного ключа и затем сравнивают со значением PIN-кода, хранящимся в определен­ной форме на карте. Достоинства:

· отсутствие копии PIN-кода на главном компьютере исклю­чает его раскрытие обслуживающим персоналом;

· отсутствие передачи PIN-кода между банкоматом или кас­сиром-автоматом и главным компьютером банка исключа­ет его перехват злоумышленником или навязывание ре­зультатов сравнения;

· упрощение работы по созданию программного обеспече­ния системы, так как уже нет необходимости действий в реальном масштабе времени.

Строгая аутентификация

 

Идея строгой аутентификации: проверяемая сторона доказывает свою подлинность проверяю­щей стороне, демонстрируя знание некоторого секрета. Доказательство знания секрета осуществляется с помо­щью последовательности запросов и ответов с использованием криптографических методов и средств.

Доказывающая сторона демонстрирует только знание секрета, но сам секрет в ходе аутентификационного обмена не раскрывается. Это обеспечивает­ся посредством ответов доказывающей стороны на различные запросы проверяющей стороны. При этом результирующий за­прос зависит только от пользовательского секрета и начального запроса, который обычно представляет произвольно выбранное в начале протокола большое число.

В большинстве случаев строгая аутентификация заключается в том, что каждый пользователь аутентифицируется по признаку владения своим секретным ключом. Иначе говоря, пользователь имеет возможность определить, владеет ли его партнер по связи надлежащим секретным ключом и может ли он использовать этот ключ для подтверждения того, что он действительно являет­ся подлинным партнером по информационному обмену.

В соответствии с рекомендациями стандарта Х.509 различают процедуры строгой аутентификации следующих типов:

· односторонняя аутентификация, предусматривает обмен ин­формацией только в одном направлении;

· двусторонняя аутентификация содержит дополнительный ответ проверяющей стороны доказывающей стороне, который должен убедить ее, что связь устанавливается именно с той стороной, которой были предназна­чены аутентификационные данные;

· трехсторонняя аутентификация содержит дополнительную передачу данных от доказывающей стороны проверяющей. Этот подход позволяет отказаться от использования меток времени при проведении аутентификации.

Одноразо­вые параметры иногда называют также nonces — это величина, используемая для одной и той же цели не более одного раза. Среди используемых на сегодняшний день одноразовых пара­метров следует выделить: случайные числа, метки времени и но­мера последовательностей.

Они позволяют избежать повтора пере­дачи, подмены стороны аутентификационного обмена и атаки с выбором открытого текста. С их помощью можно обеспечить уникальность, однозначность и временные гарантии передаваемых сообщений. Различные типы одноразовых параметров могут употребляться как отдельно, так и дополнять друг друга. Следует отметить, что одноразовые параметры широко используются и в других вариантах криптографических протоколов. В зависимости от используемых криптографических алгорит­мом протоколы строгой аутентификации делятся на протоколы, основанные:

· на симметричных алгоритмах шифрования;

· однонаправленных ключевых хэш-функциях;

· асимметричных алгоритмах шифрования;

· алгоритмах электронной цифровой подписи.

Для работы протоколов аутентификации, построенных на основе симметричных алгоритмов, необходимо, чтобы прове­ряющий и доказывающий с самого начала имели один и тот же секретный ключ. Для закрытых систем с небольшим количест­вом пользователей каждая пара пользователей может заранее разделить его между собой. В больших распределенных систе­мах, применяющих технологию симметричного шифрования, часто используются протоколы аутентификации с участием до­меренного сервера, с которым каждая сторона разделяет знание ключа. Такой сервер распределяет сеансовые ключи для каждой пары пользователей всякий раз, когда один из них запрашивает аутентификацию другого.

Рассмотрим следующие варианты аутентификации:

· односторонняя аутентификация с использованием меток времени;

· односторонняя аутентификация с использованием случайных чисел;

· двусторонняя аутентификация.

В каждом из этих случаев пользователь доказывает свою подлинность, демонстрируя знание секретного ключа, так как производит расшифровывание запросов с помощью этого секретного ключа.

При использовании в процессе аутентификации симметрич­ного шифрования необходимо также реализовать механизмы обеспечения целостности передаваемых данных на основе общепринятых способов.

Введем следующие обозначения:

r_А — случайное число, сгенерированное участником А;

r_В — случайное число, сгенерированное участником В;

t_A — метка времени, сгенерированная участником А;

Е_К— симметричное шифрование на ключе К (ключ К должен быть предварительно распределен между A и В).

1. Односторонняя аутентификация, основанная на метках времени:

— (1)

После получения и расшифровывания данного сообщения участник В убеждается в том, что метка времени t_A действительна и идентификатор В, указанный в сообщении, совпадает с его собственным. Предотвращение повторной передачи данного со­общения основывается на том, что без знания ключа невозмож­но изменить метку времени t_A и идентификатор В.

2. Односторонняя аутентификация, основанная на использо­вании случайных чисел:

— (1)

— (2)

Участник В отправляет участнику А случайное число r_B. Уча­стник А шифрует сообщение, состоящее из полученного числа А и идентификатора В, и отправляет зашифрованное сообщение участнику В. Участник В расшифровывает полученное сообще­ние и сравнивает случайное число, содержащееся в сообщении, в тем, которое Он послал участнику А. Дополнительно он прове­рнет имя, указанное в сообщении.

3. Двусторонняя аутентификация, использующая случайные рачения:

— (1)

— (2)

— (3)

При получении сообщения (2) участник В выполняет те же проверки, что и в предыдущем протоколе, и дополнительно рас­шифровывает случайное число r_А для включения его в сообще­ние (3) для участника А. Сообщение (3), полученное участни­ком А, позволяет ему убедиться на основе проверки значений r_А и r_В, что он имеет дело именно с участником В.

Широко известными представителями протоколов, обеспе­чивающих аутентификацию пользователей с привлечением в процессе аутентификации третьей стороны, являются протокол распределения секретных ключей Нидхэма и Шредера и прото­кол Kerberos.

Протоколы, представленные выше, могут быть модифициро­ваны путем замены симметричного шифрования на шифрование с помощью односторонней ключевой хэш-функции. Это бывает необходимо, если алгоритмы блочного шифрования не­доступны или не отвечают предъявляемым требованиям (напри­мер, в случае экспортных ограничений).

Своеобразие шифрования с помощью односторонней хэш-функции заключается в том, что оно по существу является одно­сторонним, т. е. не сопровождается обратным преобразовани­ем - расшифровыванием на приемной стороне. Обе стороны (отправитель и получатель) используют одну и ту же процедуру одностороннего шифрования.

Односторонняя хэш-функция h_K (∙)с параметром-ключом К, примененная к шифруемым данным М, дает в результате хэш-значение т (дайджест), состоящее из фиксированного не­большого числа байт (рис. 3).

Рисунок 3. Применение для аутентификации односторонней хэш-функции с параметром-ключом

Дайджест т = h_K(M) передается получателю вместе с исходным сообщением М. Получатель сооб­щения, зная, какая односторонняя хэш-функция была применена для получения дайджеста, заново вычисляет ее, используя рас­шифрованное сообщение М. Если значения полученного дайдже­ста т и вычисленного дайджеста т' совпадают, значит содержи­мое сообщения Мне было подвергнуто никаким изменениям.

Знание дайджеста не дает возможности восстановить исход­ное сообщение, но позволяет проверить целостность данных. Дайджест можно рассматривать как своего рода контрольную сумму для исходного сообщения. Контрольную сумму используют как средство проверки целост­ности передаваемых сообщений по ненадежным линиям связи.

При вычислении дайджеста применяются секретные ключи. В случае, если для получения дайджеста используется односторонняя хэш-функция с параметром-ключом К, который известен только отправителю и получателю, любая модификация исходного сообщения будет немедленно обнаружена.

Рисунок 4.

На рис. 4 показан другой вариант использования односто­ронней хэш-функции для проверки целостности данных. В этом случае односторонняя хэш-функция h (∙) не имеет парамет­ра-ключа, но применяется не просто к сообщению М, а к сооб­щению, дополненному секретным ключом К, т. е. отправитель вычисляет дайджест т = h(M, К). Получатель, извлекая исходное сообщение М, также дополняет его тем же известным ему секрет­ным ключом К, после чего применяет к полученным данным од­ностороннюю хэш-функцию h (∙). Результат вычислений — дай­джест т' — сравнивается с полученным по сети дайджестом т.

При использовании односторонних функций шифрования в рассмотренные выше протоколы необходимо внести следующие изменения:

· функция симметричного шифрования Е_к заменяется функ­цией h_K;

· проверяющий вместо установления факта совпадения по­лей в расшифрованных сообщениях с предполагаемыми значениями вычисляет значение однонаправленной функ­ции и сравнивает его с полученным от другого участника обмена информацией;

· для обеспечения независимого вычисления значения однона­правленной функции получателем сообщения в протоколе 1 метка времени t_A должна передаваться дополнительно в от­крытом виде, а в сообщении (2) протокола 3 случайное число r_A должно передаваться дополнительно в открытом виде.

Модифицированный вариант протокола 3 с учетом сформу­лированных изменений имеет следующую структуру:

— (1)

— (2)

— (3)

Заметим, что в сообщение (3) протокола включено поле A. Результирующий протокол обеспечивает взаимную аутентификацию и известен как протокол SKID 3.

В протоколах строгой аутентификации могут быть использованы асимметричные алгоритмы с открытыми ключами. В этом случае доказывающий может продемонстрировать знание секретного ключа одним из следующих способов:

· расшифровать запрос, зашифрованный на открытом ключ

· поставить свою цифровую подпись на запросе.

Выбранная система с открытым ключом должна быть устойчивой к атакам с выборкой шифрованного текста даже в том случае, если наруши­тель пытается получить критичную информацию, выдавая себя за проверяющего и действуя от его имени.

В качестве примера протокола, построенного на использова­нии асимметричного алгоритма шифрования, можно привести следующий протокол аутентификации:

— (1)

— (2)

Участник В выбирает случайным образом r и вычисляет зна­чение х = h(r) (значение х демонстрирует знание r без раскрытия самого значения r), далее он вычисляет значение е = Р_А(r,В). Под Р_А подразумевается алгоритм асимметричного шифрования (например, RSA), а под h (∙) — хэш-функция. Участник В от­правляет сообщение (1) участнику А. Участник А расшифровывает е = Р_А(r, В) и получает значения r₁ и B₁, а также вычисляет x₁ = h (r₁). После этого производится ряд сравнений, доказываю­щих, что х = х₁, и что полученный идентификатор B_t действительно указывает на участника В. В случае успешного проведе­нии сравнения участник А посылает г. Получив его, участник В проверяет, то ли это значение, которое он отправил в сообще­нии (1).

В качестве другого примера приведем модифицированный протокол Нидхэма и Шредера, основанный на асимметричном шифровании (достаточно подробно он описан в разделе, посвя­щенном распределению ключевой информации, поскольку ос­новной вариант протокола используется для аутентификационного обмена ключевой информации).

Рассматривая вариант протокола Нидхэма и Шредера, ис­пользуемый только для аутентификации, будем подразумевать под Р_В алгоритм шифрования открытым ключом участника В. Протокол имеет следующую структуру:

— (1)

— (2)

— (3)

В рекомендациях стандарта Х.509 специфицирована схема аутентификации, основанная на использовании цифровой под­писи, меток времени и случайных чисел.

Для описания этой схемы аутентификации введем следую­щие обозначения:

t_A, r_A и r_В — временная метка и случайные числа соответст­венно;

S_A — подпись, сгенерированная участником А;

S_B — подпись, сгенерированная участником В;

cert _A — сертификат открытого ключа участника А;

cert _B — сертификат открытого ключа участника В.

Если участники имеют аутентичные открытые ключи, полу­ченные друг от друга, то можно не пользоваться сертификатами, в противном случае они служат для подтверждения подлинности открытых ключей.

В качестве примеров приведем следующие протоколы аутентификации.

1. Односторонняя аутентификация с применением меток вре­мени:

— (1)

После принятия данного сообщения участник В проверяет правильность метки времени t_A, полученный идентификатор В и, используя открытый ключ из сертификата cert _А, корректность цифровой подписи S_A(t_A, В).

2. Односторонняя аутентификация с использованием случай­ных чисел:

— (1)

— (2)

Участник В, получив сообщение от участника А, убеждается, что именно он является адресатом сообщения; используя открытый ключ участника А, взятый из сертификата cert _А, проверяет корректность подписи S_A(r_A, r_B, В) под числом r_А, полученным в открытом виде, числом r_В, которое было отослано в сообще­нии (1), и его идентификатором В. Подписанное случайное чис­ло r_А используется для предотвращения атак с выборкой откры­того текста.

3. Двусторонняя аутентификация с использованием случайных чисел:

— (1)

— (2)

— (3)

В данном протоколе обработка сообщений (1) и (2) выпол­няется так же, как и в предыдущем протоколе, а сообщение (3) обрабатывается аналогично сообщению (2).

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: