Брюс Шнайер - Секреты и ложь. Безопасность данных в цифровом мире
В прежние времена (в 1970-х) компьютерные программы были крупными и громоздкими, их было трудно писать, и еще труднее использовать. Затем кому-то пришла идея поделить большие программы на мелкие, более простые для понимания компоненты. Объектно-ориентированное программирование, C++, подключаемые модули – все это различные реализации этой идеи. Проблема в том, что современное программное обеспечение, в основе которого лежат небольшие компоненты, намного сложнее защитить.
Рисунок 10.1 иллюстрирует принцип, по которому построены старые программы: большие приложения опираются на небольшую операционную систему. Большинство современных программ похожи на Приложение 1 – приложения с компонентами – или на Приложение 2 – приложения с компонентами, состоящими из компонентов (рис. 10.2).
Рис. 10.1. Устройство старого программного обеспечения
Рис. 10.2. Современная структура компонентно-ориентированного программного обеспечения
Представьте себе, как устроен браузер. Одним из компонентов является виртуальная машина Java (Java Virtual Machine). Апплеты Java запускаются на самом верху этой конструкции. Некоторые апплеты Java могут заменяться. Имеются все виды макросов для вашего текстового редактора и электронных таблиц. Вы можете загружать сменные PGP для Eudora. He исключено, что каждую неделю вы загружаете те или иные сменные модули для своего браузера.
В действительности, хотя браузер и продается как единая программа, он состоит из множества работающих вместе разнообразных компонентов. Так же устроены текстовый редактор и электронные таблицы; в Microsoft Word свыше тысячи компонентов. Таким образом, вы имеете дело со схемой Приложение 3: небольшое приложение-основа, к которой крепится множество компонентов, состоящих, в свою очередь, из компонентов. Даже операционная система построена по тому же принципу; на рис. 10.3 представлена модель Windows NT: компоненты состоят из компонентов.
Рис. 10.3. Архитектура Windows NT
Безопасность страдает из-за применения динамической компоновки. В старых программах фрагменты программы соединялись вместе изготовителем (так называемая линковка, сборка – на программистском жаргоне) еще до того, как вы ее купили. Программисты связывали части программ и проверяли, что все работает как надо. Сейчас компоненты часто связываются динамически при запуске приложения. Пользователи Windows знают о так называемых библиотеках динамической компоновки (Dynamic Link Libraries, DLL); пользователям UNIX и Macintosh они известны как библиотеки коллективного доступа (shared libraries).
Проблемы безопасности нужно рассматривать одновременно с нескольких точек зрения. Во-первых, вы не можете быть уверены, что все модули надежны. В предыдущем разделе я рассказывал о «вредных» программах; возможно, что один или несколько модулей являются разрушительными или просто неисправными. Во-вторых, вы не должны допускать, что все модули написаны настолько хорошо, что будут работать во всех возможных конфигурациях. Достоинством крупных компьютерных программ было то, что они тестировались как единое целое. Браузер, работающий на вашем компьютере, со всеми дополнительными модулями, которые вы загружали в произвольном порядке, может быть совершенно уникален. Маловероятно, что это сочетание кто-то уже тестировал.
И в-третьих, еще не существует такой операционной системы, которая помогла бы решить две вышеуказанные проблемы. При старом принципе построения программ различные части программного обеспечения сообщались только через операционную систему. Хорошая операционная система могла обеспечивать взаимодействие программ и не допускать, чтобы одна программа повреждала другую. Современные компоненты непосредственно обращаются друг к другу, без посредничества операционной системы, поэтому применяемые в последних меры безопасности могут не работать.
Эти проблемы безопасности пытались решать с применением некоторых общих методов, одни из которых принесли больший, другие – меньший успех. Но все эти подходы лучше выглядят в теории, чем работают на практике.
Автономность (Isolation) и защита памяти. Эта мера направлена на то, чтобы помешать одному из компонентов умышленно или случайно воздействовать на остальную систему: читать или вносить изменения в память другого компонента, выходить за пределы отведенной ему памяти и приводить к поломке системы или доставлять другие неприятности. Автономное использование памяти предполагает, что каждому компоненту отводится свой участок памяти, за пределами которого этот компонент не может ни читать, ни записывать. Время от времени контролирующие программы (program checkers), установленные на машине пользователя, проверяют коды компонентов, чтобы убедиться, что не происходит ничего недозволенного. Примером реализации этой идеи служит «песочница» (sandbox) Java: все компоненты вынуждены «играть» в отдельных «песочницах», из которых они не могут повредить друг друга. Этот принцип защиты работает хорошо, но некоторые ошибки он не позволяет обнаружить, кроме того, за него приходится расплачиваться скоростью работы программ.
Контроль доступа в интерфейсе. Сделав компонент полностью изолированным, мы не решаем проблему полностью: ведь ему необходимо взаимодействовать с другими компонентами (а также с экраном, клавиатурой, мышью и т. д.). На рис. 10.2 показаны пути взаимосвязей между компонентами. Устанавливая правила контроля доступа в точках соприкосновения, мы можем надеяться, что компоненты правильно взаимодействуют друг с другом. Проблема в том, что вы должны выбрать политику контроля доступа, которая должна быть достаточно жесткой, чтобы приносить действительную пользу. «Песочницы» Java позволяют добиться хороших результатов, однако недостаток их политики состоит в том, что она либо чересчур бескомпромиссная, либо излишне либеральная – «золотой середины» в реальности не существует. (Java 2 имеет мелкомодульный контроль, но он недостаточно используется.)
Подписывание кода (Codesigning). Представьте себе закрытую частную вечеринку, попасть на которую реально, только предъявив какой-нибудь солидный документ (например, водительские права). При таком подходе в дом смогут пройти только друзья хозяина. Такой же смысл имеет подписывание кода. Программист подписывает отдельные компоненты. На основании этих подписей пользователь принимает решение, какие компоненты допустить на свой компьютер, а какие – нет. (В случае ActiveX подписывание кода – основной способ защиты от злонамеренного кода.) В своем сегодняшнем виде подписывание кода имеет массу проблем. Во-первых, непонятно, исходя из каких соображений пользователь должен решать, заслуживает ли доверия автор подписи. Во-вторых, сам факт существования подписи у компонента не означает, что он безопасен. В-третьих, то, что каждый из двух компонентов имеет подписи, не означает, что их можно использовать вместе: совместная работа чревата множеством непредвиденных опасных ситуаций. В-четвертых, к проблеме безопасности не следует подходить с позиции «все или ничего»: существуют разные степени безопасности. И в-пятых, фиксирование компьютером нападения (сохранение подписи кода) практически бесполезно с точки зрения атаки: при ее осуществлении злоумышленник может удалить или изменить подпись или просто переформатировать диск, на котором она была сохранена. Чем больше приходится размышлять о подписывании кода, тем меньше смысла видится в этой процедуре.
Новые технологии, зарождающиеся в университетских лабораториях, помогут когда-нибудь найти лучшее решение, но это произойдет не ранее, чем через несколько лет. Тем временем модульная программа, вероятно, станет еще большей проблемой безопасности. Все больше и больше программных пакетов обладают способностью к самоусовершенствованию, то есть регулярно загружают новые модули. Например, Internet Explorer 4.0 и последующие версии дают возможность подписаться на обновление программного обеспечения. Если вы этим пользуетесь, то программа автоматически обновляется, загружая новые модули с веб-страницы корпорации Microsoft. Это очень полезное свойство, если не пускать дело на самотек. В противном случае вы можете обнаружить, что среди ночи ваш компьютер автоматически подсоединяется к Интернету. Как может на это отреагировать пользователь, видно по следующему отрывку из программы новостей:
«Ранним утром я полез в холодильник, и вдруг услышал, что компьютер сам подключился к Интернету, – рассказал один пользователь, занимающийся бета-тестированием
???
повредить его рабочим взаимоотношениям с Microsoft. – Я очень испугался и вытащил телефонную вилку из розетки».
Здесь нет ничего постыдного – пользователь просто не осознал, что происходит. Но большинство компьютерных пользователей не имеют ни малейшего представления, что происходит внутри их компьютеров. И если они привыкли, что их компьютер куда-то звонит среди ночи, они могут однажды с удивлением обнаружить, что какая-то гнусная программа резко увеличила сумму телефонного счета, позвонив по 900 номерам в Молдавии.
