Развитие систем информационной безопасности. Неизвлекаемые ключи в облаке

BIS Journal №3(26)/2017

26 июля, 2017

Неизвлекаемые ключи в облаке - путь через криптопровайдер

Павел Смирнов, директор по развитию, «КриптоПро»

Одной из важнейших задач прикладной криптографии бесспорно является задача хранения секретных ключей. Для этого применяется множество средств, которые имеют как достоинства, так и недостатки. В рамках данной статьи авторы на основе своего опыта в области разработки криптографических систем опишут существующие подходы к решению данной задачи и проведут их небольшое сравнение.

Программные и программно-аппаратные хранилища

Исторически первым распространенным методом хранения ключей в компьютерных системах прикладной криптографии стало использование обычной файловой системы. Этот подход имел много достоинств. Прежде всего, чтобы поместить ключевой контейнер (ключевую пару с дополнительной идентифицирующей информацией) в файловую систему не нужны дополнительные устройства. Разграничение доступа к контейнерам осуществляется исключительно штатными механизмами операционной системы. Модификацией данного подхода является использование съемных дисковых накопителей: раньше – дискет, сейчас – USB-флешек и смартфонов.

Основными криптографическими системами, использующими данный подход с самого начала своего существования, являются криптографические провайдеры – модули, реализующие интерфейс Microsoft CryptoAPI. Данный интерфейс оказался настолько удобным для использования в прикладных приложениях Windows, что до сих пор значительное количество приложений полагаются именно на него, а сам интерфейс даже портирован компанией КриптоПро на Unix-платформы. В России первой системой, которая на него полагалась, являлся криптографический провайдер «КриптоПро CSP», появившийся в 2001 году.

Со временем стало ясно, что хранение ключей в постоянной памяти компьютера или на дискете хоть и является удобным подходом, но имеет ряд недостатков с точки зрения устойчивости к моделям нарушителя, предполагающим возможность кратковременной компрометации системы. Таким образом, следующим шагом стало использование в качестве хранилища ключей пассивных смарт-карт и USB-токенов. В отличие от дискет (напомним, что речь всё еще идет о начале 2000-х), смарт-карты предоставили возможность хранения ключевого контейнера в защищенной памяти, доступ к которой разграничивался микроконтроллером самого устройства. Тем не менее, данные устройства всё еще не умели самостоятельно выполнять криптоалгоритмы, так что основным путем их использования стало подключение к программным криптопровайдерам, которые использовали токены только для одной задачи: считать ключ из их памяти в оперативную память компьютера. Наиболее распространенными представителями данного семейства носителей являются такие токены и смарт-карты как Safenet eToken, Актив Рутокен Лайт, Gemalto Optelio, Alioth SCOne, и т.п.

В связи с отсутствием альтернатив, в течение долгого времени использование программных провайдеров, реализующих MS CryptoAPI, в связке с пассивными токенами стало де-факто стандартом среди систем криптографии в нашей стране. Тем не менее, прогресс не стоял на месте, и к концу 2000-х годов появился новый класс устройств: токены с неизвлекаемыми закрытыми ключами (активные токены, функциональные ключевые носители). В отличие от пассивных устройств, которые только хранят закрытые ключи, данные токены уже умеют самостоятельно вычислять и проверять электронную подпись, шифровать и хэшировать небольшие сообщения.

Несмотря на то, что данные устройства могут встраиваться в автоматизиованные системы через независимые библиотеки, бесшовный переход на их использование возможен только через соответствующие криптопровайдеры. Одним из них стал, например, «КриптоПро Рутокен ФКН», который в связке с «Актив Рутокен ЭЦП» мог легко заменить связку «КриптоПро CSP» с «Актив Рутокен Лайт», если пользователи хотели начать использовать неизвлекаемые ключи.

Однако, несмотря на большое количество преимуществ, которыми на первый взгляд обладает токен с неизвлекаемыми ключами, у него, помимо высокой цены и низкой производительности, есть еще ряд недостатков по сравнению с другими методами хранения ключей. Прежде всего, самое очевидное - поломка или потеря токена автоматически приводят к нарушению рабочих процессов. Если извлекаемые ключи могут быть заархивированы в некоем защищенном хранилище компании, то неизвлекаемые ключи всегда существуют ровно в одном экземпляре.

Повышение уровня безопасности при использовании данных токенов также является достаточно спорным: если раньше нарушитель мог «встать посередине» между токеном и криптопровайдером и украсть ключ, то теперь его задачей стала просто кража ПИН-кода, который в большинстве случаев предъявляется либо в открытом виде, либо с использованием тривиального алгоритма, который легко может быть восстановлен опытным злоумышленником. Конечно, есть защищенные протоколы аутентификации на токенах, например, протокол SESPAKE (рекомендация по стандартизации Р 50.1.115-2016), но они начали распространяться только недавно, а реализующие их носители еще не доступны для продажи.

Удаленные и облачные хранилища

Еще одним распространенным видом ключевых хранилищ являются HSM (Hardware Security Module) – защищенные программно-аппаратные комплексы. По сути они представляют собой полноценные защищенные ЭВМ (уровень безопасности вплоть до KB2), доступ к которым осуществляется по защищенным сетевым протоколам. Несмотря на то, что они обеспечивают практически предельную степень безопасности ключей, их удобство использования оставляет желать лучшего: размещение HSM возможно только в защищенных помещениях внутри компании, а для доступа используются специальные утилиты.

Развитием идеи HSM стало появление удобных удаленных сервисов электронной подписи (Digital Signature Service - DSS). Подход DSS заключается в том, что все ключи пользователей хранятся в защищенном хранилище HSM, который может принадлежать как компании-работодателю, так и независимой доверенной организации, например, удостоверяющему центру, а доступ к ключам осуществляется через Web-интерфейс. Одним из таких комплексов является, например, «КриптоПро DSS», на который было получено положительное заключение на соответствие уровню КС3.

Данный подход позволил расширить использование HSM с одной небольшой выделенной локальной сети до крупной сети компании и даже сети Интернет. При использовании DSS пользователи могут подписывать документы с любой точки земного шара, будучи полностью уверенными, что их ключи находятся в безопасности, а доступ к ним может быть осуществлен любым удобным защищенным способом. Переход на удаленное использование ключей также позволяет перевести систему из разряда дорогих программно-аппаратных комплексов в дешевую массовую услугу.

Разумеется, у DSS остается существенный недостаток – сложность встраивания в существующие системы. Web-интерфейс – это хорошо, но что делать компаниям, которые хотят повысить безопасность своей автоматизированной системы без серьезных затрат в разработку нового прикладного ПО взамен существующего, которое уже много лет использует CryptoAPI?

Как нам видится, естественным путем решения данной проблемы является встраивание поддержки DSS в существующие криптопровайдеры. Если подключение такого «облачного токена» будет не сложнее подключения физического токена, то единственным, что нужно будет сделать пользователю, чтобы начать работать с данными защищенными ключами в рамках своей системы, – обновить криптопровайдер. Принципиальная схема подобной системы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема системы использования «облачного токена»

Этот подход обладает всеми преимуществами остальных подходов и практически лишен недостатков. Единственное, пожалуй, чего он не в состоянии обеспечить – спокойствие людей, которые в силу каких-либо причин предпочитают не передавать свои данные на удаленный сервис. Однако, как показывает опыт других сфер информационных технологий, адекватных альтернатив переходу к облачным сервисам с каждым днем остаётся всё меньше.

Кратко содержание нашей статьи можно представить в виде следующей сравнительной таблицы:

Способ хранения	Высокая скорость	Низкая цена	Использование пользовательского ключа на удаленном рабочем месте	Встраивание в существующие системы через CryptoAPI	Защита ключа от кражи или утери	Защищенный канал доступа к ключам
CSP + HDD	+	+	-	+	+	+
CSP и пассивный токен	+	-	+	+	-	-
Активный токен	-	-	+	-	-	-
CSP + активный токен	-	-	+	+	-	-
HSM	+	-	-	+	+	+
HSM + DSS	+	+	+	-	+	+
«Облачный токен»: HSM + DSS + CSP	+	+	+	+	+	+

Стать автором BIS Journal

Неизвлекаемые ключи в облаке - путь через криптопровайдер

BIS Journal №3(26)/2017

Неизвлекаемые ключи в облаке - путь через криптопровайдер

Основные векторы атак на банки

Какой VPN выбрать?

Старая сказка на новый лад

Такая разная…

Банк России поднимает требования по борьбе с утечками информации на уровень отраслевого стандарта

ИБ-визуализация

SIEM в финансовой сфере

Такая разная…

Как защитить банк от киберугроз?

Безопасная разработка

Читалка

Календарь мероприятий

Наши медиауслуги

Новый номер

Подписаться на новости BIS Journal / Медиа группы Авангард

Стать автором BIS Journal

Неизвлекаемые ключи в облаке - путь через криптопровайдер

Неизвлекаемые ключи в облаке - путь через криптопровайдер

Смотрите также

Безопасная разработка

Читалка

Календарь мероприятий

Наши медиауслуги

Новый номер

Подписаться на новости BIS Journal / Медиа группы Авангард

Стать автором BIS Journal