Аутентификация

Понятно, что если права доступа выделяются на основе машинного идентификатора пользователя, то возникает отдельная проблема установления соответствия между этим машинным идентификатором и реальным человеком. Такое соответствие не обязано быть взаимно однозначным: один человек может иметь несколько идентификаторов или наоборот, несколько человек могут пользоваться одним идентификатором. Тем не менее, способ установления такого соответствия необходим.
По-английски процесс входа в систему называется login (log in) и происходит от слова log, которое обозначает регистрационный журнал или процесс записи в такой журнал. В обычном английском языке такого слова нет, но в компьютерной лексике слова login и logout прижились очень прочно.
Наиболее точным переводом слова login является регистрация. Соответственно, процесс выхода называется logout. Его точная русскоязычная калька — разрегистрация — к сожалению, очень неблагозвучна.
Теоретически можно придумать много разных способов идентификации, например, с использованием механических или электронных ключей или даже тех или иных биологических параметров, например, рисунка глазного дна. Однако подобные способы требуют специальной и зачастую довольно дорогой аппаратуры. Наиболее широкое распространение получил более простой метод, основанный на символьных паролях.
Пароль представляет собой последовательность символов. Предполагается, что пользователь запоминает ее и никому не сообщает. Этот метод хорош тем, что для его применения не нужно никакого дополнительного оборудования — только клавиатура, которая может использоваться и для других целей. Но этот метод имеет и ряд недостатков.
Использование паролей основано на следующих трех предположениях:

• пользователь может запомнить пароль;
• никто не сможет догадаться, какой пароль был выбран;
• пользователь никому не сообщит свой пароль.

Последнее предположение кажется разумным: если человек может добровольно кому-то сообщить свой пароль, с примерно той же вероятностью этот человек может сам сделать пакость. Впрочем, человека можно заставить "выдать" пароль. Однако зашита от таких ситуаций требует мер, которые не могут быть обеспечены на уровне операционной системы.
Если вдуматься, первые два требования отчасти противоречат друг другу. Количество легко запоминаемых паролей ограничено и перебрать все такие пароли оказывается не так уж сложно. Этот вид атаки на систему безопасности известен как словарная атака (dictionary attack) и при небрежном отношении пользователей к выбору паролей и в ряде других ситуаций, которые будут обсуждаться далее, представляет большую опасность.

Словарная атака в исполнении червя Морриса
Возможности словарной атаки впервые были продемонстрированы в 1987 году молодым тогда студентом Робертом Моррисом [КомпьютерПресс 1991]. Разработанная им программа — "червь Морриса" — использовала словарную атаку и последующий вход в систему с подобранным паролем как один из основных способов размножения. Червь использовал для распространения и другие приемы, продемонстрировавшие не только специфические изъяны тогдашних ОС семейства Unix, но и несколько фундаментальных проблем компьютерной безопасности, поэтому мы еще несколько раз будем возвращаться к обсуждению этой программы.

Червь Морриса использовал при подборе паролей следующие варианты:

• входное имя пользователя;
• входное имя с символами в обратном порядке — "задом наперед";
• компоненты полного имени пользователя — имя (first name), фамилию (last name) и другие элементы, если они есть;
• те же компоненты, но задом наперед;
• слова из заранее определенной таблицы, содержащей 400 элементов.

Большая часть успешно подобранных паролей была взята из таблицы. После поимки червя таблица была опубликована с тем, чтобы пользователи не повторяли старых ошибок. Эта таблица приводится в [КомпьютерПресс 1991]. По мнению автора, включение ее в данное издание нецелесообразно, поскольку она рассчитана на англоязычных пользователей и не очень актуальна в России.

С первого взгляда видно, что таких "легко запоминаемых" вариантов довольно много — никак не меньше нескольких сотен. Набор их вручную занял бы очень много времени, но для компьютера несколько сотен вариантов — это доли секунды. Первый слой защиты от подбора пароля заключается именно в том, чтобы увеличить время подбора. Обнаружив неправильный пароль, наученные горьким опытом современные системы делают паузу, прежде чем позволят повторную попытку входа с того же терминального устройства. Такая пауза может длиться всего одну секунду, но даже этого достаточно, чтобы увеличить время подбора пароля от долей секунды до десятков минут.
Второй слой зашиты заключается в том, чтобы усложнить пароль и тем самым увеличить количество вариантов. Даже очень простые усложнения сильно увеличивают перебор. Так, простое требование использовать в пароле буквы и верхнего, и нижнего регистров увеличивает перебор в 2ⁿ раз где n — длина пароля. В большинстве современных систем пароль обязан иметь длину не менее шести символов, т. е. количество вариантов увеличивается в 64 раза. Требование использовать в пароле хотя бы один символ, не являющийся буквой, увеличивает число вариантов в 6x43 = 258 раз (в наборе ASCII 43 небуквенных графических символа). Вместо десятков минут подбор пароля, который содержит буквы разных регистров и хотя бы один спецсимвол, займет много дней.
Но если взломщику действительно нужно попасть в систему, он может подождать и несколько дней, поэтому необходим третий слой защиты — ограничение числа попыток. Все современные системы позволяют задать число неудачно набранных паролей, после которого имя блокируется. Это число всегда больше единицы, потому что пользователь — это человек, а людям свойственно ошибаться, но в большинстве случаев такой предел задается не очень большим — обычно 5—7 попыток. Однако, этот метод имеет и оборотную сторону — его можно использовать для блокировки пользователей.
Интересный вариант того же метода заключается в увеличении паузы между последовательными неудачными попытками хотя бы в арифметической прогрессии.
Наконец, последний слой защиты — это оповещение пользователя (а иногда и администратора системы) о неудачных попытках входа. Если пользователь сам только что нажал не ту кнопку, он при входе увидит, что была одна неудачная попытка, и не будет волноваться; однако, если есть сообщения о дополнительных неудачных попытках, время побеспокоиться и разобраться, что же происходит.
Современная техника выбора паролей обеспечивает достаточно высокую для большинства практических целей безопасность. В тех случаях, когда эта безопасность представляется недостаточной — например, если следует всерьез рассматривать опасность принуждения пользователя к раскрытию пароля — можно применять альтернативные методы идентификации, перечисленные ранее, т. е. основанные на механических или электронных ключах или биометрических параметрах. Впрочем, как уже говорилось, такие методы требуют применения специальной аппаратуры.
При использовании паролей возникает отдельная проблема безопасного хранения базы данных со значениями паролей. Как правило, даже администратор системы не может непосредственно получить значения паролей пользователей. Можно привести несколько соображений в пользу такого ограничения.

• Если бы администратор системы знал пользовательские пароли, то взломщик, сумевший выдать себя за администратора, так же получал бы доступ к этим паролям. После этого взломщик мог бы легко маскироваться под других пользователей, что сильно усложнило бы обнаружение взлома.
• Если администратор знает только административный пароль, для лишения его административных привилегий достаточно сменить этот пароль. Если же бывший администратор имел доступ ко всей базе данных о паролях, он по-прежнему будет иметь возможность доступа к системе, что может оказаться нежелательным.

Для обеспечения секретности паролей обычно используют одностороннее шифрование, или хэширование, при котором по зашифрованному значению нельзя восстановить исходное слово. При этом программа аутентификации кодирует введенный пароль и сравнивает полученное значение (хэш) с хранящимся в базе данных. Существует много алгоритмов хэширования, при использовании которых узнать реальное значение пароля можно только путем полного перебора всех возможных вариантов и сравнения зашифрованной строки со значением в базе данных.
В старых системах семейства Unix пароль использовался в качестве ключа шифрования фиксированной строки алгоритмом DES (см. главу 1). Этот алгоритм ограничивает длину ключа 64 битами, соответственно пароли в таких системах могут содержать не более 8 символов. Современные системы используют алгоритм MD5 [RFC 1321], который допускает пароли практически неограниченной длины. Этот алгоритм специально разрабатывался с целью максимального усложнения задачи построения сообщения с заданным значением хэша.
Отцам-основателям Unix такой механизм обеспечения секретности показался настолько надежным, что они даже не стали ограничивать доступ обычных пользователей к хэшам чужих паролей, и выделили для их хранения поле в общедоступном для чтения файле /etc/passwd.
Однако "червь Морриса" продемонстрировал, что для подбора паролей не нужно перебирать все возможные комбинации символов, поскольку пользователи склонны выбирать лишь ограниченное подмножество из них. Процесс, имеющий возможность непосредственно читать закодированные значения паролей, может осуществлять подбор, не обращаясь к системным механизмам аутентификации, т. е. делать это очень быстро и практически незаметно для администратора.
После осознания опасности словарных атак разработчики систем семейства Unix перенесли значения паролей в недоступный для чтения файл /etc/shadow, где пароли также хранятся в односторонне зашифрованном виде. Это значительно усложняет реализацию словарной атаки, поскольку перед тем, как начать атаку, взломщик должен получить доступ к системе с привилегиями администратора. В наше время все способы получения не санкционированного доступа к парольной базе данных считаются "дырами" в системе безопасности.
Практически все современные системы хранят данные о паролях в односторонне зашифрованном виде в файле, недоступном для чтения обычным пользователям. Поставщики некоторых систем, например Windows NT/2000/XP, даже отказываются публиковать информацию о формате этой базы данных, хотя это само по себе вряд ли способно помешать квалифицированному взломщику.