Анализ и оптимизация алгоритмов хеширования для повышения производительности систем защиты информации

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретический базис функционирования криптографических хеш-функций в российских системах защиты информации

1.1. Анализ отечественной нормативной базы и требований ФСБ России к применению алгоритмов хеширования в СКЗИ

1.2. Классификация угроз безопасности информации в телекоммуникационных системах и роль механизмов хеширования в их нейтрализации

Глава 2. Аналитическое исследование производительности систем криптографической защиты данных

2.1. Оценка эффективности реализации алгоритма ГОСТ Р 34.11-2012 на различных аппаратных платформах в условиях импортозамещения

2.2. Проектирование модели нарушителя и анализ актуальных угроз для объекта информатизации согласно методическим документам ФСТЭК России

Глава 3. Проектирование оптимизированных решений по обеспечению целостности данных в защищенных сетях

3.1. Разработка комплекса практических мер по ускорению процессов хеширования в телекоммуникационных шлюзах и межсетевых экранах

3.2. Формирование технического задания на интеграцию оптимизированных алгоритмов в систему мониторинга и защиты периметра сети КИИ

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Анализ и оптимизация алгоритмов хеширования для повышения производительности систем защиты информации

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования обусловлена возрастающей ролью криптографических механизмов обеспечения целостности информации в современных телекоммуникационных системах Российской Федерации. В условиях интенсификации кибератак на объекты критической информационной инфраструктуры, роста числа инцидентов информационной безопасности и реализации политики импортозамещения программных и аппаратных средств защиты информации алгоритмы хеширования становятся ключевым элементом систем контроля целостности данных, электронной подписи и аутентификации в защищённых сетях. Согласно аналитическим отчётам Positive Technologies и «Лаборатории Касперского», в 2024 году количество атак на российские телекоммуникационные системы увеличилось на 43% по сравнению с предыдущим годом, что предъявляет повышенные требования к производительности средств криптографической защиты информации без снижения уровня стойкости. Реализация требований Доктрины информационной безопасности Российской Федерации, положений Федерального закона № 187-ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации» и нормативных документов ФСТЭК России и ФСБ России требует внедрения отечественных алгоритмов хеширования, сертифицированных в соответствии с ГОСТ Р 34.11-2012 «Стрибог», в условиях высоких нагрузок на телекоммуникационное оборудование.

Степень разработанности проблемы характеризуется наличием фундаментальных трудов отечественных специалистов в области криптографии и информационной безопасности телекоммуникационных систем. Теоретические основы функционирования хеш-функций и их применения в средствах криптографической защиты информации исследованы в работах Щеглова А.Ю., Клейменова С.А., Мельникова В.П., Домарева В.В., Петракова А.В. Вопросы производительности криптографических алгоритмов в условиях аппаратной реализации и программно-аппаратных комплексов рассмотрены в научных публикациях МГТУ им. Н.Э. Баумана, Университета ИТМО, МТУСИ. Однако проблематика оптимизации алгоритмов хеширования применительно к высоконагруженным телекоммуникационным шлюзам, межсетевым экранам и системам обнаружения вторжений в условиях импортозамещения требует дальнейшего исследования с учётом специфики отечественной аппаратной базы и нормативных требований регуляторов.

Цель курсовой работы состоит в анализе производительности криптографических хеш-функций в телекоммуникационных системах и разработке комплекса мер по оптимизации процессов хеширования для повышения эффективности систем защиты информации при сохранении требуемого уровня криптографической стойкости.

Задачи курсовой работы:

• проанализировать отечественную нормативно-правовую и нормативно-техническую базу применения алгоритмов хеширования в средствах криптографической защиты информации;
• классифицировать угрозы безопасности информации в телекоммуникационных системах и определить роль механизмов хеширования в их нейтрализации;
• провести оценку эффективности реализации алгоритма ГОСТ Р 34.11-2012 на различных аппаратных платформах в условиях импортозамещения;
• разработать модель нарушителя и проанализировать актуальные угрозы для объекта информатизации согласно методическим документам ФСТЭК России;
• разработать комплекс практических мер по ускорению процессов хеширования в телекоммуникационных шлюзах и межсетевых экранах;
• сформировать техническое задание на интеграцию оптимизированных алгоритмов в систему мониторинга и защиты периметра сети КИИ.

Объектом исследования выступает телекоммуникационная инфраструктура объекта информатизации, включающая межсетевые экраны, системы обнаружения вторжений, защищённые каналы связи и средства криптографической защиты информации.

Предметом исследования является информационная безопасность телекоммуникационных систем в части применения и оптимизации алгоритмов хеширования для обеспечения целостности данных.

Методологическая база исследования включает теоретическую основу, представленную концепциями информационной безопасности телекоммуникационных систем, теорией криптографии и моделями оценки производительности криптографических алгоритмов. Методы исследования включают анализ угроз безопасности информации по Методике ФСТЭК России 2021 года, сравнительный анализ реализаций алгоритмов хеширования на различных аппаратных платформах, метод экспертных оценок производительности средств криптографической защиты информации, моделирование архитектуры системы защиты периметра сети. Нормативно-правовая база представлена Федеральным законом № 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации», Федеральным законом № 187-ФЗ «О безопасности критической информационной инфраструктуры Российской Федерации», Приказом ФСТЭК России от 25.12.2017 № 239, Приказами ФСБ России № 378, № 796, ГОСТ Р 34.11-2012, ГОСТ Р 59547-2021. Источниковую базу составляют научно-технические публикации в журналах «Вопросы кибербезопасности», «Безопасность информационных технологий», аналитические отчёты Positive Technologies, «Лаборатории Касперского», BI.ZONE, материалы НКЦКИ при ФСБ России.

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к анализу производительности отечественных алгоритмов хеширования в условиях импортозамещения аппаратных платформ с разработкой практических рекомендаций по оптимизации для высоконагруженных телекоммуникационных систем объектов КИИ.

Теоретическая значимость исследования состоит в систематизации подходов к оценке эффективности криптографических хеш-функций в телекоммуникационных системах и формировании методологического базиса для дальнейших исследований в области оптимизации средств криптографической защиты информации. Практическая значимость определяется возможностью применения разработанных рекомендаций операторами связи, владельцами объектов КИИ и организациями, эксплуатирующими защищённые телекоммуникационные сист

…