Существующие механизмы защиты реализованные в межсетевых экранах

Обновлено: 07.07.2024

Внутрь корпоративной сети или на сервер с сайтом могут проникнуть злоумышленники — и украсть данные, удалить важную информацию или что-то сломать.

Чтобы этого не случилось, нужен специальный защитный инструмент. Он называется сетевым или межсетевым экраном, брандмауэром или файрволом. Расскажем, что такое межсетевой экран, как он работает, зачем нужен и каким может быть.

Что такое межсетевой экран и как он работает

Сначала разберемся с терминами. Межсетевой экран, МЭ, сетевой экран, файрвол, Firewall, брандмауэр — все это названия одного и того же инструмента. Главная задача файрвола — защита от несанкционированного доступа из внешней сети. Например, он может стоять между сетью компании и интернетом и следить, чтобы злоумышленники не попали в защищенную корпоративную сеть. Либо он может защищать от доступа из сети только отдельно взятый компьютер или устройство (в этой роли его чаще называют просто сетевым, а не межсетевым экраном).

Межсетевой экран может быть отдельной программой, а может входить в состав какого-либо приложения. Многие современные антивирусные программы включают в себя МЭ как компонент, защищающий компьютер. Иногда МЭ выполнен в виде ПАК (программно-аппаратного комплекса, то есть «железки»).

Для защиты брандмауэр следит за параметрами входящего и исходящего трафика. Классические брандмауэры, так называемые пакетные фильтры, оценивают трафик по параметрам сетевого уровня и принимают решение о том, пропускать или не пропускать каждый IP-пакет, по его свойствам, например:

IP-адрес и порт источника IP-пакета (узла сети, от которого пакет пришел);
IP-адрес и порт узла назначения IP-пакета (узла сети, от которого пакет пришел);
протокол транспортного уровня (UDP, TCP и так далее);
время передачи пакета.

Кроме того, МЭ умеют учитывать контекст передачи трафика. Например, часто МЭ настроен так, что трафик, который инициирован из внешней сети, блокируется, но если трафик из внешней сети является ответом на запрос из внутренней сети, то он будет пропущен.

Помимо пакетных фильтров, которые фильтруют трафик на основании свойств IP-пакетов, то есть на сетевом уровне модели OSI, к МЭ также относят:

шлюзы сеансового уровня, которые фильтруют трафик, проверяя выполнение правил сетевого соединения, действующих на сеансовом уровне модели OSI;
посредники прикладного уровня, в том числе Web Application Firewall (файрвол веб-приложений), которые учитывают «смысл» передаваемого трафика уже в контексте работы приложений.

На сегодняшний день МЭ как отдельно стоящий инструмент сетевой защиты не используется. С момента появления этой технологии появились дополнительные подходы по сканированию трафика, включая DPI, IPS/IDS, защиту anti-DDoS, антивирусы потокового сканирования и другие. Но фильтрация по параметрам трафика сетевого уровня была и остается важным базовым уровнем сетевой защиты, эдаким «домофоном» в мире корпоративных сетей.

Для чего нужен межсетевой экран

Главная задача межсетевого экрана — не пропускать трафик, которого быть не должно. Это базовая защита от сканирования сети организации, от доставки на компьютеры вредоносных программ, осуществления сетевых атак, а также от несанкционированного доступа к закрытой корпоративной информации.

Например, МЭ может:

Предотвратить проникновение в сеть «поддельного» трафика. Например, ваша компания обменивается данными с филиалом. IP-адрес вашего офиса и офиса филиала известны. К вам приходит трафик, который замаскирован под данные филиала, но отправлен с незнакомого IP. Межсетевой экран заметит это и не пропустит его внутрь вашей сети. Защитить внутреннюю сеть от DDoS-атак, когда злоумышленники пытаются «уронить» сервисы компании, отправляя на них много запросов. Система, которая умеет узнавать такие атаки, формирует правило выявления трафика от атакующих узлов и передает его межсетевому экрану.

Межсетевой экран может быть установлен внутри корпоративной сети, например перед сетевым сегментом с особо секретными данными, чтобы допускать к нему запросы с компьютеров только определенных сотрудников. Это еще больше повышает сетевую безопасность.

Кроме того, если вы храните персональные данные, наличие межсетевого экрана обязательно по закону. Подробнее об этом мы рассказывали в статье про межсетевые экраны, сертифицированные ФСТЭК. Прочитайте, если работает с ПДн.

Типы межсетевых экранов

Межсетевые экраны делят на две группы — аппаратные и программные.

Аппаратный МЭ. Это оборудование, на который уже установлено ПО для экранирования. Этот прибор нужно купить, подключить к своей сети, настроить — и все будет работать. Считается, что такие МЭ удобнее и надежнее. Во-первых, их «железо» специально заточено под задачи фильтрации трафика. А во-вторых, на них уже никто не сможет поставить ничего лишнего, что могло бы создать конфликты, нехватку дискового пространства и другие проблемы. Это же позволяет именно аппаратным МЭ соответствовать более строгим требованиям по сертификации. Но стоят они дороже.

Программный МЭ. Это программное обеспечение, которое нужно установить на сервер. Это может быть железный или облачный сервер — главное, чтобы именно через него шел весь трафик внутрь вашей корпоративной сети.

Роутер (router) в переводе с английского дословно означает маршрутизатор. Но, как всегда, дословный перевод не всегда отражает реальность. Модели «роутеров для доступа в Интернет», предлагаемые большинством вендоров, по факту представляют собой межсетевой экран, сочетающий и простые функции вроде фильтрации по MAC, и «продвинутые» анализаторы, например, контроль приложений (Application Patrol).

Так что же такое маршрутизатор, межсетевой экран, и где их можно встретить?

Маршрутизатор

В самом названии маршрутизатор заключена расшифровка его предназначения.

В классическом (академическом) представлении маршрутизатор нужен для трансляции пакетов между раздельными IP сетями. Это решает вопрос объединения разрозненных LAN и предотвращения роста широковещательного трафика в одной большой локальной сети разделением её на сегменты. Разумеется, для правильного перенаправления трафика необходимо знать, куда его отправлять, то есть выстраивать маршрут (автор благодарит «Капитана Очевидность» за точную формулировку).

Современные модели маршрутизаторов работают выше 3-го уровня модели OSI. Помимо трансляции IP пакетов из одной сети в другую, эти устройства часто имеют функции управления трафиком, например, возможность закрывать/открывать TCP или UPD порты, выполнять функции Port Address Translation, PAT (иногда называется Destination NAT, DNAT) и так далее. Также для работы некоторых протоколов необходимо, чтобы маршрутизатор умел работать как Application-level gateway, ALG, для обеспечения работы таких протоколов как: PPTP, IPsec, RTSP, SIP, H.323, SMTP, DNS, TFTP.

Маршрутизатором может быть и старый компьютер с настроенной таблицей маршрутов, и специализированное сетевое устройство, которое только и делает, что анализирует простейшие условия вроде списков ACL и перебрасывает пакеты из одной сети в другую.

В частности, маршрутизаторы в виде отдельных устройств применяются, если требуется не только логическое (VLAN) но и физическое разделение на подсети. Например, нужно отделить сеть кампуса, где живут студенты, от университетской сети, где идут исследования.

В современных локальных сетях вместо маршрутизаторов в виде отдельных устройств часто используются коммутаторы L3, позволяющие управлять VLAN, и соответственно, отдельными подсетями.

Пример из практики. Сеть небольшого предприятия, где в качестве ядра сети использовался Cisco Catalyst 3750. Согласно требованиям безопасности, коммутаторы уровня доступа были настроены по принципу: один коммутатор — одна подсеть — один VLAN. Для удешевления проекта выбрали свичи от 3Com. Проще говоря, каждый 3Com был подключен строго в одном VLAN и в одной подсети, а пакеты между подсетями ходили через Catalyst.

С задачей маршрутизацией между VLAN вполне справится L3 коммутатор Zyxel XGS4600-32. Помимо перенаправления пакетов он обладает ещё множеством полезных функций.

Рисунок 1. Коммутатор Zyxel XGS4600-32 L3 с функциями маршрутизатора.

Межсетевой экран

Обычный набор встроенных функций МСЭ (межсетевой экран): антивирус, IDP, патруль приложений — позволяет проверять трафик вплоть до 7 уровня OSI. Помимо этого, есть и другие возможности контроля, отсутствующие в обычных маршрутизаторах.

Разумеется, многие межсетевые экраны обладают стандартным «джентльменским набором» типичного маршрутизатора. Но «сила» МСЭ определяется наличием функций по фильтрации и управлению трафиком, а также усиленном аппаратным обеспечением для реализации этих задач.

Стоит отметить, что набор возможностей фильтрации того или иного устройства МСЭ вовсе не означает: «Чем больше функций смогли «накрутить», тем «лучше» межсетевой экран». Основной ошибкой было бы при покупке делать акцент на длине перечня всевозможных «фишек», без учета конкретного предназначения, конструктивных особенностей, параметров быстродействия и других факторов. Все должно быть строго дозировано и сбалансировано без перекосов в сторону «сверхбезопасности» или «суперэкономии».

И тут администратор сети сталкивается с первой проблемой. Если для SOHO сегмента не так уж сложно сформулировать типичный набор требований, то для корпоративного сегмента это требует дополнительной подготовки. Для лучшего удовлетворения нужд бизнеса существуют различные устройства — каждое под свою нишу. Например, для VPN Gateway набор функций по обеспечению безопасности, разумеется, играет большую роль, но основной задачей является все же создание и поддержание работоспособности VPN каналов. В качестве примера такого устройства можно привести ZyWALL VPN1000

Рисунок 2. Межсетевой экран VPN — ZyWALL VPN1000

А вот для Secure Gateway всевозможные фильтры, «Песочница» и другие виды проверок стоят на первом месте. В качестве примера такого специализированного устройства для повышения уровня защиты можно привести ZyWALL ATP800.

Рисунок 3. Межсетевой экран для обеспечения безопасности — ZyWALL ATP800.

Как видно из рисунков, внешний вид подобных устройств может быть весьма схож, а всё отличие заключается внутри — программном и аппаратном обеспечении. Более подробно об можно прочитать в статье «Для тех, кто выбирает межсетевой экран».

Механизмы защиты межсетевых экранов

Теперь, когда мы обсудили отличия между маршрутизаторами и сетевыми экранами, а также между различными типами межсетевых экранов — самое время поговорить о методах поддержания требуемого уровня безопасности. Какие этапы защиты, через которые проходит трафик, помогают поддерживать сеть в безопасности?

Firewall

Данный сервис перешел «по наследству» от маршрутизаторов. При помощи файрвола отслеживаются и блокируются нежелательные адреса, закрываются порты, анализируются другие признаки пакетов, по которым можно «вычислить» нежелательный трафик. На этом этапе происходит отражения большого числа угроз, таких как попытки соединиться с общедоступными TCP портами, бомбардировка пакетами с целью выведения системы из строя и так далее.

IP Reputation

Это облачное расширение функций обычного файрвола и безусловный шаг вперед. Дело в том, что в обычной ситуации система ничего не знает об источнике или приемнике (в зависимости от типа трафика). Если это явно не прописано в правилах файрвола, например, «Запретить», то трафик будет проходить, пусть даже от самых вредоносных сайтов. Функция IP Reputation позволяет проверить, является ли IP-адрес подозрительным или «засветился» в той или иной базе данных по проверке репутации. Если со стороны базы данных поступили сведения о плохой репутации IP адреса, то появляется возможность для маневра: оставить прохождение трафика без изменений, запретить полностью или разрешить при определенном условии.

Проверка происходит быстро, потому что отправляется только сам IP адрес и короткий запрос, ответ также приходит в крайне лаконичной форме, что не оказывает сильного влияние на объем трафика.

SSL Inspection

Позволяет проверять трафик, зашифрованный по протоколу SSL для того, чтобы остальные профили МСЭ могли раскрывать пакеты и работать с SSL трафиком как с незашифрованным. Когда информационный поток защищен от внешнего доступа при помощи шифрования, то и проверить его не представляется возможным — для этого тоже нужен доступ к его содержанию. Поэтому на этапе проверки трафик расшифровывается, прочитывается системой контроля и повторно шифруется, после чего передается в пункт назначения.

С одной стороны, внешне это напоминает атаку man-in-middle, что выглядит как нарушение системы защиты. С другой стороны, SSL шифрование защищает не только полезную информацию, но и всевозможные нарушения корпоративной безопасности. Поэтому применение SSL Inspection на этапе санкционированной проверки выглядит весьма оправданным.

Intrusion Detection/Prevention Service

Системы обнаружения вторжений Intrusion Detection System, IDS, давно нашли применение в межсетевых экранах. Данная функция предназначена для сетевого мониторинга, анализа и оповещения в случае обнаружения сетевой атаки. Механизм IDS основывается на определённом шаблоне и оповещает при обнаружении подозрительного трафика. К сожалению, IDS сами по себе не в состоянии остановить атаку, они лишь оповещают о ней.

А вот система предотвращения вторжений — Intrusion Prevention Service, IPS, является определенным шагом вперед и, помимо обнаружения нежелательного трафика, способна сама блокировать или отбрасывать нежелательные пакеты. Тем самым предотвращая попытки взлома или просто нежелательные события.

Для обеспечения работы IPS — используются специальные сигнатуры, благодаря которым можно распознавать нежелательный трафик и защищать сеть как от широко известных, так и от неизвестных атак. Помимо предотвращения вторжения и распространение вредоносного кода, IPS позволяет снизить нагрузку на сеть, блокируя опасный или попросту бесполезный трафик. База данных IPS включает информацию о глобальных атаках и вторжениях, собранную на публичных или специализированных закрытых сайтах, что позволяет обнаружить сетевые атаки при минимальном количестве ошибочных срабатываний.

Antimalware

Исторически под этим названием понимают классический антивирус, но в последнее время область применения данного механизма защиты значительно расширена и включает в себя не только защиту от вирусов, но и от другого вредоносного кода, включая фишинговые приложения, небезопасные скрипты и так далее.

В качестве «движка» (engine) в межсетевых шлюзах Zyxel используются локальные сигнатуры от BitDefender и облачные от McAfee.

Sandbox

Традиционно из самых больших проблем сетевой безопасности является постоянное распространение новых вирусов.

Выше уже описывались другие средства защиты: IPS и антивирус (antimalware) для защиты сетей. Однако эти две функции не всегда эффективны против новых модификаций вредоносного кода. Зачастую приходится сталкиваться с мнением о том, что антивирус «на потоке» способен определить только очень простые и широко известные угрозы, в первую очередь полагаясь на записи в антивирусных базах. Для более серьезных случаев требуется поведенческий анализ. Грубо говоря, нужно создать для предполагаемого вредоносного кода комфортные условия и попробовать его запустить.

Как раз «Песочница» (Sandbox) — это и есть виртуализированная, изолированная и безопасная среда, в которой запускаются неизвестные файлы для анализа их поведения.

«Песочница» работает следующим образом:

Когда файл проходит через вирусную программу, она сначала проверяет базу данных защиты от вредоносных программ.

Если файл неизвестен, его копия перенаправляется в Sandbox.

Эта служба проверяет файл и определяет, является ли он нормальным, подозрительным или опасным.

По результатам проверки «Песочница», размещенная в облаке, получит новую информацию об этом новом элементе и сохранить её в своей базе данных для аналогичных случаев. Таким образом, облачная архитектура не только делает его общедоступным, но и позволяет постоянно обновлять в режиме реального времени.

В свою очередь, база данных защиты от вредоносных программ регулярно синхронизируется с «Песочницей», чтобы поддерживать ее в актуальном состоянии и блокировать новые вредоносные вирусы в режиме реального времени.

E-mail security

Данная служба включает в себя антиспам и проверку на фишинговые вложения.

В качестве инструментов в настройках "Anti-Spam" доступно:

«белый список» — "White List", чтобы определять и пропускать полезную почту от доваренных отправителей.
«черный список» — "Black List" для выявления и обработки спама;
также возможна проверка электронной почты на наличие в «черных списках» DNS (DNSBL),

Примечание. DNSBL — это базы данных, где указываются домены и IP адреса подозрительных серверов. Существует большое число серверов DNSBL которые отслеживают IP адреса почтовых серверов, имеющих репутацию источников спама и заносят их в свои базы данных.

Content Filtering

Говоря про контентную фильтрацию, в данном случае мы будем иметь в виду ZYXEL Content Filtering 2.0, который служит для управления и контроля доступа пользователей к сети.

Механизм наблюдения Zyxel Content Filtering 2.0 изучает особенности поведения пользователей в Интернет. Это позволяет оперативно сканировать принимаемую информацию из глобальной сети.

Проще говоря, данная система повышает уровень безопасности, блокируя доступ к опасным и подозрительным веб-сайтам и предотвращает загрузку с них вредоносного кода. В целях стандартизации и унификации настроек можно применять политики, например, для точно настраиваемой блокировки и фильтрации.

Если говорить об изменениях (собственно, почему «2.0»), то в новой версии Content Filtering были внесены несколько существенных изменений, в частности:

Переход на Content Filtering 2.0 происходит через загрузку соответствующего микрокода.

Отдельно стоит сказать о пополнении информационной базы. За счет обработки более 17 миллиардов транзакций каждый день, выполняемых 600 миллионами пользователей из 200 стран, пополняется глобальная база данных, и с каждым новым «знанием» повышается степень защиты системы. Стоит также отметить, что >99% контролируемого контента уже содержится в локальном кэше, что позволяет быстрее обрабатывать поступающие запросы.

Таблица 1. Security Service Content Filtering 2.0 — Схема применения.

Application Patrol

Данная служба работает на 7 уровне OSI и проверяет популярные сетевые приложения, включая социальные сети, игры, бизнес-приложения совместно с моделью их поведения.

В Zyxel Application Patrol применяется модуль Deep Packet Inspection (DPI) для контроля использование сети. Данный модуль распознает 19 категорий приложений, что позволяет адаптировать протоколы управления с учетом конкретных приложений и их поведения.

Среди механизмов защиты можно отметить: назначение приоритетов для приложений, контроль полосы пропускания для каждого приложения, блокировка нежелательных приложений. Данные меры не только повышают уровень безопасности, но и улучшают работу сети в целом, например, через запрет нецелевого использования полосы пропускания.

Основой для идентификации приложений служат специальные сигнатуры, полученные благодаря анализу данных, модели поведения и так далее. Собранная информация хранится в база данных Zyxel и содержит данные о большом количестве различных приложений, включая особенности их поведения, генерируемый трафик и так далее. База данных постоянно обновляется.

В итоге

Мы только поверхностно пробежали по небольшой части функций, которые отличают маршрутизатор от межсетевого экрана. Тем не менее, очевидно, что эти устройства имеют разное предназначение, функции, схемы использования. Эти особенности находят свое отражение как при проектировании новых сетей, так и при эксплуатации уже существующих.

Так как число и частота атак все время увеличиваются, становится очень важным идентифицировать атаки на раннем этапе их развития и своевременно среагировать на них. В критических случаях вмешательство в атаку должно быть реализовано намного быстрее, чем сможет среагировать человек. Другая причина для автоматизации процесса обнаружения несанкционированной деятельности заключается в том, что все чаще и чаще злоумышленники используют автоматизированные средства реализации атак. В одном из опубликованных примеров был отмечен факт осуществления 2000 попыток проникновения на из 500 мест в течение 8 часов (т.е. 4 атаки в минуту). В том случае автоматизированная система обнаружения атак помогла отследить источник атаки. В ее отсутствие задача обнаружения самой атаки и злоумышленника, ее реализующего, стала бы просто невозможной. По данным отчета Symantec Internet Security Threat Report, информационные системы компаний в 2002 году в среднем были атакованы 31 раз в неделю.

Почему это происходит? Причина не только в низкой квалификации персонала. На наш взгляд, причина кроется не в том, что традиционные механизмы защиты, такие как разграничение доступа, фильтрация, аутентификация и другие не лишены недостатков, а потому что при их создании не были учтены многие аспекты, связанные с характеристиками современных атак.

Рассмотрим этапы осуществления атаки. Первый, подготовительный, этап заключается в поиске предпосылок для осуществления той или иной атаки. На данном этапе ищутся уязвимости, использование которых делает возможным в принципе реализацию атаки, которая и составляет второй этап. На третьем этапе атака завершается, «заметаются» следы и т.д. При этом первый и третий этапы сами по себе могут являться атаками. Например, поиск нарушителем уязвимостей при помощи сканеров безопасности, например, SARA или Nessus, сам по себе считается атакой.

Существующие механизмы защиты, реализованные в межсетевых экранах (firewall), серверах аутентификации, системах разграничения доступа и т. д., работают только на втором этапе. То есть по существу они являются средствами блокирующими, а не упреждающими атаки. В абсолютном большинстве случаев они могут защитить от атак, которые уже находятся в процессе осуществления. И даже если эти механизмы смогли предотвратить ту или иную атаку, то намного более эффективным было бы упреждение атак, т.е. устранение самих предпосылок реализации вторжений. Комплексная система обеспечения информационной безопасности должна работать на всех трех этапах осуществления атаки. И обеспечение адекватной защиты на третьем, завершающем, этапе не менее важно, чем на первых двух. Ведь только в этом случае можно реально оценить ущерб от «успешной» атаки, а также разработать меры по устранению повторных попыток реализовать аналогичную атаку.

Можно заметить, что самым слабым звеном описанной схемы является уникальность элемента. Если нарушитель образом получил этот самый элемент или подменил его и предъявил системе защиты, то она воспринимает его, как «своего», и разрешает действовать в рамках полномочий того субъекта, секретным элементом которого несанкционированно воспользовались. При современных темпах развития технологий получить доступ к самому секретному ключу не составляет большого труда. Его можно «подслушать» при передаче по сети при помощи анализаторов протоколов (sniffer). Его можно подобрать при помощи специальных программ, например, при помощи L0phtCrack или John the Ripper.

Другой не менее часто приводимый пример. В каждой организации есть пользователи, обладающие практически неограниченными правами в сети. Это сетевые администраторы. Они никому неподконтрольны и могут делать в сети практически все, что угодно. Как правило, они используют свои неограниченные права для выполнения своих функциональных обязанностей. Но представьте на минуту, что администратор обижен. низкой зарплатой, недооценкой его возможностей и т.п. Известны случаи, когда такие обиженные администраторы «портили кровь» не одной компании и их действия приводили к очень серьезному ущербу.

Если спросить любого человека, хоть немного знакомого с интернетом, чем, по его мнению, надо защищать свою сеть от хакеров, то в 99% случаев на первое место он поставит межсетевые экраны, а около 60%, как мы уже упоминали, считают это решение «самым лучшим» для защиты сетей. Однако эти решения хоть и достаточно эффективны, но не обеспечивают действительно надежной защиты от всех видов атак.

Можно пойти еще дальше. Ведь в любом здании помимо главного существуют и другие входы. Кроме того, проникнуть в помещение можно через окно или подвал и т.д. Аналогичная ситуация и с сетью, в которой может быть резервный канал выхода в интернет или модем, несанкционированно установленный сотрудником организации. Что делать, чтобы повысить защищенность помещений в здании? Используются различные системы видеонаблюдения и охранной сигнализации, емкостные и температурные датчики, реагирующие на изменение объема или температуры в помещении и т.д. Такие же охранные системы существуют и в мире информационной безопасности. Это и есть системы обнаружения атак, контролирующие сетевые сегменты (читай этажи и помещения здания) или отдельные серверы (например, витрины ювелирного магазина или вход в банковское хранилище).

Снижение нагрузки на персонал (или освобождение от нее), отвечающий за безопасность, от текущих рутинных операций по контролю за пользователями, системами и сетями, являющимися компонентами информационной системы (ИС).
«Понимание» зачастую непонятных источников информации об атаках (сетевого трафика, журналов регистрации, системных вызовов и т.д.).
Предоставление возможности управления средствами защиты не экспертами в области безопасности.
Контроль всех действий субъектов ИС (пользователей, программ, процессов и т.д.), в т.ч. и обладающих административными привилегиями.
Распознавание известных и по возможности неизвестных атак и уязвимостей и предупреждение о них персонала, отвечающего за обеспечение информационной безопасности.

Можно видеть, что некоторые из этих задач могут быть решены встроенными в операционные системы или приложения механизмами. Например, контроль всех действий пользователей или программ в ОС Windows 2000 и Unix может быть осуществлен путем ручного анализа журналов регистрации EventLog и syslog соответственно. Однако процесс такого анализа достаточно трудоемок и требует выполнения большого числа рутинных операций, что в результате приводит к упущению из вида некоторых нарушений.

Кроме того, технологии обнаружения атак позволяют контролировать эффективность других защитных систем, таких как межсетевые экраны, системы идентификации и аутентификации, системы разграничения доступа, средства построения виртуальных частных сетей, системы криптографической защиты информации и антивирусные системы. Все они выполняют существенно или критически важные функции по защите системы. Однако, играя такие жизненно важные роли, они являются и главными целями атак злоумышленников. Не менее опасным можно считать и тот факт, что эти системы создаются и эксплуатируются простыми смертными и, следовательно, также подвержены человеческим ошибкам, как и все остальные компоненты ИС. Вследствие нарушения конфигурации, полного выхода из строя или атаки, отказ любого из этих компонентов инфраструктуры защиты подвергает опасности защиту всех систем, которые они охраняют.

Обнаружение аномального поведения, используя хорошо себя зарекомендовавший аппарат математической статистики. Данный подход используется, как правило, при обнаружении использующих посылку большого числа трафика за короткий интервал времени и т.п. Также данный подход пытаются применять при контроле поведения пользователя в информационной системе. Типичные действия пользователя описываются в шаблоне, отклонения от которого и признаются аномалией, требующей вмешательства соответствующих служб.
Обнаружение злоупотреблений, используя сигнатуры, описывающие последовательность байт или действий, характеризующих несанкционированную деятельность. Этот подход знаком всем по антивирусным системам, которые построены именно поэтому принципу.

Сразу надо отметить, что данная классификация может вызвать споры. Некоторые специалисты считают неправильным причисление систем анализа защищенности к классу средств обнаружения атак, однако, если следовать описанным выше принципам классификации, то такое отнесение вполне логично. Аналогичная ситуация и с системами контроля целостности и анализа журналов регистрации. Эти системы помогают в обнаружении атак, «но на системы IDS совсем не похожи». Я не буду оспаривать этот факт, хочу только заметить, что, учитывая этапы реализации атак, приведенная мной классификация вполне закономерна.

Кроме того, до сих пор не выработана единая терминология в этой области. Каждый производитель, желая показать, что его система уникальная и превосходит другие решения, создает новый класс систем обнаружения атак. Так появились гибридные системы обнаружения атак (например, Prelude IDS), виртуальные системы обнаружения атак, многоуровневые системы (multitiered IDS), шлюзовые (gateway IDS), системы с контролем состояния (stateful IDS) и даже системы, основанные на спецификациях IDS) или стеке IDS) и т.д.

Третий способ очень похож на спуск воды на плотинах, т.к. позволяет сдерживать поток трафика и время от времени пропускать небольшие его фрагменты в защищаемую сеть. И хотя в этой порции может находиться и враждебный трафик, его объем не позволяет вывести из строя защищаемые узлы. Этот метод очень эффективен против атаки SYN Flood и ей подобных.

Последний способ предотвращения нарушения работоспособности защищаемых узлов аналогичен тому, что используется классическими средствами обнаружения сетевых атак. Средство блокирования фильтрует трафик на основе заранее известных признаков атак (порт источника, TTL, идентификатор пакета и т.п.).

Т.к. данные средства направлены на ослабление или полное блокирование атаки, то, как правило, они выполняются в виде отдельного устройства, которое устанавливается между защищаемой и открытой сетями, что позволяет полностью контролировать весь сетевой трафик. Примером таких средств являются FireProof компании Radware или TrafficMaster Enforcer компании Mazu Networks. До придания этим средствам самостоятельного, они носили название «inline IDS». Надо отметить, что данные средства не всегда выполняются как самостоятельные устройства. Нередко данные механизмы встраиваются в сетевое оборудование, например, в балансировщики нагрузки. Так поступили компании Foundry Networks со своим продуктом ServerIron 400 и TopLayer Networks с AppSwitch 3500. Интересное решение поставляет компания Reactive Networks, которая создала на базе платформы Dell и ОС Linux систему FloodGuard. Однако данное устройство не само блокирует атаку, а использует для этого списки контроля доступа маршрутизаторов компании Cisco.

Работать эти системы могут не только на уровне сети, но и на уровне конкретного узла. В последнем случае предотвращение атаки осуществляется путем контроля всех системных вызовов. В случае обнаружения действий, несоответствующих заданной политике безопасности, они блокируются. По такому принципу действуют системы Okena StormWatch, купленная компанией Cisco Systems 24 января 2003 года, и Entercept, купленная компанией Network Associates 4 апреля 2003 года. И хотя на Западе это направление появилось совсем недавно, в России его знают уже не один год. Ведь практически все системы защиты информации от несанкционированного доступа (например, Secret Net или Dallas Lock), сертифицированные в Гостехкомиссии России, работают именно по этому принципу.

Говоря о программно-аппаратной составляющей системы информационной безопасности, следует признать, что наиболее эффективный способ защиты объектов локальной сети (сегмента сети) от воздействий из открытых сетей (например, Интернета), предполагает размещение некоего элемента, осуществляющего контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами. Такой элемент получил название межсетевой экран (сетевой экран) или файрволл, брандмауэр .

Файрволл, файрвол, файервол, фаервол – образовано транслитерацией английского термина firewall.

Брандмауэр (нем. Brandmauer) – заимствованный из немецкого языка термин, являющийся аналогом английского "firewall" в его оригинальном значении (стена, которая разделяет смежные здания, предохраняя от распространения пожара).

Сетевой/межсетевой экран (МСЭ) – комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов по различным протоколам в соответствии с заданными правилами.

Основной задачей межсетевого экрана является защита компьютерных сетей и/или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Иногда межсетевые экраны называют фильтрами, так как их основная задача – не пропускать (фильтровать) пакеты, не подходящие под критерии, определённые в конфигурации.

Для того чтобы эффективно обеспечивать безопасность сети, межсетевой экран отслеживает и управляет всем потоком данных, проходящим через него. Для принятия управляющих решений для TCP/IP-сервисов (то есть передавать, блокировать или отмечать в журнале попытки установления соединений) межсетевой экран должен получать, запоминать, выбирать и обрабатывать информацию, полученную от всех коммуникационных уровней и от других приложений.

Межсетевой экран пропускает через себя весь трафик, принимая относительно каждого проходящего пакета решение: дать ему возможность пройти или нет. Для того чтобы межсетевой экран мог осуществить эту операцию, ему необходимо определить набор правил фильтрации. Решение о том, фильтровать ли с помощью межсетевого экрана пакеты данных, связанные с конкретными протоколами и адресами, зависит от принятой в защищаемой сети политики безопасности. По сути, межсетевой экран представляет собой набор компонентов, настраиваемых для реализации выбранной политики безопасности. Политика сетевой безопасности каждой организации должна включать (кроме всего прочего) две составляющие: политика доступа к сетевым сервисам и политика реализации межсетевых экранов.

Однако недостаточно просто проверять пакеты по отдельности. Информация о состоянии соединения, полученная из инспекции соединений в прошлом и других приложений – главный фактор в принятии управляющего решения при попытке установления нового соединения. Для принятия решения могут учитываться как состояние соединения (полученное из прошлого потока данных), так и состояние приложения (полученное из других приложений).

Таким образом, управляющие решения требуют, чтобы межсетевой экран имел доступ, возможность анализа и использования следующих факторов:

информации о соединениях – информация от всех семи уровней (модели OSI) в пакете;
истории соединений – информация, полученная от предыдущих соединений;
состоянии уровня приложения – информация о состоянии соединения, полученная из других приложений;
манипулировании информацией – вычисление разнообразных выражений, основанных на всех вышеперечисленных факторах.

Типы межсетевых экранов

Различают несколько типов межсетевых экранов в зависимости от следующих характеристик:

обеспечивает ли экран соединение между одним узлом и сетью или между двумя или более различными сетями;
происходит ли контроль потока данных на сетевом уровне или более высоких уровнях модели OSI;
отслеживаются ли состояния активных соединений или нет.

В зависимости от охвата контролируемых потоков данных межсетевые экраны подразделяются на:

традиционный сетевой (или межсетевой) экран – программа (или неотъемлемая часть операционной системы) на шлюзе (устройстве, передающем трафик между сетями) или аппаратное решение, контролирующие входящие и исходящие потоки данных между подключенными сетями (объектами распределённой сети);
персональный межсетевой экран – программа, установленная на пользова-тельском компьютере и предназначенная для защиты от несанкционированного доступа только этого компьютера.

В зависимости от уровня OSI, на котором происходит контроль доступа, сетевые экраны могут работать на:

сетевом уровне, когда фильтрация происходит на основе адресов отправителя и получателя пакетов, номеров портов транспортного уровня модели OSI и статических правил, заданных администратором;
сеансовом уровне (также известные, как stateful), когда отслеживаются сеансы между приложениями и не пропускаются пакеты, нарушающие спецификации TCP/IP, часто используемые в злонамеренных операциях – сканирование ресурсов, взломы через неправильные реализации TCP/IP, обрыв/замедление соединений, инъекция данных;
прикладном уровне (или уровне приложений), когда фильтрация производится на основании анализа данных приложения, передаваемых внутри пакета. Такие типы экранов позволяют блокировать передачу нежелательной и потенциально опасной информации на основании политик и настроек.

Фильтрация на сетевом уровне

Фильтрация входящих и исходящих пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в следующих полях TCP- и IP-заголовков пакетов: IP-адрес отправителя; IP-адрес получателя; порт отправителя; порт получателя.

Фильтрация может быть реализована различными способами для блокирования соединений с определенными компьютерами или портами. Например, можно блокировать соединения, идущие от конкретных адресов тех компьютеров и сетей, которые считаются ненадежными.

К преимуществам такой фильтрации относится:

сравнительно невысокая стоимость;
гибкость в определении правил фильтрации;
небольшая задержка при прохождении пакетов.

не собирает фрагментированные пакеты;
нет возможности отслеживать взаимосвязи (соединения) между пакетами.?

Фильтрация на сеансовом уровне

В зависимости от отслеживания активных соединений межсетевые экраны могут быть:

stateless (простая фильтрация), которые не отслеживают текущие соединения (например, TCP), а фильтруют поток данных исключительно на основе статических правил;
stateful, stateful packet inspection (SPI) (фильтрация с учётом контекста), с отслеживанием текущих соединений и пропуском только таких пакетов, которые удовлетворяют логике и алгоритмам работы соответствующих протоколов и приложений.

Межсетевые экраны с SPI позволяют эффективнее бороться с различными видами DoS-атак и уязвимостями некоторых сетевых протоколов. Кроме того, они обеспечивают функционирование таких протоколов, как H.323, SIP, FTP и т. п., которые используют сложные схемы передачи данных между адресатами, плохо поддающиеся описанию статическими правилами, и зачастую несовместимых со стандартными, stateless сетевыми экранами.

К преимуществам такой фильтрации относится:

анализ содержимого пакетов;
не требуется информации о работе протоколов 7 уровня.

сложно анализировать данные уровня приложений (возможно с использованием ALG – Application level gateway).

Application level gateway, ALG (шлюз прикладного уровня) – компонент NAT-маршрутизатора, который понимает какой-либо прикладной протокол, и при прохождении через него пакетов этого протокола модифицирует их таким образом, что находящиеся за NAT’ом пользователи могут пользоваться протоколом.

Служба ALG обеспечивает поддержку протоколов на уровне приложений (таких как SIP, H.323, FTP и др.), для которых подмена адресов/портов (Network Address Translation) недопустима. Данная служба определяет тип приложения в пакетах, приходящих со стороны интерфейса внутренней сети и соответствующим образом выполняя для них трансляцию адресов/портов через внешний интерфейс.

Технология SPI (Stateful Packet Inspection) или технология инспекции пакетов с учетом состояния протокола на сегодня является передовым методом контроля трафика. Эта технология позволяет контролировать данные вплоть до уровня приложения, не требуя при этом отдельного приложения посредника или proxy для каждого защищаемого протокола или сетевой службы.

Исторически эволюция межсетевых экранов происходила от пакетных фильтров общего назначения, затем стали появляться программы-посредники для отдельных протоколов, и, наконец, была разработана технология stateful inspection. Предшествующие технологии только дополняли друг друга, но всеобъемлющего контроля за соединениями не обеспечивали. Пакетным фильтрам недоступна информация о состоянии соединения и приложения, которая необходима для принятия заключительного решения системой безопасности. Программы-посредники обрабатывают только данные уровня приложения, что зачастую порождает различные возможности для взлома системы. Архитектура stateful inspection уникальна потому, что она позволяет оперировать всей возможной информацией, проходящей через машину-шлюз: данными из пакета, данными о состоянии соединения, данными, необходимыми для приложения.

Пример работы механизма Stateful Inspection. Межсетевой экран отслеживает сессию FTP, проверяя данные на уровне приложения. Когда клиент запрашивает сервер об открытии обратного соединения (команда FTP PORT), межсетевой экран извлекает номер порта из этого запроса. В списке запоминаются адреса клиента и сервера, номера портов. При фиксировании попытки установить соединение FTP-data, межсетевой экран просматривает список и проверяет, действительно ли данное соединение является ответом на допустимый запрос клиента. Список соединений поддерживается динамически, так что открыты только необходимые порты FTP. Как только сессия закрывается, порты блокируются, обеспечивая высокий уровень защищенности.

увеличить изображение
Рис. 2.12. Пример работы механизма Stateful Inspection с FTP-протоколом

Фильтрация на прикладном уровне

К преимуществам такой фильтрации относится:

простые правила фильтрации;
возможность организации большого числа проверок. Защита на уровне приложений позволяет осуществлять большое количество дополнительных проверок, что снижает вероятность взлома с использованием "дыр" в программном обеспечении;
способность анализировать данные приложений.

относительно низкая производительность по сравнению с фильтрацией пакетов;
proxy должен понимать свой протокол (невозможность использования с неизвестными протоколами)?;
как правило, работает под управлением сложных ОС.

Сравнение аппаратных и программных межсетевых экранов

Для сравнения межсетевых экранов разделим их на два типа: 1-й – аппаратные и программно-аппаратные и 2-й – программные.

К аппаратным и программно-аппаратным межсетевым экранам относятся устройства, установленные на границе сети. Программные межсетевые экраны – это те, которые установлены на конечных хостах.

Основные направления, присущие и первому, и второму типам:

обеспечение безопасности входящего и исходящего трафика;
значительное увеличение безопасности сети и уменьшение риска для хостов подсети при фильтрации заведомо незащищенных служб;
возможность контроля доступа к системам сети;
уведомление о событиях с помощью соответствующих сигналов тревоги, которые срабатывают при возникновении какой-либо подозрительной деятельности (попытки зондирования или атаки);
обеспечение недорогого, простого в реализации и управлении решения безопасности.

Аппаратные и программно-аппаратные межсетевые экраны дополнительно поддерживают функционал, который позволяет:

препятствовать получению из защищенной подсети или внедрению в защищенную подсеть информации с помощью любых уязвимых служб;
регистрировать попытки доступа и предоставлять необходимую статистику об использовании Интернет;
предоставлять средства регламентирования порядка доступа к сети;
обеспечивать централизованное управление трафиком.

Программные межсетевые экраны, кроме основных направлений, позволяют:

контролировать запуск приложений на том хосте, где установлены;
защищать объект от проникновения через "люки" (back doors);
обеспечивать защиту от внутренних угроз.

Межсетевой экран не является симметричным устройством. Он различает понятия: "снаружи" и "внутри". Межсетевой экран обеспечивает защиту внутренней области от неконтролируемой и потенциально враждебной внешней среды. В то же время межсетевой экран позволяет разграничить доступ к объектам общедоступной сети со стороны субъектов защищенной сети. При нарушении полномочий работа субъекта доступа блокируется, и вся необходимая информация записывается в журнал.

Межсетевые экраны могут использоваться и внутри защищенных корпоративных сетей. Если в локальной сети имеются подсети с различной степенью конфиденциальности информации, то такие фрагменты целесообразно отделять межсетевыми экранами. В этом случае экраны называют внутренними.

Читайте также: