Криптография и безопасность в технологии .NET

Предисловие . 5 Глава 1. Криптография и безопасность в .NET. 9 Природа этой книги . 10 Опасность подстерегает повсюду . 11 Природа криптографии и других средств обеспечения безопасности . 14 Почему криптография и средства обеспечения безопасности так важны . 14 Что возможно и что невозможно сделать с помощью криптографии и средств обеспечения безопасности . 16 Безопасность в Windows: возраст зрелости . 21 Среда разработки .NET Framework и «виртуальная машина» CRL . 23 Как .NET Framework упрощает решение проблем безопасности. .23 Надежность и платформа .NET Framework. . 24 Управляемый код и безопасность типов . .25 Программирование с использованием криптографии в .NET . . 26 Программирование с использованием средств обеспечения безопасности в .NET . 27 Безопасность, основанная на механизме ролей . .27 CAS, свидетельства, политика и разрешения . . 27 Итоги главы . 28 Глава 2. Основы криптографии . 29 Чтобы секреты оставались секретами . .30 Основные термины криптографии . 30 Секретные ключи против секретных алгоритмов. . 33 Классические методы сохранения тайны . 34 Рабочий фактор атаки методом «грубой силы» . 53 Арифметика произвольной точности. . 54 Стеганография. . 55 Современные шифры . 56 Криптография и .NET Framework . 57 Симметричная криптография . .57 Асимметричная криптография . 59 Криптографические алгоритмы . 61 Криптографические протоколы . 66 Криптоаналитические атаки . . 68 Человеческий фактор . . . . . 69 Риск и выигрыш . . . . . . . .69 Другие важные концепции. . . .70 Итоги главы . . . . . . . . . 71 Глава 3. Симметричная криптография . 72 Симметричные шифры . . . . . . . . . 72 DES . . . . . . . . . . . . . . . . .74 Операционные режимы. . . . . . . . . 75 «Тройной» DES. . . . . . . . . . . . 84 Rijndael . . . . . . . . . . . . . . 85 RC2. . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Программирование при помощи средств симметричной криптографии .NET . 87 Основные криптографические классы. . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Класс SymmetricAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Классы, производные от SymmetricAlgorithm . . . . . . . . . . . . 90 Примеры программирования с использованием симметричных алгоритмов. . 93 Криптографические потоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 Выбор надежных ключей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Проблемы передачи ключей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Шифрованные хеши и целостность сообщения. . . . . . . . . . . 102 Хеш-алгоритмы с ключом и целостность сообщения. . . . . . 105 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Глава 4. Асимметричная криптография . . . . . . . . . . . 107 Проблемы, связанные с использованием симметричных алгоритмов . 107 Проблема распределения ключей . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Проблема доверия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Идея асимметричной криптографии . . . . . . . . . . . . . . . 109 Использование асимметричной криптографии . . . . . . . . . . . 110 Аналогия с кодовым замком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Односторонняя функция с «черным ходом» . . . . . . . . . . . . . 112 Преимущества асимметричного подхода. . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Сочетание асимметричных и симметричных алгоритмов. . 115 Существующие асимметричные алгоритмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 RSA: самый распространенный асимметричный алгоритм . . . . 117 Основания RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Миниатюрный пример RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Предостережение: вопросы вероятности . . . . . . . . . . . 121 Программирование при помощи .NET Asymmetric Cryptography . 123 Пример использования алгоритма RSA . . . . . . . . . . . . 123 Сохранение ключей в формате XML . . . . . . . . . . . . . 129 Цифровые сертификаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Глава 5. Цифровая подпись. . . . . . . . . . . . . . . 133 Хеш-алгоритмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Характеристики хорошей хеш-функции . . . . . . . . . . 134 Хеш-алгоритмы, поддерживаемые в .NET . . . . . . . . . 135 Класс HashAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Классы MD5 и SHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Класс KeyedHashAlgorithm. . . . . . . . . . . . . . . 140 Идентификаторы объектов . . . . . . . . . . . . . . . 140 Как работает цифровая подпись. . . . . . . . . . . . . 141 RSA в качестве алгоритма цифровой подписи . . . . . . 143 Пример программы с использованием подписи RSA. . . . . 144 Алгоритм цифровой подписи DSA . . . . . . . . . . . . 147 Математическое основание: теория групп . . . . . . . . 147 Задача о дискретных логарифмах . . . . . . . . . . . . 150 Как работает DSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Иерархия класса AsymmetricAlgorithm . . . . . . . . . . 153 Класс DSACryptoServiceProvider . . . . . . . . . . . . 154 Пример программы с использованием DSA. . . . . . . . . 154 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Глава 6. Криптография и XML . . . . . . . . . . . . . . 159 XML Encryption – шифрование XML . . . . . . . . . . . . 159 XML Encryption против SSL/TLS . . . . . . . . . . . . . 160 Спецификация шифрования XML . . . . . . . . . . . . . . 161 Что обеспечивает шифрование XML . . . . . . . . . . . . 161 Синтаксис XML Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Как работает шифрование XML. . . . . . . . . . . . . . . 166 Классы, используемые в XML Encryption . . . . . . . . . . 167 Передача асимметричных ключей . . . . . . . . . . . . . . 171 Пример программы XmlEncryption . . . . . . . . . . . . . . 172 XML Signatures – подпись XML . . . . . . . . . . . . . . . 184 Спецификация XML Signature . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Что предусматривает спецификация XML Signature. . . . . . 185 Синтаксис XML Signature. . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Классы, используемые в XML Signatures . . . . . . . . . . . 188 Программа EnvelopingXmlSignature. . . . . . . . . . . . . . 189 Сочетание XML Signing и XML Encryption . . . . . . . . . . 195 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Глава 7. Концепция безопасности, основанной на идентификации пользователей в .NET . 197 Аутентификация и авторизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Модель безопасности .NET. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199 Администрирование безопасности на уровне Windows . . . . . . . . 200 Определение пользователей и ролей в Windows . . . . . . . . . . 201 Определение прав доступа к общей папке . . . . . . . . . . . . . . . 201 Средства безопасности в NTFS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Администрирование безопасности на уровне .NET . . . . . . . . . . . 205 Разрешения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Интерфейс IPermission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Иерархия наследования IPermission. . . . . . . . . . . . . . . . . .208 Класс PrincipalPermission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Безопасность, основанная на идентификации пользователей . . 211 Объекты Principal и Identity . . . . . . . . . . . . . . . .212 Интерфейс IIdentity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Классы, реализующие интерфейс IIdentity . . . . . . . . . . 212 Класс GenericIdentity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213 Класс WindowsIdentity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Объекты-принципалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .216 Интерфейс IPrincipal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217 Класс GenericPrincipal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Класс WindowsPrincipal . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220 Два подхода к безопасности, основанной на идентификации пользователей . 222 Императивный подход. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Декларативный подход . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Мандаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231 Сетевые мандаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232 Дисциплина безопасности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Принцип минимума полномочий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .233 Раннее формулирование политики безопасности . . . . . . . . . 233 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Глава 8. Доступ к коду в .NET . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Необходимость в контроле доступа . . . . . . . . . . . . . . .234 Затраты против риска . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235 Диапазон рисков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Степень доверия к сборке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Риски, связанные с обращением к традиционному коду . . 239 Безопасность, управляемый код и среда CLR . . . . . . .240 Промежуточный язык Microsoft . . . . . . . . . . . . . 241 Верифицируемый код с контролем типов. . . . . . . . . .242 Запросы разрешений . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Использование CAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Гибкий подход к обеспечению безопасности . . . . . . . .243 Атака «с приманкой» и проход по стеку. . . . . . . . . .244 Управление политиками безопасности при помощи групп кода 244 Основные концепции управления политиками безопасности. . . 245 Использование средства конфигурирования .NET Framework Configuration . 246 Использование утилиты Caspol.exe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262 Императивный и декларативный подходы в CAS . . . . . . . . . . . . 263 Концепция безопасности, основанная на свидетельствах . . . . . . 264 Класс Evidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Получение свидетельства текущего домена приложения . . 268 Перечисление объектов Evidence . . . . . . . . . . . . 268 Пример программы WalkingThruEvidence . . . . . . . . . 269 Доступ к WalkingThruEvidence через IIS . . . . . . . . 272 CAS в императивном стиле . . . . . . . . . . . . . . . 274 Разрешения доступа кода . . . . . . . . . . . . . . . .278 Производные классы CodeAccessPermission . . . . . . . . 278 Класс CodeAccessPermission. . . . . . . . . . . . . . . 279 Класс UrlIdentityPermission . . . . . . . . . . . . . . 282 Работа с разрешениями CAS . . . . . . . . . . . . . . . 284 Декларативное разрешение доступа. . . . . . . . . . . . 290 Синтаксис объявления атрибутов с квадратными скобками . 290 Атрибут Url Identity Permission. . . . . . . . . . . . . 291 Класс SecurityAction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Запросы разрешений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 Пример программы PermissionRequest . . . . . . . . . . . 294 Наборы разрешений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Класс PermissionSet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Определение набора разрешений при помощи конфигурационного файла . 302 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .306 Глава 9. ASP.NET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Базовые механизмы безопасности. . . . . . . . . . . . . . . . . .308 Аутентификация: Кто вы? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .308 Авторизация: Дозволен ли вам доступ к этому ресурсу?. . 308 Заимствование прав: Приложение действует от чьего-то имени . . . 308 Реализация механизма аутентификации в ASP.NET. . . . . . . . . . 309 Конфигурация ASP.NET. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .310 Как устроена система конфигурирования ASP.NET и чем она хороша . 311 Иерархия конфигурационных параметров . . . . . . . . . . . . . . . 312 Описание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315 Аутентификация при помощи формы . . . . . . . . . . . . . . . . . .318 Метод 1: хранение регистрационных данных в файле Web.config . . . 319 Метод 2: хранение регистрационных данных в XML-файле 323 Файл Users.xml . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Файл login.aspx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Метод 3: хранение регистрационных данных в базе данных . 326 Классы для аутентификации при помощи форм . . . . . . . . 329 Аутентификация при помощи паспорта . . . . . . . . . . . . 331 Аутентификация Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Реализация авторизации ASP.NET . . . . . . . . . . . . . . 342 Авторизация на доступ к файлу. . . . . . . . . . . . . . . 342 Авторизация на доступ к URL . . . . . . . . . . . . . . . . 343 Реализация заимствования прав ASP.NET. . . . . . . . . . . .345 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Глава 10. Защита Web-служб . . . . . . . . . . . . . . . . .346 Основные техники защиты Web-служб . . . . . . . . . . . . . 347 Защищенное соединение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 Аутентификация и авторизация . . . . . . . . . . . . . . . .353 Механизмы аутентификации в протоколе HTTP . . . . . . . . . 353 Аутентификация Web-служб при помощи заголовков SOAP . . 356 Архитектура сообщения SOAP . . . . . . . . . . . . . . .356 Создание прокси при помощи Visual Studio .NET . . . . . 358 Технологии безопасности XML . . . . . . . . . . . . . . 360 Целостность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 XML Signature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 Защита данных и конфиденциальность . . . . . . . . . . . 364 XML Encryption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Cпецификация управления ключами XML (XKMS – XML Key Management Specification) . 367 Язык разметки утверждений безопасности SAML (Security Assertion Markup Language) . 367 Глобальная архитектура XML Web-служб (Global XML Web Services Architecture – GXA) . 368 WS-Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Начальная спецификация WS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 Следующие шаги спецификаций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Почему WS-Security? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Распространение маркеров безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . 374 Целостность сообщения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Конфиденциальность сообщения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Организации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .385 Итоги главы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .387 Приложение A.Пример атаки на код: перекрытие стека . . . . . . . . . . . 388 Приложение B. Как работаетшифр RSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 Модульная арифметика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .392 Пример программы BigRSA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Пример программы CrackRSAWorkFactorDemo . . . . . . . . . . . . . . 396 Приложение C.Использование библиотекиGNUGMP . . . . . . . . . . . . 400 Установка Cygwin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .400 Тестирование библиотеки Cygwin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 Установка GMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 Удаление Cygwin из системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .411 Приложение D. Ресурсыпо криптографии и безопасности . . . . . . . . 412 Общетеоретические и концептуальные книги . . . . . . . . . . . . . . 412 Книги по криптографической математике . . . . . . . . . . . . . . . .413 Книги – руководства по безопасности . . . . . . . . . . . . . . . . .414 Популярные книги по криптографии. . . . . . . . . . . . . . . . . . .415 Группы новостей по криптографии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 Полезные Web-сайты на темы криптографии и безопасности. . 416 Приложение E.ИсследованиеWeb-служб . . . . . . . . . . . . 418 Зачем нужны Web-службы. . . . . . . . . . . . . . . . . . .418 Определение Web-служб . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420 Фундамент Web-служб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .420 Следующее поколение распределенных вычислений: Webслужбы . .421 Преимущества Web-служб . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422 Web-службы ASP.NET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422 Архитектура Web-служб. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423 Модель кода для Web-службы. . . . . . . . . . . . . . . . . .424 Разработка простой Web-службы . . . . . . . . . . . . . . . .426 Concatenate.cs и Concatenate.asmx.cs. . . . . . . . . . . . .427 Директива @ WebService. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .431 Пространство имен System.Web.Services. . . . . . . . . . . . 432 Атрибут WebServiceAttribute. . . . . . . . . . . . . . . . . 432 Класс WebService . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 Атрибут WebMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 Управление сеансом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 Протоколы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .437 Доступ к Web-службе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 Генерация прокси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .438 Создание прокси-класса при помощи Wsdl.exe . . . . . . . . . . . 439 Создание клиента Windows Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 Асинхронное программирование Web-служб . . . . . . . . . . . . . . 441 Два асинхронных метода (Begin и End) . . . . . . . . . . . . . . . 442 Создание Web-службы ASP.NET «Калькулятор» . . . . . . . . . . . . 443 Web-службы все еще развиваются . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 Итоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448