ГЛАВА 1. СОЗДАНИЕ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ПРОГРАММНЫХ ПАКЕТОВ, НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

1.1. Вопросы защиты информации, стоящие перед автоматизированными системами дистанционного обучения

Все большее внимание уделяется новому направлению в образовании – дистанционному обучению. Дистанционное образование с одной стороны открывает новые возможности, с другой ставит новые задачи. Одной из задач является построение защиты в системе контроля и передачи знаний.

Примером может служить контроль за достоверностью результатов компьютерного тестирования. Сюда же, относится проблема построения системы разграничения доступа в различных программных комплексах, предназначенных для автоматизации процесса обучения. Рассмотрим часто встречающуюся на данный момент ситуацию. На кафедре создана система, включающая виртуального лектора и подсистему тестирования. В случае использования данной системы в аудиториях кафедры, никаких сложностей не возникает, так как студенты находятся под контролем преподавательского состава. Но ориентация образования на дистанционное обучение вносит свои коррективы. Возникает потребность в возможности использования данного программного обеспечения студентом на своей локальной машине. Такая задача может быть решена (и решается достаточно хорошо) с применением сетевых технологий. В такой системе студент заходит на сайт, где он может заниматься обучением или проходить различные виды тестирования. Но система неудобна тем, что требует постоянного подключения к сети. Имеют место следующие негативные стороны:

а) немалые финансовые затраты;

б) необходимость, чтобы каждый студент имел возможность находиться в сети;

в) низкая пропускная способность, если брать во внимание качество отечественных телефонных линий;

г) вынужденное ограничение учебного материала, вызванного его объемом. Например, придется ограничиться картинкой, где совсем бы не помешало показать видеоролик.

Отсюда возникает потребность сделать эту систему автономной с возможностью распространения ее на носителях, таких, как CD-ROM.

Естественно, сразу встает проблема защиты данных, которые служат для проведения тестирования. Если обучающую информацию можно хранить свободно, то доступ к информации, предназначенной для проведения тестирования, должен быть закрыт для студента. Еще один вопрос состоит в том, как организовать сбор информации о проведенном тестировании – проблема достоверности полученных результатов. Предположим, что студент приносит результат (отчет, сгенерированный программой) своего тестирования на дискете в виде файла. Следовательно, он не должен иметь возможность его модифицировать. Да и как быть уверенным, что он не воспользовался системой, специально измененной для фальсификации результатов тестирования.

Сформулируем основные проблемы, связанных с защитой, и ряд других вопросов, относящихся к системам дистанционного обучения.

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

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 и возможность выбрать из них попытку с наилучшим результатом.

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

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

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

6. Необходима легкая адаптация уже существующих систем дистанционного обучения и тестирования. Это в первую очередь связанно с тем, что к этим системам уже существуют базы с лекциями, тестовыми заданиями и так далее.

1.2. Обзор публикаций по данной проблеме

В предыдущем разделе были сформулированы ряд основных проблем систем дистанционного обучения и контроля, с точки зрения защиты. Эти или подобные проблемы возникают у всех, кто занимается созданием систем дистанционного обучением. Вопрос дистанционного обучения сейчас становится все более популярным. И практически все ВУЗы заняты созданием своих систем дистанционного обучения. В интернете имеется огромное количество информации по этим разработкам. Интересно, что, говоря о преимуществах той или иной системы, обычно как-то умалчивается о том, каким образом система защищена. Конечно, некоторые системы при проведении тестирования подразумевают видеоконференцию. Но это весьма дорогой метод и, естественно, он вряд ли в скором времени получит распространение.

В качестве подхода к решению некоторых проблем, можно привести пример системы, описанной в еженедельнике “Закон. Финансы. Налоги.” в статье “Компьютер-экзаменатор” [13]:
“Ученые СГУ разработали новую тест-систему. Для контроля знаний студентов в Современном гуманитарном университете применяется оригинальная система тестирования, использующая печатные материалы.

Для повышения качества учебного процесса внедрена система с применением персонального компьютера преподавателя и индивидуальных электронных приборов тестирования. При ее использовании полностью исключается рутинная ручная проверка и проставление оценок методистом.

Система обеспечивает индивидуальное (а не групповое) тестирование в любое удобное студенту время и по любому предмету. У студентов нет возможность доступа к печатным ключам тестов и изменения оценки за тест. Кроме того, абсолютно исключается несанкционированное копирование и последующее использование ПО, обслуживающего систему тестирования.

В состав системы входят личные идентификаторы студентов и преподавателей, ПК, прибор тестирования и устройство ввода-вывода информации.

В качестве личных идентификаторов используются бесконтактные пластиковые электронные карты, вырабатывающие уникальный код. Прибор тестирования, который раздается каждому студенту, обеспечивает контроль времени, а также прием и передачу данных от компьютера и обратно по оптическому каналу. Устройство ввода-вывода информации в прибор тестирования, подключаемое к ПК, преобразует данные, поступающие от компьютера, в оптические сигналы, передаваемые в прибор тестирования. Одно устройство ввода-вывода информации может поддерживать работу любого числа приборов тестирования.

Работа электронной системы происходит по следующему сценарию. Системе предъявляется личный идентификатор (пластиковая карточка с кодом) методиста, который будет проводить тестирование. Далее системе предъявляется ЛИ студента. Система производит поиск в базе данных и вывод на экран монитора данные о студенте (ФИО, номер контракта и номер группы). Методист выбирает тест, на который будет отвечать студент. Данные можно ввести как с клавиатуры, так и проведя сканером по штрих-коду, нанесенному на каждый вариант теста. Студенту выдаются прибор тестирования и лист с вопросами. Время, выделенное для ответа на тест, контролируется в приборе тестирования и в компьютере. Студент, нажав клавишу на приборе тестирования, видит оставшееся у него время. За 5 мин. до конца тестирования прибор предупреждает студента звуковым и текстовым сообщениями. По окончании тестирования студент возвращает прибор методисту. Производится активация устройства ввода-вывода и прием собранных данных из прибора в компьютер.

Далее система сравнивает ответы студента с эталонными и выставляет оценку, которую затем заносит в итоговую зачетную ведомость. Каждую оценку система подписывает своей электронной подписью. Электронная подпись в последующем автоматически проверяется, и любое несанкционированное изменение данных в зачетной ведомости будет исключено.

Аналогов такой системы в настоящее время не существует. СГУ готов всем заинтересовавшимся данной уникальной системой оказать всестороннее содействие и консультации.”

Применить подобные методы на практике затруднительно. Причина очевидна – это слишком высокая цена построения системы с использованием таких аппаратных средств, да и это не совсем то решения проблем дистанционного тестирования.

Решение многих из перечисленных проблем может лежать в построении системы по принципу клиент/сервер, с использованием сетей Intranet/Internet. Но это противоречит возможности использования таких программ в локальном режиме. А также это противоречит пункту, касающемуся адаптации уже существующих систем. А следовательно построение подобной модели рассматриваться не будет.

В некоторых докладах вполне честно отмечается, что существует масса нерешенных проблем. Примером может являться тезисы доклада О.С. Белокрылова в “Использование курса дистанционного обучения на экономическом факультете РГУ” [14]. В них отмечено, что проведенная работа дает различные положительные результаты применения интернет-технологии. Но далее отмечается, что новационный характер продукта обусловливает наличие некоторых недоработок и негативных сторон программы. Одной из них является: “слабая защита (студенты могут использовать чужой пароль и выполнять задание под чужим именем);”.

О том же говорит С. В. Алешин, рассматривая принципы построения оболочки информационно-образовательной среды «Chopin», имеющей структуру, показанную на рисунке 1 [15].

Рисунок 1. Структура оболочки «Chopin»

Он отмечает:

“Готовые тесты хранятся в файловой системе данных (ФСД) в виде текстовых файлов Windows с расширением “tst”. Подобный формат очень удобен при практической эксплуатации системы. Система является прозрачной, логика ее работы может быть проконтролирована до самого нижнего уровня. Вместе с тем, подобная открытость создает ряд проблем в обеспечении ее безопасности. Система информационной безопасность основана на разграничении прав пользователей.”

В статье “Проблема обратной связи при дистанционном обучении.” А.Г. Оганесян отмечает, что система дистанционного образования должна иметь достаточные средства защиты от несанкционированного вмешательства и подмены реальных студентов их дублерами [16]. Далее говорится, что проблема идентификации студентов, кажется, вообще не имеет решения. Действительно, как уже отмечалось, пароли и иные атрибуты личной идентификации проблемы не решают, т.к. студент заинтересован заменить себя дублером и располагает неограниченными возможностями такой подмены. Техническое решение для ее обнаружения придумать пока не удалось. А вот организационные, похоже, есть. Выход может быть в создании постепенного контроля знаний с целью формирования трудностей для подмены проходящего тестирование дублером. Найти дублера на один экзамен намного проще, чем на весь период обучения.

В некоторых работах отмечается, что примененные системы защиты может иметь негативные стороны. В тезисах докладов Занимонец Ю.М. отмечает: “иногда чрезмерные меры защиты создавали проблемы при инсталляции и эксплуатации программного обеспечения” [17]. Следовательно, немаловажным моментом является хорошая продуманность системы защиты. В противном случае она может скорее навредить, чем принести пользу. Из этого вновь можно сделать выводы, что вопросы защиты (в области дистанционного образования) плохо проработаны.

Некоторые ученые рассматривают защиту в очень ограниченном аспекте. Н.Н. Сенцов и В.С. Солдаткин, описывая программный комплекс
тестового контроля знаний «Тест», говорят о следующем [18]:

“Каждая часть программного комплекса функционирует самостоятельно. В клиентской части нет возможности доступа к базе данных для ее изменения – это возможно из администраторской части при знании пароля доступа к базе данных. Для работы клиентской части необходима заполненная база данных тестовыми заданиями. Это должно быть заведомо сделано из части администратора.”

Таким образом, существует защита от модификации, но нет защиты от просмотра. Так же, вполне очевидно, отсутствует и защита отчетов о результатах тестирования

В некоторых статьях эта проблема не рассматривается. Весьма интересная система, описанная в статье “Автоматизированная система разработки электронных учебников.” А.А. Мицель, очевидно вообще не защищена [19]. Все это говорит о том, что эти проблемы весьма важные, но в этой области мало наработок.

Аналогично, Д.А. Жолобов, говоря о создании генератора мультимедийных учебников, отмечает, что программа должна обладать возможностью защиты данных учебника от несанкционированного доступа [20]. Но ничего не говорится о том, как реализована защита в этой системе.

Р.И. Вергазов и П.А.Гудков, описывая систему автоматизированного дистанционного тестирования, отмечают, что в сетевом варианте можно построить весьма надежную систему [21]. Существует вариант для работы системы и в локальном режиме. Но не упоминается, существуют ли защита при использовании этой системы в данном режиме.

Теперь обратимся к списку проблем, приведенному в предыдущем разделе. Проведем обзор исследований по данным вопросам в различных работах.

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

Это, пожалуй, самая сложная задача. Невозможно помешать студенту пойти к другу и попросить выполнить определенную лабораторную работу, пройти тестирование. Без применения специальной аппаратуры это практически нереально. Но, естественно, применение аппаратных средств невозможно в силу хотя бы своей цены. Следовательно, такой вариант рассматриваться не будет. По крайней мере он не реален да данном этапе состояния образования в нашей стране.

Проблема того, что студент может пойти к товарищу, а не выполнять лабораторную работу дома, практически является проблемой установки нескольких копий комплекса “виртуальная лаборатория”. А следовательно, эта проблема будет обсуждена в пункте № 2.

Вот что пишет П.С. Ложников по вопросу распознавание пользователей в системах дистанционного образования [22]:

“Сегодня остро стоит вопрос о качестве знаний, полученных с использованием технологии дистанционного образования. При очной форме обучения большинство преподавателей ведут учет посещаемости студентов. С переходом на дистанционное образование (ДО) аудитория обучаемых увеличилась в несколько раз, и учитывать посещаемость студентов проблематично. ДО предъявляет определенные требования к психологическим особенностям обучаемого. Во-первых, у него должна быть высокая устойчивая мотивация к получению образования. Во-вторых, студент достаточно четко должен представлять желаемый результат обучения. И, в-третьих, он должен понимать, что несет ответственность за знания, полученные с помощью СДО. Говорить о том, что сегодня идут на дистанционную форму обучения люди с такими психологическими данными нельзя. Большинство людей в России учится за сам факт получения диплома. И у многих утверждение о том, что ДО обеспечивает человеку свободный график обучения, ассоциируется со свободным посещением сервера СДО. В связи с этим, существует вероятность того, что при тестировании студент может посадить за компьютер вместо себя более осведомленного в предмете человека. Навигационная система ДО должна проверять, находится ли за удаленным компьютером именно тот обучаемый, за которого он себя выдает, то есть, произвести распознавание пользователя.

Каким образом сегодня решается эта проблема? Каждый поступающий на обучение в СДО человек получает свое входное имя и пароль для входа на сервер с учебными материалами. При обращении обучаемого к серверу о нем можно собирать информацию, полезную для преподавателя:

· перечень страниц, посещенных пользователем за сеанс работы;

· время, проведенное на каждой странице;

· активированные гиперссылки на данной странице;

· перечень файлов, которые были скопированы пользователем с учебного сервера;

· время тестирования;

· и др.

При необходимости администратор сервера СДО может с помощью собираемой информации восстановить любой сценарий сеанса работы какого-либо обучаемого.

Но вся собранная таким образом информация является косвенной. То есть, если в систему вошел человек по входному имени и паролю своего коллеги с целью отметиться и принять участие в тестировании, то его невозможно разоблачить. Другими словами, нужны прямые доказательства того, что данный сеанс обучения провел действительно тот пользователь, с чьим именем сопоставлены входное имя и пароль.”

Далее в статье идет речь о распознавании пользователей с применением дополнительного аппаратного обеспечения. Предлагается использовать такие биометрические характеристики человека, как отпечаток пальца, геометрия руки, радужная оболочка глаза, сетчатка глаза, голос, геометрия лица, что для нас не представляет интереса.

Более интересным является направление, обозначенное в статье как распознавание пользователей с использованием дополнительного программного обеспечения. Развитие исследования данного вопроса мы можем найти в пособии “Как защитить информацию” (глава “Идентификация пользователя: СВОЙ – ЧУЖОЙ?”) [23]. Вот основные идеи, излагаемые в этом руководстве:

“Почерк уникален, это знают все. Но немногие догадываются, что в общении с компьютером индивидуальность пользователя проявляется также: скорость, привычка использовать основную или дополнительную часть клавиатуры, характер «сдвоенных» и «строенных» нажатий клавиш, излюбленные приемы управления компьютером…, с помощью которых можно выделить конкретного человека среди всех работавших на данной машине. И ничего удивительного, – это сродни способности меломанов различать на слух пианистов, исполняющих одно произведение. Как же выявить индивидуальные особенности клавиатурного почерка? Также, как и при графологической экспертизе: нужны эталонный и исследуемый образцы текста. Лучше, если их содержание будет одинаковым (так называемая, парольная или ключевая фраза). Разумеется, по двум-трем, даже по десяти нажатым клавишам отличить пользователя невозможно, нужна статистика.

При наборе ключевой фразы компьютер позволяет зафиксировать много различных параметров, но для идентификации наиболее удобно использовать время, затраченное на ввод отдельных букв. А повторив ввод фразы несколько раз, в результате будем иметь множество временных интервалов для каждого символа. На базе полученных значений всегда можно рассчитать среднее время ввода каждого символа, допустимое отклонение от среднего, и хранить эти результате в качестве эталонов для каждого пользователя.

Уникальные особенности клавиатурного почерка выявляются двумя методами: по набору ключевой фразы или по «свободному» тексту. Каждый обязательно имеет режимы настройки и идентификации. При настройке определяются и запоминаются эталонные характеристики ввода пользователем ключевых фраз, например, время, затраченное на отдельные буквы. А в режиме идентификации, после исключения грубых ошибок, эталонное и полученное множества сопоставляются (проверяется гипотеза о равенстве их центров распределения).”

Далее в руководстве излагаются соответствующие алгоритмы для настройки и организации идентификации системы, использующей анализ клавиатурного подчерка, движений мышки. Применительно к системам дистанционного обучения, использование подобного метода могло бы дать возможность выявления ситуации, когда за компьютер сядет другой человек. Хотя приведенные в статье методы интересны, но они достаточно ненадежны, а исследование в этом направлении потребует отдельной работы. Для обучения системы необходимо определенное время. В случае студента этого времени практически нет, да и при своей работе ему придется вводить совсем немного текстовых данных. Движения мышки в такой системе анализировать будет сложно.

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. Студент получает возможность неограниченного количества попыток прохождения тестирования и выбора из них попытки с наилучшим результатом.

Применение различных ухищрений при хранении информации о проделанной студентом работе. Решить эту проблему не просто. В любом случае невозможно узнать, что студент установил пакет программ дистанционного обучения на двух компьютерах, а затем использует один для тренировки и подбора правильных ответов, а второй уже для тестирования. При чем он может поступить проще и воспользоваться программой для создания множества виртуальных машин на одной физической. Такой программой, например, являетсяWMware [24]. Или может создать одну виртуальную машину и установить на ней программу, производящую тестирования. А затем, если результат прохождения тестирования его не будет устраивать, он сможет восстановить предыдущее состояние всей виртуальной системы, просто сделав откат. Это, например, позволяет произвести уже упомянутая ранее программа WMware. Т.е., фактически, используя такую программу, студент имеет возможность создавать “моментальный слепок” всего компьютера. Что позволяет ему необходимо вернуться к предыдущему состоянию.

Одним из методом решения данной проблемы может стать использование индивидуальной дискеты студента. Идея здесь та же, что и использовалась при защите программного обеспечения от несанкционированного копирования. Сейчас для этих целей все чаше используется технология электронных ключей (Hasp и т.д.). Смысл в том, что дискета форматируется, а затем используется особым образом. Т.е. работать с такой дискетой может только специальный набор программ. Стандартными методами такую дискету нельзя ни скопировать, ни просмотреть информацию на ней, так как она хранится в особом формате. Работать с такой дискетой могут только программы, входящие в состав системы дистанционного обучения. Без ключевой дискеты система работать не будет. На этой дискете можно отмечать количество попыток тестирование и т.д., тем самым решая рассматриваемую проблему.

Но эта технология не является решением проблемы. Посмотрим, что, например, говорится в электронном пособии по борьбе с хакерами о некоторых таких системах [23]:
“Система JAWS.

Ключевая информация в системе располагается на дорожке 0 инженерного цилиндра с номером 42. Автор системы защиты от копирования JAWS утверждает, что созданные дискеты не копируются программой COPYWRIT. Это утверждение не соответствует действительности. Дискета копируется программой COPYWRIT, если указать максимальный номер копируемого цилиндра, равным 42.
Система НОТА.

Авторы этой системы также решили расположить информацию о защите в области инженерных цилиндров. В отличие от системы JAWS они решили использовать дорожку 0 цилиндра 41. Однако программа COPYWRIT также успешно копируют эту дискету.
Система SHIELD

Авторы системы SHIELD не пошли проторенным путем использования инженерного цилиндра и нарушения CHRN. Они использовали свободное пространство на дорожке 0 цилиндров 0, 1 и 2 для размещения ключевой информации. Дискета не копируется напрямую программой COPYWRIT. Однако после копирования программой COPYWRIT достаточно обработать данные программой DISK EXPLORER и Вы имеете работоспособную копию.
Система BOARD.
На дискете применяется метод форматирования с длиной 1. Также применяется метод увеличения длины последнего сектора, для запутывания программ COPYIIPC и COPYWRIT. Применяемый формат имеет следующие характеристики. Формат одинаков для цилиндров 0 и 41. Выполняется форматирование на 11 секторов с N=1, GAP=255 и символом заполнителем формата “X”. Первые 9 секторов имеют стандартные R от 1 до 9 и N=2. Предпоследний CHRN имеет R=11 и N=6. У последнего сектора поля CHRN соответственно равны 123, 17, 249 и 7. Полученный формат при работе с секторами от 1 до 9 имеет “отрицательный” GAP3, так как форматирование выполняется с кодом длины 1, а операции с секторами выполняются с кодом длины 2. При этом CRC сектора залезает на SYNC адресного маркера идентификатора следующего сектора. В первом секторе цилиндра 41 записывается ключевая информация, а сектора 2, 3, … , 9 заполняются символами F6h, что должно маскировать их под обычный формат. Вместе с тем, авторы проверяют из всего объема ключевой информации только информацию из первого сектора на цилиндре 41. Поэтому при копировании достаточно завести обычный сектор с номером 1 на 41 цилиндре и переписать туда ключевую информацию. Авторы не использовали дополнительных возможностей контроля ключевой информации. Анализ данных при чтении предпоследнего сектора на ключевых дорожках позволяет контролировать размер GAP3 и символ заполнитель, использованные при форматировании, а также CHRN последнего сектора на дорожке и длину дорожки. ”
Описание многих других систем здесь опушено, так как в целом они схожи с уже описанными. Как видно, использование данного подхода не решает проблему. Достаточно легко воспользоваться специализированными программами копирования или создать свой аналог. Отсюда можно сделать вывод, что разработка системы с использованием ключевой дискеты не рациональна. Подобный подход также повлечет массу сложностей. Например, не ясно, что делать в случае утери или порчи дискеты. Но, по всей видимости, в этом случае студенту придется проходить тестирование еще один раз, что явно неприемлемо.
Можно сделать вывод, что без использования специальных аппаратных средств, данная проблема также не имеет достаточно удовлетворительного решения. Но к ее решению можно постараться приблизиться, используя специфические методы хранения состояния (например в реестре и т.п.) и тем самым усложняя процесс махинации. Но в общем случае это опять не даст результата, если студент воспользуется виртуальной машиной, созданной, например, программой WMware.
3. Существует возможность создания универсального редактора файлов результатов тестирования. Он может использоваться студентом для корректировки оценок выставленных программой тестирования.
Здесь можно было воспользоваться идеей ключевой дискеты для сохранения результата. Тем самым модификация результата стала бы весьма затруднительной. Но этот метод имеет одно ограничение, которое делает его практически непригодным. Это необходимость использования для передачи результата дискеты. Т.е. вместо того, чтобы просто отослать результат по сети, придется доставлять его на дискете.
Но есть другой метод. Это использование шифрования с открытым ключом. Для краткого ознакомления с шифрованием с использования открытого ключа обратиться к книге Баpичева Сеpгея “Kpиптогpафия без секретов” [25]:
“Как бы ни были сложны и надежны криптографические системы – их слабое место при практической реализации – проблема распределения ключей. Для того, чтобы был возможен обмен конфиденциальной информацией между двумя субъектами ИС, ключ должен быть сгенерирован одним из них, а затем каким-то образом опять же в конфиденциальном порядке передан другому. Т.е. в общем случае для передачи ключа опять же требуется использование какой-то криптосистемы.

Для решения этой проблемы на основе результатов, полученных классической и современной алгеброй, были предложены системы с открытым ключом.

Суть их состоит в том, что каждым адресатом ИС генерируются два ключа, связанные между собой по определенному правилу. Один ключ объявляется открытым, а другой закрытым. открытый ключ публикуется и доступен любому, кто желает послать сообщение адресату. секретный ключ сохраняется в тайне.

Исходный текст шифруется открытым ключом адресата и передается ему. зашифрованный текст в принципе не может быть расшифрован тем же открытым ключом. Дешифpование сообщение возможно только с использованием закрытого ключа, который известен только самому адресату.

криптографические системы с открытым ключом используют так называемые необратимые или односторонние функции, которые обладают следующим свойством: при заданном значении x относительно просто вычислить значение f(x), однако если y=f(x), то нет простого пути для вычисления значения x.

Множество классов необратимых функций и порождает все разнообразие систем с открытым ключом. Но не всякая необратимая функция годится для использования в реальных ИС.

В самом определении необратимости присутствует неопределенность. Под необратимостью понимается не теоретическая необратимость, а практическая невозможность вычислить обратное значение, используя современные вычислительные средства за обозримый интервал времени.

Поэтому чтобы гарантировать надежную защиту информации, к системам с открытым ключом (СОК) предъявляются два важных и очевидных требования:

1. преобразование исходного текста должно быть необратимым и исключать его восстановление на основе открытого ключа.

2. определение закрытого ключа на основе открытого также должно быть невозможным на современном технологическом уровне. при этом желательна точная нижняя оценка сложности (количества операций) раскрытия шифра.

Алгоритмы шифрования с открытым ключом получили широкое распространение в современных информационных системах. Так, алгоритм RSA стал мировым стандартом де-факто для открытых систем.

Вообще, все предлагаемые сегодня криптосистемы с открытым ключом опираются на один из следующих типов необратимых преобразований:

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.

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.

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.

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.

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 Tk 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 mi криптограмму и сравнить di с d. То сообщение, для которого di = 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 Zp. У пользователя A есть секретный ключ a и открытый ключ y, где y = ga (mod p). Предположим, что пользователь B желает послать сообщение m пользователю A. Сначала B выбирает случайное число k, меньшее p. Затем он вычисляет

y1 = gk (mod p) и y2 = m Е (yk (mod p)),

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

После получения шифрованного текста пользователь A вычисляет

m = (y1a 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 yk (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 pA и qA , вычисляет nA = pAqA и выбирает число dA, такое что НОД(dA, j(nA)) = 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 eA, такую, что dAЧeA = 1 (mod j(nA)), и размещает в общедоступной справочной таблице пару (eA, nA), являющуюся открытым ключом пользователя A.
Теперь пользователь B, желая передать сообщение пользователю A, представляет исходный текст

x = (x0, x1, …, xn-1), x О Zn , 0 Ј i < n, по основанию nA: N = c0+c1 nA+.... Пользователь В зашифровывает текст при передаче его пользователю А, применяя к коэффициентам сi отображение : , получая зашифрованное сообщение N. В силу выбора чисел dA и eA, 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 nA = pAqA. 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
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.

Private Sub Edit_Click()

orm1.ole_doc.DoVerb

End Sub

Private Sub Form_Load()

Form1.ole_doc.Format = “Rich Text Format”

End Sub

Private Sub Load_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

Private Sub Save_Click()

Dim msg

Form1.ole_doc.DoVerb vbOLEDiscardUndoState

msg = Form1.ole_doc.DataText

Open “c:temptemp.rtf” For Output As #1

Print #1, msg

Close #1

End Sub

Private Sub ViewResult_Click()

Open “c:tempresult.txt” For Input As #1

Dim n As Integer

Input #1, n

Close #1

result = n

End Sub

Рисунок 8. Интерфейс АРМ преподавателя

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.

Private Sub SaveResult(a)

Open “c:tempresult.txt” For Output As #1

Print #1, a

Close #1

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”

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

Рисунок 9. Интерфейс АРМ студента

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.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие вычислительной техники открыло перед человеком огромное количество новых возможностей. Вычислительная техника нашла применение практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Но, как и любой другой предмет, который нас окружает, вычислительную технику можно использовать как во благо, так и во вред. Всегда есть категория людей, имеющих корыстные интересы, и готовых для их достижения пойти на все, не считаясь ни с интересами других, ни с законами. Так, в последнее время много проблем разработчикам программного обеспечения доставляет незаконное копирование и распространение программ (так называемое программное пиратство). К проблемам компьютерной индустрии также можно отнести постоянно совершенствующиеся программные вирусы, от которых порой лихорадит весь мир. Постоянные попытки взлома хакерами различных сетей и систем вынуждают создавать все более и более мощные средства защиты. Это лишь часть всего того, что причиняет сегодня вред разработчикам программного обеспечения и их пользователям. На борьбу с вредоносными программами (вирусами) тратятся огромные материальные ресурсы. Но пока значительных и радикальных побед на этом поле битвы не достигнуто. Это, в принципе, не удивительно, так как компьютерная индустрия находится на этапе становления. Кроме того, эта часть рынка позволяет получать сверхприбыли. Примером может служить компания Microsoft, которая за несколько лет из маленькой группы разработчиков превратилась в огромную корпорацию, получающую огромные доходы. Следовательно, если есть сверхприбыли, то есть и желающие незаконным путем получить их часть. Таким образом, защита информации сейчас являются одной из наиболее важных проблем развития информационных технологий. В связи со сказанным ранее, вопросы защиты информации и были выбраны мною в качестве тематики диссертационной работы.

Естественно, что проблемы, связанные с защитой информации, многогранны. И в своей работе я хочу затронуть и попытаться и решить только небольшую их часть, выбрав в качестве направления своей работы защиту систем, используемых в монопольном режиме, вне доверительной среды. Объектами исследования являться системы дистанционного обучения. Эти системы выбраны благодаря тому, что являются удачным примером программ, работающих в режиме монопольного доступа. Именно в таком режиме работает большинство систем дистанционного обучения. Под монопольным доступом понимается возможность пользователя совершать с программой любые действия, без возможности контроля со стороны. Для этих систем характерны такие задачи по информационной безопасности, как защита от несанкционированного копирования, от модификации программного кода в интересах пользователя, сокрытие от пользователя части информации и ряд других. Многие из этих задач весьма актуальны для систем дистанционного обучения и тестирования.

В настоящее время большинство специалистов в области образования возлагают надежды на современные персональные компьютеры, рассчитывая с их помощью существенно повысить качество обучения в массовых масштабах, особенно при организации самостоятельной работы и внешнем контроле [1, 2, 3]. Но при осущест-влении этой задачи возникает множество проблем. Одна из них состоит в том, что в разработках автоматизированных системах дистанционного обучения (АСДО) нет никакой системы, никакого объединяющего начала, вследствие чего все АСДО являются уникальными, разрозненными, не сопряженными друг с другом ни по каким параметрам. Отсюда следует дублирование разработок электронных учебников, их высокая цена при не всегда гарантированном качестве, трудности организации внешнего контроля, а также неясность вопросов, относящихся к дидактической эффективности компьютерного обучения вообще, слабая интеграция традиционных учебников с компьютерными и многие другие. Все эти трудности, с которыми приходится сталкиваться разработчикам любых компьютерных обучающих систем, составляют «узкое» место в компьютеризации обучения. Не устранив его, трудно надеяться на успешное выполнение программы, представленной в проекте [4], где запланировано «создание и эффективное использование единой образовательной среды на компьютерной основе» и перечислены задачи, являющиеся первоочередными в выполнении программы. Например, одна из задач сформулирована следующим образом: «Создание, распространение и внедрение в учебный процесс современных электронных учебных материалов, их интеграция с традиционными учебными пособиями, а также разработка средств поддержки и сопровождения. Обеспечение качества, стандартизация и сертификация средств информационных технологий учебного назначения» [4]. Совершенно очевидно, что эффективность выполнения программы непосредственно зависит от того, насколько успешно будут преодолены трудности.

Очень важной проблемой в области организации самостоятельной работы и, особенно, компьютерного внешнего контроля является слабая защищенность образовательного программного обеспечения от «взлома» с целью доступа к правильным ответам и подделки результатов контроля [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]. Эта проблема вытекает из того, что в основном современные контролирующие системы строятся на антропоморфном принципе, суть которого применительно к автоматизации обучения заключается в использовании памяти компьютера для хранения эталонных ответов вместе с заданиями. Как правило, они шифруются, но, как показывает практика, их всегда можно расшифровать. Эта проблема особенно остро встала с появлением в России дистанционных технологий обучения, где внешний контроль знаний осуществляется в основном компьютером в отсутствие преподавателя.

Существует также проблема защиты обучающего программного обеспечения от модификации его кода, с целью изменения алгоритма оценивания результатов тестирования или другого кода. Слабая защищенность от «взлома» любых антропоморфных контролирующих систем создает трудности при проведении контроля в системах дистанционного образования. Внешний контроль на расстоянии исключен, так как никто не может гарантировать, что контролирующие программы не были «взломаны» в процессе выполнения контрольной работы. В связи с этим, экзамен возможен лишь за счет выезда преподавателя к месту встречи с «дистанционщиками». Но и в этом случае объективность не гарантируется, так как благодаря наличию ответов в контролирующей программе, преподаватель может не только пользоваться инструкциями по проведению экзамена, но и проявлять собственную инициативу, по своему усмотрению распоряжаясь имеющейся у него информацией об эталонных ответах. Кроме того, из-за выездов преподавателей падает качество обучения студентов очной системы образования. В последнее время появилась новая форма экзамена, которую многие называют «распределенной» или «разнесенной» формой. Этот подход позаимствован у студентов заочной формы обучения. В этом случае студентам, обучающимся по дистанционной технологии, высылают только экзаменационные вопросы (без ответов). Студенты на них отвечают и высылают свои результаты в центр дистанционного обучения. Там они проверяются, и студентам сообщаются результаты. Такая форма обеспечивает достаточную объективность экзамена, но не пользуется популярностью, так как студенты хотят знать свои результаты сразу после экзамена, а не через несколько дней, потому что, в случае неудовлетворительной оценки, они смогут пересдать экзамен не сразу, а лишь спустя некоторое (довольно длительное) время.

Таким образом, исследование методов создания системы защиты программ дистанционного обучения имеют большое практическое значение. Но в связи с тем, что дистанционное образование находится в стадии становления в нашей стране, проблемы защиты практически не проработаны. В данной работе будут исследованы методы и предложено несколько подходов для создания интегрируемой системы защиты дистанционных образовательных систем.

Целью настоящей работы является анализ методов защиты информации без исполь-зования вспомогательных аппаратных средств и создание интегрируемого пакета программных модулей для защиты систем функционирующих в монопольном режиме вне доверенной вычислительной среды.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе на примере АСДО сформулированы и решены следующие задачи:

1) Выделены основные ключевые объекты, подлежащие защите.

2) Разработаны методы защиты АСДО вне доверенной вычислитель-ной среды от массовых попыток модификации кода.

3) Разработаны методы защиты данных для систем обучения и контроля знаний вне доверенной вычислитель-ной среды.

4) Проведен анализ и предложены возможные способы применения разработанных методов.

5) На основе данных методов разработан набор программных модулей защиты, предназначенных для интегрирования в системы дистанционного обучения.

Актуальность работы обусловлена тем, что с развитием компьютерных технологий в образовательном процессе появилась необходимость в создании эффективных систем обучения, самоконтроля, внешнего контроля и защиты информации.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1) Предложен метод защиты программ путем шифрования исполняемых файлов, основанный на использовании множества уникальных полиморфных алгоритмов.

2) Предложен метод организации защиты информации и ее обмена с применением идеологии открытого ключа, основанной на полиморфных алгоритмах.

3) Отказ от использования аппаратных средств.

4) Создание единого набора интегрируемых программных модулей для интеграции в различные системы дистанционного обучения.

Методы исследования базируются на анализе работ, посвященных вопросам защиты информации, и на работах, связанных с защитой обучающих программных комплексов.

Практическая ценность:

1. Разработаны эффективные методы защиты систем дистанционного обучения вне доверенной вычислительной среды.

2. Основываясь на разработанном методе полиморфных алгоритмах шифрования, были предложены механизмы, препятствующие созданию универсальных средств обхода системы защиты.

3. Разработанные методы не нуждаются в аппаратных средствах для своей реализации.

4. Возможность легкой интеграции созданной системы защиты в уже существующие программные комплексы дистанционного обучения.

Внедрение разработки:

Разработанная система защиты была интегрирована в программный комплекс Aquarius Education 4.0, созданный на кафедре АТМ под руководством Юхименко Александра и представляющий собой систему автоматизированного тестирования.

Апробация работы.

Все вопросы, относящиеся к теме диссертации, обсуждались на различных кон-ференциях:

1. Построение защиты в системе контроля и передачи знаний. Печатный Сборник докладов международной научной конференции ММТТ-Дон. РГХАСМ, Ростов-на-Дону, 2002. 2 стр.

2. Система интеграции защиты информации для пакетов автономного дистанционного обучения. Печатный Сборник докладов международной научной конференции ММТТ-Дон. РГХАСМ, Ростов-на-Дону, 2003. 2 стр.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.

В первой главе рассмотрены трудности разработки автоматизированных систем дистанционного обучения с точки зрения их защиты. Проведен обзор публикаций по данной тематике, выделены задачи, возлагаемые на разрабатываемую систему защиты.

Во второй главе предложены методы реализации требований, предъявленных системе защиты. Выбраны объекты защиты, рассмотрены асимметрические методы шифрования и предложен адаптированный метод для разрабатываемой системы.

В третьей главе внимание уделено непосредственно реализации системы защиты. Выбраны средства разработки, рассмотрен процесс создания компонентов системы защиты.

Четвертая глава описывает возможности разработанной системы и содержит руководство программиста по ее использованию, ряд примеров. Также даны общие рекомендации по интеграции разработанной системы.

В заключении подведены итоги проделанной работы.

В приложении приведен исходный текст модуля защиты.

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

Заказать похожую работу

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?

Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

Понравилась эта работа?

Помогаем с подготовкой сопроводительных документов

Совместно разработаем индивидуальный план и выберем тему работы Подробнее

Помощь в подготовке к кандидатскому экзамену и допуске к нему Подробнее

Поможем в написании научных статей для публикации в журналах ВАК Подробнее

Структурируем работу и напишем автореферат Подробнее

Хочешь уникальную работу?

Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все

Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)

#Кандидатские #Магистерские

164 Выполненных работы

Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все

Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.

#Кандидатские #Магистерские

55 Выполненных работ

Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все

Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.

#Кандидатские #Магистерские

37 Выполненных работ

Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все

Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.

#Кандидатские #Магистерские

11 Выполненных работ

Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все

Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой

#Кандидатские #Магистерские

33 Выполненных работы

Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все

Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)

#Кандидатские #Магистерские

76 Выполненных работ

Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все

Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.

#Кандидатские #Магистерские

39 Выполненных работ

Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все

#Кандидатские #Магистерские

551 Выполненная работа