Для подтверждения своей подлинности субъект может предъявлять системе разные сущности. В зависимости от предъявляемых субъектом сущностей процессы аутентификации могут быть разделены на основе:

знания чего-либо.
обладания чем-либо.

Персональный идентификационный номер PIN (Personal Identification Number) является испытанным способом аутентификации держателя пластиковой карты и смарт-карты. Секретное значение PIN-кода должно быть известно только держателю карты.

Динамический {одноразовый) пароль — это пароль, который после однократного применения никогда больше не используется. На практике обычно используется регулярно меняющееся значение, которое базируется на постоянном пароле или ключевой фразе.

Система запрос—ответ. Одна из сторон инициирует аутентификацию с помощью посылки другой стороне уникального и непредсказуемого значения «запрос», а другая сторона посылает ответ, вычисленный с помощью «запроса» и секрета. Так как обе стороны владеют одним секретом, то первая сторона может проверить правильность ответа второй стороны.

Сертификаты и цифровые подписи. Если для аутентификации используются сертификаты, то требуется применение цифровых подписей на этих сертификатах. Сертификаты выдаются ответственным лицом в организации пользователя, сервером сертификатов или внешней доверенной организацией. В рамках Интернета появились коммерческие инфраструктуры управления открытыми ключами PKI (Public Key Infrastructure) для распространения сертификатов открытых ключей. Пользователи могут получить сертификаты различных уровней.

Процессы аутентификации можно также классифицировать по уровню обеспечиваемой безопасности. В соответствии с этим процессы аутентификации разделяются на следующие типы:

аутентификация, использующая пароли и PIN-коды;
строгая аутентификация на основе использования криптографических методов и средств;
биометрическая аутентификация пользователей.

С точки зрения безопасности каждый из перечисленных типов способствует решению своих специфических задач, поэтому процессы и протоколы аутентификации активно используются на практике.

Основные атаки на протоколы аутентификации:

маскарад {impersonation). Пользователь выдает себя за другого с целью получения полномочий и возможности действий от лица другого пользователя;
подмена стороны аутентификациоиного обмена {interleaving attack). Злоумышленник в ходе данной атаки участвует в процессе аутентификационного обмена между двумя сторонами с целью модификации проходящего через него трафика;
повторная передача {replay attack) заключается в повторной передаче аутентификационных данных каким-либо пользователем;
принудительная задержка {forced delay). Злоумышленник перехватывает некоторую информацию и передает ее спустя некоторое время;
атака с выборкой текста {chosen-text attack). Злоумышленник перехватывает аутентификационный трафик и пытается получить информацию о долговременных криптографических ключах.

Для предотвращения таких атак при построении протоколов аутентификации применяются:

использование механизмов типа «запрос—ответ», «отметка времени», случайных чисел, идентификаторов, цифровых подписей;
привязка результата аутентификации к последующим действиям пользователей в рамках системы. Примером подобного подхода может служить осуществление в процессе аутентификации обмена секретными сеансовыми ключами, которые используются при дальнейшем взаимодействии пользователей;
периодическое выполнение процедур аутентификации в рамках уже установленного сеанса связи и т. п.

Механизм «запрос—ответ» состоит в следующем. Если пользователь А хочет быть уверенным, что сообщения, получаемые им от пользователя В, не являются ложными, он включает в посылаемое для В сообщение непредсказуемый элемент — запрос X (например, некоторое случайное число). При ответе пользователь В должен выполнить над этим элементом некоторую операцию (например, вычислить некоторую функцию/(ЛО). Это невозможно осуществить заранее, так как пользователю В неизвестно, какое случайное число X придет в запросе. Получив ответ с результатом действий В, пользователь Л может быть уверен, что В — подлинный. Недостаток этого метода — возможность установления закономерности между запросом и ответом.

Механизм «отметка времени» подразумевает регистрацию времени для каждого сообщения. В этом случае каждый пользователь сети определяет, насколько «устарело» пришедшее сообщение, и решает не принимать его, поскольку оно может быть ложным.

В обоих случаях для защиты механизма контроля следует применять шифрование, чтобы быть уверенным, что ответ послан не злоумышленником.

При использовании отметок времени возникает проблема допустимого временного интервала задержки для подтверждения подлинности сеанса: сообщение с «временным штемпелем» в принципе не может быть передано мгновенно. Кроме того, компьютерные часы получателя и отправителя не могут быть абсолютно синхронизированы.

При сравнении и выборе протоколов аутентификации необходимо учитывать следующие характеристики:

наличие взаимной аутентификации. Это свойство отражает необходимость обоюдной аутентификации между сторонами аутентификационного обмена;
вычислительную эффективность. Это количество операций, необходимых для выполнения протокола;
коммуникационную эффективность. Данное свойство отражает количество сообщений и их длину, необходимую для осуществления аутентификации;
наличие третьей стороны. Примером третьей стороны может служить доверенный сервер распределения симметричных ключей или сервер, реализующий дерево сертификатов для распределения открытых ключей;
гарантии безопасности. Примером может служить применение шифрования и цифровой подписи [9, 54].

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 (Virtual Private Network) 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.

Аутентификация на основе многоразовых паролей

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 [45].

Процедуру простой аутентификации пользователя в сети можно представить следующим образом. 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. 7.1) передача пароля и идентификатора пользователя может производиться следующими способами :

• в незашифрованном виде; например, согласно протоколу парольной аутентификации PAP (Password Authentication Protocol) пароли передаются по линии связи в открытой незащищенной форме

Простая аутентификация с использованием пароля

• в защищенном виде; все передаваемые данные (идентификатор и пароль пользователя, случайное число и метки времени) защищены посредством шифрования или однонаправленной функции. Очевидно, что вариант аутентификации с передачей пароля пользователя в незашифрованном виде не гарантирует даже минимального уровня безопасности, так как подвержен многочисленным атакам и легко компрометируется. 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 Л — законным.

Схемы организации простой аутентификации отличаются не только методами передачи паролей, но и видами их хранения и проверки. 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. Очевидным недостатком этого способа является возможность получения злоумышленником в системе привилегий администратора, включая права доступа к системным файлам, и в частности, к файлу паролей.

Для обеспечения надежной защиты ОС пароль каждого пользователя должен быть известен только этому пользователю и никому другому, в том числе и администраторам системы. На первый взгляд то, что администратор знает пароль некоторого пользователя, не отражается негативно на безопасности системы, поскольку администратор, войдя в систему от имени обычного пользователя, получает права меньшие чем те, которые он получит, зайдя в систему от своего имени. Однако, входя в систему от имени другого пользователя, администратор получает возможность обходить систему аудита, а также совершать действия, компрометирующие этого пользователя, что недопустимо в защищенной системе. Таким образом, пароли пользователей не должны храниться в ОС в открытом виде.

С точки зрения безопасности предпочтительным является 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.

Одно направленность 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.

Такие функции удобны, если длина пароля и ключа одинаковы. В этом случае проверка подлинности пользователя А с помощью пароля Р_А 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). Если отображения h(P_A) и h'{P_A) равны, то считается, что пользователь успешно прошел аутентификацию.

На практике пароли состоят лишь из нескольких символов, чтобы дать возможность пользователям запомнить их. Короткие пароли уязвимы к атаке полного перебора всех вариантов.

Различают две формы представления объектов, аутентифи-цирующих пользователя:

внешний аутентифицирующий объект, не принадлежащий системе;
внутренний объект, принадлежащий системе, в который переносится информация из внешнего объекта.

Внешние объекты могут быть представлены на различных носителях информации: пластиковых картах, смарт-картах, гибких магнитных дисках и т. п. Естественно, что внешняя и внутренняя формы представления аутентифицирующего объекта должны быть семантически тождественны.

Системы простой аутентификации на основе многоразовых паролей имеют пониженную стойкость, поскольку выбор аутен-тифицирующей информации происходит из относительно небольшого числа слов. Срок действия многоразового пароля должен быть определен в политике безопасности организации. Пароли должны регулярно изменяться, быть трудными для угадывания и не присутствовать в словаре.

Аутентификация на основе одноразовых паролей

Схемы аутентификации, основанные на традиционных многоразовых паролях, не обладают достаточной безопасностью. Такие пароли можно перехватить, разгадать, подсмотреть или просто украсть. 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. Даже если его перехватили, он будет бесполезен. 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.

В качестве примера рассмотрим технологию аутентификации SecurlD на основе одноразовых паролей с использованием аппаратных ключей и механизма временной синхронизации. Эта технология разработана компанией Security Dynamics и реализована в коммуникационных серверах ряда компаний, в частности в серверах компании Cisco Systems и др.