Методы криптографической защиты информации Windows Мы вступили в цифровой век. На смену бумажным документам пришли электронные, а личные контакты все чаще уступают место переписке по e-mail. Поэтому «шпионские штучки» вроде паролей и шифровок становятся все более привычными и необходимыми инструментами безопасности. Криптографические возможности Windows Сразу договоримся, что никакая система защиты информации не может быть абсолютно надежной. Речь может идти лишь о некоторой степени надежности и рисках, связанных со взломом защиты. Поэтому с практической точки зрения есть смысл оценить важность данных и экономно подстелить соломку на случай неудачи. В наших приложениях, например, мы выдаем кредит доверия операционной системе Windows, несмотря на закрытость ее кода. Итак, ОС мы доверяем. Чтобы криптозащиту нельзя было «обойти» с другой стороны — к примеру, перехватить из незащищенной области памяти секретные пароли — криптографические функции должны быть частью операционной системы. В семействе Windows, начиная с Windows 95, обеспечивается реализация шифрования, генерации ключей, создания и проверки цифровых подписей и других криптографических задач. Эти функции необходимы для работы операционной системы, однако ими может воспользоваться и любая прикладная программа — для этого программисту достаточно обратиться к нужной подпрограмме так, как предписывает криптографический интерфейс прикладных программ (CryptoAPI). Разумеется, по мере совершенствования Windows расширялся и состав ее криптографической подсистемы. Помимо базовых операций, в настоящее время в CryptoAPI 2.0 поддерживается работа с сертификатами, шифрованными сообщениями в формате PKCS #7 и пр. Описание функций CryptoAPI, помимо специальных книг, можно найти в MSDN Library, или в CD-версии, в файле crypto.chm. Взаимодействие с CryptoAPI Функции CryptoAPI можно вызвать из программы, написанной на любимом многими (в том числе и авторами) языке С++. Тем не менее, Pascal де-факто признан стандартом в области обучения программированию. (Не будем спорить о том, хорошо это или плохо, чтобы не ввязываться в драку, пусть даже и виртуальную.) Кроме того, в ряде отечественных компаний Delphi является базовым средством разработки. Поэтому все примеры были реализованы в среде Delphi. Хотя в качестве инструмента можно было бы выбрать и MS Visual C++. Код функций криптографической подсистемы содержится в нескольких динамически загружаемых библиотеках Windows (advapi32.dll, crypt32.dll). Для обращения к такой функции из прикладной программы на Object Pascal следует объявить ее как внешнюю. Заголовок функции в интерфейсной части модуля будет выглядеть, например, так:

а в исполняемой части вместо тела функции нужно вписать директиву extern с указанием библиотеки, в которой содержится функция, и, возможно, ее имени в этой библиотеке (если оно отличается от имени функции в создаваемом модуле), например:
function CryptAcquireContext; external ‘advapi32.dll’
name 'CryptAcquireContextA';
Таким образом, имея описание функций CryptoAPI, можно собрать заголовки функций в отдельном модуле, который будет обеспечивать взаимодействие прикладной программы с криптографической подсистемой. Разумеется, такая работа была проделана программистами Microsoft, и соответствующий заголовочный файл (wincrypt.h) был включен в поставку MS Visual C++. К счастью, появилась и Delphi-версия (wcrypt2.pas). Ее можно найти здесь. Подключив модуль к проекту, вы сможете использовать не только функции CryptoAPI, но и мнемонические константы режимов, идентификаторы алгоритмов и прочих параметров, необходимых на практике.
И последнее замечание перед тем, как опробовать CryptoAPI в деле. Ряд функций был реализован только в Windows 2000. Но и на старушку Windows 98 можно найти управу: при установке Internet Explorer 5 интересующие нас библиотеки обновляются, позволяя использовать новейшие криптографические возможности. Нужно лишь задать для Delphi-проекта параметр условной компиляции NT5, после чего вызовы функций, появившихся лишь в Windows 2000, будут нормально работать.
Знакомство с криптопровайдерами
Функции CryptoAPI обеспечивают прикладным программам доступ к криптографическим возможностям Windows. Однако они являются лишь «передаточным звеном» в сложной цепи обработки информации. Основную работу выполняют скрытые от глаз программиста функции, входящие в специализированные программные (или программно-аппаратные) модули — провайдеры (поставщики) криптографических услуг (CSP — Cryptographic Service Providers), или криптопровайдеры
Программная часть криптопровайдера представляет собой dll-файл, подписанный Microsoft; периодически Windows проверяет цифровую подпись, что исключает возможность подмены криптопровайдера.
Криптопровайдеры отличаются друг от друга:
составом функций (например, некоторые криптопровайдеры не выполняют шифрование данных, ограничиваясь созданием и проверкой цифровых подписей);
требованиями к оборудованию (специализированные криптопровайдеры могут требовать устройства для работы со смарт-картами для выполнения аутентификации пользователя);
алгоритмами, осуществляющими базовые действия (создание ключей, хеширование и пр.).
По составу функций и обеспечивающих их алгоритмов криптопровайдеры подразделяются на типы. Например, любой CSP типа PROV_RSA_FULL поддерживает как шифрование, так и цифровые подписи, использует для обмена ключами и создания подписей алгоритм RSA, для шифрования — алгоритмы RC2 и RC4, а для хеширования — MD5 и SHA.
В зависимости от версии операционной системы состав установленных криптопровайдеров может существенно изменяться. Однако на любом компьютере с Windows можно найти Microsoft Base Cryptographic Provider, относящийся к уже известному нам типу PROV_RSA_FULL. Именно с этим провайдером по умолчанию будут взаимодействовать все программы.
Использование криптографических возможностей Windows напоминает работу программы с графическим устройством. Криптопровайдер подобен графическому драйверу: он может обеспечивать взаимодействие программного обеспечения с оборудованием (устройство чтения смарт-карт, аппаратные датчики случайных чисел и пр.). Для вывода информации на графическое устройство приложение не должно непосредственно обращаться к драйверу — вместо этого нужно получить у системы контекст устройства, посредством которого и осуществляются все операции. Это позволяет прикладному программисту использовать графическое устройство, ничего не зная о его аппаратной реализации. Точно так же для использования криптографических функций приложение обращается к криптопровайдеру не напрямую, а через CryptoAPI. При этом вначале необходимо запросить у системы контекст криптопровайдера.
Первым делом, хотя бы из любопытства, выясним, какие же криптопровайдеры установлены в системе. Для этого нам понадобятся четыре функции CryptoAPI (выходные параметры выделены жирным шрифтом, а входные — курсивом):
CryptEnumProviders (i, резерв, флаги, тип, имя, длина_имени) — возвращает имя и тип i-го по порядку криптопровайдера в системе (нумерация начинается с нуля);
CryptAcquireContext (провайдер, контейнер, имя, тип, флаги) — выполняет подключение к криптопровайдеру с заданным типом и именем и возвращает его дескриптор (контекст). При подключении мы будем передавать функции флаг CRYPT_VERIFYCONTEXT, служащий для получения контекста без подключения к контейнеру ключей;
CryptGetProvParam (провайдер, параметр, данные, размер_данных, флаги) — возвращает значение указанного параметра провайдера, например, версии (второй параметр при вызове функции — PP_VERSION), типа реализации (программный, аппаратный, смешанный — PP_IMPTYPE), поддерживаемых алгоритмов (PP_ENUMALGS). Список поддерживаемых алгоритмов при помощи этой функции может быть получен следующим образом: при одном вызове функции возвращается информация об одном алгоритме; при первом вызове функции следует передать значение флага CRYPT_FIRST, а при последующих флаг должен быть равен 0;
CryptReleaseContext (провайдер, флаги) — освобождает дескриптор криптопровайдера.
Каждая из этих функций, как и большинство других функций CryptoAPI, возвращает логическое значение, равное true, в случае успешного завершения, и false — если возникли ошибки. Код ошибки может быть получен при помощи функции GetLastError. Возможные значения кодов ошибки приведены в упоминавшейся выше документации. Например, при вызове функции CryptGetProvParam для получения версии провайдера следует учесть возможность возникновения ошибок следующим образом: