Электронный ключ (также аппаратный ключ, иногда донгл от англ. dongle) — аппаратное средство, предназначенное для защиты программного обеспечения (ПО) и данных от копирования, нелегального использования и несанкционированного распространения.
Современные электронные ключи
Основой данной технологии является специализированная микросхема, либо защищённый от считывания микроконтроллер, имеющие уникальные для каждого ключа алгоритмы работы. Донглы также имеют защищённую энергонезависимую памятьнебольшого объёма, более сложные устройства могут иметь встроенный криптопроцессор (для аппаратной реализации шифрующихалгоритмов), часы реального времени. Аппаратные ключи могут иметь различные форм-факторы, но чаще всего они подключаются к компьютеру через USB. Также встречаются с LPT- или PCMCIA-интерфейсами.
Принцип действия электронных ключей. Ключ присоединяется к определённому интерфейсу компьютера. Далее защищённая программа через специальный драйвер отправляет ему информацию, которая обрабатывается в соответствии с заданным алгоритмом и возвращается обратно. Если ответ ключа правильный, то программа продолжает свою работу. В противном случае она может выполнять определенные разработчиками действия, например, переключаться в демонстрационный режим, блокируя доступ к определённым функциям.
Существуют специальные ключи, способные осуществлять лицензирования (ограничения числа работающих в сети копий программы) защищенного приложения по сети. В этом случае достаточно одного ключа на всю локальную сеть. Ключ устанавливается на любой рабочей станции или сервере сети. Защищенные приложения обращаются к ключу по локальной сети. Преимущество в том, что для работы с приложением в пределах локальной сети им не нужно носить с собой электронный ключ.
Защита ПО с помощью электронного ключа
Комплект разработчика ПО
Донгл относят к аппаратным методам защиты ПО, однако современные электронные ключи часто определяются как мультиплатформенные аппаратно-программные инструментальные системы для защиты ПО. Дело в том, что помимо самого ключа компании, выпускающие электронные ключи, предоставляют SDK (Software Developer Kit — комплект разработчика ПО). В SDK входит все необходимое для начала использования представляемой технологии в собственных программных продуктах — средства разработки, полная техническая документация, поддержка различных операционных систем, детальные примеры, фрагменты кода, инструменты для автоматической защиты. Также SDK может включать в себя демонстрационные ключи для построения тестовых проектов.
Технология защиты
Технология защиты от несанкционированного использования ПО построена на реализации запросов из исполняемого файла или динамической библиотеки к ключу с последующим получением и, если предусмотрено, анализом ответа. Вот некоторые характерные запросы:
проверка наличия подключения ключа;
считывание с ключа необходимых программе данных в качестве параметра запуска (используется, в основном, только при поиске подходящего ключа, но не для защиты);
запрос на расшифрование данных или исполняемого кода, необходимых для работы программы, зашифрованных при защите программы (позволяет осуществлять "сравнение с эталоном"; в случае шифрования кода, выполнение нерасшифрованного кода приводит к ошибке);
запрос на расшифрование данных, зашифрованных ранее самой программой (позволяет отправлять каждый раз разные запросы к ключу и, тем самым, защититься от эмуляции библиотек API / самого ключа)
проверка целостности исполняемого кода путём сравнения его текущей контрольной суммы с оригинальной контрольной суммой, считываемой с ключа (к примеру, путём выполнения ЭЦП кода или других переданных данных алгоритмом ключа и проверки этой ЭЦП внутри приложения; т.к. ЭЦП всегда разная - особенность криптографического алгоритма - то это также помогает защититься от эмуляции API/ключа);
запрос к встроенным в ключ часам реального времени (при их наличии; может осуществляться автоматически при ограничении времени работы аппаратных алгоритмов ключа по его внутреннему таймеру);
и т.д.
Стоит отметить, что некоторые современные ключи (Guardant Code от Компании "Актив", LOCK от Astroma Ltd., Rockey6 Smart от Feitian, Senselock от Seculab) позволяют разработчику хранить собственные алгоритмы или даже отдельные части кода приложения (например, специфические алгоритмы разработчика, получающие на вход большое число параметров) и исполнять их в самом ключе на его собственном микропроцессоре. Помимо защиты ПО от нелегального использования такой подход позволяет защитить используемый в программе алгоритм от изучения, клонирования и использования в своих приложениях конкурентами. Однако для простого алгоритма (а разработчики часто совершают ошибку, выбирая для загрузки недостаточно сложный алгоритм) может быть проведен криптоанализ по методу анализа "черного ящика".
Как следует из вышесказанного, «сердцем» электронного ключа является алгоритм преобразования (криптографический или другой). В современных ключах он реализован аппаратно — это практически исключает создание полного эмулятора ключа, так как ключ шифрования никогда не передается на выход донгла, что исключает возможность его перехвата.
Алгоритм шифрования может быть секретным или публичным. Секретные алгоритмы разрабатываются самим производителем средств защиты, в том числе и индивидуально для каждого заказчика. Главным недостатком использования таких алгоритмов является невозможность оценки криптографической стойкости. С уверенностью сказать, насколько надёжен алгоритм, можно было лишь постфактум: взломали или нет. Публичный алгоритм, или «открытый исходник», обладает криптостойкостью несравнимо большей. Такие алгоритмы проверяются не случайными людьми, а рядом экспертов, специализирующихся на анализе криптографии. Примерами таких алгоритмов могут служить широко используемые ГОСТ 28147—89, AES, RSA, Elgamal и др.
Защита с помощью автоматических средств
Для большинства семейств аппаратных ключей разработаны автоматические инструменты (входящие в SDK), позволяющие защитить программу «за несколько кликов мыши». При этом файл приложения «оборачивается» в собственный код разработчика. Реализуемая этим кодом функциональность варьируется в зависимости от производителя, но чаще всего код осуществляет проверку наличия ключа, контроль лицензионной политики (заданной поставщиком ПО), внедряет механизм защиты исполняемого файла от отладки и декомпиляции (например, сжатие исполняемого файла) и др.
Важно то, что для использования автоматического инструмента защиты не требуется доступ к исходному коду приложения. Например, при локализации зарубежных продуктов (когда отсутствует возможность вмешательства в исходный код ПО) такой механизм защиты незаменим, однако он не позволяет использовать весь потенциал электронных ключей и реализовать гибкую и индивидуальную защиту.
Реализация защиты с помощью функций API
Помимо использования автоматической защиты, разработчику ПО предоставляется возможность самостоятельно разработать защиту, интегрируя систему защиты в приложение на уровне исходного кода. Для этого в SDK включены библиотеки для различных языков программирования, содержащие описание функциональности APIдля данного ключа. API представляет собой набор функций, предназначенных для обмена данными между приложением, системным драйвером (и сервером в случае сетевых ключей) и самим ключом. Функции API обеспечивают выполнение различных операций с ключом: поиска, чтения и записи памяти, шифрования и расшифрования данных при помощи аппаратных алгоритмов, лицензирования сетевого ПО и т. д.
Умелое применение данного метода обеспечивает высокий уровень защищённости приложений. Нейтрализовать защиту, встроенную в приложение, достаточно трудно вследствие её уникальности и «размытости» в теле программы. Сама по себе необходимость изучения и модификации исполняемого кода защищенного приложения для обхода защиты является серьёзным препятствием к её взлому. Поэтому задачей разработчика защиты, в первую очередь, является защита от возможных автоматизированных методов взлома путём реализации собственной защиты с использованием API работы с ключами.
