Брюс Шнайер - Секреты и ложь. Безопасность данных в цифровом мире

Существует понятие обязательного (мандатного) контроля доступа (по терминологии Белла-Лападулы), который осуществляется системой. Он отличается от используемого в операционных системах, подобных UNIX или NT, «разграничительного» контроля доступа, который позволяет пользователям самим принимать решение о том, кто и с каким файлом может работать. (Впрочем, большинство версий UNIX могут иметь некоторые элементы обязательного контроля доступа: обладатель корневого доступа имеет обязательный доступ на чтение, запись и выполнение всех файлов компьютера.)

Модель Белла-Лападулы имеет большое значение, но у нее есть ряд ограничений. Во-первых, эта модель ориентирована на обеспечение конфиденциальности в ущерб всему остальному, а принципы конфиденциальности основаны на военной схеме секретности. Во-вторых, игнорируется проблема изменения классификации. В модели предполагается, что все сведения каким-то волшебным образом относятся к соответствующему уровню секретности, который остается неизменным. В реальной жизни все меняется: кто-то засекречивает важную по его мнению информацию, а кто-то другой впоследствии рассекречивает ее. Бывает так, что совокупность данных имеет более высокую секретность, нежели каждый элемент данных по отдельности: номера телефонов Агентства национальной безопасности относятся к несекретным данным, но полная телефонная книга АНБ классифицируется как конфиденциальная информация. Это означает, что уровень секретности сведений легко повышается сам собой, а обратный процесс возможен только после тщательной проверки. И в-третьих, 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.

В теоретической литературе обсуждались и многие другие модели безопасности. В модели под названием «Китайская стена», например, подробно рассматриваются компьютерные системы, которые работают с данными, полученными от не доверяющих друг другу пользователей, и способы, позволяющие гарантировать каждому из них конфиденциальность. (Вообразите компьютеризованную брокерскую систему, клиенты которой имеют доступ к своим счетам. Брокеры хотят исключить возможность, чтобы клиент А увидел портфель клиента Б, даже несмотря на то, что, возможно, оба портфеля классифицируются одинаково.)

Модель Кларка-Уилсона была разработана скорее для коммерческих нужд, нежели для военных структур. Требования коммерческой безопасности преимущественно касаются целостности данных, и именно на нее ориентируется эта модель. Кларк и Уилсон дали определение двум типам целостности: внутреннему соответствию, которое относится к свойствам внутреннего состояния системы, и внешнему соответствию, которое касается свойств системы по отношению к внешнему миру. Затем была построена формальная модель безопасности, в которой были систематизированы эти принципы, так же как и принципы обеспечения конфиденциальности.

В модели Кларка-Уилсона центральным является понятие данных, с которыми позволено оперировать только предписанным способом. Например, при помощи этой модели можно реализовать потребности двойной бухгалтерии: каждый кредит необходимо сопоставить равному дебету, и все должно быть записано в специальный аудиторский файл. Эта модель запрещает производить определенные действия без дополнения их другим соответствующим действием: например, запрещено кредитовать счет без записи дебета.

Многие операционные системы имеют встроенные средства безопасности. В этом есть здравый смысл – часто лучше всего поместить средства безопасности на нижних уровнях системы: на аппаратном или уровне операционной системы. Тому есть несколько причин.

Во-первых, часто существует возможность обойти средства безопасности на некотором уровне посредством атаки, проведенной уровнем ниже. Например, встроенные функции кодирования в текстовом редакторе не зависят от того, может ли злоумышленник взломать операционную систему, под управлением которой он работает. Таким образом, более надежной является защита на самом низком уровне программного обеспечения.

Во-вторых, так проще. В ядро системы обычно легче ввести дополнительные меры безопасности. Упрощается осуществление и анализ таких мер. И, как следовало ожидать, в результате получается более защищенная система.

В-третьих, часто так получается быстрее. Все средства работают лучше, если они встроены в операционную систему, и средства безопасности не исключение. Криптография, например, может съедать много времени, и имеет смысл сделать ее работу как можно более эффективной.

Поэтому безопасность операционных систем остается предметом исследований уже в течение десятилетий. Раз так, для нее разработан свой собственный набор понятий.

• Монитор обращений. Часть программных средств, которая осуществляет доступ субъектов к объектам. Когда некий процесс делает вызов операционной системы, монитор обращений останавливает процесс и выясняет, следует ли разрешить или запретить вызов. Например, он не позволит пользователю с конфиденциальной регистрационной учетной записью читать секретные документы или создавать несекретные документы.

• Надежная вычислительная база. Это все защитные устройства внутри компьютера – оборудование, программно-аппаратные средства, операционная система, программные приложения и т. д. – все, что используется для осуществления политики безопасности. Некий администратор указывает компьютеру, что, от кого и каким образом следует защищать (это и есть политика безопасности), а надежная вычислительная база обеспечивает выполнение этой задачи.

• Ядро безопасности. Это оборудование, программно-аппаратные средства, операционная система, программные приложения и все остальные элементы надежной вычислительной базы, которые реализуют концепцию монитора обращений.

Монитор обращений – это абстрактное устройство защиты; оно занимается такими вещами, как управление файлами и управление памятью. Ядро безопасности обеспечивает действие монитора обращений. Надежная вычислительная база содержит все средства защиты, в том числе и ядро безопасности. А все в целом реализует некую модель безопасности – Белла-Лападулы или какую-то другую – и осуществляет защиту наиболее простыми и эффективными средствами. И конечно, надежная вычислительная база по определению надежна – пользователи не должны иметь возможность изменить ее, иначе безопасность может быть утрачена.

Эту концепцию трудно осуществить в реальной операционной системе. Компьютер – сложный зверь, и все в нем должно быть надежным. Любая мелочь способна испортить все дело. Если кто угодно имеет доступ к жесткому диску с правом на чтение и запись, то как можно помешать одному пользователю читать то, что пишет другой? Что, если один пользователь хочет, чтобы второй прочитал, что он написал? Возможно ли, чтобы пользователь, используя прерывания, делал что-то, чего он делать не должен? Как защитить доступ к принтеру? Может ли один человек узнать секреты другого через клавиатуру? Что, если базовые средства надежной вычислительной базы выйдут из строя? Как вам удастся выполнить дефрагментацию диска, если у вас есть доступ только к своим файлам?

Исторический пример почти правильной реализации этой теории – это операционная система под названием Multics, которую в конце 1960-х разработали MIT, Bell Labs и Honeywell. В Multics модель Белла-Лападулы построена с нуля. (Фактически, именно проект Multics дал толчок развитию модели Белла-Лападулы.) Разработчики применяли формальную математическую систему этой модели, чтобы продемонстрировать безопасность своей системы, а затем обозначили понятия модели в своей операционной системе. Ни одного кода не было написано до того, как спецификации были одобрены. Multics работала, хотя средства безопасности в ней были слишком громоздкими. К настоящему времени почти все уже забыли о Multics и уроках, вынесенных из этого проекта.

Один из уроков, о которых люди позабыли, – в том, что ядро должно быть простым. (Даже ядро Multics, которое содержало только 56 000 кодовых строк, как выяснилось, слишком сложно.) Ядро – это по определению высоконадежные программы. В главе 13 будет рассказано о надежности программ, мораль же в том, что неразумно ждать, что в программах не будет сбоев защиты. Поэтому чем проще программа, тем меньше в ней будет ошибок безопасности.

К сожалению, современные операционные системы страдают болезнью, известной как «распухание ядра». Это означает, что большой объем кода располагают внутри ядра, а не снаружи. Когда система UNIX была написана впервые, считалось обязательным помещение несущественных кодов за пределами ядра. С тех пор все забыли этот урок. Все имеющиеся сейчас разновидности UNIX в той или иной степени страдают распуханием ядра: у них либо слишком много команд в ядре, либо имеются непонятные утилиты, запускающиеся в случае корневого доступа, либо что-то еще.