Информационная безопасность

Глава 3. Модели безопасности

3.1. Понятие и назначение модели безопасности

Основную роль в методе формальной разработки системы играет так называемая . Целью этой модели является выражение сути требований по безопасности к данной системе. Она определяет потоки информации, разрешенные в системе, и правила управления доступом к информации.

Модель позволяет провести анализ свойств системы, но не накладывает ограничений на реализацию тех или иных механизмов защиты. Так как она является формальной, возможно осуществить доказательство различных свойств безопасности системы.

Хорошая модель безопасности обладает свойствами абстрактности, простоты и адекватности моделируемой системе.

Основные понятия, используемые в моделях разграничения доступа, приведены в руководящем документе Государственной технической комиссии при Президенте РФ «Защита от несанкционированного доступа к информации» [14]:

— ознакомление с информацией, ее обработка, в частности, копирование, модификация или уничтожение информации

— единица информационного ресурса автоматизированной системы, доступ к которой регламентируется правилами разграничения доступа

— лицо или процесс, действия которого регламентируются правилами разграничения доступа.

— cовокупность правил, регламентирующих права доступа субъектов доступа к объектам доступа

3.2. Модель дискреционного доступа (DAC)

В рамках дискреционной модели контролируется доступ субъектов (пользователей или приложений) к объектам (представляющим собой различные информационные ресурсы: файлы, приложения, устройства вывода и т.д.).

Для каждого объекта существует субъект-владелец, который сам определяет тех, кто имеет доступ к объекту, а также разрешенные операции доступа. Основными операциями доступа являются READ (чтение), WRITE (запись) и EXECUTE (выполнение, имеет смысл только для программ). Таким образом, в модели дискреционного доступа для каждой пары субъект-объект устанавливается набор разрешенных операций доступа.

При запросе доступа к объекту, система ищет субъекта в списке прав доступа объекта и разрешает доступ если субъект присутствует в списке и разрешенный тип доступа включает требуемый тип. Иначе доступ не предоставляется.

Классическая система дискреционного контроля доступа является «закрытой» в том смысле, что изначально объект не доступен никому, и в списке прав доступа описывается набор разрешений. Также существуют «открытые» системы, в которых по умолчанию все имеют полный доступ к объектам, а в списке доступа описывается набор ограничений.

Такая модель реализована в операционных системах Windows (см. рис. 1.) и Linux.

Рис. 1. Дискреционная модель доступа в Windows Vista.

В частности, в Linux для каждого файла (все ресурсы в ОС Linux представимы в виде файлов, в том числе устройства ввода-вывода) устанавливаются разрешения доступа для трех категорий субъектов: владелец файла, члены той же группы, что и владелец, и все остальные пользователи. Для каждой из этих категорий устанавливаются права на чтение (r), запись (w) и выполнение (x). Набор прав доступа объекта может быть представлен в виде символьной строки. Например, запись «rwxr-xr—» означает, что владелец файла может делать с ним все, что угодно; члены его группы могут читать и исполнять файл, но не могут записывать, а прочим пользователям доступно только чтение.

Недостаток модели DAC заключается в том, что субъект, имеющий право на чтение информации может передать ее другим субъектам, которые этого права не имеют, без уведомления владельца объекта. Таким образом, нет гарантии, что информация не станет доступна субъектам, не имеющим к ней доступа. Кроме того, не во всех АИС каждому объекту можно назначить владельца (во многих случаях данные принадлежат не отдельным субъектам, а всей системе).

3.3. Модель безопасности Белла—ЛаПадулы

Одна из наиболее известных моделей безопасности — модель Белла-ЛаПадулы (модель мандатного управления доступом). В ней определено множество понятий, связанных с контролем доступа; даются определения субъекта, объекта и операции доступа, а также математический аппарат для их описания. Эта модель в основном известна двумя основными правилами безопасности: одно относится к чтению, а другое – к записи данных.

Пусть в системе имеются данные (файлы) двух видов: секретные и несекретные, а пользователи этой системы также относятся к двум категориям: с уровнем допуска к несекретным данным (несекретные) и с уровнем допуска к секретным данным (секретные).

1. Свойство простой безопасности: несекретный пользователь (или процесс, запущенный от его имени) не может читать данные из секретного файла.

2. *-свойство: пользователь с уровнем доступа к секретным данным не может записывать данные в несекретный файл. Это правило менее очевидно, но не менее важно. Действительно, если пользователь с уровнем доступа к секретным данным скопирует эти данные в обычный файл (по ошибке или злому умыслу), они станут доступны любому «несекретному» пользователю. Кроме того, в системе могут быть установлены ограничения на операции с секретными файлами (например, запрет копировать эти файлы на другой компьютер, отправлять их по электронной почте и т.д.). Второе правило безопасности гарантирует, что эти файлы (или даже просто содержащиеся в них данные) никогда не станут несекретными и не «обойдут» эти ограничения. Таким образом, вирус, например, не сможет похитить конфиденциальные данные.

Рис. 2. Модель безопасности Белла-ЛаПадулы.

Рассмотренные правила легко распространить на случай, когда в системе необходимо иметь более двух уровней доступа — например, различаются несекретные, конфиденциальные, секретные и совершенно секретные данные. Тогда пользователь с уровнем допуска к секретным данным может читать несекретные, конфиденциальные и секретные документы, а создавать — только секретные и совершенно секретные.

Общее правило звучит так: пользователи могут читать только документы, уровень секретности которых не превышает их допуска, и не могут создавать документы ниже уровня своего допуска. То есть теоретически пользователи могут создавать документы, прочесть которые они не имеют права.

Модель Белла-ЛаПадулы стала первой значительной моделью политики безопасности, применимой для компьютеров, и до сих пор в измененном виде применяется в военной отрасли. Модель полностью формализована математически. Основной упор в модели делается на конфиденциальность, но кроме неё фактически больше ничего не представлено. Кроме того, в модели игнорируется проблема изменения классификации: предполагается, что все сведения относятся к соответствующему уровню секретности, который остается неизменным. Наконец, бывают случаи, когда пользователи должны работать с данными, которые они не имеют права увидеть. «Сведения о том, что самолет несет груз из некоторого количества бомб, возможно, имеют более высокий уровень секретности, чем уровень доступа диспетчера, но диспетчеру тем не менее необходимо знать вес груза.» [1]

3.4. Ролевая модель контроля доступа (RBAC)

Ролевой метод управления доступом контролирует доступ пользователей к информации на основе типов их активностей в системе (ролей). Под ролью понимается совокупность действий и обязанностей, связанных с определенным видом деятельности. Примеры ролей: администратор базы данных, менеджер, начальник отдела.

В ролевой модели с каждым объектом сопоставлен набор разрешенных операций доступа для каждой роли (а не для каждого пользователя). В свою очередь, каждому пользователю сопоставлены роли, которые он может выполнять. В некоторых системах пользователю разрешается выполнять несколько ролей одновременно, в других есть ограничение на одну или несколько не противоречащих друг другу ролей в каждый момент времени.

Для формального определения модели RBAC используются следующие соглашения:

S = субъект — человек или автоматизированный агент.

R = роль — рабочая функция или название, определяется на уровне авторизации.

P = разрешения — утверждения режима доступа к ресурсу.

SE = cессия — Соответствие между S, R и/или P.

SA = назначение субъекта (Subject Assignment). . При этом субъекты назначаются связям ролей и субъектов в отношении «многие ко многим» (один субъект может иметь несколько ролей, а одну роля могут иметь несколько субъектов).

PA = назначение разрешения (Permission Assignment). . При этом разрешения назначаются связям ролей в отношении «многие ко многим».

RH = частично упорядоченная иерархия ролей (Role Hierarchy). .

На возможность наследования разрешений от противоположных ролей накладывается ограничительная норма, которая позволяет достичь надлежащего разделения режимов. Например, одному и тому же лицу может быть не позволено создать учетную запись для кого-то, а затем авторизоваться под этой учетной записью.

Рис. 3. Схема ролевой модели контроля доступа (RBAC)

Основные достоинства ролевой модели:

1. Простота администрирования. В отличие от модели DAC нет необходимости прописывать разрешения для каждой пары «объект-пользователь». Вместо этого прописываются разрешения для пар «объект-роль» и определяются роли каждого пользователя. При изменении области ответственности пользователя, у него просто изменяются роли. Иерархия ролей (когда роль наряду со своими собственными привилегиями может наследовать привилегии других ролей) также упрощает процесс администрирования.
2. Принцип наименьшей привилегии. Ролевая модель позволяет пользователю регистрироваться в системе ролью, минимально необходимой для выполнения требуемых задач. Запрещение полномочий, не требуемых для выполнения текущей задачи, не позволяет обойти политику безопасности системы.
3. Разделение обязанностей.

RBAC широко используется для управления пользовательскими привилегиями в пределах единой системы или приложения. Список таких систем включает в себя Microsoft Active Directory, SELinux, FreeBSD, Solaris, СУБД Oracle, PostgreSQL 8.1, SAP R/3 и множество других, эффективно применяющих RBAC.

С помощью RBAC могут быть смоделированы дискреционные и мандатные системы управления доступом.

3.5. Системы разграничения доступа

Конкретное воплощение модели разграничения доступа находят в системе разграничения доступа.

— это совокупность реализуемых правил разграничения доступа в средствах вычислительной техники или автоматизированных системах.

Многие системы разграничения доступа базируются на концепции диспетчера доступа. В основе этой концепции лежит понятие — абстрактной машины, которая выступает посредником при всех обращениях субъектов к объектам. Диспетчер доступа использует базу данных защиты, в которой хранятся правила разграничения доступа и на основании этой информации разрешает, либо не разрешает субъекту доступ к объекту, а также фиксирует информацию о попытке доступа в системном журнале.

Основными требованиями к реализации диспетчера доступа являются:

• требование полноты контролируемых операций, согласно которому проверке должны подвергаться все операции всех субъектов над всеми объектами системы. Обход диспетчера предполагается невозможным;
• требование изолированности, то есть защищенности диспетчера от возможных изменений субъектами доступа с целью влияния на процесс его функционирования;
• требование формальной проверки правильности функционирования;
• минимизация используемых диспетчером ресурсов [3].

База данных защиты строится на основе матрицы доступа или одного из ее представлений.

— таблица, в которой строки соответствуют субъектам, столбцы — объектам доступа, а на пересечении строки и столбца содержатся правила (разрешения) доступа субъекта к объекту.

Основными недостатками такой матрицы являются ее чрезмерно большая размерность и сложность администрирования: все взаимосвязи и ограничения предметной области приходится учитывать вручную. (Примеры ограничений: права доступа субъекта к файлу не могут превышать его прав доступа к устройству, на котором этот файл размещен; группа пользователей наследует одинаковые полномочия и т.д.). Для преодоления этих сложностей матрица доступа в СРД часто заменяется некоторым ее неявным представлением. Рассмотрим основные из них.

1. Списки управления доступом (access control lists, ACL). Для каждого объекта задан список субъектов, имеющих ненулевые полномочия доступа к ним (с указанием этих полномочий). В результате серьезно эконится память, поскольку из матрицы доступа исключаются все нулевые значения (составляющие большую ее часть). Тем не менее, спискам управления доступом присущ ряд недостатков:
   • неудобство отслеживания ограничений и зависимостей по наследованию полномочий субъектов;
   • неудобство получения сведений об объектах, к которым имеет какой либо вид доступа данный субъект;
   • так как списки управления доступом связаны с объектом, то при удалении субъекта возможно возникновение ситуации, при которой объект может быть доступен несуществующему субъекту.
2. Списки полномочий субъектов. Аналогично ACL с той разницей, что для каждого субъекта задан список объектов, доступ к которым разрешен (с указанием полномочий доступа). Такое представление называется профилем субъекта. Оба представления имеют практически идентичные достоинства и недостатки.
3. Атрибутные схемы. Основаны на присвоении субъектам и/или объектам определенных меток, содержащих значения атрибутов. Элементы матрицы доступа не хранятся в явном виде, а динамически вычисляются при каждой попытке доступа для конкретной пары субъект-объект на основе их атрибутов. Помимо экономии памяти достигается непротиворечивость базы данных защиты, а также удобство ее администрирования. Основным недостатком является сложность задания прав доступа конкретного субъекта к конкретному объекту.

Дискреционная модель доступа windows

(Раздел 1.Вопрос 7.) Модели управления доступом: дискретная, мандатная, ролевая. (Автор: Степаненко И. Д.)

Дискреционное управление доступом

Дискреционное управление доступом — это метод ограничения доступа к объектам, который основан на том, что некоторый субъект (обычно владелец объекта) может по своему усмотрению давать другим субъектам или отбирать у них права доступа к объекту.

Текущее состояние прав доступа в случае дискреционного управления доступом описывается матрицей, в строках которой перечислены субъекты, а в столбцах — объекты ( таблица 1 ). В клетках, расположенных на пересечении строк и столбцов, записываются способы доступа для субъекта по отношению к объекту,

например: чтение, запись, выполнение, возможность передачи прав другим субъектам и т.д.

Прямолинейное представление подобной матрицы невозможно (поскольку она очень большая), да и не нужно (поскольку она разрежена, то есть большинство клеток в ней пусто). В операционных системах более компактное представление матрицы доступа основывается либо на структуризации совокупности субъектов

(владелец/группа/другие у ОС UNIX), либо на механизме списков управления доступом (ACL, Access Control List), то есть на представлении матрицы по столбцам, когда для каждого объекта перечисляются субъекты вместе с их правами доступа. За счет использования метасимволов можно компактно описывать группы субъектов, удерживая тем самым размеры ACL в разумных пределах.

Каждая колонка в матрице может быть реализована как список доступа для одного объекта. Очевидно, что пустые клетки могут не учитываться. В результате для каждого объекта имеем список упорядоченных пар полномочий>, который определяет все субъекты с непустыми наборами прав для данного объекта.

Большинство операционных систем (Windows, Linux) и систем управления базами данных реализует именно дискреционное управление доступом и, как правило, на механизме ACL. Главное его преимущество — гибкость. Главные недостатки — рассредоточенность управления и сложность централизованного контроля, а также оторванность прав доступа от данных, что позволяет копировать секретную информацию в общедоступные файлы.

Мандатная (многоуровневая) модель доступа

Многоуровневые модели предполагают формализацию процедуры назначения прав доступа посредством использования так называемых меток конфиденциальности или мандатов , назначаемых субъектам и объектам доступа.

Так, для субъекта доступа метки, например, могут определяться в соответствии с уровнем допуска лица к информации, а для объекта доступа (собственно данные) — признаками конфиденциальности информации. Признаки конфиденциальности фиксируются в метке объекта.

Права доступа каждого субъекта и характеристики конфиденциальности

каждого объекта отображаются в виде совокупности уровня конфиденциальности и набора категорий конфиденциальности. Уровень конфиденциальности может принимать одно из строго упорядоченного ряда фиксированных значений, например: конфиденциально, секретно, для служебного пользования, не секретно и т.п.

Основу реализации управления доступом составляют:

1. Формальное сравнение метки субъекта, запросившего доступ, и метки объекта, к которому запрошен доступ.

2. Принятие решений о предоставлении доступа на основе некоторых правил, основу которых составляет противодействие снижению уровня конфиденциальности защищаемой информации.

Мандатная модель управления доступом

Существуют требования к мандатному механизму, которые состоят в следующем:

1. Каждому субъекту и объекту доступа должны сопоставляться классификационные метки, отражающие их место в соответствующей иерархии. Посредством этих меток субъектам и объектам должны назначаться классификационные уровни. Данные метки должны служить основой мандатного принципа разграничения доступа.

2. Система защиты при вводе новых данных в систему должна запрашивать и получать от санкционированного пользователя классификационные метки этих данных. При санкционированном занесении в список пользователей нового субъекта ему должны назначаться классификационные метки. Внешние классификационные метки(субъектов, объектов) должны точно соответствовать внутренним меткам (внутри системы защиты).

3. Система защиты должна реализовывать мандатный принцип контроля доступа применительно ко всем объектам при явном и скрытом доступе со стороны любого из субъектов:

3.a) субъект может читать объект, только если иерархическая классификация в классификационном уровне субъекта не меньше, чем иерархическая классификация в классификационном уровне объекта.

3.b) субъект осуществляет запись в объект, только если классификационный уровень субъекта в иерархической классификации не больше, чем классификационный уровень объекта в иерархической классификации.

4. Реализация мандатных ПРД должна предусматривать возможность

сопровождения, изменения классификационных уровней субъектов и объектов специально выделенными субъектами.

С помощью многоуровневых моделей возможно существенное упрощение задачи администрирования. Причем это касается как исходной настройки разграничительной политики доступа (не требуется столь высокого уровня детализации задания отношения субъект-объект), так и последующего включения в схему администрирования новых объектов и субъектов доступа.

Самое важное достоинство заключается в том, что пользователь не может полностью управлять доступом к ресурсам, которые он создаёт.

Такая система запрещает пользователю или процессу, обладающему определённым уровнем доверия, получать доступ к информации, процессам или устройствам более защищённого уровня.

Отдельно взятые категории одного уровня равнозначны, что приводит в большинстве случаев к избыточности прав доступа для конкретных субъектов в пределах соответствующих уровней.

Ролевое управление доступом

При большом количестве пользователей традиционные подсистемы управления доступом становятся крайне сложными для администрирования. Число связей в них пропорционально произведению количества пользователей на количество объектов. Необходимы решения в объектно-ориентированном стиле, способные эту сложность понизить.

Таким решением является ролевое управление доступом (РУД). Суть его в том, что между пользователями и их привилегиями появляются промежуточные сущности – роли. Для каждого пользователя одновременно могут быть активными несколько ролей, каждая из которых дает ему определенные права (см. рис. 10.2).

Ролевой доступ нейтрален по отношению к конкретным видам прав и способам их проверки; его можно рассматривать как объектно-ориентированный каркас, облегчающий администрирование, поскольку он позволяет сделать подсистему разграничения доступа управляемой при сколь угодно большом числе пользователей, прежде всего за счет установления между ролями связей, аналогичных наследованию в объектно-ориентированных системах. Кроме того, ролей должно быть значительно меньше, чем пользователей. В результате число администрируемых связей становится пропорциональным сумме (а не произведению) количества пользователей и объектов, что по порядку величины уменьшить уже невозможно.

Ролевое управление доступом оперирует следующими основными понятиями:

пользователь (человек, интеллектуальный автономный агент и т.п.);

сеанс работы пользователя ;

роль (обычно определяется в соответствии с организационной структурой);

объект (сущность, доступ к которой разграничивается; например, файл ОС или таблица СУБД);

операция (зависит от объекта; для файлов ОС – чтение, запись, выполнение и т.п.; для таблиц СУБД – вставка, удаление и т.п., для прикладных объектов операции могут быть более сложными);

право доступа (разрешение выполнять определенные операции над определенными объектами).

Ролям приписываются пользователи и права доступа ; можно считать, что они (роли) именуют отношения «многие ко многим» между пользователями и правами. Роли могут быть приписаны многим пользователям; один пользователь может быть приписан нескольким ролям. Во время сеанса работы пользователя активизируется подмножество ролей, которым он приписан, в результате чего он становится обладателем объединения прав, приписанных активным ролям. Одновременно пользователь может открыть несколько сеансов.

Между ролями может быть определено отношение частичного порядка, называемое наследованием. Если роль r2 является наследницей r1, то все права r1 приписываются r2, а все пользователи r2 приписываются r1. Очевидно, что наследование ролей соответствует наследованию классов в объектно-ориентированном программировании, только правам доступа соответствуют методы классов, а пользователям – объекты (экземпляры) классов.

Отношение наследования является иерархическим, причем права доступа и пользователи распространяются по уровням иерархии навстречу друг другу. В общем случае наследование является множественным, то есть у одной роли может быть несколько предшественниц (и, естественно, несколько наследниц, которых мы будем называть также преемницами).

Можно представить себе формирование иерархии ролей , начиная с минимума прав (и максимума пользователей), приписываемых роли «сотрудник», с постепенным уточнением состава пользователей и добавлением прав (роли «системный администратор», «бухгалтер» и т.п.), вплоть до роли «руководитель» (что, впрочем, не значит, что руководителю предоставляются неограниченные права; как и другим ролям, в соответствии с принципом минимизации привилегий , этой роли целесообразно разрешить только то, что необходимо для выполнения служебных обязанностей).

Для реализации еще одного упоминавшегося ранее важного принципа информационной безопасности вводится понятие разделения обязанностей , причем в двух видах: статическом и динамическом.

Статическое разделение обязанностей налагает ограничения на приписывание пользователей ролям . В простейшем случае членство в некоторой роли запрещает приписывание пользователя определенному множеству других ролей. В общем случае данное ограничение задается как пара «множество ролей – число» (где множество состоит, по крайней мере, из двух ролей, а число должно быть больше 1), так что никакой пользователь не может быть приписан указанному (или большему) числу ролей из заданного множества. Например, может существовать пять бухгалтерских ролей, но политика безопасности допускает членство не более чем в двух таких ролях (здесь число=3).

При наличии наследования ролей ограничение приобретает несколько более сложный вид, но суть остается простой: при проверке членства в ролях нужно учитывать приписывание пользователей ролям-наследницам.

Динамическое разделение обязанностей отличается от статического только тем, что рассматриваются роли, одновременно активные (быть может, в разных сеансах) для данного пользователя (а не те, которым пользователь статически приписан). Например, один пользователь может играть роль и кассира, и контролера, но не одновременно; чтобы стать контролером, он должен сначала закрыть кассу. Тем самым реализуется так называемое временное ограничение доверия , являющееся аспектом минимизации привилегий.