Безопасность операционных систем

     Второй  недостаток, который представляется основным, состоит в том, что права  доступа существуют отдельно от данных. Ничто не мешает пользователю, имеющему доступ к секретной информации, записать ее в доступный всем файл или заменить полезную утилиту ее "троянским" аналогом. Подобная "разделенность" прав и данных существенно осложняет проведение несколькими системами согласованной политики безопасности и, главное, делает практически невозможным эффективный контроль согласованности.

     Возвращаясь к вопросу представления матрицы доступа, укажем, что для этого можно использовать также функциональный способ, когда матрицу не хранят в явном виде, а каждый раз вычисляют содержимое соответствующих клеток. Например, при принудительном управлении доступом применяется сравнение меток безопасности субъекта и объекта.

     Удобной надстройкой над средствами логического  управления доступом является ограничивающий интерфейс, когда пользователя лишают самой возможности попытаться совершить несанкционированные действия, включив в число видимых ему объектов только те, к которым он имеет доступ. Подобный подход обычно реализуют в рамках системы меню (пользователю показывают лишь допустимые варианты выбора) или посредством ограничивающих оболочек, таких как restricted shell в ОС Unix.

     Рисунок 1. Схема модели Харрисона, Руззо и Ульмана

     При принятии решения о предоставлении доступа обычно анализируется следующая информация:

1. идентификатор субъекта (идентификатор пользователя, сетевой адрес компьютера и т.п.). Подобные идентификаторы являются основой произвольного (или дискреционного) управления доступом;
2. атрибуты субъекта (метка безопасности, группа пользователя и т.п.). Метки безопасности – основа мандатного управления доступом.

     Непосредственное  управление правами доступа осуществляется на основе одной из моделей доступа:

• матричной модели доступа (модель Харрисона-Руззо-Ульмана);
• многоуровневой модели доступа (модель Белла-Лападулы).

     Разработка  и практическая реализация различных  защищенных ОС привела Харрисона, Руззо  и Ульмана к построению формальной модели защищенных систем. Схема модели Харрисона, Руззо и Ульмана (HRU-модели) приведена на рис. 1. 
 

     3. ЗАЩИТА В ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ UNIX 

     Операционная  система Unix относится к категории многопользовательских многопрограммных ОС, работающих в режиме разделения времени. Богатые возможности, заложенные в ОС Unix, сделали ее наиболее популярной в мире. ОС Unix поддерживается практически на всех типах ЭВМ.

     Организация работ в ОС Unix основана на понятии последовательного процесса как единицы работы, управления и потребления ресурсов. Взаимодействие процессов внутри ядра (процесс вызывает ядро как подпрограмму) происходит по принципу сопрограмм. Последовательность вычислений внутри процесса строго выдерживается: процесс, в частности, не может активизировать ввод-вывод и продолжать вычисление параллельно с ним. В этом случае требуется создать параллельный процесс.

     Ядро  ОС Unix состоит из двух основных частей: управления процессами и управления устройствами. Управление процессами резервирует ресурсы, определяет последовательность выполнения процессов и принимает запросы на обслуживание. Управление устройствами контролирует передачу данных между ОП и периферийными устройствами.

     В любой момент времени выполняется  либо программа пользователя (процесс), либо команда ОС. В каждый момент времени лишь один пользовательский процесс активен, а все остальные приостановлены. Ядро ОС Unix служит для удовлетворения потребностей процессов.

     Процесс – это программа на этапе выполнения. В некоторый момент времени программе могут соответствовать один или несколько процессов, или не соответствовать ни одного. Считается, что процесс является объектом, учтенным в специальной таблице ядра системы. Наиболее важная информация о процессе хранится в двух местах: в таблице процессов и в таблице пользователя, называемой также контекстом процесса. Таблица процессов всегда находится в памяти и содержит на каждый процесс по одному элементу, в котором отражается состояние процесса: адрес в памяти или адрес свопинга, размер, идентификаторы процесса и запустившего его пользователя. Таблица пользователя существует для каждого активного процесса и к ней могут непосредственно адресоваться только программы ядра (ядро резервирует по одному контексту на каждый активный процесс). В этой таблице содержится информация, требуемая во время выполнения процесса: идентификационные номера пользователя и группы, предназначенные для определения привилегий доступа к файлам, ссылки на системную таблицу файлов для всех открытых процессом файлов, указатель на индексный дескриптор текущего каталога в таблице индексных дескрипторов и список реакций на различные ситуации. Если процесс приостанавливается, контекст становится недоступным и немодифицируемым.

     Каталоги  файловой системы ОС Unix "спрятаны" от пользователей и защищены механизмами ОС. Скрытой частью файловой организации в ОС Unix является индексный дескриптор файла, который описывает расположение файла, его длину, метод доступа к файлу, даты, связанные с историей создания файла, идентификатор владельца и т.д.

     Работа  с таблицами является привилегией  ядра, что обеспечивает сохранность и безопасность системы.

     При взаимодействии с ОС Unix пользователь может обращаться к большому числу информационных объектов или файлов, объединенных в каталоги. Файловая система ОС Unix имеет иерархическую структуру.

     В ОС Unix используется четыре типа файлов: обычные, специальные, каталоги, а в некоторых версиях ОС и FIFO-файлы (First In – First Out). Обычные файлы содержат данные пользователей. Специальные файлы предназначены для организации взаимодействия с устройствами ввода-вывода. Доступ к любому устройству реализуется как обслуживание запроса к специальному (дисковому) файлу. Каталоги используются системой для поддержания файловой структуры. Особенность каталогов состоит в том, что пользователь может читать их содержимое, но выполнять записи в каталоги (изменять структуру каталогов) может только ОС. В ОС Unix, организуются именованные программные каналы, являющиеся соединительным средством между стандартным выводом одной программы и стандартным вводом другой.

     Схема типичной файловой системы ОС Unix приведена на рис. 2. Рассмотрим основные механизмы защиты данных, реализованные в ОС Unix.

     Рисунок 2. Схема файловой системы ОС Unix 

     Управление  доступом к системе. При включении пользователя в число абонентов ему выдается регистрационное имя (идентификатор) для входа в систему и пароль, который служит для подтверждения идентификатора пользователя. В отдельных версиях ОС Unix, помимо идентификатора и пароля, требуется ввод номера телефона, с которого выполняется подключение к системе. Администратор системы и пользователь могут изменить пароль командой passwd. При вводе этой команды ОС запрашивает ввод текущего пароля, а затем требует ввести новый пароль. Если предложенный пароль не удовлетворяет требования системы, то запрос на ввод пароля может быть повторен. Если предложенный пароль удовлетворителен, ОС просит ввести его снова, чтобы убедиться в корректности ввода пароля.

     Пользователи, которым разрешен вход в систему, перечислены в учетном файле пользователей /etc/passwd. Этот текстовый файл содержит следующие данные: имя пользователя, зашифрованный пароль, идентификатор пользователя, идентификатор группы, начальный текущий каталог и имя исполняемого файла, используемого в качестве интерпретатора команд. Пароль шифруется, как правило, с использованием DES-алгоритма.

     Управление  доступом к данным. Операционная система Unix поддерживает для любого файла комплекс характеристик, определяющих санкционированность доступа, тип файла, его размер и точное местоположение на диске. При каждом обращении к файлу система проверяет право пользоваться им. Операционная система Unix допускает выполнение трех типов операций над файлами: чтение, запись и выполнение. Чтение файла означает, что доступно его содержимое, а запись – что возможны изменения содержимого файла. Выполнение приводит либо к загрузке файла в ОП, либо к выполнению содержащихся в файле команд системного монитора Shell. Разрешение на выполнение каталога означает, что в нем допустим поиск с целью формирования полного имени на пути к файлу. Любой из файлов в ОС Unix имеет определенного владельца и привязан к некоторой группе. Файл наследует их от процесса, создавшего файл. Пользователь и группа, идентификаторы которых связаны с файлом, считаются его владельцами.

     Идентификаторы  пользователя и группы, связанные с процессом, определяют его права при доступе к файлам. По отношению к конкретному файлу все процессы делятся на три категории:

1. владелец файла (процессы, имевшие идентификатор пользователя, совпадающий с идентификатором владельца файла);
2. члены группы владельца файла (процессы, имеющие идентификатор группы, совпадающий с идентификатором группы, которой принадлежит файл);
3. прочие (процессы, не попавшие в первые две категории).

     Владелец  файла обладает одними привилегиями на доступ к нему, члены группы, в которую входит файл – другими, все остальные пользователи – третьими. Каждый файл содержит код защиты, который присваивается файлу при его создании. Код защиты располагается в индексном дескрипторе файла и содержит десять символов, причем первый символ определяет тип файла, а последующие девять – право на доступ к нему. Три вида операций (чтение, запись и выполнение) и три категории (уровни привилегий на доступ: владельцев, групп и прочих пользователей) дают в совокупности девять возможных вариантов разрешений или запретов на доступ к файлу. Первые три символа определяют возможности чтения (r), записи (w) и выполнения (е) на уровне владельца, следующие три – на уровне группы, в которую входит владелец, и последние три – на уровне остальных пользователей. Наличие символов r, w и e указывает на соответствующее разрешение.

     Если  процесс требует доступа к  файлу, то сначала определяется категория, в которую по отношению к этому файлу он попадает. Затем из кода защиты выбираются те три символа, которые соответствуют данной категории, и выполняется проверка: разрешен ли процессу требуемый доступ. Если доступ не разрешен, системный вызов, посредством которого процесс сделал запрос на доступ, отвергается ядром ОС.

     По  соглашению, принятому в ОС Unix, привилегированный пользователь имеет идентификатор, равный нулю. Процесс, с которым связан нулевой идентификатор пользователя, считается привилегированным. Независимо от кода защиты файла привилегированный процесс имеет право доступа к файлу для чтения и записи. Если в коде защиты хотя бы одной категории пользователей (процессов) есть разрешение на выполнение файла, привилегированный процесс тоже имеет право выполнять этот файл.

     С помощью специальных команд владелец файла (привилегированный пользователь) может изменять распределение привилегий. Команда Change mode позволяет изменить код защиты, команда Change owner меняет право на владение фай-лом, а команда Change group – принадлежность к той или иной группе. Пользователь может изменять режимы доступа только для файлов, которыми он владеет.

     Защита  хранимых данных. Для защиты хранимых данных в составе ОС Unix имеется утилита crypt, которая читает данные со стандартного ввода, шифрует их и направляет на стандартный вывод. Шифрование применяется при необходимости предоставления абсолютного права владения файлом.

     Восстановление  файловой системы. Операционная система Unix поддерживает три основных набора утилит копирования: программы volcopy/labelit, dump/restor и cpio. Программа volсору целиком переписывает файловую систему, проверяя с помощью программы labelit соответствие меток требуемых томов. Программа dump обеспечивает копирование лишь тех файлов, которые были записаны позднее определенной даты (защита накоплением). Программа restor может анализировать данные, созданные программой dump, и восстанавливать отдельные файлы или всю файловую систему полностью. Программа cpio предназначена для создания одного большого файла, содержащего образ всей файловой системы или какой-либо ее части.

     Для восстановления поврежденной, например, в результате сбоев в работе аппаратуры файловой системы используются программы fsck и fsdb.

     За  сохранность файловой системы, адаптацию  программного обеспечения к конкретным условиям эксплуатации, периодическое копирование пользовательских файлов, восстановление потерянных данных и другие операции ответственность возложена на администратора системы.

     Усложненное управление доступом. В составе утилит ОС Unix находится утилита cron, которая предоставляет возможность запускать пользовательские программы в определенные моменты (промежутки) времени и, соответственно, ввести временные параметры для ограничения доступа пользователей. Для управления доступом в ОС Unix также применяется разрешение установки идентификатора владельца. Такое раз-решение дает возможность получить привилегии владельца файла на время выполнения соответствующей программы. Владелец файлов может установить режим, в котором другие пользователи имеют возможность назначать собственные идентификаторы режима.