1. Разложение больших чисел на простые множители.

2. Вычисление логарифма в конечном поле.

3. Вычисление корней алгебраических уравнений.

Здесь же следует отметить, что алгоритмы криптосистемы с открытым ключом (СОК) можно использовать в трех назначениях.

1. Как самостоятельные средства защиты передаваемых и хранимых данных.

2. Как средства для распределения ключей. алгоритмы СОК более трудоемки, чем традиционные криптосистемы. Поэтому часто на практике рационально с помощью СОК распределять ключи, объем которых как информации незначителен. А потом с помощью обычных алгоритмов осуществлять обмен большими информационными потоками.

3. Средства аутентификации пользователей."

4. Существует возможность создания универсальной программы просмотра файлов с заданиями и ответами. Таким образом, студент имеет возможность узнать верные ответы на вопросы в тестах.

Подобной проблемы касается Б.Н. Маутов в статье "Защита электронных учебников на основе программно-аппаратного комплекса "Символ-КОМ" [26]. Но ее существенным недостатком является наличие аппаратной части. Что весьма ограничивает возможность использования системы.

Естественным выходом из данной ситуации является применение шифрования данных. Но принципиально данную проблему разрешить невозможно. Студенту необходимо задать вопрос и сверить с ответом, а для этого необходимо расшифровать данные с эталонными ответами. Для их расшифровки необходим ключ, который в любом случае надо где-то хранить. Следовательно, при желании, информацию можно получить в открытом виде.

Побочной проблемой является возможность внесения заинтересованным лицом несанкционированного изменения баз данных обучающих систем. Данную проблему затрагивает Тыщенко О.Б., говоря о необходимости применения паролей или системы паролей [27]. Хотя вопрос рассматривается в статье несколько с другого ракурса, он пересекается с обсуждаемой проблемой. Хранение данных в обучающей системе подразумевает возможность их просмотра, а, следовательно, наличие способа доступа к этим данных.

5. Возможность модификации программного кода системы тестирования с целью изменения алгоритма выставления оценок.

Как ни странно, но столь важный вопрос защиты практически не освящен. Почти во всех работах по теме защиты информации в системах дистанционного обучения он не рассматривается. Отчасти это понятно. Для систем построенных с использованием сети Internet, его практически не существует. Так как контролирующая часть находится на стороне сервера, то данная проблема не актуальна. Для систем дистанционного обеспечения, предназначенных для локального режима использования, эта проблема практически сводится к широко известной проблеме защиты ПО от взлома. Очевидно, что это и является причиной того, что данный вопрос не получает раскрытия в различных работах. Но это не делает его менее важным.

Вот что, например, пишет Оганесян А. Г. в статье "Проблема «шпаргалок» или как обеспечить объективность компьютерного тестирования?" [28]:

"Почти каждый студент, впервые сталкивающийся с новой для него системой компьютерного тестирования, старается отыскать лазейки, позволяющие получать завышенные оценки. Поиск идёт широким фронтом и рано или поздно большинство лазеек обнаруживается и становится достоянием всех студентов. Бороться с ней не нужно. Более того, полезно поощрять этот процесс, помогающий отыскивать прорехи в системе компьютерного тестирования. Для этого, правда, в неё приходится встраивать специальные механизмы, позволяющие наблюдать за действиями студентов, поскольку не в их интересах делиться с преподавателем своими находками."

Хотелось бы здесь отметить, что перед тем, как поощрять процесс отыскивания прорех, надо все-таки создать систему защиты достаточно высокого уровня. С точки зрения модификации программного кода, данная статья не предлагает соответствующих методов защиты. Далее, не понятно, каким образом можно встраивать специальные механизмы, позволяющие наблюдать за действиями студентов. Точнее, достаточно сложно создание надежного механизма, за счет которого система дистанционного обучения сообщит о своем взломе соответствующей системе на стороне преподавателя. Таким образом, поставленный вопрос весьма важен и требует тщательной проработки.

6. Необходима возможность легкой адаптации уже существующих систем дистанционного обучения и тестирования. Это в первую очередь связанно с тем, что под эти системы уже существуют базы с лекциями, тестовыми заданиями и так далее.

Немаловажным фактором является то, что существующие на данный момент различные системы автоматизации процесса обучения написаны на разных языках. Это Visual C++, Delphi и Visual Basic и другие языки. Следовательно, для взаимодействия с ними нужно удобный и, главное, поддерживаемый всеми этими языками механизм взаимодействия. Можно использовать такие средства, как именованные каналы, сокеты. Но использование таких механизмов хотя и стандартно в ОС Windows, но их использование совсем не простое. Надо иметь определенные знания по данному вопросу.

В последнее время широкое применение нашла технология COM. Многие АСДО, разработанные с ее использованием или с использованием таких ее разновидностей, как OLE и ActiveX. Для примера приведем слова Романенко В.В., описывающего создание автоматизированной системы разработки электронных учебников [29]:

"В системе будут использованы многие современные технологии программирования, в частности, COM, то есть система будет иметь модульную структуру, связанную интерфейсами COM. Это сделает систему гибкой, легко модифицируемой. По таким принципам создаются все современные офисные приложения."

Можно сделать вывод, что взаимодействие модуля защиты с использованием технологии COM очень гибко и широко используется для построения модульных программ. Это очень важно, так как необходимо именно легкое интегрирование в уже существующие системы.

1.3. Задачи, поставленные перед системой защиты

Ранее были перечислены основные проблемы, связанные с организацией защиты в системах дистанционного обучения и контроля знаний. Был проведен обзор публикаций по данным вопросам. Попытаемся теперь отделить те задачи, решение которых лежит вне сферы возможности программных средств и решение которых относятся к административным средствам контроля. Для остальных задач попробуем предложить методы их решения и включить поддержку их решений в функциональность разрабатываемой системы защиты.

К сожалению, первые две проблемы лежат вне сферы возможности программных средств без применения дополнительного аппаратного обеспечения. Напомним их.

1. Отсутствие возможности достоверно определить, прошел ли студент тестирование самостоятельно. Для этой задачи он вполне мог использовать другого человека (например, более подготовленного студента).

Естественным решением данной проблемы может служить только правильное построение курса. Процесс контроля знаний следует строить так, чтобы усложнить процесс подмены дублером. Найти дублера на один тест намного проще, чем на весь период обучения. Таким образом, мы вынуждены исключить этот вопрос из списка задач, решение которых должен предоставить разрабатываемый модуль защиты.

2. Неизвестно, сколько раз студент предпринял попытку пройти тестирование. Студент имеет возможность устанавливать систему дистанционного обучения в нескольких экземплярах и/или копировать ее, тем самым сохраняя ее текущее состояние. Так студент получает возможность неограниченного количества попыток прохождения тестирования.

Эта задача в чем-то аналогична предыдущей и также, к сожалению, не имеет программного решения. Решением этой проблемы скорее будет являться правильное построение системы дистанционного обучения. Например, при тестировании целесообразно предложить достаточно большое количество вопросов, наиболее оптимальным выходом является их автоматическая генерация. Это исключило бы возможность просмотра всех вопросов и пробы разных вариантов ответов. Примером такой системы может служить система генерации задач по физике, составляемых по определенным правилам, используя в качестве значений, предложенных для решения, случайные числа.

3. Существует возможность создания универсального редактора файлов результатов тестирования. Он может использоваться студентом для корректировки оценок выставленных программой тестирования.

Здесь на помощь может прийти применение механизма открытых ключей. Именно такой механизм необходимо будет реализовать в системе защиты. Отметим, что будет использоваться шифрование с использованием открытого ключа не в классическом понимании. Метод будет состоять в генерации полиморфных алгоритмов шифрования/расшифрования. При этом одному алгоритму шифрования будет соответствовать один алгоритм расшифровки. А воссоздание алгоритма шифровки/расшифровки по имеющимся в наличии обратного алгоритма слишком трудоемко. Модуль должен будет обеспечить построении сложного для анализа полиморфного кода, что должно препятствовать построению обратного алгоритма.

4. Существует возможность создания универсальной программы просмотра файлов с заданиями и ответами. Таким образом, студент имеет возможность узнать верные ответы на вопросы в тестах.

Решение данной проблемы представляется мне не в использовании стойких криптоалгоритмов, а в способе хранения данных. Одно дело, если все данные будут храниться в текстовом виде. Потом этот текстовый файл будет просто подвергнут шифрованию. В этом случае, расшифровав эти данные с использованием найденного ключа, злоумышленник получит все, что ему надо. Совсем другое дело, если написать механизм чтения/записи данных, использующий записи различных типов. Допустим, мы сохраняем сначала блок с названием работы, потом, сохраняем идентификатор картинки, затем данные самой картинки, затем данные о правильном ответе, и т.д. И теперь знание ключа расшифровки мало что дает, т.к. для еще надо знать формат сохраняемых данных. А взломщик это может узнать только проведя глубокий анализ внутренней работы ПО. А даже если кто и проведет, и будет знать формат читаемых/сохраняемых данных, он должен будет создать программу, позволяющую работать с ними. В силу того, что хранимые данные могут иметь весьма сложный формат, то это маловероятно. Иначе придется повторить довольно большую часть неизвестного программного кода.

Дополнительную сложность должен внести генератор алгоритмов шифрования/расшифрования. Путем хранения данных в пакетах, отдаваемых студенту, и зашифрованных различными алгоритмами, будет достигаться дополнительная сложность создания универсальной программы просмотра.

5. Возможность модификации программного кода системы тестирования, с целью изменения алгоритма выставления оценок или другого кода.

Как ни странно, подсказать решение могут такие программы, как вирусы. Точнее, полиморфные вирусы. Полиморфной называется программа, каждый штамм (копия) которой отличается от другого. Два экземпляра такой программы могут не совпадать ни одной последовательностью байт, но при этом функционально они являются копиями [30]. Вирусы используют полиморфные генераторы для усложнения их обнаружения. Для нас полиморфный код интересен по другой причине. В него очень сложно внести изменения. Точнее, внести исправление в конкретный экземпляр приложения не представляется большой проблемой, а вот применить этот метод модификации к другому экземпляру невозможно. Отсюда следует высокая сложность написания универсального алгоритма, который бы изменял полиморфную программу так, чтобы она начала функционировать как этого хочет злоумышленник.

В результате возникает идея построения подсистемы по следующему описанию. Система представляет из себя файл, который хранится в зашифрованном виде. Программа-загрузчик расшифровывает его непосредственно в памяти и затем запускает. Каждый файл зашифрован своим методом, а следовательно, и простая модификация невозможна.

Возможно создание программы, взламывающей систему тестирования, базирующуюся на методах динамической модификации памяти программы или на создании и загрузки слепка данных в память. Но создание подобной программы уже само по себе весьма сложно и требует высокой квалификации.

6. Необходима возможность легкой адаптации уже существующих систем дистанционного обучения и тестирования. Это, в первую очередь, связанно с тем, что под эти системы уже существуют базы с лекциями, тестовыми заданиями и так далее.

Эта задача полностью лежит в сфере информационных технологий и имеет достаточно простое решение. В ОС Windows существует механизм, который позволит легко адаптировать уже существующие системы дистанционного обучения и тестирования, причем, созданных на различных языках. Он обладает широкой поддержкой средств разработки и библиотек. Это COM (Component Object Model). COM - модель компонентных объектов Microsoft [31].

В частности, примером простоты работы с COM-модулями может служить Visual Basic. В других средствах разработки программного обеспечения этому механизму уделено много внимания. В Visual C++ существует мощная библиотека ATL (Active Template Library) для разработки COM-модулей и взаимодействия с ними. ATL - библиотека активных шаблонов, которая представляет собой множество шаблонов языка C++, предназначенных для построения эффективных СОМ-компонентов. Но главное преимущество в том, что для того чтобы подключить модуль защиты, кроме самой DLL, понадобится только библиотека типов (TLB файл). Библиотека типов предназначена для предоставления другим приложениям и средам программирования информации о составных объектах, которые в ней содержатся.

1.4. Выбор класса требований к системе защиты

Занимаясь разработкой системы защиты, было бы логичным выбрать класс, к которому она будет принадлежать. Это важно в частности с точки зрения бедующего пользователя такой системы. Он должен иметь представление о ее свойствах, надежности и возможной сфере применения. Основополагающими документами в области информационной безопасности на данный момент являются:

· Оранжевая книга (TCSEC)

· Радужная серия

· Гармонизированные критерии Европейских стран (ITSEC)

· Рекомендации X.800

· Концепция защиты от НСД Гостехкомиссии при Президенте РФ.

Остановим наше внимание на TCSEC. Оранжевая книга выбрана, как документ ставший своего рода классическим.

TCSEC, называемый чаще всего по цвету обложки "Оранжевой книгой", был впервые опубликован в августе 1983 года. Уже его название заслуживает комментария. Речь идет не о безопасных, а о надежных системах, причем слово "надежный" трактуется так же, как в сочетании "надежный человек" -- человек, которому можно доверять. "Оранжевая книга" поясняет понятие безопасной системы, которая "управляет, посредством соответствующих средств, доступом к информации, так что только должным образом авторизованные лица или процессы, действующие от их имени, получают право читать, писать, создавать и удалять информацию".

В "Оранжевой книге" надежная система определяется как "система, использующая достаточные аппаратные и программные средства, чтобы обеспечить одновременную обработку информации разной степени секретности группой пользователей без нарушения прав доступа".

Сразу отметим, что TCSEC для разрабатываемой системы фактически непригоден. Данный документ разработан с точки зрения безопасности уровня военных и других государственных служб. В нашем случае, подход с точки зрения построению столь защищенных систем излишен. Ведь заинтересованным во взломе разрабатываемой системы скорее всего будет являться студент, проходящий обучение на защищенной ею АСДО. Следовательно и построение программно-аппаратной системы является излишним и дорогим занятием. Это подтверждает малую пригодность использования для классификации такие документы, как TCSEC. И как мы увидим далее, разрабатываемая система по классификации TCSEC не предоставляет никакой защиты. То есть система, адаптированная с ее использованием, защищенной являться не будет.

Основные элементы политики безопасности, согласно "Оранжевой книге", включают в себя по крайней мере:

· Произвольное управление доступом;.

· Безопасность повторного использования объектов;

· Метки безопасности;

· Принудительное управление доступом.

Произвольное управление доступом -- это метод ограничения доступа к объектам, основанный на учете личности субъекта или группы, в которую субъект входит. Произвольность управления состоит в том, что некоторое лицо (обычно владелец объекта) может по своему усмотрению давать другим субъектам или отбирать у них права доступа к объекту.

Безопасность повторного использования объектов -- важное на практике дополнение средств управления доступом, предохраняющее от случайного или преднамеренного извлечения секретной информации из "мусора". Безопасность повторного использования должна гарантироваться для областей оперативной памяти (в частности, для буферов с образами экрана, расшифрованными паролями и т.п.), для дисковых блоков и магнитных носителей в целом.

Для реализации принудительного управления доступом с субъектами и объектами ассоциируются метки безопасности. Метка субъекта описывает его благонадежность, метка объекта -- степень закрытости содержащейся в нем информации.

Согласно "Оранжевой книге", метки безопасности состоят из двух частей -- уровня секретности и списка категорий. Уровни секретности, поддерживаемые системой, образуют упорядоченное множество, которое может выглядеть, например, так:

· совершенно секретно;

· секретно;

· конфиденциально;

· несекретно.

Принудительное управление доступом основано на сопоставлении меток безопасности субъекта и объекта. Субъект может читать информацию из объекта, если уровень секретности субъекта не ниже, чем у объекта, а все категории, перечисленные в метке безопасности объекта, присутствуют в метке субъекта. В таком случае говорят, что метка субъекта доминирует над меткой объекта. Смысл сформулированного правила понятен -- читать можно только то, что положено. Субъект может записывать информацию в объект, если метка безопасности объекта доминирует над меткой субъекта.

Принудительное управление доступом реализовано во многих вариантах операционных систем и СУБД, отличающихся повышенными мерами безопасности. Независимо от практического использования, принципы принудительного управления являются удобным методологическим базисом для начальной классификации информации и распределения прав доступа.

"Критерии" Министерства обороны США открыли путь к ранжированию информационных систем по степени надежности. В "Оранжевой книге" определяется четыре уровня безопасности (надежности) -- D, C, B и A. Уровень D предназначен для систем, признанных неудовлетворительными. По мере перехода от уровня C к A к надежности систем предъявляются все более жесткие требования. Уровни C и B подразделяются на классы (C1, C2, B1, B2, B3) с постепенным возрастанием надежности. Таким образом, всего имеется шесть классов безопасности -- C1, C2, B1, B2, B3, A1.

Разрабатываемая система, не позволит обеспечить уровень даже класса С1. По этому мы не будем приводить и рассматривать требования, налагающиеся "Оранжевой книгой" на определенные классы.

1.5. Выводы

Как следует из предыдущего материала, проблема защиты систем локального дистанционного обучения действительно актуальна и требует к себе внимания. При этом, к настоящему моменту наработок в этой области очень не много. Большая часть системы защиты лежит вне сферы возможности программного обеспечения и требует соответствующей административной организации и контроля. Что говорит о необходимости разработки теоретических и практических методик построения локального дистанционного процесса обучения. Этот раздел, пожалуй, можно отнести к педагогическим наукам. Но сама по себе педагогика не способна, без поддержки с технической стороны, построить такую систему дистанционного обучения, которая бы соответствовала всем требованиям, как со стороны качества обучения, так и с точки зрения организации контроля при таком обучении. Таким образом, решение для организации систем дистанционного обучения может дать только симбиоз педагогических и технических наук. А, следовательно, основной задачей информационных технологий является построение необходимой технической базы, для дальнейшего ее использования в организации различных схем дистанционного обучения, в том числе, возможно, еще и не разработанных. Многие шаги в этом направлении уже сделаны. Например, разработано огромное количество систем дистанционного обучении и тестирования. Защита же таких систем, будет являться еще одним большим шагом, так как, если хоть одно из основных требований к системам дистанционного обучения не будет выполнено, то, фактически, это означает и невозможность использование такой системы в целом. Система защиты должна иметь возможность легкого включения в уже существующие АСДО. Язык, на котором написана такая система, не должен, по возможности, иметь значения, то есть система защиты должна быть универсальна. Этой системе необходимо предоставлять набор сервисов, удобный в использовании. Они будут использоваться создателями системы обучения для адаптации их систем к требованиям с точки зрения защиты. Именно такую универсальную и легко интегрируемую систему защиты я и попытаюсь разработать и показать на примерах, где и как она может найти свое применение.

ГЛАВА 2. ПРЕДЛАГАЕМЫЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ИНТЕГРИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

2.1. Выбор объектов для защиты

Рассмотрим структурное построение некоторых систем дистанционного локального тестирования и обучения и постараемся выделить общие слабые места и возможности защиты.

Как уже говорилось ранее, система защиты, разрабатываемая в данной работе, не относится к системам дистанционного обучения, построенных по технологии клиент-сервер. Такие системы уже по определению достаточно хорошо защищены. Все базы данных с материалами для обучения, тестирования и так далее, хранятся на сервере. В нужный момент только часть этих данных попадает на компьютер клиента (см. рисунок 2). В этом случае, например, не требуется защита базы с ответами, поскольку проверка правильности может происходить на серверной стороне. Тем не менее, для такой системы модуль защиты будет также возможно полезен. Так, если на компьютере студента устанавливается некий набор программ, организующий его обучение, то возможно и существование критических мест, где может пригодиться защита исполняемых модулей от модификации кода или другая функциональность модуля защиты.

Рисунок 2.

Но разрабатываемая система защиты, как упоминалось ранее, ориентирована на локальный пакет дистанционного обучения. Отсюда следует, что базы с задачами, лекциями и так далее, хранятся непосредственно на компьютере студента (см. рисунок 3).

Рисунок 3.

В таком случае уязвимым местом становятся такие объекты, как каналы связи между АРМ преподавателя и студента. Возможен вариант взаимодействия между этими АРМами в режиме off-line. Под уязвимыми объектами понимаются различные файлы (например с результатами промежуточного тестирования), с помощь которых и организуется информационное взаимодействие между АРМ. Уязвимы базы лекций, базы с задачами и ответами. Также само программное обеспечение может быть подвержено модификации. На рисунке 4 изображена структурная схема одной из возможной системы дистанционного обучения.

Рисунок 4.

Теперь рассмотрим более подробно объекты системы дистанционного локального обучения, требующие защиты.

Данные, являющиеся текстом задач с ответами, могут быть просмотрены. Это не будет простым делом в случае, если эти данные хранятся в сложном бинарном формате, так как без знания устройства соответствующего формата, просмотр таких данных внешними программами весьма сложен. Многие АСДО хранят эти задачи в простом текстовом виде или в формате WORD документов, и, следовательно, просмотр таких данных никаких сложностей не вызовет. И, соответственно, доступ к базе задач автоматически дискредитируют систему тестирования.

Возможна ситуация, когда нежелательна возможность неограниченного доступа не только к базам заданий/ответов, но и к обучающему материалу. Например, нежелательно широкое распространение обучающих материалов, и требуется ограничить их просмотр только из соответствующей системы тестирования. Естественно, абсолютной защиты тут придумать невозможно, так как в любом случае нельзя, запретить, например, просто сфотографировать монитор. Но, тем не менее, шифрование таких данных иногда оправдано.

Исполняемые файлы систем тестирования подвержены модификации с целью изменения алгоритма их работы. Примером может служить изменение алгоритма выставления оценки за пройденное тестирование или алгоритма генерации отчета с соответствующей оценкой. Дополнительная сложность состоит в том, чтобы усложнить процесс массового взлома. Нет такой программы, которую невозможно сломать. Критерий трудоемкости взлома прямо пропорционален критерию надежности. Таким образом, стоит задача по возможности предотвратить создание программы - взломщика, которую можно будет применить для модификации обучающего пакета любого студента. Следовательно, необходимо не создание очень сложной системы защиты исполняемых модулей. Задача состоит в том, чтобы разработанная кем-то программа-взломщик не имела своего действия на другие пакеты, или, точнее сказать, чтобы создание такой программы было очень трудоемким и экономически нецелесообразным. Представим такую ситуацию. Группе студентов выдали пакет дистанционного обучающего программного обеспечения. Один из студентов вместо честного обучения и тестирования потратил все время на изучение и взлом этой системы, в результате чего получил высокую оценку, так и не ознакомившись с предметом. Такой частный случай сам по себе не страшен. Намного страшнее, если после этого данный студент начнет распространять свое техническое достижение. И, таким образом, может получиться, что все студенты следующего года обучения воспользуются этим. Результатом будет полное не владение курсом студентами, обучение которых происходит на взломанной системе дистанционного обучения. Один из путей защиты - это создание уникальных программных модулей. То есть модулей, для которых неприменима простая программа-взломщик модифицирующая определенную последовательность байт. Предлагаемое решение генерации таких модулей будет описано в дальнейшем и будет основано на применении полиморфных алгоритмов шифрования.

Изменению могут быть подвержены результаты тестирования, то есть отчет, формируемый системой обучения/тестирования. Система дистанционного обучения может быть построена по принципу, когда студент присылает файл с результатами его тестирования по электронной почте или, скажем, приносит на дискете. В этом случае, этот файл не имеет право представлять собой, например, простой текстовый файл. Часто в простых системах тестирования, изначально не разрабатывавшихся для дистанционного обучения, эти файлы для удобства представляются текстовыми документами или другими форматами удобными для просмотра. В общем случае, здесь просто необходимо применение шифрования данных. В реализуемой системе она будет построена на основе асимметричных механизмов шифрования. Это, во-первых, позволит защитить данные от модификации, а, во-вторых, "подпишет" полученные данные. Достаточно каждого студента снабдить пакетом тестирования с уникальным ключом, и будет невозможно воспользоваться чужим файлом с отчетом.

2.2. Шифрование данных

2.2.1. Некоторые общие сведения

Проблема защиты информации путем ее преобразования, исключающего ее прочтение посторонним лицом, волновала человеческий ум с давних времен. История криптографии - ровесница истории человеческого языка. Более того, первоначально письменность сама по себе была криптографической системой, так как в древних обществах ею владели только избранные.

Бурное развитие криптографические системы получили в годы первой и второй мировых войн. Появление вычислительных средств в послевоенные годы ускорило разработку и совершенствование криптографических методов. Вообще история криптографии крайне увлекательна, и достойна отдельного рассмотрения. В качестве хорошей книги по теме криптографии можно рекомендовать "Основы современной криптографии" Баричев С. Г. [32].

Почему проблема использования криптографических методов в информационных системах (ИС) стала в настоящий момент особо актуальна?

С одной стороны, расширилось использование компьютерных сетей, в частности, глобальной сети Интернет, по которым передаются большие объемы информации государственного, военного, коммерческого и частного характера, не допускающего возможность доступа к ней посторонних лиц.

С другой стороны, появление новых мощных компьютеров, технологий сетевых и нейронных вычислений сделало возможным дискредитацию криптографических систем, еще недавно считавшихся практически нераскрываемыми.

Все это постоянно подталкивает исследователей на создание новых криптосистем и тщательный анализ уже существующих.

Проблемой защиты информации путем ее преобразования занимается криптология. Криптология разделяется на два направления - криптографию и криптоанализ. Цели этих направлений прямо противоположны.

Криптография занимается поиском и исследованием методов преобразования информации с целью скрытия ее содержания.

Сфера интересов криптоанализа _ исследование возможности расшифровывания информации без знания ключей.

Современная криптография разделяет их на четыре крупных класса.

Симметричные криптосистемы.

Криптосистемы с открытым ключом.

Системы электронной цифровой подписи (ЭЦП).

Системы управление ключами.

Основные направления использования криптографических методов - передача конфиденциальной информации по каналам связи (например, электронная почта), установление подлинности передаваемых сообщений, хранение информации (документов, баз данных) на носителях в зашифрованном виде.

Итак, криптография дает возможность преобразовать информацию таким образом, что ее прочтение (восстановление) возможно только при знании ключа.

Приведем определения некоторых основных терминов, используемых в криптографии.

Алфавит _ конечное множество используемых для кодирования информации знаков.

Текст _ упорядоченный набор из элементов алфавита.

В качестве примеров алфавитов, используемых в современных ИС можно привести следующие:

алфавит Z₃₃ - 32 буквы русского алфавита (исключая "ё") и пробел;

алфавит Z₂₅₆ - символы, входящие в стандартные коды ASCII и КОИ-8;

двоичный алфавит _ Z₂ = {0,1};

восьмеричный или шестнадцатеричный алфавит.

Шифрование - процесс преобразования исходного текста, который носит также название открытого текста, в шифрованный текст.

Расшифрование - процесс, обратный шифрованию. На основе ключа шифрованный текст преобразуется в исходный.

Криптографическая система представляет собой семейство T преобразований открытого текста. Члены этого семейства индексируются, или обозначаются символом k; параметр k обычно называется ключом. Преобразование T_k определяется соответствующим алгоритмом и значением ключа k.

Ключ - информация, необходимая для беспрепятственного шифрования и расшифрования текстов.

Пространство ключей K - это набор возможных значений ключа.

Криптосистемы подразделяются на симметричные и асимметричные (или с открытым ключом).

В симметричных криптосистемах для шифрования, и для расшифрования используется один и тот же ключ.

В системах с открытым ключом используются два ключа - открытый и закрытый (секретный), которые математически связаны друг с другом. Информация шифруется с помощью открытого ключа, который доступен всем желающим, а расшифровывается с помощью закрытого ключа, известного только получателю сообщения.

Термины распределение ключей и управление ключами относятся к процессам системы обработки информации, содержанием которых является выработка и распределение ключей между пользователями.

Электронной цифровой подписью называется присоединяемое к тексту его криптографическое преобразование, которое позволяет при получении текста другим пользователем проверить авторство и подлинность сообщения.

Кpиптостойкостью называется характеристика шифра, определяющая его стойкость к расшифрованию без знания ключа (т.е. криптоанализу). Имеется несколько показателей криптостойкости, среди которых:

· количество всех возможных ключей;

· среднее время, необходимое для успешной криптоаналитической атаки того или иного вида.

Эффективность шифрования с целью защиты информации зависит от сохранения тайны ключа и криптостойкости шифра.

2.2.2. Асимметричные криптосистемы

Теперь остановимся на асимметричные криптосистемам и кратко расскажем о них. Связано это с тем, что в дальнейшем в системе защиты будет предложен и использован механизм построенный по принципу асимметричных криптосистем.

Асимметричные или двухключевые системы являются одним из обширным классом криптографических систем. Эти системы характеризуются тем, что для шифрования и для расшифрования используются разные ключи, связанные между собой некоторой зависимостью. При этом данная зависимость такова, что установить один ключ, зная другой, с вычислительной точки зрения очень трудно.

Один из ключей (например, ключ шифрования) может быть сделан общедоступным, и в этом случае проблема получения общего секретного ключа для связи отпадает. Если сделать общедоступным ключ расшифрования, то на базе полученной системы можно построить систему аутентификации передаваемых сообщений. Поскольку в большинстве случаев один ключ из пары делается общедоступным, такие системы получили также название криптосистем с открытым ключом.

Криптосистема с открытым ключом определяется тремя алгоритмами: генерации ключей, шифрования и расшифрования. Алгоритм генерации ключей открыт, всякий может подать ему на вход случайную строку r надлежащей длины и получить пару ключей (k₁, k₂). Один из ключей (например, k₁) публикуется, он называется открытым, а второй, называемый секретным, хранится в тайне. Алгоритмы шифрования и расшифрования таковы, что для любого открытого текста m .

Рассмотрим теперь гипотетическую атаку злоумышленника на эту систему. Противнику известен открытый ключ k₁, но неизвестен соответствующий се-кретный ключ k₂. Противник перехватил криптограмму d и пытается найти сообщение m, где . Поскольку алгоритм шифрования открыт, противник может просто последовательно перебрать все возможные сообщения длины n, вычислить для каждого такого сооб-щения m_i криптограмму и сравнить d_i с d. То сообщение, для которого d_i = d и будет искомым открытым текстом. Если пове-зет, то открытый текст будет найден достаточно быстро. В худшем же случае перебор будет выполнен за время порядка 2ⁿT(n), где T(n) - время, требуемое для шифрования сообщения длины п. Если сообщения имеют длину порядка 1000 битов, то такой перебор неосуществим на практике ни на каких самых мощных компьютерах.

Мы рассмотрели лишь один из возможных способов атаки на кри-птосистему и простейший алгоритм поиска открытого текста, назы-ваемый обычно алгоритмом полного перебора. Используется также и другое название: «метод грубой силы». Другой простейший алгоритм поиска открытого текста - угадывание. Этот очевидный алгоритм требует небольших вычислений, но срабатывает с пренебрежимо малой вероятностью (при больших длинах текстов). На самом деле противник может пытаться атаковать криптосистему различными способами и использовать различные, более изощренные алгоритмы поиска откры-того текста.

Для примера кратко расскажем о нескольких классических асимметричных системах шифровани.

2.2.2.1. Криптосистема Эль-Гамаля

Система Эль-Гамаля - это криптосистема с открытым ключом, основанная на проблеме логарифма. Система включает как алгоритм шифрования, так и алгоритм цифровой подписи.

Множество параметров системы включает простое число p и целое число g, степени которого по модулю p порождают большое число элементов Z_p. У пользователя A есть секретный ключ a и открытый ключ y, где y = g^a (mod p). Предположим, что пользователь B желает послать сообщение m пользователю A. Сначала B выбирает случайное число k, меньшее p. Затем он вычисляет

y₁ = g^k (mod p) и y₂ = m Е (y^k (mod p)),

где Е обозначает побитовое "исключающее ИЛИ". B посылает A пару (y₁, y₂).

После получения шифрованного текста пользователь A вычисляет

m = (y₁^a mod p) Е y₂.

Известен вариант этой схемы, когда операция Е заменяется на умножение по модулю p. Это удобнее в том смысле, что в первом случае текст (или значение хэш-функции) необходимо разбивать на блоки той же длины, что и число y^k (mod p). Во втором случае этого не требуется и можно обрабатывать блоки текста заранее заданной фиксированной длины (меньшей, чем длина числа p).

2.2.2.2. Криптосистема Ривеста-Шамира-Эйделмана

Система Ривеста-Шамира-Эйделмана (Rivest, Shamir, Adlеman - RSA) представляет собой криптосистему, стойкость которой основана на сложности решения задачи разложения числа на простые сомножители. Кратко алгоритм можно описать следующим образом:

Пользователь A выбирает пару различных простых чисел p_A и q_A , вычисляет n_A = p_Aq_A и выбирает число d_A, такое что НОД(d_A, j(n_A)) = 1, где j(n) - функция Эйлера (количество чисел, меньших n и взаимно простых с n. Если n = pq, где p и q - простые числа, то j(n) = (p _ 1)(q _ 1)). Затем он вычисляет величину e_A, такую, что d_AЧe_A = 1 (mod j(n_A)), и размещает в общедоступной справочной таблице пару (e_A, n_A), являющуюся открытым ключом пользователя A.

Теперь пользователь B, желая передать сообщение пользователю A, представляет исходный текст

x = (x₀, x₁, ..., x_n-₁), x О Z_n , 0 Ј i < n,

по основанию n_A:

N = c₀+c₁ n_A+....

Пользователь В зашифровывает текст при передаче его пользователю А, применяя к коэффициентам с_i отображение :

,

получая зашифрованное сообщение N. В силу выбора чисел d_A и e_A, отображение является взаимно однозначным, и обратным к нему будет отображение

Пользователь А производит расшифрование полученного сообщения N, применяя .

Для того чтобы найти отображение , обратное по отношению к , требуется знание множителей n_A = p_Aq_A. Время выполнения наилучших из известных алгоритмов разложения при n > 10¹⁴⁵ на сегодняшний день выходит за пределы современных технологических возможностей.

2.2.2.3. Криптосистема, основанная на эллиптических кривых

Рассмотренная выше криптосистема Эль-Гамаля основана на том, что проблема логарифмирования в конечном простом поле является сложной с вычислительной точки зрения. Однако, конечные поля являются не единственными алгебраическими структурами, в которых может быть поставлена задача вычисления дискретного логарифма. В 1985 году Коблиц и Миллер независимо друг от друга предложили использовать для построения криптосистем алгебраические структуры, определенные на множестве точек на эллиптических кривых.

2.2.3. Адаптированный метод асимметричного шифрования

Рассмотренные ранее методы построения асимметричных алгоритмов криптопреобразований хоть и интересны, но не достаточно хорошо подходят для решаемой задачи. Можно было бы взять реализацию уже готового асимметричного алгоритма, или согласно теоретическому описанию, реализовать его самостоятельно. Но, во-первых, здесь встает вопрос о лицензировании и использовании алгоритмов шифрования. Во-вторых, использование стойких криптоалгоритмов связано с правовой базой, касаться которой бы не хотелось. Сам по себе стойкий алгоритм шифрования здесь не нужен. Он просто излишен и создаст лишь дополнительное замедление работы программы при шифровании/расшифровании данных. Также планируется выполнять код шифрования/расшифрования в виртуальной машине, из чего вытекают большие трудности реализации такой системы, если использовать сложные алгоритмы шифрования. Виртуальная машина дает ряд преимуществ, например, делает более труднодоступной возможность проведения некоторых операций. В качестве примера можно привести проверку алгоритмом допустимого срока своего использования.

Отсюда следует вывод, что создаваемый алгоритм шифрования должен быть достаточен прост. Но при этом он должен обеспечивать асимметричность и быть достаточно сложным для анализа. Именно исходя из этих позиций берет свое начало идея создания полиморфных алгоритмов шифрования.

Основная сложность будет состоять в построении генератора, который должен выдавать на выходе два алгоритма. Один - для шифрования, другой - для расшифрования. Ключей у этих алгоритмов шифрования/расшифрования нет. Можно сказать, что они сами являются ключами, или что они содержат ключ внутри. Они должны быть устроены таким образом, чтобы производить уникальные преобразования над данными. То есть два сгенерированных алгоритма шифрования должны производить шифрования абсолютно различными способами. И для их расшифровки возможно будет использовать только соответствующий алгоритм расшифрования, который был сгенерирован в паре с алгоритмом шифрования.

Уникальность создания таких алгоритмов должен обеспечить полиморфный генератор кода. Выполняться такие алгоритмы будут в виртуальной машине. Анализ таких алгоритмов должен стать весьма трудным и нецелесообразным занятием.

Преобразования над данными будут достаточно тривиальны, но практически, вероятность генерации двух одинаковых алгоритмов должна стремиться к нулю. В качестве элементарных действий следует использовать такие нересурсоемкие операции, как сложение с каким-либо числом или, например, побитовое "исключающее или" (XOR). Но повторение нескольких таких преобразований с изменяющимися аргументами операций (в зависимости от адреса шифруемой ячейки) делает шифр достаточно сложным. Генерации каждый раз новой последовательности таких преобразований с участием различных аргументов усложняет анализ алгоритма.

2.3. Преимущества применения полиморфных алгоритмов шифрования

К преимуществам применения полиморфных алгоритмов шифрования для систем, по функциональности схожим с АСДО, можно отнести следующие пункты:

· слабая очевидность принципа построения системы защиты;

· сложность создания универсальных средств для обхода системы защиты;

· легкая реализация системы асимметрического шифрования;

· возможность легкой, быстрой адаптации и усложнения такой системы;

· возможность расширения виртуальной машины с целью сокрытия части кода.

Рассмотрим теперь каждый их этих пунктов по отдельности и обоснуем эти преимущества. Можно привести и другие удобства, связанные с использование полиморфных механизмов в алгоритмах шифрования. Но, на мой взгляд, перечисленные преимущества являются основными и заслуживающими внимания.

1) Слабая очевидность принципа построения системы защиты, является следствием выбора достаточно своеобразных механизмов. Во-первых, это само выполнение кода шифрования/расшифрования в виртуальной машине. Во-вторых, наборы полиморфных алгоритмов, уникальных для каждого пакета защищаемого программного комплекса. Это должно повлечь серьезные затруднения при попытке анализа работы такой системы с целью поиска слабых мест для атаки. Если система сразу создаст видимость сложности и малой очевидности работы своих внутренних механизмов, то скорее всего это остановит человека от дальнейших исследований. Правильно построенная программа с использованием разрабатываемой сис темой защиты может не только оказаться сложной на вид, но и быть такой в действительности. Выбранные же методы сделают устройство данной системы нестандартным, и, можно сказать, неожиданным.

2) Сложность создания универсальных средств для обхода системы защиты заключается в возможности генерации уникальных пакетов защищенного ПО. Создание универсального механизма взлома средств защиты затруднено при отсутствии исходного кода. В противном случае необходим глубокий, подробный и профессиональный анализ такой системы, осложняемый тем, что каждая система использует свои алгоритмы шифрования/расшифрования. А модификация отдельного экземпляра защищенного ПО интереса не представляет. Ведь основной упор сделан на защиту от ее массового взлома, а не на высокую надежность отдельного экземпляра пакета.

3) Легкая реализация системы асимметрического шифрования, хоть и является побочным эффектом, но очень полезна и важна. Она представляет собой следствие необходимости генерировать два разных алгоритма, один для шифрования, а другой для расшифрования. На основе асимметрического шифрования можно организовать богатый набор различных механизмов в защищаемом программном комплексе. Примеры такого применения будут даны в других разделах данной работы.

4) Возможность легкой, быстрой адаптации и усложнения такой системы. Поскольку для разработчиков система предоставляется в исходном коде, то у него есть все возможности для его изменения. Это может быть вызвано необходимостью добавления новой функциональности. При этом для такой функциональности может быть реализована поддержка со стороны измененной виртуальной машины. В этом случае работа новых механизмов может стать сложной для анализа со стороны. Также легко внести изменения с целью усложнения генератора полиморфного кода и увеличения блоков, из которых строятся полиморфные алгоритмы. Это, например, может быть полезно в том случае, если кем-то, не смотря на все сложности, будет создан универсальный пакет для взлома системы зашиты. Тогда совсем небольшие изменения в коде, могут свести на нет труды взломщика. Стоит отметить, что это является очень простым действием, и потенциально способствует защите, так как делает процесс создания взлома еще более нерациональным.

5) Поскольку программисту отдаются исходные коды система защиты, то он легко может воспользоваться существующей виртуальной машиной и расширить ее для собственных нужд. То же самое касается и генератора полиморфных алгоритмов. Например, он может встроить в полиморфный код ряд специфической для его системы функций. Сейчас имеется возможность ограничить возможность использования алгоритмов по времени. А где-то, возможно, понадобится ограничение по количеству запусков. Можно расширить только виртуальную машину с целью выполнения в ней критических действий. Например, проверку результатов ответа. Выполнение виртуального кода намного сложнее для анализа, а, следовательно, расширяя механизм виртуальной машины, можно добиться существенного повышения защищенности АСДО.

2.4. Функциональность системы защиты

Ранее были рассмотрены цели, для которых разрабатывается система защиты, а также методы, с использованием которых эта система будет построена. Сформулируем функции системы защиты, которые она должна будет предоставить программисту.

1. Генератор полиморфных алгоритмов шифрование и расшифрования.

2. Виртуальная машина в которой могут исполняться полиморфные алгоритмы. Отметим также, что виртуальная машина может быть легко адаптирована, с целью выполнения программ иного назначения.

3. Асимметричная система шифрования данных.

4. Ограничение использования полиморфных алгоритмов по времени.

5. Защита исполняемых файлов от модификации.

6. Контроль за временем возможности запуска исполняемых файлов.

7. Поддержка таблиц соответствий между именами зашифрованных файлов и соответствующих им алгоритмам шифрования/расшифрования.

8. Упаковка шифруемых данных.

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ

3.1. Выбор средств разработки и организации системы

Для разработки системы защиты необходим компилятор, обладающий хорошим быстродействием генерируемого кода. Требование к быстродействию обусловлено ресурсоемкостью алгоритмов шифрования и расшифрования. Также необходима среда с хорошей поддержкой COM. Желательно, чтобы язык был объектно ориентированный, что должно помочь в разработке достаточно сложного полиморфного генератора.

Естественным выбором будет использование Visual C++. Он отвечает всем необходимым требованиям. Также понадобится библиотека для сжатия данных. Наиболее подходящим кандидатом является библиотека ZLIB. Теперь рассмотрим по отдельности каждый из этих компонентов, с целью показать почему был сделан именно такой выбор. В рассмотрение войдут: язык С++, среда Visual C++, библиотека активных шаблонов (ATL), библиотека ZLIB.

3.1.1. Краткая характеристика языка программирования С++

Объектно-ориентированный язык С++ создавался как расширение языка Си. Разработанный Бьярном Страуструпом (Bjarne Stroustroup) из AT&T Bell Labs в начале 80-х, С++ получил широкое распространение среди программистов по четырем важным причинам.

· В языке С++ реализовано несколько дополнений к стандартному Си. Наиболее важным из этих дополнений является объектная ориентация, которая позволяет программисту использовать объектно-ориентированную парадигму разработки.

· Компиляторы С++ широко доступны, а язык соответствует стандартам ANSI.

· Большинство программ на С++ широко доступны, а язык соответствует стандартам ANSI.

· Большинство программ на Си без всяких изменений, либо с незначительными изменениями , можно компилировать с помощью компилятора С++. Кроме того, многие программисты, владеющие языком Си, могут сразу начать работать с компилятором С++, постепенно осваивая его новые возможности. При этом не нужно осваивать новый сложный объектно-ориентированный язык с нуля.

· Программы на С++ обычно сохраняют эффективность программ на Си. Поскольку разработчики С++ уделяли большое внимание эффективности генерируемого кода, С++ наилучшим образом подходит для задач, где быстродействие кода имеет важное значение.

Хотя большинство экспертов рассматривают С++ как самостоятельный язык, фактически С++ представляет собой развитое объектно-ориентированное расширение Си, или объектно-ориентированный «гибрид». Язык допускает смешанное программирование с использованием концепции программирования Си и объектно-ориентированной концепции, и это можно охарактеризовать как недостаток.

Объектно-ориентированное программирование (ООП) основная методология программирования 90-х годов. Она является результатом тридцатилетнего опыта и практики, которые берут начало в языке Simula 67 и продолжаются в языках Smalltalk, LISP, Clu и в более поздних Actor, Eiffel, Objective C, Java и С++. ООП это стиль программирования, который фиксирует поведение реального мира так, что детали разработки скрыты, а это позволяет тому, кто решает задачу, мыслить в терминах, присущих этой задаче, а не программирования. ООП это программирование, сфокусированное на данных, причем данные и поведение неразрывно связаны. Они вместе составляют класс, а объекты являются экземплярами класса.

С++ относительно молодой и развивающийся язык, только в 1998 году был утвержден стандарт ANSI, и еще не все компиляторы полностью соответствуют этому стандарту. Тем не менее язык очень популярен и распространен не меньше, чем Си.

Выбор был остановлен на языке С++ по следующим причинам. Поскольку будет использоваться среда Visual C++, то нет смысла отказываться от преимуществ языка С++, тем более, что программа достаточно сложная. Например, механизмы исключений могут быть весьма полезны. Еще одним преимуществом является возможность использовать умные указатели на COM интерфейсы, что часто бывает очень удобно. Использование библиотеки ATL тоже подразумевает необходимость языка С++, так как она написана именно на нем.

3.1.2. Краткая характеристика среды Visual C++

В связи с тем, что сегодня уровень сложности программного обеспечения очень высок, разработка приложений Windows с использованием только какого-либо языка программирования (например, языка C) значительно затрудняется. Программист должен затратить массу времени на решение стандартных задач по созданию многооконного интерфейса. Реализация технологии COM потребует от программиста еще более сложной работы.

Чтобы облегчить работу программиста практически все современные компиляторы с языка C++ содержат специальные библиотеки классов. Такие библиотеки включают в себя практически весь программный интерфейс Windows и позволяют пользоваться при программировании средствами более высокого уровня, чем обычные вызовы функций. За счет этого значительно упрощается разработка приложений, имеющих сложный интерфейс пользователя, облегчается поддержка технологии COM и взаимодействие с базами данных.

Современные интегрированные средства разработки приложений Windows позволяют автоматизировать процесс создания приложения. Для этого используются генераторы приложений. Программист отвечает на вопросы генератора приложений и определяет свойства приложения - поддерживает ли оно многооконный режим, технологию COM, трехмерные органы управления, справочную систему. Генератор приложений, создаст приложение, отвечающее требованиям, и предоставит исходные тексты. Пользуясь им как шаблоном, программист сможет быстро разрабатывать свои приложения.

Подобные средства автоматизированного создания приложений включены в компилятор Microsoft Visual C++ и называются MFC AppWizard. Заполнив несколько диалоговых панелей, можно указать характеристики приложения и получить его тексты, снабженные обширными комментариями. MFC AppWizard позволяет создавать однооконные и многооконные приложения, а также приложения, не имеющие главного окна, -вместо него используется диалоговая панель. Можно также включить поддержку технологии COM, баз данных, справочной системы.

Среда Visual C++ 6.0 была выбрана как одно из лучших средств разработки на языке С++ для ОС Microsoft Windows. Немаловажным фактором является ее поддержка такими утилитами, как Visual Assist, BoundsChecker, которые в свою очередь позволяют создавать программы более быстро и качественно. Компилятор Visual C++ генерирует достаточно оптимизированный код, что весьма важно для разрабатываемого приложения.

3.1.3. Краткая характеристика библиотеки ATL

Библиотека активных шаблонов (ATL) представляет собой основу для создания небольших СОМ - компонентов. В ATL использованы новые возможности шаблонов, добавленные в C++. Исходные тексты этой библиотеки поставляются в составе системы разработки Visual C++. Кроме того, в эту систему разработки введено множество мастеров Visual C++, что облегчает начальный этап создания ATL-проектов.

Библиотека ATL обеспечивает реализацию ключевых возможностей СОМ компонентов. Выполнения многих рутинных процедур, с которыми мы столкнулись при разработке последнего примера, можно избежать за счет использования классов шаблонов ATL. Приведем далеко не полный список функций ATL. Некоторые из них будут рассмотрены в этой главе.

§ Утилита AppWizard, предназначенная для создания первичного ATL-проекта.

§ Мастер объектов, используемый для добавления в проект компонентов различных типов.

§ Поддержка по умолчанию основных интерфейсов COM, таких как IUnknown и IClassFactory.

§ Поддержка механизма транспортировки пользовательского интерфейса.

§ Поддержка базового механизма диспетчеризации (автоматизации) и двунаправленного интерфейса.

§ Существенная поддержка разработки небольших элементов управления ActiveX.

Основной задачей ATL является облегчение создания небольших СОМ-компонентов. Задача MFC -- ускорение разработки больших Windows-приложений. Функции MFC и ATL несколько перекрываются, в первую очередь в области поддержки OLE и ActiveX.

Поскольку разрабатываемый модуль защиты не велик и не требует какой либо работы с графическим интерфейсом, то вполне естественно выбрать его, а не более тяжелый и излишний по функциональности MFC.

3.1.4. Краткая характеристика библиотеки ZLIB

Библиотека ZLIB представляет собой небольшую и удобную библиотеку на языке С. Ее назначение - упаковка и распаковка данных. Поскольку она распространяется в исходных кодах, то ее будет легко и удобно использовать в разрабатываемом модуле. Также отметим, что эта библиотека является свободно распространяемой, что не влечет за собой нарушения авторских прав.

3.2. Полиморфный генератор алгоритмов шифрования

Рассмотрим построение генератора полиморфных алгоритмов шифрования и расшифрования. Эти алгоритмы всегда генерируются парами, механизм их генерации весьма схож и осуществляется одним кодом. Разница только в том, что используются блоки, производящие обратные преобразования. Вначале рассмотрим, как вообще выглядят общий алгоритм шифрования/расшифрования. Затем покажем, как выглядит готовый код алгоритма шифрования/расшифрования, и расскажем о виртуальной машине, в которой он выполняется. Также будет приведет отладочный вывод виртуальный машины, демонстрирующий работу алгоритмов шифрования/расшифрования. Затем будет рассмотрен непосредственно сам алгоритм построения полиморфного кода, и подсчитана вероятность генерации одинаковых алгоритмов и пути повышения сложности полиморфных алгоритмов.

3.2.1. Общие принципы работы полиморфных алгоритмов шифрования и расшифрования

Представим генерируемые алгоритмы шифрования/расшифрования в общем виде. Они состоят из 8 функциональных блоков, некоторые из которых могут повторяться. На рисунке 5 приведена абстрактная схема работы алгоритма шифрования/расшифрования. Повторяющиеся блоки обозначены эллипсами, находящимися под квадратами. Количество таких блоков выбирается случайно при генерации каждой новой пары алгоритмов. Функциональные блоки и их номер отмечены числом в маленьком прямоугольнике, расположенным в правом верхнем углу больших блоков.

Сразу отметим, что при своей работе виртуальная машина использует виртуальные регистры и память. Начальное содержимое виртуальной памяти, как и сам сгенерированный алгоритм, хранится в файле. Например, именно в виртуальной памяти может быть записано, сколько байт необходимо расшифровать. Некоторые виртуальные регистры и виртуальные ячейки памяти содержат мусор и не используются или используются в холостых блоках. Холостые блоки состоят из одной или более базовых инструкций виртуальной машины. Они не являются функциональными блоками, и их описание будет опушено. Холостым блокам будет уделено внимание в следующем разделе. На схеме произвольные регистры/ячейки памяти обозначаются как буква А с цифрой. Полиморфный генератор случайным образом выбирает, какой же именно регистр или ячейка памяти будет задействована в каждом конкретном алгоритме шифрования/расшифрования. Рассмотрим теперь каждый из функциональных блоков более подробно.

Рисунок 5. Алгоритм шифрования/расшифрования в общем виде.

Блок 1 заносит в виртуальный регистр или переменную (обозначим ее как A1) адрес шифруемого/расшифруемого блока данных. Для виртуальной машины этот адрес на самом деле всегда является нулем. Дело в том, что когда происходит выполнение виртуальной инструкции модификации данных, то виртуальная машина добавляет к этому адресу настоящий адрес в памяти и уже с ним производит операции. Можно представить A1 как индекс в массиве шифруемых/расшифруемых данных, адресуемых с нуля.

Блок 2 заносит в виртуальный регистр или переменную (обозначим ее как A2) размер блока данных. А2 выполняет роль счетчика в цикле преобразования данных. Заметим, что ее значение всегда в 4 раза меньше, чем настоящий размер шифруемых/расшифруемых данных. Это связано с тем, что полиморфные алгоритмы всегда работают с блоками данных, кратных по размеру 4 байтам. Причем, операции преобразования выполняются над блоками, кратными 4 байтам. О выравнивании данных по 4 байта заботятся более высокоуровневые механизмы, использующие виртуальную машину и полиморфные алгоритмы для шифрования и расшифрования данных. Возникает вопрос, откуда алгоритму "знать", какого размера блок ему необходимо зашифровать, ведь при его генерации такой информации просто нет. Необходимое значение он просто берет из ячейки памяти. Виртуальная машина памяти знает именно об этой ячейке памяти и перед началом выполнения полиморфного алгоритма заносит туда необходимое значение.

Блок 3 помещает в виртуальный регистр или переменную (обозначим ее как A3) константу, участвующую в преобразовании. Эта константа, возможно, затем и не будет использована для преобразования данных, все зависит от того, какой код будет сгенерирован. Блок 3 может быть повторен несколько раз. Над данными осуществляется целый набор различных преобразований, и в каждом из них участвуют различные регистры/переменные, инициализированные в блоке 3.

Блок 4 можно назвать основным. Именно он, а, точнее сказать, набор этих блоков производит шифрование/расшифрование данных. Количество этих блоков случайно и равно количеству блоков номер 3. При преобразованиях не обязательно будет использовано значение из A3. Например, вместо A3 может использоваться константа или значение из счетчика. На данный момент полиморфный генератор поддерживает 3 вида преобразований: побитовое "исключающее или" (XOR), сложение и вычитание. Набор этих преобразование можно легко расширить, главное, чтобы такое преобразование имело обратную операцию.

Блок 5 служит для увеличения A1 на единицу. Как и во всех других блоках эта операция может быть выполнена по-разному, то есть с использованием различных элементарных инструкций виртуальной машины.

Блок 6 организует цикл. Он уменьшает значение A2 на единицу, и если результат не равен 0, то виртуальная машина переходит к выполнению четвертого блока. На самом деле управление может быть передано на один из холостых блоков между блоком 3 и 4, но с функциональной точки зрения это значения не имеет.

Блок 7 производит проверку ограничения по времени использования алгоритма. Код по проверке на ограничение по времени относится к холостым командам и, на самом деле, может присутствовать и выполнятся в коде большое количество раз. То, что он относится к холостым блокам кода вовсе не значит, что он не будет нести функциональной нагрузки. Он будет действительно проверять ограничение, но он, как и другие холостые блоки, может располагаться произвольным образом в пустых промежутках между функциональными блоками. Поскольку этот блок может теоретически никогда не встретиться среди холостых блоков, то хоть один раз его следует выполнить. Именно поэтому он и вынесен как один из функциональных блоков. Если же при генерации алгоритма от генератора не требуется ограничение по времени, то в качестве аргумента к виртуальной команде проверки времени используется специальное число.

Блок 8 завершает работу алгоритма.

3.2.2. Виртуальная машина для выполнения полиморфных алгоритмов

Для начала приведем список инструкций, поддерживаемых на данный момент виртуальной машиной. Коды этих инструкций имеют тип E_OPERATION и определены в файле p_enums.h следующим образом:

enum E_OPERATION // Инструкции

{

EO_ERROR = -1, // Недопустимая инструкция

EO_EXIT_0, EO_EXIT_1, EO_EXIT_2, // Конец работы

EO_NOP_0, EO_NOP_1, EO_NOP_2, EO_NOP_3, // Пустые команды

EO_TEST_TIME_0, EO_TEST_TIME_1, // Контроль времени

EO_MOV, EO_XCHG, // Пересылка данных

EO_PUSH, EO_POP, // Работа со стеком

EO_XOR, EO_AND, EO_OR, EO_NOT, // Логические операции

EO_ADD, EO_SUB, EO_MUL, EO_DIV, EO_NEG, // Арифметические операции

EO_INC, EO_DEC,

EO_TEST, EO_CMP, // Операции сравнения

// (влияют на флаги)

EO_JMP, EO_CALL, EO_RET, // Операторы безусловного перехода

EO_JZ, EO_JNZ, EO_JA, EO_JNA, // Условные переходы

};

В таблице 1 приведена информация по этим инструкциям и перечислены их аргументы.

Таблица 1. Описание инструкций виртуальной машины.

Отметим, что аргументы могут быть следующих типов:

EOP_REG - Регистр

EOP_REF_REG - Память по адресу в регистре.

EOP_VAR - Переменная.

EOP_REF_VAR - Память по адресу в переменной.

EOP_CONST - Константное значение.

EOP_RAND - Случайное число.

Перечисленные типы объявлены в файле p_enums.h.

Для примера, приведем как будет выгладить код сложения регистра N 1 с константой 0x12345:

DWORD AddRegAndConst[] = { EO_ADD, EOP_REG , 1, EOP_CONST, 0x12345 };

Для наглядной демонстрации, как происходит выполнение кода в виртуальной машине при шифровании/расшифровании данных, приведем отрывок из отладочного отчета. Каждое действие в отладочном режиме протоколируется в файле uniprot.log. Благодаря этому, было легко отлаживать механизм генерации полиморфных алгоритмов и саму работу алгоритмов. Дополнительным результатом создания механизма протоколирования стала возможность показать, как происходит выполнение алгоритма шифрования расшифрования. Ниже приведен отрывок из файла uniprot.log, относящийся к процессу шифрования данных. С целью сокращения объема текста, убраны дублирующийся вывод внутри цикла. Также при генерации этого алгоритма были выставлена вложенность шифрования равная единицы и почти убраны холостые блоки.

=== Start TranslateOperations ===

mov RAND ==> REG_2

xchg REG_2 VAR_16 <==> REG_2 VAR_16

mov CONST ==> VAR_11

dec VAR_11 ==> VAR_11

cmp VAR_11 CONST

jnz CONST

mov RAND ==> REG_6

xchg VAR_14 VAR_12 <==> VAR_14 VAR_12

mov CONST ==> VAR_15

add VAR_15 VAR_18 ==> VAR_15

mov RAND ==> REG_4

mov CONST ==> VAR_19

add VAR_19 VAR_9 ==> VAR_19

add REG_8 REG_7 ==> REG_8

xchg REG_2 VAR_13 <==> REG_2 VAR_13

Эта часть повторяется много раз:

mov RAND ==> REG_6

xor REF_VAR_11 VAR_14 ==> REF_VAR_11

mov RAND ==> REG_4

mov RAND ==> REG_9

xor REF_VAR_11 VAR_15 ==> REF_VAR_11

sub VAR_11 CONST ==> VAR_11

mov RAND ==> REG_7

dec VAR_14 ==> VAR_14

cmp VAR_14 CONST

jnz CONST

…………..

mov RAND ==> REG_1

add REG_9 REG_6 ==> REG_9

test_time1 VAR_10

OK TIME (continue)

exit

3.2.3. Генератор полиморфного кода

3.2.3.1. Блочная структура полиморфного кода

Основу генератора полиморфного кода составляют таблицы выбора. Как уже было описано ранее, алгоритм шифрования и расшифрования состоит из восьми обязательных функциональных блоков. Каждый блок хоть и выполнит строго определенную функцию, но может быть реализован многими способами. Причем с использованием различных виртуальных регистров и виртуальных ячеек памяти. Возможные комбинации реализации блока описаны в специальных таблицах следующего вида, о которых будет сказано позднее.

//--------------------------------------------------------------

// Блок N5. (x1)

// Служит для организации цикла.

// ES_VARIABLE_0 - ячейка, которая может быть занята под счетчик.

// ES_REG_0 - регистр, который может быть занят под счетчик.

// ES_ADDRESS_0 - куда осуществить переход для повтора цикла.

BLOCK_START(05_00)

EO_DEC, EOP_VAR, ES_VARIABLE_0,

EO_CMP, EOP_VAR, ES_VARIABLE_0, EOP_CONST, 0,

EO_JNZ, EOP_CONST, ES_ADDRESS_0

BLOCK_END(05_00)

BLOCK_START(05_01)

EO_DEC, EOP_REG, ES_REG_0,

EO_CMP, EOP_REG, ES_REG_0, EOP_CONST, 0,

EO_JNZ, EOP_CONST, ES_ADDRESS_0

BLOCK_END(05_01)

BLOCKS_START(05)

BLOCK(05_00)

BLOCK(05_01)

BLOCKS_END(05)

BLOCKS_SIZE_START(05)

BLOCK_SIZE(05_00)

BLOCK_SIZE(05_01)

BLOCKS_SIZE_END(05)

//--------------------------------------------------------------

Под полиморфизмом понимается не только выбор и сочетание произвольного набора блоков, но и их расположение в памяти. Стоит отметить, что просто построение алгоритма из набора различных блоков достаточно сложная процедура. Так как необходимо учитывать использование виртуальных регистров и виртуальной памяти, используемых в разных блоках по разному. Например, использование определенного регистра в качестве счетчика во втором блоке автоматически приводит к учету этой особенности и назначению этого регистра во всех других блоках.

Как было сказано ранее, алгоритмы шифрования и расшифрования генерируются одним алгоритмом и функционально различаются только блоками преобразований данных. На этом их схожесть заканчивается. Коды алгоритма шифрования и расшифрования могут быть совершенно непохожи друг на друга и состоять из разного набора инструкций виртуальной машины.

Вернемся к распределению блоков в памяти. Помимо того, что каждый алгоритм состоит из произвольного набора функциональных блоков, эти блоки не имеют фиксированного места расположения. Скажем, что под весь алгоритм выделено 200 байт, а размер всех блоков в сумме составляет 100 байт. В результате положение этих блоков как бы "плавает" от одного сгенерированного алгоритма к другому. Должно выполняться лишь одно условие: соблюдение четкой последовательности расположения блоков. То есть, адрес расположения блока с большим номером не может быть меньше, чем адрес блока с меньшим номером. Для большей наглядности приведем рисунок 6.

Рисунок 6. Расположение функциональных блоков в памяти.

Белым цветом показаны все функциональные блоки. Серым цветом отмечены пустые места, которые будут заполнены произвольными холостыми блоками.

Может получиться, например, и такая картина распределения блоков, когда между некоторыми нет промежутка заполняемого холостыми блоками. Такая ситуация показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Плотное расположение функциональных блоков в памяти.

Как функциональные блоки, так и холостые, могут иметь различную длину. После случайного расположения функциональных блоков происходит заполнение пустых пространств между ними холостыми блоками. Причем, существуют холостые блоки длиной 1, для того чтобы можно было заполнить пустые места в любом случае. Размер памяти, выделенный под создаваемый код алгоритма, выбирается произвольно. В данной версии он лежит в пределах от 160 до 200 байт. Это с запасом покрывает максимально необходимый размер памяти, необходимый для размещения 8 самых больших функциональных блоков из всех возможных, и оставляет место под холостые блоки. Более большой полиморфный код хоть и будет сложнее для анализа, но это может существенно замедлить процесс шифрования и расшифрования. По этому лучше всего придерживаться разумного баланса.

3.2.3.2. Алгоритм генерации полиморфного кода

Опишем теперь пошагово как работает генератор полиморфного кода.

1. На первом этапе выбираются характеристики будущих алгоритмов. К ним относятся:

a) размер памяти, выделенной под код;

б) в каких регистрах или ячейках будут располагаться указатели на модифицируемый код;

г) сколько раз будут повторяться функциональные блоки 3 и 4;

д) в каких регистрах или ячейках будут располагаться счетчики циклов;

При этом количество повторений блоков 3 и 4 должно быть одинаковым и для алгоритма шифрования и для алгоритма расшифрования, так как каждой команде преобразования данных при шифровании должна быть сопоставлена обратная команда в алгоритме расшифрования.

2. Виртуальная память, используемая в алгоритме, заполняется случайными значения.

3. Создается 1-ый функциональный блок и помещается в промежуточное хранилище.

а) Случайным образом ищется подходящий первый блок. Критерий поиска - блок должен использовать регистр или ячейку памяти под указатель, в зависимости от того какие характеристики были выбраны на первом шаге (пункт б).

б) В код блока подставляется соответствующий номер регистра или адрес виртуальной ячейки памяти.

4. Создается 2-ой функциональный блок и помещается в промежуточное хранилище. Алгоритм создания подобен алгоритму, описанному в шаге 3. Но только теперь подставляется не только номер регистра или ячейки памяти, куда помещается значение, но и адрес памяти с источником. В эту ячейку памяти в дальнейшем виртуальная машина будет помещать размер шифруемой/расшифруемой области.

5. Необходимое количество раз создаются и помещаются в промежуточное хранилище функциональные блоки под номером 3. Механизм их генерации также схож с шагами 3 и 4. Отличием является то, что некоторые константы в коде блока заменяются случайными числами. Например, эти значения при шифровании или расшифровании будут складываться с преобразуемыми ячейками памяти, вычитаться и так далее.

6. Подсчитывается размер уже сгенерированных блоков. Это число затем будет использоваться для случайной генерации адреса начала блоков в цикле.

7. Рассчитывается размер памяти, который будет выделен под уже сгенерированные блоки (расположенные до цикла) с резервированием места под холостые блоки. Также подсчитывается адрес первого блока в цикле.

8. Необходимое количество раз создаются и помещается в промежуточное хранилище функциональные блоки под номером 3. Это шаг несколько сложнее, чем все другие. Здесь весьма сильная зависимость между сгенерированным кодом шифрования и расшифрования. В коде расшифрования используются обратные по действию операции относительно операций шифрования. При этом они располагаются в обратной последовательности.

9. Создается 5-ый функциональный блок и помещается в промежуточное хранилище.

10. Создается 6-ой функциональный блок и помещается в промежуточное хранилище. Это блок, организующий цикл, поэтому он использует адреса, рассчитанные на шаге 7.

11. Создается 7-ой функциональный блок и помещается в промежуточное хранилище.

12. Создается 8-ой функциональный блок и помещается в промежуточное хранилище.

13. Созданные функциональные блоки размещаются в одной области памяти с промежутками случайного размера. После чего получается картина подобная тем, что приведены на рисунках 6 и 7.

14. Оставшиеся промежутки заполняются случайно выбранными холостыми блоками. При этом эти блоки также подвергаются модификации кода. Например, подставляются случайные, но неиспользуемые номера регистров, записываются случайные константы и так далее.

15. Происходит запись в файл необходимых идентификаторов, структур, различных данных и самого полиморфного кода. В результате мы получаем то, что называется файлом с полиморфный алгоритмом.

3.2.3.3. Таблицы блоков для генерации полиморфного кода

Выше неоднократно упоминались таблицы блоков, среди которых происходит выбор. Приведем для примера часть таблицы с блоками N 1 и опишем ее устройство.

//--------------------------------------------------------------

// Блок N0. (x1)

// Служит для инициализации указателя нулем.

// ES_VARIABLE_0 - ячейка которая может быть занята под указатель.

// ES_REG_0 - регистр который может быть занят под указатель.

BLOCK_START(00_00)

EO_MOV, EOP_VAR, ES_VARIABLE_0, EOP_CONST, 0

BLOCK_END(00_00)

BLOCK_START(00_01)

EO_MOV, EOP_REG, ES_REG_0, EOP_CONST, 0

BLOCK_END(00_01)

BLOCK_START(00_02)

EO_PUSH, EOP_CONST, 0,

ES_RANDOM_NOP,

ES_RANDOM_NOP,

EO_POP, EOP_REG, ES_REG_0

BLOCK_END(00_02)

. . . . . . .

BLOCKS_START(00)

BLOCK(00_00)

BLOCK(00_01)

BLOCK(00_02)

BLOCK(00_03)

. . . . .

BLOCKS_END(00)

BLOCKS_SIZE_START(00)

BLOCK_SIZE(00_00)

BLOCK_SIZE(00_01)

BLOCK_SIZE(00_02)

BLOCK_SIZE(00_03)

. . . . .

BLOCKS_SIZE_END(00)

//--------------------------------------------------------------

Рассмотрим строку "BLOCK_START(00_00)". BLOCK_START представляет собой макрос который делает код более понятным и раскрывается так:

#define BLOCK_START(num) const static int block_##num [] = {

BLOCKS_END раскрывается в:

#define BLOCK_END(num) }; const size_t sizeBlock_##num =

CALC_ARRAY_SIZE(block_##num);

Таким образом, BLOCK_START и BLOCK_END позволяет получить именованный массив и его длину. Это удобно для автоматического построения массива указателей на блоки и их длину. Нам более интересны не эти вспомогательные макросы, а следующая строка.

EO_MOV, EOP_VAR, ES_VARIABLE_0, EOP_CONST, 0

Она представляет собой один из вариантов реализации первого блока. EO_MOV означает, что будет выполнена команда пересылки данных. EOP_VAR означает, что запись будет производиться в ячейку памяти. Этот блок никогда не станет выбранным, если при выборе характеристик алгоритма будет решено, что под указатель необходимо использовать регистр. Если же будет принято решение использовать ячейку памяти, то этот блок попадет в список из которого затем случайным образом будет произведен выбор. ES_VARIABLE_0 это идентификатор на место которого будет подставлен номер переменной, используемой для хранения указателя. Этот номер также генерируется на этапе выбора характеристик. EOP_CONST означает, что переменной будет присвоено значение константы. Этим значением является 0.

Аналогичным образом интерпретируется строка: EO_MOV, EOP_REG, ES_REG_0, EOP_CONST, 0. Но теперь вместо виртуальной ячейки памяти выступает виртуальный регистр. Более интересным является следующий блок:

EO_PUSH, EOP_CONST, 0,

ES_RANDOM_NOP,

ES_RANDOM_NOP,

EO_POP, EOP_REG, ES_REG_0

Принцип его работы в следующем. На вершину стека помещается константное значение равное 0. На место ES_RANDOM_NOP помещаются произвольный холостой блок. В последней строке происходит получение значение из стека и запись его в виртуальный регистр, выбранный под указатель.

Макросы BLOCKS_START и BLOCKS_SIZE_START носят вспомогательный характер и не представляют большого интереса. Они просто строят таблицы адресов различных блоков и их размеров.

3.2.4. Уникальность генерируемого полиморфного алгоритма и сложность его анализа

Важная идея в разрабатываемом модуле защиты заключена в построении сложного для анализа полиморфного кода, что должно препятствовать построению обратного алгоритма, так как в защищаемых системах часто просто невозможно хранить ключи отдельно от данных. Если есть доступ к ключам, то и увеличивается вероятность каким-либо образом произвести несанкционированные действия. Из этого следует необходимость создания сложных для анализа алгоритмов шифрования/расшифрования. Одним из этих средств является виртуальная машина. Другим - использование полиморфных алгоритмов. Это затрудняет возможности по анализу механизмов шифрования данных, так как полный анализ одного алгоритма очень мало помогает в анализе другого. Чем больше возможно вариантов построения полиморфного кода, тем более трудоемкой становится процедура анализа. Следовательно, можно сказать, что критерий надежности повышается с ростом количества возможных вариантов полиморфного кода. Подсчитаем количество возможных вариантов, который может сгенерировать разработанный генератор полиморфного кода.

Вероятность генерации двух одинаковых пар составляет: (2^32*3)^5 3.5*10^50. Где 2^32 - случайно используемая константа для шифрования. 3 - количество возможных операций над числом. 5 - максимальное количество проходов для шифрования. Фактически это означает что два одинаковых алгоритма не будут никогда сгенерированы этой системой. Но это не является целью. Ведь то что не генерируются 2 одинаковых алгоритма, не так важно. Важно что анализ таких разнородных механизмов шифрования/расшифрования будет очень плохо поддаваться анализу.

Покажем на примере, что именно могут дать полиморфные алгоритмы. Предположим кто-то задумал создать универсальный редактор отчетов о выполненных работах, создаваемых АРМ студента. В этом отчете хранится оценка о тестировании. Ее исправление и является целью. АРМ студента шифрует файл с отчетом уникальным полиморфным алгоритмом, сгенерированным специально для данного студента. Ключ расшифрования у студента не хранится. Он находится у АРМ преподавателя и служит для идентификации, что студент выполнил работу именно на своем АРМ. В противном случае файл с отчетом просто не расшифруется.

Для обхода такой системы можно пойти двумя путями. Первый вариант состоит в эмуляции системы генерации отчетов и использования имеющегося файла с алгоритмом шифрования. Второй путь - это создание алгоритма расшифрования по алгоритму шифрования. После чего файл с отчетом можно будет легко расшифровать, модифицировать и вновь зашифровать. В обеих случаях придется разбираться, как использовать предоставляемые COM сервисы модуля защиты, что само по себе уже не простая задача. Но, допустим, это было сделано, и теперь мы остановимся на других м оментах.

В первом случае может понадобиться разрабатывать достаточно сложную систему с целью эмуляции генератора отчета. Это очень труднореализуемо. В каком-то смысле придется повторить большую часть функциональности АРМ студента. Так, если в отчете будут храниться вопросы, которые были заданы студенту, то, фактически, придется работать с этой базой вопросов и случайно выбирать из них. В противном случае, если использовать строго определенный набор, то у всех, кто воспользуется такой системой взлома, будут совпадать отчеты. Это может привести к подозрению со стороны преподавателя. Таким образом, в грамотно и сложно организованной АСДО этот подход практически не применим.

Остался второй путь, заключающийся в генерации обратного алгоритма. Здесь на пути и встает многовариантность кода. Невозможно применить маску с целью поиска функциональных блоков, а следовательно, и просто их выделить. Можно только написать высокоинтеллектуальный анализатор кода, который превратит алгоритм в псевдокод, а уже затем по нему построит обратный. Это очень сложная задача. Причем, для написания такой программы придется досконально изучить код виртуальной машины. В том случае, когда исходные коды отсутствуют, все это может превратиться в непосильную задачу. Точнее сказать, в слишком дорогой в своей реализации, и доступной в написании только высококвалифицированному специалисту.

Если кто-то реализует второй вариант программы, то небольшого расширения базы блоков в исходных кодах будет достаточно, чтобы всю работу понадобилось проделать заново.

На мой взгляд, созданная система достаточно сложна в плане анализа и может эффективно помочь защищать АСДО и другие программы от несанкционированных действий.

3.3. Особенности реализации модуля защиты

Разрабатываемый модуль защиты Uniprot будет представлять собой файл типа dynamic link library (DLL) с именем Uniprot.dll.

Для организации взаимодействия модуль защиты предоставляет набор интерфейсов с использованием технологии COM. Для описания интерфейсов используется специальный язык - IDL, по своей структуре очень похожий на С++. В определении интерфейса описываются заголовки входящих в него функций с указанием их имен, возвращаемых типов, входных и выходных параметров, а также их типов. Подробно с предоставляемыми интерфейсами можно будет ознакомиться в разделе 4.2. Интерфейсы, описанные в IDL файле, преобразуются IDL-компилятором (MIDL.EXE) в двоичный формат и записываются в файл с расширением TLB, который называется библиотекой типов. Этот файл будет необходим, например, для использования модуля Uniprot.dll из среды Visual Basic. С процессом подключения TLB файлов в Visual Basic можно ознакомиться в разделе 4.4.2.

Для регистрации модуля в системе необходимо вызвать в нем функцию DllRegisterServer, которая внесет нужные изменения в реестр. Для этих целей можно воспользоваться утилитой regsvr32.exe. Она поставляется вместе с операционной системой, а потому должна находиться на любой машине. Regsvr32 должна загрузить СОМ-сервер и вызвать в нем функцию DllRegisterServer, которая внесет нужные изменения в реестр.

Организация работы с зашифрованными файлами строится на основе механизмов дескрипторов (или описателей файла). Каждому открытому или созданному файлу назначается уникальный (в рамках данного процесса) идентификатор, представляющий собой число в формате short. Этот идентификатор возвращается вызывающей программе, после чего она может проводить над этим файлом набор операций. Все номера открытых файлов хранятся во внутренней таблице модуля, и каждому из них соответствует структура данных, необходимая для работы с ним. В частности, там хранится текущая позиция для чтения данных, алгоритм для шифрования/расшифрования данных. Когда работа с файлом закончена, программа должна закрыть файл с соответствующим идентификатором. Он будет удален из таблицы, и в следующий раз тот же самый идентификатор может послужить для работы с другим файлом. Если файл не будет закрыт, то после завершения программы, использующей модуль защиты, файл будет поврежден, и работа с ним в дальнейшем будет невозможна.

3.4. Защита исполняемых файлов

Одним из средств, входящих в комплект разрабатываемой системы должна стать программа для защиты их от модификации. Было принято решение использовать уже имеющиеся механизмы шифрования, основанные на полиморфный алгоритмах. О преимуществах такого метода говорилось ранее. Во- первых, это большая сложность создания универсального взломщика, а, во-вторых, возможность запрещения запуска программ без наличия соответствующего файла с алгоритмом расшифрования.

Разработанная программа имеет два возможных режима запуска. Первый - для генерации зашифрованного файла из указанного исполняемого модуля. Второй -для запуска защищенного модуля. Рассмотрим шаги, которые выполняет механизм шифрования исходного файла.

1. Инициализация библиотеки Uniprot.

2. Чтение исполняемого файла в память.

3. Запуск исполняемого файла с флагом остановки. То есть программа загружается, но управления не получает.

4. Чтение частей загруженной программы и поиск ее соответствующих частей в прочитанном файле. Найденные части кода сохраняются отдельно. После чего их места в буфере с прочитанным файлом заменяются случайными значениями.

5. Генерация алгоритма шифрования и расшифрования.

6. Запись в зашифрованный файл буфера с прочитанным, а затем измененным файлом. В этот же файл пишутся выделенные фрагменты кода.

7. Удаление файла шифрования, так как он более не предоставляет интереса.

Теперь рассмотрим шаги, которые выполняет механизм запускающий зашифрованный файл на исполнение.

1. Поиск соответствующего файла с алгоритмом расшифрования.

2. Создание временного исполняемого файла и запись в него "испорченного" файла (см. механизм шифрования, пункт 4).

3. Запуск "испорченного" исполняемого файла с флагом остановки. То есть программа загружается, но управления не получает.

4. Восстановление "испорченных" мест в памяти. Изначальный код для исправления также хранится в зашифрованном файле.

5. Передача управления расшифрованному файлу.

6. Ожидание окончания выполнения запущенной программы.

7. Удаление временного файла.

Как видно из описания, данная программа достаточна проста в своем устройстве и достаточна эффективна.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ

4.1. Состав библиотеки Uniprot

В состав библиотеки входят следующие компоненты:

1. Исходные тексты COM модуля Uniprot.dll.

2. Исходные тексты программы ProtectEXE.exe.

3. Отдельно собранные файлы, необходимые для подключения Uniprot.dll. Этими файлами являются: export.cpp, export.h, Uniprot.tlb.

4. Файл reg_uniprot.bat для регистрации COM модуля Uniprot.dll.

5. Руководство программиста по использованию модуля Uniprot.dll.

6. Руководство программиста по использованию программы ProtectEXE.exe.

7. Набор примеров написанных на Visual Basic, демонстрирующих работу с библиотекой Uniprot.

4.2. Руководство программиста по использованию модуля Uniprot.dll

Вначале опишем вспомогательный тип CreateMode, используемый в методе Create. Он описывает тип создаваемого зашифрованного файла. В данной версии модуля Uniprot он может иметь два значения: DEFAULT и DISABLE_ARC. Первый из них сообщает функции, что будет создан обыкновенный зашифрованный файл. Данные в нем будут вначале упакованы библиотекой zlib, а затем уже зашифрованы. Это может дать существенный выигрыш в плане уменьшения размера выходного файла, например, на картинках в формате BMP или простом тексте. Использование DISABLE_ARC приведет к созданию зашифрованного, но не сжатого файла. Это даст выигрыш по времени при распаковке и упаковке, но не уменьшит размер зашифрованного файла. Это также может быть полезно при шифровании уже сжатых файлов. Примером могут являться картинки в формате JPG.

enum CreateMode

{

DEFAULT = 0,

DISABLE_ARC = 1

} CreateMode;

Теперь опишем функции, предоставляемые интерфейсом IProtect. В этот интерфейс собраны функции общего плана и генерации файлов с полиморфными алгоритмами шифрование и расшифрования.

interface IProtect : IDispatch

{

[id(1), helpstring("method GetInfo")]

HRESULT GetInfo(

[out] short *version, [out] BSTR *info);

[id(2), helpstring("method Generate UPT files")]

HRESULT GenerateUPTfiles(

[in] BSTR algorithmCryptFileName,

[in] BSTR algorithmDecryptFileName);

[id(3), helpstring("method Generate Time Limit UPT files")]

HRESULT GenerateTimeLimitUPTfiles(

[in] BSTR algorithmCryptFileName,

[in] BSTR algorithmDecryptFileName,

[in] long LimitDays);

[id(4), helpstring("method Generate Time Limit UPT files")]

HRESULT GenerateTimeLimitUPTfiles2(

[in] BSTR algorithmCryptFileName,

[in] BSTR algorithmDecryptFileName,

[in] long LimitDaysCrypt,

[in] long LimitDaysDecrypt);

};

Теперь опишем каждую из функций интерфейса IProtect.

HRESULT GetInfo([out] short *version, [out] BSTR *info);

Функция GetInfo возвращает строку с краткой информации о данном модуле и его версии. Может быть использована для получения рядя сведений о модуле. Например, имя автора и год создания. Версия хранится в виде числа следующим образом: 0x0100 - версия 1.00, 0x0101 - версия 1.01, 0x0234 - версия 2.34 и так далее.

Описание используемых параметров:

version - сюда будет занесена версия модуля.

info - сюда будет занесена строка с краткой информацией о модуле.

HRESULT GenerateUPTfiles(

[in] BSTR algorithmCryptFileName,

[in] BSTR algorithmDecryptFileName);

Функция GenerateUPTfiles генерирует два файла-ключа. Они представляют собой сгенерированные полиморфным генератором алгоритмы шифрования и расшифрования. При этом расшифровать зашифрованный файл можно только соответствующим алгоритмом расшифрования. Генерируемая пара ключей на практике уникальна. Вероятность генерации двух одинаковых пар составляет: (2^32*3)^5 3.5*10^50. Где 2^32 - случайно используемая константа для шифрования. 3 - количество возможных операций над числом. 5 - максимальное количество проходов для шифрования.

Описание используемых параметров:

algorithmCryptFileName - имя выходного файла с алгоритмом шифрования.

algorithmDecryptFileName - имя выходного файла с алгоритмом расшифрования.

HRESULT GenerateTimeLimitUPTfiles(

[in] BSTR algorithmCryptFileName,

[in] BSTR algorithmDecryptFileName,

[in] long LimitDays);

Функция GenerateTimeLimitUPTfiles генерирует два файла-ключа, ограниченных в использовании по времени. В целом функция эквивалентна GenerateUPTfiles, но генерируемые ею алгоритмы имеют дополнительное свойство. Их использование ограничено определенным временем. Количество дней, в течении которых они будут работать, указывается в третьем параметре LimitDays. Отсчет начинается с текущего дня. Это может быть полезно, например, для ограничения срока использования проектов. Естественна защита сама по себе ненадежна, так как невозможно защититься от перевода часов на компьютере или модификации кода модуля защиты с целью удаления соответствующих проверок. Но тем не менее это может дать дополнительные свойства защищенности, по крайней мере от рядовых пользователей.

Описание используемых параметров:

algorithmCryptFileName - имя выходного файла с алгоритмом шифрования.

algorithmDecryptFileName - имя выходного файла с алгоритмом расшифрования.

LimitDays - количество дней, в течении которых будут функционировать сгенерированные алгоритмы.

HRESULT GenerateTimeLimitUPTfiles2(

[in] BSTR algorithmCryptFileName,

[in] BSTR algorithmDecryptFileName,

[in] long LimitDaysCrypt,

[in] long LimitDaysDecrypt);

Функция GenerateTimeLimitUPTfiles2 генерирует два файла-ключа, ограниченных в использовании по времени. В отличие от функции GenerateTimeLimitUPTfiles, время ограничения использования алгоритма шифрования и расшифрования задается не общее, а индивидуальное.

Описание используемых параметров:

algorithmCryptFileName - имя выходного файла с алгоритмом шифрования.

algorithmDecryptFileName - имя выходного файла с алгоритмом расшифрования.

LimitDaysCrypt - количество дней, в течении которых будут функционировать сгенерированный алгоритм шифрования.

LimitDaysDecrypt - количество дней, в течении которых будут функционировать сгенерированный алгоритм расшифрования.

Следующий предоставляемый модулем защиты интерфейс имеет имя IProtectFile. В нем собраны функции работы с зашифрованными файлами, такие как создание зашифрованного файла, запись в него, чтение и так далее. Идеология работы с зашифрованными файлами построена на дескрипторах. При создании или открытии зашифрованного файла ему в соответствие ставится дескриптор, с использованием которого в дальнейшем и ведется работа с файлом.

interface IProtectFile : IDispatch

{

[id(1), helpstring("method Create New File")]

HRESULT Create(

[in] BSTR name,

[in] CreateMode mode,

[in] BSTR uptFileNameForWrite,

[out, retval] short *handle);

[id(2), helpstring("method Open File")]

HRESULT Open(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR uptFileNameForWrite,

[out, retval] short *handle);

[id(3), helpstring("method Close File")]

HRESULT Close(

[in] short handle);

[id(4), helpstring("method Write To File")]

HRESULT Write(

[in] short handle,

[in] VARIANT buffer,

[out, retval] long *written);

[id(5), helpstring("method Read From File")]

HRESULT Read(

[in] short handle,

[out] VARIANT *buffer,

[out, retval] long *read);

[id(6), helpstring("method Write String To File")]

HRESULT WriteString(

[in] short handle,

[in] BSTR buffer,

[out, retval] long *written);

[id(7), helpstring("method Read String From File")]

HRESULT ReadString(

[in] short handle,

[out] BSTR *buffer,

[out, retval] long *read);

[id(8), helpstring("method From File")]

HRESULT FromFile(

[in] short handle,

[in] BSTR FileName,

[out, retval] long *read);

[id(9), helpstring("method To File")]

HRESULT ToFile(

[in] short handle,

[in] BSTR FileName,

[out, retval] long *written);

};

Опишем функции в данном интерфейсе.

HRESULT Create(

[in] BSTR name,

[in] CreateMode mode,

[in] BSTR uptFileNameForWrite,

[out, retval] short *handle);

Функция Create служит для создания новых зашифрованных файлов. Поскольку во вновь созданный файл можно только писать, то функции необходим для работы только файл с алгоритмом шифрования. Имя файла с этим алгоритмом передается третьим параметром и является обязательным. Параметр mode имеет тип CreateMode, для чего он служит, было сказано ранее. При успешном создании файл, в handle возвращается его дескриптор. По окончании работы с файлом, его обязательно нужно закрыть, используя функцию Close.

Описание используемых параметров:

name - имя создаваемого файла.

mode - тип создаваемого файла (см. ранее описание типа CreateMode)

uptFileNameForWrite - имя файла с алгоритмом шифрования.

handle - возвращаемый дескриптор созданного файла.

HRESULT Open(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR uptFileNameForWrite,

[out, retval] short *handle);

Функция Open открывает уже ранее созданный зашифрованный файл. Файл может быть открыт как для чтения так и для записи. После чего производить с ним можно только одну из двух операций - чтение или запись данных. Это обусловлено тем, что записи в файле представляют собой блоки различного размера. Данная особенность является следствием необходимости хранения такого типа данных, как VARIANT. Таким образом, запись к данным в файле может быть только последовательная. И если после открытия файла произвести в него запись, то прочитать старые данные из него будет уже невозможно. Можно сказать, что открытие файла для записи эквивалентно его созданию, за парой исключений. Первое исключение состоит в том, что при открытии файла не указывается его тип. То есть нет необходимости указывать, следует паковать данные перед шифрованием или нет. Информация о типе берется из уже существующего файла. Второе состоит в том, что для открытия файла, в отличии от создания, обязательно необходим файл с алгоритмом расшифрования. Режим открытия файла зависит от того, указан ли файл с алгоритмом шифрования. Имя файла с алгоритмом расшифрования является обязательным параметром. Файл с алгоритмом расшифрования - нет. Если он не будет указан, то из такого файла возможно будет только чтение. Если указан, то будет возможно как чтение, так и запись. При успешном открытии файла в handle возвращается дескриптор этого файла. По окончании работы с файлом его обязательно нужно закрыть, используя функцию Close.

Описание используемых параметров:

name - имя открываемого файла.

uptFileNameForRead - имя файла с алгоритмом расшифрования.

uptFileNameForWrite - имя файла с алгоритмом шифрования.

handle - возвращаемый дескриптор открытого файла.

HRESULT Close(

[in] short handle);

Функция Close закрывает ранее созданный или отрытый файл. Если программа при своей работе создаст новый зашифрованный файл или откроет уже существующий файл для записи, но не вызовет функцию Close до своего завершения, но файл будет поврежден. После закрытия файла дескриптор становится поврежденным и его более нельзя использовать в качестве параметра для других функций.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор закрываемого файла.

HRESULT Write(

[in] short handle,

[in] VARIANT buffer,

[out, retval] long *written);

Функция Write производит запись в файл данных, переданных в переменной типа VARIANT. Запись производится в файл связанный с дескриптором, передаваемый в параметре handle. В возвращаемом значении written после завершения работы функции, будет указано количество байт записанных в файл.

Поскольку при разработке модуля защиты изначально был заложен принцип возможности использования его в программах, написанных на различных языках, то немаловажным вопросом является программный интерфейс. Именно по этой причине и был выбран типа VARIANT.

Тип VARIANT предназначен для представления значений, которые могут динамически изменять свой тип. Если любой другой тип переменной зафиксирован, то в переменные VARIANT можно вносить переменные разных форматов. Шире всего VARIANT применяется в случаях, когда фактический тип данных изменяется или неизвестен в момент компиляции. Переменным типа VARIANT можно присваивать любые значения любых целых, действительных, строковых и булевых типов. Для совместимости с другими языками программирования предусмотрена также возможность присвоения этим переменным значений даты/времени. Кроме того, вариантные переменные могут содержать массивы переменной длины и размерности с элементами указанных типов. Все целые, действительные, строковые, символьные и булевы типы совместимы с типом VARIANT в отношении операции присваивания. Вариантные переменные можно сочетать в выражениях с целыми, действительными, строковыми, символьными и булевыми. При этом, например, все необходимые преобразования Delphi выполняет автоматически.

Правда, сразу оговоримся, что передавать модулю защиты в переменных VARIANT можно не совсем все что угодно. Например, нельзя передать адрес на COM интерфейс, что логичною, так как неясно, как подобные данные интерпретировать.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор файла для записи.

buffer - записываемое значение.

written - возвращает размер записанных данных в байтах.

HRESULT Read(

[in] short handle,

[out] VARIANT *buffer,

[out, retval] long *read);

Функция Read читает из файла данные и возвращает их в виде переменной типа VARIANT. Чтение производится из файла связанного с дескриптором, передаваемого в параметре handle. В возвращаемом значении read после завершения работы функции будет указано количество прочитанных из файла байт.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор файла для чтения.

buffer - возвращаемые данные.

read - возвращает размер прочитанных данных в байтах.

HRESULT WriteString(

[in] short handle,

[in] BSTR buffer,

[out, retval] long *written);

Функция WriteString служит для записи в зашифрованный файл строки. Отметим, что строку можно записать, используя функцию Write, так как тип VARIANT позволяет хранить строки. Эта функция заведена для большего удобства, так как строковый тип широко распространен. По крайней мере, как показала практика, он очень часто встречается в системах обучения и тестирования.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор файла для записи.

buffer - записываемая строка.

written - возвращает размер записанных данных в байтах.

HRESULT ReadString(

[in] short handle,

[out] BSTR *buffer,

[out, retval] long *read);

Функция ReadString служит для чтения строки из зашифрованного файла.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор файла для чтения.

buffer - возвращаемая строка.

read - возвращает размер прочитанных данных в байтах.

HRESULT FromFile(

[in] short handle,

[in] BSTR FileName,

[out, retval] long *read);

Функция FromFile позволяет записать в зашифрованный файл данные, прочитанные из другого файла. Иначе говоря, данная функция сохраняет целиком произвольный файл в зашифрованном файле. Это может быть удобно, если, например, следует сохранить и зашифровать набор картинок в формате jpg. Если бы данная функция отсутствовала, то пришлось бы вначале программно считывать эти файлы в память, а уже затем записывать в зашифрованный файл. Чтобы облегчить задачу программисту и была создана эта функция. Обратным действием - извлечением файла из зашифрованного хранилища - занимается функция ToFile. В результате получается искомый файл в незашифрованном виде. Это может показаться слабым местом в организации защиты. Но в этом есть смысл с точки зрения удобства адаптации уже существующих программный комплексов обучения и тестирования. Сразу хочется заметить, что если есть желание обойтись без временных файлов в незашифрованном виде, то никаких сложностей нет. Рассмотрим на примере jpg файла. Достаточно записать такой файл в зашифрованном виде, используя функцию Write. Это достаточно просто, так как тип VARIANT может хранить массивы байт. В дальнейшем этот массив байт будет возможно непосредственно считать в память и отобразить на экране, не прибегая к временным фалам не диске. Но дело в том, что часто это требует существенной доработки уже существующего программного обеспечения. И проще, по крайней, мере на начальном этапе внедрения системы защиты, за счет некоторого понижения степени надежности, быстро модифицировать уже имеющуюся программу. Эта может быть весьма важным моментом. Как только файл будет отображен на экране, этот временный файл можно тут же стереть.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор файла для чтения.

FileName - имя файла добавляемого в зашифрованное хранилище.

read - возвращает размер прочитанных данных в байтах.

HRESULT ToFile(

[in] short handle,

[in] BSTR FileName,

[out, retval] long *written);

Функция ToFile производит обратное действие относительно FromFile. Она извлекает файл из хранилища.

Описание используемых параметров:

handle - дескриптор файла для чтения.

FileName - имя извлекаемого файла.

written - возвращает размер записанных данных в байтах.

Интерфейс IProtectConformity объединяет набор вспомогательных функций, призванных облегчить использование системы с большим количеством файлов, с алгоритмами и зашифрованными данными. Например, возьмем АРМ преподавателя. В этой системе может быть большое количество различных данных, связанных с определенными студентами. Если эти данные зашифрованы, то необходимо знать, каким именно файлом с алгоритмом это сделано. Все эти взаимосвязи необходимо хранить. В случае, если такая система написана с использованием СУБД, сложностей возникнуть не должно. Если же нет, то придется вносить некоторую дополнительную функциональность, которая является подмножеством возможности СУБД. Чтобы облегчить адаптацию таких проектов, не использующих БД, предназначены функции описываемого интерфейса. Фактически, они позволяют строить и работать с таблицами соответствий. Такая таблица представляет собой набор пар, содержащий имя зашифрованного файла и имя соответствующего файла алгоритма для шифрования или расшифрования. В такой таблице возможен поиск, как по имени зашифрованного файла, так и по имени файла с алгоритмом. В дальнейшем файлы, хранящие информацию о соответствии файлов с данными и соответствующими файлами с алгоритмами, будем называть файлами соответствий. Отметим также, что файлы соответствий тоже подвергаются шифрованию.

interface IProtectConformity : IDispatch

{

[id(1), helpstring("method Create Conformity File")]

HRESULT CreateConformityFile(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR uptFileNameForWrite,

[in] BSTR ArrayOfStrings);

[id(2), helpstring("method Easy Create Conformity File")]

HRESULT EasyCreateConformityFile(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForCreate,

[in] BSTR ArrayOfStrings);

[id(3), helpstring("method Read Conformity File")]

HRESULT ReadConformityFile(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[out, retval] BSTR *ArrayOfStrings);

[id(4), helpstring("method Get UptAlgName by FileName")]

HRESULT GetAlgName(

[in] BSTR Strings,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

[id(5), helpstring("method Get FileName by UptAlgName")]

HRESULT GetDataName(

[in] BSTR Strings,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

[id(6), helpstring("method Get UptAlgName by FileName From File")]

HRESULT GetAlgFromFile(

[in] BSTR FileName,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

[id(7), helpstring("method Get FileName by UptAlgName From File")]

HRESULT GetDataFromFile(

[in] BSTR FileName,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

};

Теперь опишем каждую из функций интерфейса IProtect.

HRESULT CreateConformityFile(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR uptFileNameForWrite,

[in] BSTR ArrayOfStrings);

Функция CreateConformityFile создает новый файл соответствий и записывает в него соответствующую таблицу. Таблица предается в виде одной строки, в которой последовательно записаны имена файлов. Все нечетные - имена файлов с данными, все четные - соответствующие алгоритмы шифрования или расшифрования. Имена должны быть заключены в двойные кавычки. Это связано с тем, что иначе невозможно работать с именами файлов, содержащими пробелы. Между кавычкой в конце имени одного файла и кавычкой перед именем второго может стоять произвольное количество пробелов и символов табуляции или возврата каретки и переноса строки. Поддержка одновременного хранения информации как о файлах для шифрования, так и для расшифрования не осуществлена. Это сделано по двум причинам. Во-первых, совсем не сложно завести два файла, а интерфейс функций и их количество существенно сокращается. Во-вторых, данная функциональность соответствия двух файлов может быть применена и для других целей. Хочется сделать ее более абстрактной. Следует дать следующий совет если для шифрования большого количества файлов одним алгоритмом: удобно создать соответствующий каталог, в который помещаются шифруемые файлы, записать в файл соответствий имя этого каталога и соответствующий алгоритм шифрования/расшифрования для работы с файлами в этом каталоге.

Файлы с алгоритмом шифрования и расшифрования для работы с файлом соответствий будут автоматически созданы, и будут иметь имена переданные в качестве аргументов функции.

Описание используемых параметров:

name - имя создаваемого файла, для хранения информации о соответствии.

uptFileNameForRead - имя создаваемого файла с алгоритмом расшифрования.

uptFileNameForWrite - имя создаваемого файла с алгоритмом шифрования.

ArrayOfStrings - строка с информацией о соответствиях.

HRESULT EasyCreateConformityFile(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForCreate,

[in] BSTR ArrayOfStrings);

Функция EasyCreateConformityFile подобна функции CreateConformityFile, но в отличие от нее, не создает новые файлы с алгоритмами шифрования и расшифрования. Она использует уже существующий алгоритм шифрования.

name - имя создаваемого файла, для хранения информации о соответствии.

uptFileNameForCreate - имя файла с алгоритмом шифрования.

ArrayOfStrings - строка с информацией о соответствиях.

HRESULT ReadConformityFile(

[in] BSTR name,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[out, retval] BSTR *ArrayOfStrings);

Функция ReadConformityFile читает содержимое файла соответствий и возвращает его в виде строки. Строка имеет тот же формат, что и передаваемая например в функцию CreateConformityFile.

Описание используемых параметров:

name - имя зашифрованного файла c информацией о соответствиях.

uptFileNameForRead - имя файла с алгоритмом расшифрования.

ArrayOfStrings - возвращаемая строка с информацией о соответствиях.

HRESULT GetAlgName(

[in] BSTR Strings,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

Функция GetAlgName, используя имя файла с данными, возвращает соответствующий алгоритм шифрования или расшифрования. Поиск производится в переданной строке. Формат строки эквивалентен формату, с которым работают и другие функции. Например, EasyCreateConformityFile или ReadConformityFile.

Описание используемых параметров:

Strings - строка с информацией о соответствиях.

SearchName - имя файла с данными, для которого будет произведен поиск соответствующего алгоритма.

ResultStr - возвращаемое имя файла с алгоритмом.

HRESULT GetDataName(

[in] BSTR Strings,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

Функция GetDataName, используя имя файла с алгоритмом, возвращает имя соответствующего файла с данными. Поиск производится в переданной строке. Формат строки эквивалентен формату, с которым работаю и другие функции. Например EasyCreateConformityFile или ReadConformityFile.

Описание используемых параметров:

Strings - строка с информацией о соответствиях.

SearchName - имя файла с алгоритмом, для которого будет произведен поиск соответствующего файла с данными.

ResultStr - возвращаемое имя файла с данными.

HRESULT GetAlgFromFile(

[in] BSTR FileName,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

Функция GetAlgFromFile, подобно функции GetAlgName, возвращает соответствующий алгоритм шифрования или расшифрования по имени файла с данными. В отличие от нее, на входе она получает не строку с информацией о соответствиях, а имя с этой информацией и алгоритм для ее расшифрования. Функция может быть более удобна в плане ее использования, но она менее эффективна. Так, если требуется активно работать с таблицами соответствий, то для ускорения работы рекомендуется отказаться от использования функции GetAlgFromFile. Эффективнее будет однократно прочитать информацию о соответствиях, используя функцию ReadConformityFile, а затем использовать функцию GetAlgName.

Описание используемых параметров:

FileName - имя файла с зашифрованной информацией о соответствиях.

uptFileNameForRead - файл с алгоритмом расшифрования.

SearchName - имя файла с данными, для которого будет произведен поиск соответствующего алгоритма.

ResultStr - возвращаемое имя файла с алгоритмом.

HRESULT GetDataFromFile(

[in] BSTR FileName,

[in] BSTR uptFileNameForRead,

[in] BSTR SearchName,

[out, retval] BSTR *ResultStr);

Функция GetDataFromFile, подобно функции GetDataName, возвращает имя соответствующего файла с данными, по имени файла с алгоритмом. В отличии от нее, на входе она получает не строку с информацией о соответствиях, а имя с этой информацией и алгоритм для ее расшифрования. Функция может быть более удобна в плане ее использования, но она менее эффективна. Так, если требуется активно работать с таблицами соответствий, то для ускорения работы рекомендуется отказаться от использования функции GetDataFromFile. Эффективнее будет однократно прочитать информацию о соответствиях, используя функцию ReadConformityFile, а затем использовать функцию GetDataName.

Описание используемых параметров:

FileName - имя файла с зашифрованной информацией о соответствиях.

uptFileNameForRead - файл с алгоритмом расшифрования.

SearchName - имя файла с алгоритмом, для которого будет произведен поиск соответствующего файла с данными.

ResultStr - возвращаемое имя файла с данными.

4.3. Руководство программиста по использованию программы ProtectEXE.exe

Программа ProtectEXE.EXE предназначена для защиты исполняемых файлов от модификации. Под исполняемыми модулями понимаются EXE файлы в формате PE (Portable Executables). Защита исполняемых модулей основана на их шифровании. Особенностью утилиты ProtectEXE является то, что она шифрует каждый исполняемый файл уникальным полиморфным алгоритмом. Это затрудняет возможность использования программного взломщика, основанного на модификации определенных кодов в программе. Поскольку каждый исполняемый файл зашифрован своим методом, то и модифицировать их единым методом невозможно. Утилита ProtectEXE.EXE не позволяет защититься от динамического модифицирования в памяти. Это слишком сложно и не может быть достигнуто без существенной переделки исходного текста самой защищаемой программы. Но в рамках защиты дистанционных средств обучения такая защита должна быть достаточно эффективна, так как создание взламывающей программы экономически мало целесообразно, а следовательно и скорее всего не будет осуществлено.

Модуль ProtectEXE.EXE имеет два возможных режима запуска. Первый режим предназначен для генерации зашифрованного файла из указанного исполняемого модуля. Второй режим служит непосредственно для запуска защищенного модуля.

Опишем этап создания зашифрованного файла. Для создания зашифрованного файла необходимо запустить ProtectEXE.EXE, указав в качестве параметра имя шифруемого исполняемого файла. Можно указать не только имя, но и путь. В результате буду сгенерированы два файла. Если было указано только имя, то файлы будут располагаться в текущем каталоге. Если был указан путь к файлу, то сгенерированные файлы будут созданы в том же каталоге, где расположен и шифруемый файл. Первый файл будет иметь расширение upb. Он представляет собой непосредственно зашифрованный исполняемый файл. Второй файл будет иметь расширение upu. Он представляет собой ключ, необходимый для расшифровки исполняемого файла. При разработке ProtectEXE было принято решение хранить зашифрованный файл и ключ для его расшифровке не в едином файле, а раздельно. Это было сделано с целью большей гибкости. Если хранить все в одном файле, это будет означать, что его всегда будет возможно запустить. Раздельное хранение ключа позволяет создавать систему, где запуск определенных программ будет запрещен. Например, программа дистанционного обучения может позволять запускать набор определенных программ только тогда, когда будет выполнен ряд условий. Допустим, после сдачи определенного набора работ. Когда определенные работы будет сданы и защищены, АРМ преподавателя выдает студенту необходимые для дальнейшей работы ключевые файлы. Можно было бы, конечно, выдавать сразу расшифрованный бинарный файл, но программа может быть достаточно большой, и это просто нерационально. И, тем более, тогда нет никаких сложностей скопировать ее другому студенту, которому она еще не должна быть выдана.

Теперь опишем второй режим работы. Это непосредственно запуск зашифрованного модуля. Для его запуска необходимо запустить ProtectEXE, указав в качестве параметра путь и имя зашифрованного файла с расширением upb. Если будет найден ключевой файл с тем же именем, но с расширением upu, то программа будет запущена. При этом будет создан временный файл с расширением exe. Он будет располагаться в том же каталоге, где нахолодятся фалы с расширением upb и upu. Этот файл является временным и будет удален после завершения работы программы. Данный файл, хоть и носит расширение exe, не является исполняемым файлом. В чем можно убедиться, попытавшись запустить его. Результатом будет его зависание. Поэтому не следует бояться, что это расшифрованный файл, и студент сможет скопировать его, когда он будет создан.

4.4. Описание использования системы защиты на примерах

4.4.1. Подключение модуля защиты к программе на языке Visual C++

Распишем шаги, которые наобходимо проделать, чтобы подключить COM модуль Uniprot к программе, написанной на Visual C++.

1. Создайте новый или откройте уже существующий проект.

2. Создайте новую папку в каталоге с проекта или выберете уже существующую и скопируйте в нее необходимые для подключения библиотеки файлы. Это файлы: export.h, export.cpp, Uniprot.tlb.

3. Откройте MFC ClassWizard. Для этого выбирете в меню пункт
View->ClassWizard.

4. Нажмите на кнопку Add Class и выберете пункт "From a type library…".

5. Укажите путь к файлу Uniprot.tlb и откройте его.

6. В диалоге Confirm Classes вам скорее всего будет достаточно сразу нажать кнопку "Ok". Но если вы не согласны с продложенными установками по умолчанию, то можете внести в них соответсвующие изменения.

7. Закройте диалог MFC ClassWizard.

8. Включите в проект файлы export.h, export.cpp.

9. Добавить include "export.h" в те модуле, где вы планируете использовать библиотеку Uniprot.

10. Проверьте, что у вас инициализируется работа с COM. То есть вызывается функция CoInitialize.

11. Теперь вы можете работать с библиотекой COM например так.

IProtect ProtectObj;

IProtectFile ProtectFileObj;

ProtectObj.CreateDispatch(UniprotLibID);

ProtectFileObj.CreateDispatch(UniprotLibID);

LPDISPATCH pDisp = ProtectFileObj.m_lpDispatch;

HRESULT hr = pDisp ->QueryInterface(

IProtectFileIntarfaceID,

(void**)&ProtectFileObj.m_lpDispatch);

VERIFY(hr == S_OK);

4.4.2. Подключение модуля защиты к программе на языке Visual Basic

Распишем шаги, которые наобходимо проделать, чтобы подключить COM модуль Uniprot к программе, написанной на Visual Basic.

12. Создайте новый или откройте уже существующий проект.

13. Создайте новую папку в каталоге с проекта или выберете уже существующую и скопируйте в нее необходимый для подключ ения библиотеки файл. Это файл: Uniprot.tlb.

14. Откройте диалог References. Для этого выбирете в меню пункт
Project->References.

15. Нажмите кнопку Browse.

16. Укажите файл Uniprot.tlb и откройте его.

17. Поставьте в списке галочку напротив появившейся строки Uniprot 1.0 Type Library и нажмите Ok.

18. Теперь вы можете работать с библиотекой COM например так.

Dim handle As Integer

Dim obj As New protect

Dim ver As Integer

Dim strInfo As String

obj.GetInfo ver, strInfo

Dim s As String

s = "Version:" + Str(ver / 256) + "." +

Str((ver Mod 256) / 16) + Str(ver Mod 16)

s = s + Chr(13) + "Info:" + strInfo

MsgBox s

Dim file As IProtectFile

Set file = obj

handle = file.Create(FileName, Default, cryptUPT)

4.4.3. Пример использования модуля защиты в программе на языке Visual Basic

Рассмотрим несколько демонстрационных программах. Представим, что у нас существует комплекс, состоящий из двух частей. Первая из которых предназначена для преподавателя, а другая - для студента. В дальнейшем будем называть их соответственно "АРМ преподавателя" и "АРМ студента". АРМ преподавателя предназначена для составления вопросов и просмотра результатов тестирования. А АРМ студента предназначена для контроля знаний. Естественно, примеры данных программ будут очень упрощены.

Для начала приведем текст программы АРМ преподавателя без использования защиты. На рисунке 8 показан ее пользовательский интерфейс.

Итак, данная программа позволяет загрузить текст вопроса из файла, отредактировать его и опять сохранить. На практике, естественно, кроме этого должен существовать механизм генерации пакета программ и данных для студента. Т.е. в этот пакет, по всей видимости, должны входить АРМ студента, база данных и т.д. В нашем примере мы это опускаем и предполагаем, что сохраненный текст - все, что необходимо. Эта программа позволяет просмотреть файл с результатом тестирования по заданному вопросу. Это файл генерирует АРМ студента. Он представляет собой файл, в котором записано число - оценка за вопрос. Недостатки данной программы мы рассмотрим чуть ниже, когда познакомимся с АРМ студента. На рисунке 9 показан ее внешний вид.

Как видно эта программа очень проста. Она просто выводит текст вопроса и ждет ответ. После чего записывает оценку в файл. На рисунке 10 показано, как выглядит файл с результатом.

Рисунок 10. Файл с незашифрованным результатом

Естественно, такая система не выдерживает никакой критики с точки зрения защиты. Во-первых, файл с вопросом представляет из себя простой RTF-файл. Конечно, если эти файлы будут храниться в защищенной базе, то проблем не возникнет. Мы же предполагаем, что пока они хранятся открыто. Предположим, что таких файлов много, и недопустимо, чтобы студент имел к ним доступ. Соответственно, это одно из мест, где потребуется модуль защиты. Второе, пожалуй, еще более важное место - это файл с результатом. На данный момент это просто текстовый файл, с числом, обозначающий оценку. Хранение результата в таком виде как просто, так и недопустимо.

Теперь, используя модуль зашиты, мы исправим перечисленные недостатки. Для начала покажем новый интерфейс пользователя и объясним изменения. Кнопки "Загрузить текст", "Сохранить текст" остались, но теперь программа будет работать с зашифрованными данными. Кнопка "Импорт старых данных" предназначена для чтения незашифрованного файл с вопросом.

Кнопка "Сгенерировать пакет" генерирует 4 алгоритма. Первая пара алгоритмов шифрования/расшифрования используется для записи/чтения файла с вопросом. При этом студенту достаточно отдать только файл с алгоритмом расшифрования. Вторая пара используется при работе с файлом, содержащим результат тестирования. Алгоритм шифрования предназначен для АРМ студента. Алгоритм расшифрования относится к АРМ преподавателя и служи для расшифрования этого файла. Передача студенту только некоторых алгоритмов повышает надежность защиты.

Новый интерфейс АРМ преподавателя изображен на рисунке 11.

Рисунок 11. Новый интерфейс АРМ преподавателя

Рассмотрим, какие изменения понадобилось внести в программу. Их совсем не много. Добавилась глобальная перемеренная obj. Она предназначена для взаимодействия с COM-модулем. Глобальной она быть совсем не обязана, просто это было сделано для краткости программы. Типом этой переменный является указатель на интерфейс IProtect. Но использовать этот интерфейс для шифрования/расшифрования не представляется возможным. Поэтому, в дальнейшем obj будем преобразовывать этот указатель к указателю на интерфейс IProtectFile.

Dim obj As New protect

Private Sub Edit_Click()

Form1.ole_doc.DoVerb

End Sub

Private Sub Form_Load()

Form1.ole_doc.Format = "Rich Text Format"

End Sub

Данная подпрограмма предназначена для генерации 4 алгоритмов шифрования/расшифрования. Для простоты она записываются во временную папку. Причем, генерируемые алгоритмы будут ограничены в использовании по времени. Файл "c:tempcrypt.upt" и "c:tempdecrypt.upt" предназначены для работы с файлом содержащим вопрос. Файл "c:tempcryptres.upt" и "c:tempdecryptres.upt" предназначены для работы с фалом результата. Следовательно для работы АРМ-преподавателя необходимы файлы "c:tempcrypt.upt" , "c:tempdecrypt.upt" и "c:tempdecryptres.upt". А для АРМ-студента необходимы файлы "c:tempdecrypt.upt", "c:tempcryptres.upt".

Private Sub Generate_Click()

Dim days As Integer

days = DaysLimit

obj.GenerateTimeLimitUPTfiles "c:tempcrypt.upt", "c:tempdecrypt.upt", days

obj.GenerateTimeLimitUPTfiles "c:tempcryptres.upt", "c:tempdecryptres.upt", days

End Sub

Эта подпрограмма фактически является старой подпрограммой загрузки файла с вопросом. Она служит для импорта данных в старом формате чтобы не набирать же вопрос заново.

Private Sub Import_Click()

Open "c:temptemp.rtf" For Input As #1

Dim str, tmp

Do While Not EOF(1)

Input #1, tmp

str = str + tmp

Loop

Close #1

Form1.ole_doc.DoVerb vbOLEDiscardUndoState

Form1.ole_doc.DataText = str

Form1.ole_doc.Update

End Sub

Вот новая подпрограмма чтения текста вопроса из файла. Дадим комментарии к некоторым строчкам.

Dim file As IProtectFile - объявляет указатель на интерфейс IProtectFile, который позволяет шифровать/расшифровывать файлы.

handle = file.Open("c:temptemp.dat", "c:tempdecrypt.upt", "c:tempcrypt.upt") - открываем файл с вопросом и сохраняем дескриптор открытого файла.

readSize = file.Read(handle, v) - читаем переменную типа Variant, которая на самом деле будет представлять из себя строку.

file.Close (handle) - закрывает файл.

Private Sub Load_Click()

Dim handle As Integer

Dim file As IProtectFile

Set file = obj

handle = file.Open("c:temptemp.dat", "c:tempdecrypt.upt", "c:tempcrypt.upt")

Dim readSize As Long

Dim v As Variant

readSize = file.Read(handle, v)

Dim str As String

str = v

Form1.ole_doc.DoVerb vbOLEDiscardUndoState

Form1.ole_doc.DataText = str

Form1.ole_doc.Update

file.Close (handle)

End Sub

Вот как теперь выглядит новая подпрограмма сохранения вопроса в файл.

Private Sub Save_Click()

Dim handle As Integer

Dim file As IProtectFile

Set file = obj

handle = file.Create("c:temptemp.dat", Default, "c:tempcrypt.upt")

Dim writeSize As Long

Dim v As Variant

Dim str As String

str = Form1.ole_doc.DataText

v = str

writeSize = file.Write(handle, v)

file.Close (handle)

End Sub

И последнее, это новая подпрограмма чтения файлов с результатом тестирования.

Private Sub ViewResult_Click()

Dim handle As Integer

Dim file As IProtectFile

Set file = obj

handle = file.Open("c:tempresult.dat", "c:tempdecryptres.upt", "c:tempcryptres.upt")

Dim readSize As Long

Dim v As Variant

readSize = file.Read(handle, v)

Dim str As String

result = v

file.Close (handle)

End Sub

Внешний вид АРМ студента не изменился. Приведем только текст программы.

Dim obj As New protect

Private Sub SaveResult(a)

Dim handle As Integer

Dim file As IProtectFile

Set file = obj

handle = file.Create("c:tempresult.dat", Default, "c:tempcryptres.upt")

Dim writeSize As Long

Dim v As Variant

Dim str As String

str = Form1.ole_doc.DataText

v = a

writeSize = file.Write(handle, v)

file.Close (handle)

End

End Sub

Private Sub Command1_Click(Index As Integer)

SaveResult (2)

End Sub

Private Sub Command2_Click()

SaveResult (2)

End Sub

Private Sub Command3_Click()

SaveResult (5)

End Sub

Private Sub Command4_Click()

SaveResult (2)

End Sub

Private Sub Form_Load()

Form1.ole_doc.Format = "Rich Text Format"

Dim handle As Integer

Dim file As IProtectFile

Set file = obj

handle = file.Open("c:temptemp.dat", "c:tempdecrypt.upt", "c:tempcrypt.upt")

Dim readSize As Long

Dim v As Variant

readSize = file.Read(handle, v)

Dim str As String

str = v

Form1.ole_doc.DoVerb vbOLEDiscardUndoState

Form1.ole_doc.DataText = str

Form1.ole_doc.Update

file.Close (handle)

End Sub

Для примера на рисунке 12 приведен пример зашифрованного файла с результатом тестирования. Теперь понять, что в нем хранится, стало сложным делом.

Рисунок 12. Файл с зашифрованным результатом

4.4.4. Пример использования программы ProtectEXE.exe

В качестве примера приведем код на Visual С++, который производит шифрование исполняемого файла, а затем код, производящий запуск зашифрованного файла. Обе функции принимают на входе имя файла с расширение exe. Для большей ясности рекомендуется ознакомиться с приведенным ранее описанием программы ProtectEXE.

void CreateEncryptedModule(const CString &FileName)

{

CString Line(_T("ProtectExe.exe "));

Line += FileName;

STARTUPINFO StartupInfo;

memset(&StartupInfo, 0, sizeof(StartupInfo));

StartupInfo.cb = sizeof(StartupInfo);

PROCESS_INFORMATION ProcessInformation;

if (!CreateProcess(Line, NULL, NULL, NULL, FALSE, 0,

FALSE, NULL, &StartupInfo,

&ProcessInformation))

throw _T("Error run ProtectExe.exe");

WaitForInputIdle(ProcessInformation.hProcess,

INFINITE);

WaitForSingleObject(ProcessInformation.hProcess,

INFINITE);

CloseHandle(ProcessInformation.hProcess);

DeleteFile(FileName);

}

void RunEncryptedModule(const CString &FileName)

{

CString EncryptedFileName(FileName);

EncryptedFileName = EncryptedFileName.Mid(0, FileName.GetLength() - 3);

EncryptedFileName +=_T("upb");

CString Line(_T("ProtectExe.exe"));

Line += EncryptedFileName;

STARTUPINFO StartupInfo;

memset(&StartupInfo, 0, sizeof(StartupInfo));

StartupInfo.cb = sizeof(StartupInfo);

PROCESS_INFORMATION ProcessInformation;

if (!CreateProcess(Line, NULL, NULL, NULL, FALSE, 0,

FALSE, NULL, &StartupInfo, &ProcessInformation))

throw _T("Error run ProtectExe.exe");

WaitForInputIdle(ProcessInformation.hProcess, INFINITE);

WaitForSingleObject(ProcessInformation.hProcess, INFINITE);

CloseHandle(ProcessInformation.hProcess);

}

4.5. Общие рекомендации по интеграции системы защиты

В данном разделе будет дан ряд различных советов и рекомендаций, целью которых является помощь в создании более надежной и эффективной системы защиты. Рекомендации носят разрозненный характер и поэтому не объединены в единый и связанный текст, а будут приведены отдельными пронумерованными пунктами.

1. Перед началом работ по модификации существующего программного обеспечения с целью интеграции системы защиты рекомендуется тщательно ознакомиться с приведенной документацией и с примерами по использованию различных функций. Также необходимым требованием перед началом работ, является базовые навыки работы с технологией COM. Если вы не знакомы с технологией COM, то здесь можно порекомендовать в качестве литературы по данной теме следующие книги: Модель COM и применение ATL 3.0 [31], Сущность технологии COM. [33], Programming Distributed Applications with COM and Microsoft Visual Basic 6.0 [34].

2. Перед тем как приступать непосредственно к созданию программных средств или их модификации, призванных защитить целевую систему, в начале следует продумать административную организацию бедующей системы. Как говорилось ранее, множество различных проблем, связанных с защитой АСДО, могут быть разрешены только административными методами. И пока не будет разработана соответствующая организационная система, программная защита отдельных ее компонентов будет иметь мало смысла. Отсюда и вытекает данная рекомендация уделить этой задаче большое внимание, даже больше, чем следует уделить защите используемых в ней программных компонентов. К сожалению, в этой работе вопросы административной организации такой системы практически не затрагиваются. Это связано с тем, что задача сама по себе огромна и требует отдельного целого ряда работ. Причем направленность этого рода работ носит, скорее, педагогический характер, и, следовательно, относится к соответствующей сфере педагогических наук. В проделанной же работе подготовлены средства, которые необходимы и будут использованы в новых или адаптируемых АСДО.

3. Во многих системах дистанционного обучения используются различные принципы, с помощью которых возможно отказаться от хранения ответов в открытом виде. Это позволяет быть уверенным, что ответы для базы вопросов никогда не будут просмотрены. В основном такие системы построены на использовании функции, которая односторонне преобразует ответ в некий код, затем сравниваемый с эталонными. Разработанная система защиты легко позволяет использовать аналогичный механизм. Для этого достаточно создать ключ шифрования. Ключ расшифрования не нужен, его можно удалить. Затем каждый верный ответ отдельно шифруется этим ключом. В результате получается набор файлов с зашифрованными ответами. После чего их будет удобно объединить в один единый файл, но это уже зависит от того, как будет реализовываться такая система. Затем этот файл, содержащий в себе зашифрованные ответы и ключ шифрования, отдается студенту. Когда студент вводит ответ, он шифруется отданным ему ключом. После чего зашифрованный файл с ответом сравнивается с эталонным. Если они совпадают, ответ верен. В результате, хотя ответы и хранятся у студента, воспользоваться он ими не может. Если кто-то поставит пред собой цель узнать, какие ответы верны, то нужно или перебирать все варианты, шифруя их и сравнивая, что весьма трудоемко, или провести анализ полиморфного алгоритма шифрования и создать соответствующий алгоритм расшифрования, что еще более трудоемко.

4. Еще одной из рекомендаций будет создание системного журнала. По этому поводу рекомендуется ознакомиться со статьей Оганесяна А. Г. " Проблема «шпаргалок» или как обеспечить объективность компьютерного тестирования?" [28].

5. Создавая АСДО, позаботьтесь о дублировании информации. В противном случае, уничтожение, например, базы с данными о сданных работах может иметь весьма тяжелые последствия. Это - совет не относится к защите информации, но может помочь весьма повысить надежность системы в целом.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Выполнен сравнительный анализ существующих подходов к организации защиты данных в системах с монопольным доступом, на примере автоматизированных систем дистанционного обучения. Отмечено, что существует много защищенных обучающие систем, функционирующих в среде интернет, но практически отсутствуют защищенные пакеты для локального использования. Это обусловлено плохо проработанными и еще не достаточно хорошо изученными методами построения защищенных АСДО.

2. На основе анализа, предложен ряд мер, позволяющий повысить защищенность АСДО. Разработаны программные средства, предназначенные для интеграции в уже существующие обучающие системы, с целью их защиты при использовании вне доверенной вычислительной среды.

3. В разработанном программном обеспечении были использованы новые технологии шифрования данных. Полностью исключена необходимость использования аппаратных средств.

4. Разработана система защиты, руководство для программиста, набор тестовых примеров и рекомендации по ее применению. Созданная система была интегрирована в уже существующий комплекс Aquarius Education 4.0, разработанный на кафедре АТМ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Аунапу Т.Ф., Веронская М.В. Автоматизация обучения с позиций системного анализа // Управление качеством высшего образования в условиях многоуровневой подготовки специалистов и внедрения образовательных стандартов: Тез. докладов республиканской научно-методической конферен-ции. -- Барнаул: Алт. гос. техн. ун-т, 1996. -- С. 5 -- 6. д

2. Брусенцов Н.П., Маслов С.П., Рамиль Альварес X. Микроко-мпьютерная система «Наставник». -- М.: Наука, 1990. -- 224 с.

3. Кондратова О.А. Психологические требования к проектированию компьютерных учебных средств и систем обучения // Проблемы гуманизации и новые методы обучения в системе инженерного образования: Тез. докл. межвузовской научно-практической конференции. -- Новокузнецк: Сиб. Гос. горно-металлургическая академия, 1995. -- С. 78 -- 80.

4. Федеральная целевая программа «Развитие единой образовательной информационной среды на 2002 -- 2006 годы» (проект). -- М.: Миноб-разования, 2001. -- 35 с.

5. Кручинин В.В., Ситникова Е.А. Проблема защиты компьютерных экзаменационных программ в ТМЦ ДО // Современное образование: массовость и качество. Тез. докл. региональной научно-методической конференции. -- Томск: ТУСУР, 2001. -- С. 144.

6. Махутов Б.Н., Шевелев М.Ю. Защита электронных учебников в дистанционном обучении // Образование XXI века: инновационные технологии, диагностика и управление в условиях информатизации и гуманизации: Материалы III Всероссийской научно-методической конференции с международным участием. -- Красноярск: КГПУ, 2001. -- С. 106 -- 108.

7. Раводин О.М. Проблемы создания системы дистанционного образования в ТУСУРе // Дистанционное образование. Состояние, проблемы, перспективы. Тез. докл. научно- методической конференции, Томск, 19 ноября Э 1997 г. -- Томск: ТУ СУР, 1997. -- С. 19 -- 25.

8. Шевелев М.Ю. Автоматизированный внешний контроль самосто-ятельной работы студентов в системе дистанционного образования /У Дистанционно образование. Состояние, проблемы, перспективы. Тез. докл. научно-методической конференции. -- Томск: ТУСУР, 1997. -- С. 49.

9. Шевелев М.Ю. Прибор для дихотомической оценки семантических сообщений в автоматизированных обучающих системах // Современные техника и технологии. Сб. статей международной научно-практической конференции. -- Томск: ТПУ, 2000. -- С. 152.

10. Шевелев М.Ю. Программно-аппаратная система контроля и защиты информации // Современное образование: массовость и качество. Тез. докл. научно-методической конференции 1-2 февраля 2001 г. -- Томск: ТУСУР, 2001.--С. 99--100.

11. Шелупанов А.А., Пряхин А.В. Анализ проблемы информации в системе дистанционного образования // Современное образование: массовость и качество. Тез. докл. региональной научно-методической конференции. -- Томск: ТУ СУР, 2001. -- С. 159 -- 161.

12. Кацман Ю.Я. Применение компьютерных технологий при дистанционном обучении студентов // Тез. докладов региональной научно методической конференции "Современное образование: массовость и качество". - Томск: ТУСУР, 2001. - С.170 - 171.

13. Пресс-группа СГУ. Компьютер-экзаменатор. // Электронный еженедельник "Закон. Финансы. Налоги." - 2000. - № 11 (77).

14. Белокрылова О.С. Использование курса дистанционного обучения на экономическом факультете РГУ // Cовременные информационные технологии в учебном процессе: Тез. докл. Учебно-методическая конференция. - Апрель 2000.

15. Алешин С.В. Принципы построения оболочки информационно - образовательной среды CHOPIN // Новые информационные технологии : Тез. докл. Восьмая международная студенческая школа семинар. - Крым: Алтайский государственный технический университет, Май 2000.

16. Оганесян А.Г. Проблема обратной связи при дистанционном обучении // Открытое образование. - 2002. - март.

17. Занимонец Ю.М., Зинькова Ж.Г. Проведение всероссийского компьютерного тестирования "Телетестинг-2000" в Ростовском госуниверсите // Современные информационные технологии в учебном процессе : Тез. докл. Учебно-методическая конференция. - 2000. - апрель.

18. Сенцов, В.С. Программный комплекс тестового контроля знаний «Тест» // Новые информационные технологии: Тез. докл. Восьмая международная студенческая школа семинар. - Крым: Алтайский государственный технический университет, Май 2000.

19. Мицель. А.А. Автоматизированная система разработки электронных учебников // Открытое образование. - 2001. - май.

20. Жолобов Д.А. Генератор мультимедиа учебников // Новые информационные технологии: Тез. докл. Восьмая международная студенческая школа семинар. - Крым: Астраханский государственный технический университет, Май 2000.

21. Вергазов Р. И., Гудков П. А. Система автоматизированного дистанционного тестирования // Новые информационные технологии: Тез. докл. Восьмая международная студенческая школа семинар. - Крым: Пензенский государственный университет, Май 2000.

22. Ложников П. С. Распознавание пользователей в системах дистанционного образования: обзор // Educational Technology & Society. - 2001. - № 4, http://ifets.ieee.org/russian/depository/v4_i2/html/4.html

23. Расторгуев С.П., Долгин А.Е., Потанин М.Ю. Как защитить информацию // Электронное пособие по борьбе с хакерами. http://kiev-security.org.ua

24. Ерижоков А.А. Использование VMWare 2.0 // Публикация в сети ИНТЕРНЕТ на сервере http://www.citforum.ru/operating_systems/vmware/index.shtml.

25. Баpичев С. Kpиптогpафия без секретов. - М.: Наука, 1998. - 105 с.

26. Маутов Б.Н. Защита электронных учебников на основе программно-аппаратного комплекса "Символ-КОМ" // Открытое образование. - 2001. - апрель.

27. Тыщенко О.Б. Новое средство компьютерного обучения - электронный учебник // Компьютеры в учебном процессе. - 1999. - № 10. - С. 89-92.

28. Оганесян А. Г., Ермакова Н. А., Чабан К. О. Проблема «шпаргалок» или как обеспечить объективность компьютерного тестирования? // «Львіська політехніка». - 2001. - № 6. Публикация в сети ИНТЕРНЕТ на сервере http://www.mesi.ru/joe/N6_00/oga.html.

29. Романенко В.В. Автоматизированная система разработки электронных учебников. // Новые информационные технологии в университетском образовании: Тез. докл. Материалы седьмой Международной Научно-Методической конференции. - Томск: Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники, Март 2000.

30. Касперский Е.В. Компьютерные вирусы: что это такое и как с ними бороться. - М.: СК Пресс, 1998. - 288 с., ил.

31. Трельсон Э. Модель COM и применение ATL 3.0: Пер. с англ. - СПб. БХВ-Петербург, 2001. - 928 с. ил.

32. Баричев С. Г. и др. «Основы современной криптографии». - М.: «Горячая линия -Телеком», 2001 - 120 с.

33. Бокс. Д. Сущность технологии COM. Библиотека программиста. - СПб.: Питер, 2001. - 400 с.: ил.

34. Ted Pattison. Programming Distributed Applications with COM and Microsoft Visual Basic 6.0. - Microsoft Press, 1998. - 260 c. ISBN 1-57231-961-5