Угрозы информационно-программному обеспечению вычислительных систем и их классификация

    Классическим  примером широкомасштабной вирусной угрозы является известный вирус Морриса, выведший 21 ноября 1988 на 24 часа из строя сеть ARPARNET. Промышленная ассоциация компьютерных вирусов (Computer Virus Industry Association - CVIA) выполнила детальный анализ расходов, связанных с действием этого вируса, заразившего 7,3% или 6200 из 85200 компьютеров сети. Пользователи потеряли свыше 8 млн. часов рабочего времени, а операторы и администраторы сети потратили около 1,13 млн. человеко-часов на то, чтобы привести сеть в рабочее состояние. Расходы от потерянной возможности доступа в сеть и средства, затраченные на ее восстановление, составили 98 млн. долларов. К декабрю 1988 г. в Ливерморской лаборатории США (Lawrence Livermore National Laboratories), которая занимается, в том числе, разработкой ядерного оружия 3-го поколения, было зафиксировано не менее 10 попыток проникновения в сеть лаборатории через каналы связи со Стэндфордским университетом, университетом штата Вашингтон и через сеть INTERNET. В результате было поражено 800 компьютеров. В том же году было зафиксировано 200 попыток заражения (из них 150 - успешных) глобальной компьютерной сети NASA. Причем 16 мая в течение 7 часов было заражено 70 ЭВМ, а после заражения в них была создана специальная программа для облегчения проникновения в сеть в будущем.

    В качестве основных средств вредоносного (деструктивного) воздействия на КС необходимо, наряду с другими средствами информационного воздействия, рассматривать алгоритмические и программные закладки.

    Под алгоритмической закладкой будем понимать преднамеренное завуалированное искажение какой-либо части алгоритма решения задачи, либо построение его таким образом, что в результате конечной программной реализации этого алгоритма в составе программного компонента или комплекса программ, последние будут иметь ограничения на выполнение требуемых функций, заданных спецификацией, или вовсе их не выполнять при определенных условиях протекания вычислительного процесса, задаваемого семантикой перерабатываемых программой данных. Кроме того, возможно появление у программного компонента функций, не предусмотренных прямо или косвенно спецификацией, и которые могут быть выполнены при строго определенных условиях протекания вычислительного процесса.

    Под программной закладкой будем понимать совокупность операторов и (или) операндов, преднамеренно в завуалированной форме включаемую в состав выполняемого кода программного компонента на любом этапе его разработки. Программная закладка реализует определенный несанкционированный алгоритм с целью ограничения или блокирования выполнения программным компонентом требуемых функций при определенных условиях протекания вычислительного процесса, задаваемого семантикой перерабатываемых программным компонентом данных, либо с целью снабжения программного компонента не предусмотренными спецификацией функциями, которые могут быть выполнены при строго определенных условиях протекания вычислительного процесса.

    Действия  алгоритмических и программных  закладок условно можно разделить  на три класса: изменение функционирования вычислительной системы (сети), несанкционированное  считывание информации и несанкционированная модификация информации, вплоть до ее уничтожения. В последнем случае под информацией понимаются как данные, так и коды программ. Следует отметить, что указанные классы воздействий могут пересекаться.

    В первом классе воздействий выделим  следующие:

• уменьшение скорости работы вычислительной системы (сети);
• частичное или полное блокирование работы системы (сети);
• имитация физических (аппаратурных) сбоев работы вычислительных средств и периферийных устройств;
• переадресация сообщений;
• обход программно-аппаратных средств криптографического преобразования информации;
• обеспечение доступа в систему с непредусмотренных периферийных устройств.

    Несанкционированное считывание информации, осуществляемое в автоматизированных системах, направлено на:

• считывание паролей и их отождествление с конкретными пользователями;
• получение секретной информации;
• идентификацию информации, запрашиваемой пользователями;
• подмену паролей с целью доступа к информации;
• контроль активности абонентов сети для получения косвенной информации о взаимодействии пользователей и характере информации, которой обмениваются абоненты сети.

    Несанкционированная модификация информации является наиболее опасной разновидностью воздействий  программных закладок, поскольку  приводит к наиболее опасным последствиям. В этом классе воздействий можно  выделить следующие:

• разрушение данных и кодов исполняемых программ внесение тонких, трудно обнаруживаемых изменений в информационные массивы;
• внедрение программных закладок в другие программы и подпрограммы (вирусный механизм воздействий);
• искажение или уничтожение собственной информации сервера и тем самым нарушение работы сети;
• модификация пакетов сообщений.

    Из  изложенного следует вывод о  том, что алгоритмические и программные закладки имеют широкий спектр воздействий на информацию, обрабатываемую вычислительными средствами в КС. Следовательно, при контроле технологической безопасности программного обеспечения необходимо учитывать его назначение и состав аппаратных средств и общесистемного программного обеспечения (программно-аппаратную среду) КС.

    С точки зрения времени внесения программных  закладок в программы их можно  разделить на две категории: априорные  и апостериорные, то есть закладки, внесенные при разработке ПО (или  «врожденные») и закладки, внесенные  при испытаниях, эксплуатации или  модернизации ПО (или «приобретенные»). Хотя последняя разновидность закладок и относятся больше к проблеме обеспечения эксплуатационной, а не технологической безопасности ПО, однако методы тестирования программных комплексов, вероятностные методы расчета наличия программных дефектов и методы оценивания уровня безопасности ПО могут в значительной мере пересекаться и дополнять друг друга. Тем более что действие программной закладки после того как она была внесена в ПО либо на этапе разработки, либо на последующих этапах жизненного цикла ПО, практически не будет ничем не отличаться.

    Таким образом, рассмотренные программные  средства деструктивного воздействия по своей природе носят, как правило, разрушительный, вредоносный характер, а последствия их активизации и применения могут привести к значительному или даже непоправимому ущербу в тех областях человеческой деятельности, где применение компьютерных систем является жизненно необходимым. В связи с этим такие вредоносные программы будем называть разрушающими программными средствами (РПС), а их обобщенная классификация может выглядеть следующим образом:

• компьютерные вирусы - программы, способные размножаться, прикрепляться к другим программам, передаваться по линиям связи и сетям передачи данных, проникать в электронные телефонные станции и системы управления и выводить их из строя;
• программные закладки - программные компоненты, заранее внедряемые в компьютерные системы, которые по сигналу или в установленное время приводятся в действие, уничтожая или искажая информацию, или дезорганизуя работу программно-технических средств;
• способы и средства, позволяющие внедрять компьютерные вирусы и программные закладки в компьютерные системы и управлять ими на расстоянии.

1.3. Основные предположения и ограничения.

     В качестве вычислительной среды рассматривается  совокупность установленных для данной КС алгоритмов использования системных ресурсов, программного и информационного обеспечения, которая потенциально может быть представлена пользователю для решения прикладных задач. Операционной средой является совокупность функционирующих в данный момент времени элементов вычислительной среды, участвующих в процессе решения конкретной задачи пользователя.

     Принципиально возможность программного воздействия  определяется открытостью вычислительной системы, под которой понимается предоставление пользователю возможности формировать элементную базу вычислительной среды под свои задачи, а также возможность использовать в полном объеме системные ресурсы, что является неотъемлемым признаком автоматизированных рабочих мест на базе персональных ЭВМ.

     В качестве средства борьбы с «пассивными» методами воздействия допускается  создание служб безопасности, ограничивающих доступ пользователей к элементам вычислительной среды, в первую очередь к программам обработки чувствительной информации. Предполагается, что возможности «активных» методов воздействия значительно шире.

     Необходимым условием для отнесения программы  к классу разрушающих программных средств является наличие в ней процедуры нападения, которую можно определить как процедуру нарушения целостности вычислительной среды, поскольку объектом нападения РПС всегда выступает элемент этой среды.

     При этом необходимо учитывать два фактора:

• любая прикладная программа, не относящаяся к числу РПС, потенциально может содержать в себе алгоритмические ошибки, появление которых при ее функционировании приведет к непреднамеренному разрушению элементов вычислительной среды;
• любая прикладная или сервисная программа, ориентированная на работу с конкретными входными данными может нанести непреднамеренный ущерб элементам операционной или вычислительной среды в случае, когда входные данные либо отсутствуют, либо не соответствуют заданным форматам их ввода в программу.

     Для устранения указанной неопределенности по отношению к испытываемым программам следует исходить из предположения, что процедура нарушения целостности вычислительной среды введена в состав ПО умышленно. Кроме условия необходимости, целесообразно ввести условия достаточности, которые обеспечат возможность описания РПС различных классов:

• достаточным условием для отнесения РПС к классу компьютерных вирусов является наличие в его составе процедуры саморепродукции;
• достаточным условием для отнесения РПС к классу средств несанкционированного доступа являются наличие в его составе процедуры преодоления защиты и отсутствия процедуры саморепродукции;
• достаточным условием для отнесения РПС к классу программных закладок является отсутствие в его составе процедур саморепродукции и преодоления защиты.

     Предполагается  наличие в РПС следующего набора возможных функциональных элементов:

• процедуры захвата (получения) управления;
• процедуры самомодификации («мутации»);
• процедуры порождения (синтеза);
• процедуры маскировки (шифрования).

     Этих  элементов достаточно для построения обобщенной концептуальной модели РПС, которая отражает возможную структуру (на семантическом уровне) основных классов РПС.

2. Жизненный цикл информационного-программного обеспечения компьютерных систем. Технологическая и эксплуатационная безопасность программ.

    Необходимость определения этапов жизненного цикла (ЖЦ) ПО обусловлена стремлением разработчиков к повышению качества ПО за счет оптимального управления разработкой и использования разнообразных механизмов контроля качества на каждом этапе, начиная от постановки задачи и заканчивая авторским сопровождением ПО. Наиболее общим представлением жизненного цикла ПО является модель в виде базовых этапов -процессов, к которым относятся:

• системный анализ и обоснование требований к ПО;
• предварительное (эскизное) и детальное (техническое) проектирование ПО;
• разработка программных компонент, их комплексирование и отладка ПО в целом;
• испытания, опытная эксплуатация и тиражирование ПО;
• регулярная эксплуатация ПО, поддержка эксплуатации и анализ результатов;
• сопровождение ПО, его модификация и совершенствование, создание новых версий.

    Данная  модель является общепринятой и соответствует  как отечественным нормативным документам в области разработки программного обеспечения, так и зарубежным. С точки зрения обеспечения технологической безопасности целесообразно рассмотреть более подробно особенности представления этапов ЖЦ в зарубежных моделях, так как именно зарубежные программные средства являются наиболее вероятным носителем программных дефектов диверсионного типа. 

    Стандартизация  ЖЦ ПО проводится по трем направлениям. Первое направление организуется и  стимулируется Международной организацией по стандартизации (ISO - International Standard Organization) и Международной комиссией по электротехнике (IEC - International Electrotechnical Commission). На этом уровне осуществляется стандартизация наиболее общих технологических процессов, имеющих значение для международной кооперации. Второе направление активно развивается в США Институтом инженеров электротехники и радиоэлектроники (IEEE - Institute of Electrotechnical and Electronics Engineers) совместно с Американским национальным институтом стандартизации (American National Standards Institute-ANSI). Стандарты ISO/IEC и ANSI/IEEE в основном имеют рекомендательный характер. Третье направление стимулируется Министерством обороны США (Department of Defense-DOD). Стандарты DOD имеют обязательный характер для фирм, работающих по заказу Министерства обороны США.