Файл: Информационные системы и технологии. Функции операционных систем персональных компьютеров..pdf

Первым рубежом обороны при защите данных от несанкционированного доступа является процедура логического входа. Операционная система должна убедиться, что в систему пытается войти пользователь, вход которого разрешен администратором. Функции защиты ОС вообще очень тесно связаны с функциями администрирования, так как именно администратор определяет права пользователей при их обращении к разным ресурсам системы — файлам, каталогам, принтерам, сканерам и т. п. Кроме того, администратор ограничивает возможности пользователей в выполнении тех или иных системных действий. Например, пользователю может быть запрещено выполнять процедуру завершения работы ОС, устанавливать системное время, завершать чужие процессы, создавать учетные записи пользователей, изменять права доступа к некоторым каталогам и файлам. Администратор может также урезать возможности пользовательского интерфейса, убрав, например, некоторые пункты из меню операционной системы, выводимого на дисплей пользователя.
Важным средством защиты данных являются функции аудита ОС, заключающиеся в фиксации всех событий, от которых зависит безопасность системы. Например, попытки удачного и неудачного логического входа в систему, операции доступа к некоторым каталогам и файлам, использование принтеров и т. п. Список событий, которые необходимо отслеживать, определяет администратор ОС.
Поддержка отказоустойчивости реализуется операционной системой, как правило, на основе резервирования. Чаще всего в функции ОС входит поддержание нескольких копий данных на разных дисках или разных дисковых накопителях. Резервируются также принтеры и другие устройства ввода-вывода. При отказе одного из избыточных устройств операционная система должна быстро и прозрачным для пользователя образом произвести реконфигурацию системы и продолжить работу с резервным устройством. Особым случаем обеспечения отказоустойчивости является использование нескольких процессоров, то есть мультипроцессирование, когда система продолжает работу при отказе одного из процессоров, хотя и с меньшей производительностью. (Необходимо отметить, что многие ОС использует мультипроцессорную конфигурацию компьютера только для ускорения работы и при отказе одного из процессоров прекращают работу.)
Поддержка отказоустойчивости также входит в обязанности системного администратора. В состав ОС обычно входят утилиты, позволяющие администратору выполнять регулярные операции резервного копирования для обеспечения быстрого восстановления важных данных.

Обеспечение защиты информации от несанкционированного доступа является обязательной функцией сетевых операционных систем. В большинстве популярных систем гарантируется степень безопасности данных, соответствующая уровню С2 в системе стандартов США.

Иерархия уровней безопасности, помечает низший уровень безопасности как D, а высший - как А.

• В класс D попадают системы, оценка которых выявила их несоответствие требованиям всех других классов.
• Основными свойствами, характерными для С-систем, являются: наличие подсистемы учета событий, связанных с безопасностью, и избирательный контроль доступа. Уровень С делится на 2 подуровня: уровень С1, обеспечивающий защиту данных от ошибок пользователей, но не от действий злоумышленников, и более строгий уровень С2. На уровне С2 должны присутствовать средства секретного входа, обеспечивающие идентификацию пользователей путем ввода уникального имени и пароля перед тем, как им будет разрешен доступ к системе. Избирательный контроль доступа, требуемый на этом уровне позволяет владельцу ресурса определить, кто имеет доступ к ресурсу и что он может с ним делать. Владелец делает это путем предоставляемых прав доступа пользователю или группе пользователей. Средства учета и наблюдения (auditing) - обеспечивают возможность обнаружить и зафиксировать важные события, связанные с безопасностью, или любые попытки создать, получить доступ или удалить системные ресурсы. Защита памяти - заключается в том, что память инициализируется перед тем, как повторно используется. На этом уровне система не защищена от ошибок пользователя, но поведение его может быть проконтролировано по записям в журнале, оставленным средствами наблюдения и аудитинга.
• Системы уровня В основаны на помеченных данных и распределении пользователей по категориям, то есть реализуют мандатный контроль доступа. Каждому пользователю присваивается рейтинг защиты, и он может получать доступ к данным только в соответствии с этим рейтингом. Этот уровень в отличие от уровня С защищает систему от ошибочного поведения пользователя.
• Уровень А является самым высоким уровнем безопасности, он требует в дополнение ко всем требованиям уровня В выполнения формального, математически обоснованного доказательства соответствия системы требованиям безопасности.

Различные коммерческие структуры (например, банки) особо выделяют необходимость учетной службы, аналогичной той, что предлагают государственные рекомендации С2. Любая деятельность, связанная с безопасностью, может быть отслежена и тем самым учтена. Это как раз то, что требует С2 и то, что обычно нужно банкам. Однако, коммерческие пользователи, как правило, не хотят расплачиваться производительностью за повышенный уровень безопасности. А-уровень безопасности занимает своими управляющими механизмами до 90% процессорного времени. Более безопасные системы не только снижают эффективность, но и существенно ограничивают число доступных прикладных пакетов, которые соответствующим образом могут выполняться в подобной системе. Например для ОС Solaris (версия UNIX) есть несколько тысяч приложений, а для ее аналога В-уровня - только сотня.

Важным средством защиты данных являются функции аудита ОС, заключаю­щиеся в фиксации всех событий, от которых зависит безопасность системы. На­пример, попытки удачного и неудачного логического входа в систему, операции доступа к некоторым каталогам и файлам, использование принтеров и т. п. Спи­сок событий, которые необходимо отслеживать, определяет администратор ОС.

Поддержка отказоустойчивости реализуется операционной системой, как прави­ло, на основе резервирования. Чаще всего в функции ОС входит поддержание нескольких копий данных на разных дисках или разных дисковых накопите­лях. Резервируются также принтеры и другие устройства ввода-вывода. При от­казе одного из избыточных устройств операционная система должна быстро и 'прозрачным для пользователя образом произвести реконфигурацию системы и продолжить работу с резервным устройством. Особым случаем обеспечения отка­зоустойчивости является использование нескольких процессоров, то есть мультипроцессирование, когда система продолжает работу при отказе одного из процессоров, хотя и с меньшей производительностью. (Необходимо отметить, что многие ОС использует мультипроцессорную конфигурацию компьютера только для ускорения работы и при отказе одного из процессоров прекращают работу.) Поддержка отказоустойчивости также входит в обязанности системного админи­стратора. В состав ОС обычно входят утилиты, позволяющие администратору выполнять регулярные операции резервного копирования для обеспечения бы­строго восстановления важных данных.

Примеры:

Шифрование файлов.

Простейшим примером использования контроллера является система шифрования файлов. Внутреннее ПО контроллера обеспечивает работу с ключами (считывает ключ шифрования из TM - идентификатора или хранит его внутри контроллера) и принимает данные от приложения и передает их ПО мезонина для шифрования/расшифрования на выбранном ключе. Приложение, работающее под управлением ОС, через драйвер контроллера:

• предоставляет пользователю возможность выбора метода установки ключа шифрования (внутренний ключ или внешний);
• поблочно читает файл и передает считанные данные в контроллер.

Шифрование файлов, организованное по такой схеме, позволяет достаточно быстро и надежно обеспечить защиту данных от несанкционированного доступа.

Прозрачное шифрование разделов диска.

Чуть более сложная система позволяет организовать прозрачное шифрование разделов жесткого диска. В этом случае содержимое раздела шифруется незаметно для пользователя. Функциональность внутреннего ПО контроллера схожа с шифрованием файлов (шифрование/расшифрование данных на установленных ключах). Внешнее ПО, работающее в операционной системе, представляет собой фильтр-драйвер, которые модифицирует данные при чтении/записи секторов раздела диска:

• считанные данные расшифровываются перед передачей приложению;
• записываемые данные зашифровываются перед передачей драйверу раздела.

.

Наложенная сеть.

Еще одной СЗИ, является "наложенная сеть". Эта СЗИ обеспечивает защищенную передачу данных по ЛВС. В рамках существующей ЛВС выделяется некоторая совокупность ПЭВМ, которые будут обмениваться данными только между собой. Причем, передача данных осуществляется в зашифрованном виде. В такой СЗИ внутреннее ПО контроллера выполняет следующие функции:

• управление базой данных ключей (каждой ПЭВМ соответствует свой ключ шифрования);
• шифрование данных на том ключе, который соответствует адресу получателя;
• расшифрование данных на собственном ключе.

Внешнее ПО представляет собой промежуточный драйвер NDIS (NDIS intermediate driver). Особенностью такого драйвера является то, что встраивается между драйвером сетевой карты и драйвером сетевого протокола транспортного уровня. Все данные, уходящие в ЛВС или приходящие из нее, проходят через него. Функции внешнего ПО следующие:

• фильтрация пакетов по адресам источника и приемника;
• передача данных для модификации в контроллер;
• обеспечение работоспособности сети.

В функцию ОС также входит логирование событий и действий пользователей, например, попытки удачного и неудачного логического входа в систему, операции доступа к некоторым каталогам и файлам, использование принтеров и т. п. Список событий, которые необходимо отслеживать, определяет администратор ОС..

Кроме того, для защиты целостности данных во многие ОС входит такая функция, как автоматическое резервное копирование важных данных.

Принципы программного обеспечения ввода и вывода

Устройства делят на две категории (некоторые не попадают ни в одну):

• блочные устройства - информация считывается и записывается по блокам, блоки имеют свой адрес (диски)
• символьные устройства - информация считывается и записывается посимвольно (принтер, сетевые карты, мыши)

У разных специалистов свой взгляд на оборудование ввода-вывода. Инженеры - электронщики обращают внимание на микросхемы, провода, блоки питания, двигатели и все остальные физические компоненты, из которых состоит оборудование. Программисты обращают внимание на предоставляемый программный интерфейс — команды, воспринимаемые оборудованием, выполняемые им функции и ошибки, о которых оно может сообщить. В этой книге нас интересует программирование устройств ввода-вывода, а не их конструкция, создание или обслуживание, поэтому мы ограничимся вопросом программирования оборудования, а не его внутренней работой. Тем не менее программирование многих устройств ввода-вывода зачастую тесно соприкасается с их внутренним функционированием.

Устройства ввода-вывода можно условно разделить на две категории: блочные устройства и символьные устройства. К блочным относятся такие устройства, которые хранят информацию в блоках фиксированной длины, у каждого из которых есть собственный адрес. Обычно размеры блоков варьируются от 512 до 65 536 байт. Вся передача данных ведется пакетами из одного или нескольких целых (последовательных) блоков. Важным свойством блочного устройства является то, что оно способно читать или записывать каждый блок независимо от всех других блоков. Среди наиболее распространенных блочных устройств жесткие диски, приводы Blu-ray-дисков и флеш накопители USB.

У каждого контроллера для связи с центральным процессором имеется несколько регистров. Путем записи в эти регистры операционная система может давать устройству команды на предоставление данных, принятие данных, включение, выключение или выполнение каких-нибудь других действий. Считывая данные из этих регистров, операционная система может узнать о текущем состоянии устройства, о том, готово ли оно принять новую команду, и т. д. В дополнение к регистрам управления у многих устройств имеется буфер данных, из которого операционная система может считывать данные и в который она может их записывать. Например, наиболее распространенный способ отображения компьютерами пикселов на экране предусматривает наличие видеопамяти, которая по сути является буфером данных, куда программы или операционная система могут вести запись.

Независимо от наличия или отсутствия у центрального процессора ввода-вывода, отображаемого на пространство памяти, ему необходимо обращаться к контроллерам устройств, чтобы осуществлять с ними обмен данными. Центральный процессор может запрашивать данные у контроллера ввода-вывода побайтно, но при этом будет нерационально расходоваться его рабочее время, поэтому чаще всего используется другая схема, которая называется прямым доступом к памяти (Direct Memory Access (DMA)). Чтобы не усложнять объяснение, предполагается, что центральный процессор обращается ко всем устройствам и к памяти посредством единой системной шины, соединяющей центральный процессор, память и устройства ввода-вывода.