Электронный ключ — средство предохранения софта

Электронные ключи — фактически единственное техническое решение, которое обеспечивает приемлемый уровень защиты и, одновременно, доставляет наименьшие неудобства конечным пользователям.

Методы защиты программ

Среди технических решений, предлагаемых для защиты тиражируемого программного обеспечения, можно выделить несколько основных групп.

Использование ключевых дискет и компакт-дисков со специальным покрытием, паролей и регистрационных номеров

Эти методы защиты не требуют больших финансовых издержек при внедрении, однако обладают низкой стойкостью к взлому. Вследствие чего, применение такой защиты оправдано только для ПО нижней ценовой категории. Для подобных программ важна популярность и большие тиражи (иногда и за счет пиратских копий). Использование более надежной, но и дорогостоящей системы защиты, в данном случае, не будет иметь смысла (даже повлияет отрицательно).

Привязка к уникальным характеристикам компьютера

Стойкость к взлому у этого метода защиты гораздо выше, чем у предыдущих, при небольших затратах на внедрение. Однако из-за особенностей реализации механизма защиты он является самым неудобным для конечных пользователей и вызывает многочисленные нарекания. Ведь программу, защищенную подобным образом, нельзя перенести на другой компьютер, возникают трудности с модернизаций и т. п. Применение такой защиты целесообразно в случаях, когда производитель уверен, что не отпугнет клиентов.

Самый свежий пример использования этого метода — встроенная защита от копирования новых программных продуктов Microsoft.

Программно-аппаратная защита с использованием электронных ключей

На сегодняшний день это — наиболее надежный и удобный метод защиты тиражируемого ПО средней и высшей ценовой категории. Он обладает высокой стойкостью к взлому и не ограничивает использование легальной копии программы. Применение этого метода экономически оправдано для программ стоимостью свыше $80, так как использование даже самых дешевых электронных ключей увеличивает стоимость ПО на $10-15. Поэтому каждый производитель ключей стремится разработать новые, более дешевые модели для защиты многотиражных недорогих продуктов, не снижая при этом их эффективности.

Электронными ключами, в основном, защищают так называемый «деловой» софт: бухгалтерские и складские программы, правовые и корпоративные системы, строительные сметы, САПР, электронные справочники, аналитический софт, экологические и медицинские программы и т. п. Затраты на разработку таких программ велики, а соответственно высока их стоимость, поэтому ущерб от пиратского распространения будет значителен. Здесь электронные ключи являются оптимальной защитой.

Как видно, выбирая средство защиты, разработчик должен исходить из принципа экономической целесообразности. Защита должна выполнить свое основное предназначение — существенно сократить, а в идеале — прекратить, потери от пиратства, не сильно при этом увеличивая стоимость программы, что может отрицательно отразиться на объеме продаж. Производитель также обязан учитывать интересы пользователей. В идеале защита не должна причинять им никаких неудобств.

Что такое электронный ключ

Электронный ключ предотвращает незаконное использование (эксплуатацию) программы. Часто говорят, что ключ защищает от копирования, но это не совсем верно. Защищенную программу можно скопировать, только копия без ключа работать не будет. Т. о. копирование просто не имеет смысла.

Собственно электронный ключ — это устройство размером, как принято говорить, «со спичечный коробок» , которое подсоединяется к одному из портов компьютера. Ключ состоит из платы с микросхемами (вспомогательные элементы, микроконтроллер и память), заключенной в пластиковый корпус. Микроконтроллер содержит так называемую «математику» — набор команд, реализующих некую функцию или функции, которые служат для генерации информационных блоков обмена ключа и защищенной программы. Иначе эти блоки называются «вопросы и ответы». Память электронного ключа содержит информацию о его характеристиках, а также данные пользователя. Ключ имеет два разъема. С помощью одного он подсоединяется к LPT-порту (параллельному порту) компьютера, другой служит для подключения периферийного устройства. При правильной эксплуатации современный электронный ключ обычно не вносит помех в работу принтеров, сканеров и прочей периферии, которая подключена через него к параллельному порту.

Какие бывают электронные ключи

Электронные ключи чрезвычайно разнообразны по своему исполнению (внутренние и внешние), назначению, внешнему виду и т. п. Их можно также классифицировать по совместимости с программными средами и типами компьютеров, по способу подключения и степени сложности (функциональности) и т. д. Однако рассказ обо всех разновидностях ключей занял бы много времени, поэтому следует остановиться на самых широко применяемых решениях.

Итак, чаше всего используются электронные ключи, предназначенные для защиты локальных и сетевых Windows и DOS-приложений. Основную массу ключей на сегодняшний день составляют устройства для параллельного порта. Однако все большую популярность приобретают USB-ключи, и велика вероятность, что в ближайшем будущем они составят серьезную конкуренцию LPT-ключам.

Для защиты дорогостоящего ПО используют сложные (многофункциональные) ключи, для защиты программ подешевле применяют более простые ключи.

По устройству электронные ключи делятся на

• Ключи, не содержащие встроенной памяти
  Такие ключи не обеспечивают должную степень защищенности приложения. Ведь только наличие памяти в дополнение к логическому блоку ключа позволяет строить систему защиту любой сложности. В памяти ключа можно хранить информацию, необходимую для работы программы, списки паролей (по существу, электронный ключ может использоваться в качестве средства идентификации) и т. п. Объем памяти большинства современных ключей достигает обычно несколько сотен байт. Использование ключей без встроенной памяти может быть оправданным только для защиты дешевых многотиражных программ.
• Ключи, содержащие только память
  Этот класс ключей является морально устаревшим. Такие ключи больше не выпускаются, но достаточно большое их количество пока сохраняется у конечных пользователей ПО.
• Ключи на заказном ASIC-чипе
  На сегодняшний день это самый распространенный класс ключей. Их функциональность определяется конкретным видом ASIC-чипа. Недостатком таких ключей является, если можно так выразится, «завершенность» конструкции. Диапазон их свойств ограничен определенными при создании микросхемы рамками. Все ключи одной модели работают по одинаковому алгоритму или алгоритмам (т. е. в них содержаться функции одинакового вида). Такая особенность может неблагоприятно сказываться на степени стойкости системы защиты. Ведь часто повторяющаяся модель защиты облегчает задачу взломщика.
• Микропроцессорные ключи
  Этот тип ключей, в отличие от предыдущего, обладает гораздо более гибким устройством. В контроллер микропроцессорного ключа можно «прошивать» программу, реализующую функции, разные для каждого клиента. В принципе, любой микропроцессорный ключ легко можно запрограммировать так, что он будет работать по своему, уникальному алгоритму.

Электронный ключ — это аппаратная часть защиты. Программную часть составляет специальное ПО для работы с ключами. В его состав входят инструменты для программирования ключей, утилиты установки защиты и диагностики, драйверы ключей и др.

Защита программ с помощью ключа

Чтобы установить систему защиты необходимо запрограммировать нужным образом электронный ключ, т. е. внести в его память информацию, по которой защищенная программа будет идентифицировать ключ и «привязать» к ключу программу путем установки автоматической защиты и/или защиты при помощи функций API.

Для программирования памяти ключа, в основном, используют специальные утилиты, с помощью которых считывается и перезаписывается содержимое полей памяти, редактируются, изменяются или удаляются сами поля, производится дистанционное программирование ключа. Также утилиты программирования используются для отладки схемы защиты. С их помощью проверяют правильность выполнения функций API, создают массивы вопросов и ответов ключа и т. п.

Способы защиты

Есть системы защиты, которые устанавливаются на исполняемые программные модули (навесная или автоматическая защита), и системы защиты, которые встраиваются в исходный код программы (защита при помощи функций API).

Автоматическая защита

Исполняемый файл программы обрабатывается соответствующей утилитой, входящей в комплект ПО для работы с ключами. Как правило, данный способ защиты почти полностью автоматизирован, процесс установки занимает всего несколько минут и не требует специальных знаний. После этого программа оказывается «настроенной» на электронный ключ с определенными параметрами.

Утилиты автоматической защиты обычно имеют множество сервисных функций, которые позволяют выбирать различные режимы «привязки» программы к ключу и реализовывать дополнительные возможности. Например, такие, как защита от вирусов, ограничение времени работы и числа запусков программы и т. д.

Однако следует иметь в виду, что этот способ не может обеспечить достаточную надежность. Так как модуль автоматической защиты прикрепляется к готовой программе, то есть вероятность, что опытному хакеру удастся найти «точку соединения» и «отцепить» такую защиту. Хорошая утилита автоматической защиты должна обладать опциями, затрудняющими попытки отладки и дизассемблирования защищенной программы.

Защита при помощи функций API

Этот метод защиты основан на использовании функций API, собранных в объектных модулях. Функции API позволяют выполнять с ключом любые операции (поиск ключа с заданными характеристиками, чтение и запись данных, подсчет контрольных сумм, преобразование информации и т. п.). Это позволяет создавать нестандартные схемы защиты, подходящие для любых случаев. Вообще, можно сказать, что возможности API-защиты ограничены только богатством фантазии разработчика.

Библиотеки специальных функций API и примеры их использования, написанные на различных языках программирования, должны входить в комплект программного обеспечения для работы с ключами. Для установки защиты необходимо написать вызовы нужных функций API, вставить их в исходный код программы и скомпилировать с объектными модулями. В результате защита окажется внедренной глубоко в тело программы. Использование функций API обеспечивает гораздо более высокую степень защищенности, чем автоматическая защита

Практически единственный «недостаток» этого способа защиты, по мнению некоторых производителей ПО, заключается в дополнительных затратах на обучение персонала работе с API-функциями. Однако без использования API невозможно рассчитывать на приемлемую стойкость системы защиты. Поэтому в целях облегчения жизни разработчиков производители систем защиты работают над программами, упрощающими установку API-защиты.

В общих чертах работу системы защиты можно представить таким образом:

В процессе работы защищенная программа передает электронному ключу информацию, так называемый «вопрос». Электронный ключ ее обрабатывает и возвращает обратно — «отвечает». Программа на основе возвращенных данных идентифицирует ключ. Если он имеет верные параметры, программа продолжает работать. Если же параметры ключа не подходят, либо он не подсоединен, то программа прекращает свою работу или переходит в демонстрационный режим.

Противостояние разработчиков систем защиты и взломщиков (хакеров или кракеров) — это гонка вооружений. Постоянное совершенствование средств и способов взлома вынуждает разработчиков защиты непрерывно обновлять или изобретать новые средства и методы защиты, чтобы находиться на шаг впереди. Ведь схема, которая была эффективной вчера, сегодня может оказаться непригодной.

Далее приведены основные методы взлома защиты и способы противодействия взлому.

Методы взлома защиты

Изготовление аппаратной копии ключа

Этот метод заключается в считывании специальными программными и аппаратными средствами содержимого микросхемы памяти ключа. Затем данные переносятся в микросхему другого ключа («»болванку). Способ этот достаточно трудоемкий и может применяться, если память ключа не защищена от считывания информации (что было характерно для ключей, содержащих только память). К тому же, создание аппаратной копии ключа не решает проблему тиражирования программы, ведь она все равно остается «привязанной», но только к другому ключу. По этим причинам изготовление аппаратных копий ключей не получило широкого распространения

Изготовление эмулятора (программной копии) ключа

Самый распространенный и эффективный метод взлома, который заключается в создании программного модуля (в виде драйвера, библиотеки или резидентной программы), воспроизводящего (эмулирующего) работу электронного ключа. В результате защищенная программа перестает нуждаться в ключе.

Эмуляторы могут воспроизводить работу ключей определенной модели, или ключей, поставляемых с какой-то программой, или одного конкретного ключа.

По организации их можно разделить на эмуляторы структуры и эмуляторы ответов. Первые воспроизводят структуру ключа в деталях (обычно это универсальные эмуляторы), вторые работают на основе таблицы вопросов и ответов конкретного ключа.

В простейшем случае для создания эмулятора хакер должен найти все возможные верные вопросы к ключу и сопоставить им ответы, то есть получить всю информацию, которой обменивается ключ и программа.

Современные ключи обладают целым набором средств, предотвращающих эмуляцию. Прежде всего, это различные варианты усложнения протокола обмена ключа и защищенной программы, а также кодирование передаваемых данных. Используются следующие основные виды защищенных протоколов обмена или их сочетания:

• плавающий протокол — вместе с реальными данными передается «мусор», причем со временем порядок чередования и характер, как реальных, так и ненужных данных, изменяется хаотическим образом
• кодированный протокол — все передаваемые данные кодируются
• с автоматической верификацией — любая операция записи в память ключа сопровождается автоматической проверкой данных на адекватность

Дополнительное усложнение протокола обмена достигается за счет увеличения объема передаваемых сведений и количества вопросов к ключу. Современные ключи обладают памятью, достаточной для обработки достаточно больших объемов данных. Например, ключ с памятью 256 байт может обработать за один сеанс до 200 байт информации. Составление таблицы вопросов к такому ключу на сегодняшний день представляется весьма трудоемкой задачей.

Отделение модуля автоматической защиты

Как уже говорилось ранее, автоматическая защита не обладает достаточной степенью стойкости, так как не составляет с защищенной программой единого целого. Вследствие чего, «конвертную защиту» можно, при известных усилиях, снять. Существует целый ряд инструментов, используемых хакерами для этой цели: специальные программы автоматического взлома, отладчики и дизассемблеры. Один из способов обхода защиты — определить точку, в которой завершается работа «конверта» защиты и управление передается защищенной программе. После этого принудительно сохранить программу в незащищенном виде.

Однако в арсенале производителей систем защиты есть несколько приемов, позволяющих максимально затруднить процесс снятия защиты. Хорошая утилита автоматической защиты обязательно включает опции, которые обеспечивают

• противодействие автоматическим программам взлома,
• противодействие отладчикам и дизассемблерам (блокировка стандартных отладочных средств, динамическое кодирование модуля защиты, подсчет контрольных сумм участков программного кода, технология «безумного кода» и др.),
• кодирование защищенной тела и оверлеев программы с помощью алгоритмов (функций) преобразования.

Удаление вызовов функций API

Чтобы удалить вызовы функций API из исходного текста программы, хакеры, используя отладчики и дизассемблеры, находят места, из которых происходят вызовы, или точки входа в функции, и соответствующим образом исправляют программный код. Однако при правильной организации API-защиты этот способ становится очень трудоемким. К тому же взломщик никогда не может быть до конца уверен, что правильно и полностью удалил защиту, и программа будет работать без сбоев.

Существует несколько эффективных приемов противодействия попыткам удаления или обхода вызовов функций API:

• использование «безумного кода»: при создании функций API их команды перемешиваются с «мусором» — ненужными командами, т.о. код сильно зашумляется, что затрудняет исследование логики работы функций
• использование множества точек входа в API: в хорошей API-защите каждая функция имеет свою точку входа. Для полной нейтрализации защиты злоумышленник должен отыскать все точки

Программно-аппаратная защита предоставляет человеку, который ее внедряет, достаточно большую свободу действий. Даже при автоматической защите можно выбирать среди имеющихся опций и соответственно определять свойства защищенной программы. А уж при использовании функций API можно реализовать любую, даже самую изощренную модель защиты. Т. о. единой и детально расписанной схемы построения защиты не существует. Однако есть много способов придать защите дополнительную стойкость (ниже приводятся лишь некоторые из них).

Методы противодействия взлому

Комбинирование автоматической и API защиты

Как говорилось выше, каждый из этих видов защиты имеет свои узкие места. Но вместе они прекрасно дополняют друг друга и составляют труднопреодолимую преграду даже для опытного взломщика. При этом автоматическая защита играет роль своеобразной скорлупы, внешнего рубежа, а защита API является ядром.

Поэтому рекомендуется сначала встроить вызовы API в исходный код программы, а затем обработать исполняемый файл с помощью утилиты автоматической защиты.

API защита

При API-защите рекомендуется использовать несколько функций. Их вызовы необходимо распределить по коду приложения и перемешать переменные функций с переменными приложения. Таким образом, защита API оказывается глубоко внедренной в программу, и взломщику придется немало потрудиться, чтобы определить и выбрать все функции защиты.

Обязательным является использование алгоритмов (или функций) преобразования данных. Кодирование информации делает бессмысленным удаление вызовов функций API, ведь при этом данные не будут декодированы.

Эффективный прием усложнения логики защиты — это откладывание реакции программы на коды возврата функций API. В этом случае программа принимает решение о дальнейшей работе спустя какое-то время после получения кодов возврата. Что заставляет взломщика прослеживать сложные причинно-следственные связи и исследовать в отладчике слишком большие участки кода.

Автоматическая защита

При автоматической защите необходимо задействовать опции защиты от отладочных и дизассемблирующих средств, опции кодирования и проверки ключей по времени. Полезно также использовать защиту от вирусов. При этом проверяется CRC участков кода, а значит, файл предохраняется и от модификации.

Обновление системы защиты

После внедрения системы защиты важно не забывать о своевременном обновлении ПО для работы с ключами. Каждый новый релиз — это устраненные ошибки, закрытые «дыры» и новые возможности защиты. Также необходимо постоянно отслеживать ситуацию на рынке систем защиты и, в случае необходимости, своевременно менять систему защиты на более прогрессивную и надежную.

Возможности электронного ключа

Конечно, прежде всего, ключ предназначен для защиты программ. Однако потенциал современной программно-аппаратной защиты настолько велик, что позволяет применять электронные ключи для реализации маркетинговой стратегии и оптимизации продаж. Вот несколько вариантов такого «нецелевого» использования.

Демо-версии

С помощью электронных ключей можно легко создавать демо-версии программных продуктов без написания демонстрационного варианта программы. Можно свободно распространять копии, заблокировав или ограничив некоторые возможности программы, которые активируются только с помощью электронного ключа. Или же предоставлять клиентам полнофункциональную программу в качестве пробной («trial») версии, ограничив количество ее запусков. А после оплаты продлевать срок пользования программой или вовсе снимать ограничение.

Аренда и лизинг

Если программа дорогостоящая, то часто бывает удобно и выгодно продавать ее по частям или сдавать в аренду. В этом случае ключи также окажут большую услугу. Как это происходит? Полноценная рабочая копия программы, ограниченная по времени работы, предоставляется клиенту. После того, как клиент внесет очередной платеж, срок пользования программой продлевается с помощью дистанционного перепрограммирования памяти ключа.

Продажа программы по частям

Если программа состоит из нескольких компонентов (например, набор электронных переводчиков — англо-русский, франко-русский и т. п.), то можно включать в комплект поставки все модули, но активировать только те из них, за которые заплачено. При желании клиент всегда может оплатить интересующий его компонент программы, который будет активирован с помощью дистанционного программирования ключа.

Обновление защищенной программы

Производитель выпустил новую версию программы. Теперь перед ним возникает проблема обновления программы у зарегистрированных пользователей. Дистанционное программирование ключей делает эту процедуру быстрой и легкой. При выходе новой версии программы пользователям предыдущих версий не нужно выдавать или продавать новый ключ. Нужно всего лишь перепрограммировать участок памяти имеющегося ключа и переслать клиенту новую версию (бесплатно или за небольшую доплату — зависит от маркетинговой политики фирмы).

Лицензирование в локальных вычислительных сетях

Под лицензированием в данном случае понимается контроль количества используемых копий программы. Производителям сетевого ПО хорошо знакома ситуация, когда покупается одна лицензионная программа, а в ЛВС работают с десятками ее копий. В этих условиях электронный ключ становится эффективным средством, предотвращающим запуск «сверхлимитных» копий программы.

Как осуществляется лицензирование? Допустим, пользователь собирается установить в сети какую-то программу (бухгалтерская, складская и т. п.). При покупке он указывает число копий программы, которое ему необходимо, и получает соответствующую лицензию. Производитель передает клиенту дистрибутив и нужным образом запрограммированный ключ. Теперь пользователь сможет работать только с тем количеством копий, за которое заплатил. При необходимости он всегда может докупить недостающие копии, а производитель перепрограммирует ему электронный ключ, не выходя из своего офиса.

Легко заметить, что современная программно-аппаратная система защиты предоставляет множество сервисных функций, которые позволяют организовать эффективную маркетинговую политику и, естественно, получить дополнительную (и весьма ощутимую) выгоду.

Будущее электронного ключа

Пока существует ПО и стоит проблема компьютерного пиратства, программно-аппаратная защита останется актуальной. Что конкретно она будет представлять собой лет через десять, сказать трудно. Но уже сейчас можно отметить некоторые тенденции, которые становятся очевидными.

Широкую популярность приобретают USB-ключи и, скорее всего, они постепенно вытеснят ключи для параллельного порта. В ключах будут реализованы более сложные и стойкие алгоритмы, увеличится объем памяти.

Электронные ключи (немного иначе устроенные) начинают применять в качестве средств идентификации компьютерных пользователей. Такими ключами-идентификаторами в сочетании со специальными программами можно защищать web-страницы.

Все больше будут использоваться возможности электронных ключей для формирования маркетинговой стратегии фирм-производителей софта, для продвижения программных продуктов.