Межсетевые экраны или файерволы. Что такое Межсетевой Экран? Для чего нужен? Примеры настройки параметров Безопасности

14.9. Межсетевые экраны

Интерес к межсетевым экранам (брандмауэр, firewall) со стороны людей, подключенных к интернет, все возрастает и появились даже приложения для локальной сети, предоставляющие повышенный уровень безопасности. В этом разделе мы надеемся изложить что такое межсетевые экраны, как их использовать, и как использовать возможности, предоставляемые ядром FreeBSD для их реализации.

14.9.1. Что такое межсетевой экран?

Есть два четко различающихся типа межсетевых экранов, повседневно используемых в современном интернет. Первый тип правильнее называть маршрутизатор с фильтрацией пакетов . Этот тип межсетевого экрана работает на машине, подключенной к нескольким сетям и применяет к каждому пакету набор правил, определяющий переправлять ли этот пакет или блокировать. Второй тип, известный как прокси сервер , реализован в виде даемонов, выполняющих аутентификацию и пересылку пакетов, возможно на машине с несколькими сетевыми подключениями, где пересылка пакетов в ядре отключена.

Иногда эти два типа межсетевых экранов используются вместе, так что только определенной машине (известной как защитный хост (bastion host) ) позволено отправлять пакеты через фильтрующий маршрутизатор во внутреннюю сеть. Прокси сервисы работают на защитном хосте, что обычно более безопасно, чем обычные механизмы аутентификации.

FreeBSD поставляется с встроенным в ядро фильтром пакетом (известным как IPFW), ему будет посвящена оставшаяся часть раздела. Прокси серверы могут быть собраны на FreeBSD из программного обеспечения сторонних разработчиков, но их слишком много и невозможно описать их в этом разделе.

14.9.1.1. Маршрутизаторы с фильтрацией пакетов

Маршрутизатор это машина, пересылающая пакеты между двумя или несколькими сетями. Маршрутизатор с фильтрацией пакетов запрограммирован на сравнение каждого пакета со списком правил перед тем как решить, пересылать его или нет. Большинство современного программного обеспечения маршрутизации имеет возможности фильтрации, и по умолчанию пересылаются все пакеты. Для включения фильтров, вам потребуется определить набор правил.

Для определения того, должен ли быть пропущен пакет, межсетевой экран ищет в наборе правило, совпадающее с содержимым заголовков пакета. Как только совпадение найдено, выполняется действие, присвоенное данному правилу. Действие может заключаться в отбрасывании пакета, пересылке пакета, или даже в отправлении ICMP сообщения в адрес источника. Учитывается только первое совпадение, поскольку правила просматриваются в определенном порядке. Следовательно, список правил можно назвать «цепочкой правил» .

Критерий отбора пакетов зависит от используемого программного обеспечения, но обычно вы можете определять правила, зависящие от IP адреса источника пакета, IP адреса назначения, номера порта источника пакета, номера порта назначения (для протоколов, поддерживающих порты), или даже от типа пакета (UDP, TCP, ICMP, и т.д.).

14.9.1.2. Прокси серверы

Прокси серверы это компьютеры, где обычные системные даемоны (telnetd , ftpd , и т.д.) заменены специальными серверами. Эти серверы называются прокси серверами , поскольку они обычно работают только с входящими соединениями. Это позволяет запускать (например) telnet прокси сервер на межсетевом экране, и делать возможным вход по telnet на межсетевой экран, прохождение механизма аутентификации, и получение доступа к внутренней сети (аналогично, прокси серверы могут быть использованы для выхода во внешнюю сеть).

Прокси серверы обычно лучше защищены, чем другие серверы, и зачастую имеют более широкий набор механизмов аутентификации, включая системы «одноразовых» паролей, так что даже если кто-то узнает, какой пароль вы использовали, он не сможет использовать его для получения доступа к системе, поскольку срок действия пароля истекает немедленно после его первого использования. Поскольку пароль не дает доступа непосредственно к компьютеру, на котором находится прокси-сервер, становится гораздо сложнее установить в систему backdoor.

Прокси серверы обычно имеют способ дополнительного ограничения доступа, так что только определенные хосты могут получить доступ к серверам. Большинство также позволяют администратору указывать, пользователей и компьютеры, к которым они могут обращаться. Опять же доступные возможности в основном зависят от используемого программного обеспечения.

14.9.2. Что позволяет делать IPFW?

Программное обеспечение IPFW, поставляемое с FreeBSD, это система фильтрации и учета пакетов, находящаяся в ядре и снабженная пользовательской утилитой настройки, ipfw (8) . Вместе они позволяют определять и просматривать правила, используемые ядром при маршрутизации.

IPFW состоит из двух связанных частей. Межсетевой экран осуществляет фильтрацию пакетов. Часть, занимающаяся учетом IP пакетов, отслеживает использование маршрутизатора на основе правил подобных тем, что используются в части межсетевого экрана. Это позволяет администратору определять, например, объем трафика, полученного маршрутизатором от определенного компьютера, или объем пересылаемого WWW трафика.

Благодаря тому, как реализован IPFW, вы можете использовать его и на компьютерах, не являющихся маршрутизаторами для фильтрации входящих и исходящих соединений. Это особый случай более общего использования IPFW, и в этой ситуации используются те же команды и техника.

14.9.3. Включение IPFW в FreeBSD

Поскольку основная часть системы IPFW находится в ядре, вам потребуется добавить один или несколько параметров в файл настройки ядра, в зависимости от требуемых возможностей, и пересобрать ядро. Обратитесь к главе о пересборке ядра (Гл. 8) за подробным описанием этой процедуры.

Внимание: Правилом IPFW по умолчанию является deny ip from any to any. Если вы не добавите других правил во время загрузки для разрешения доступа, то заблокируете доступ к серверу с включенным в ядро межсетевым экраном после перезагрузки. Мы предлагаем указать firewall_type=open в файле /etc/rc.conf при первоначальном добавлении межсетевого экрана, а затем, после тестирования его работоспособности, отредактировать правила в файле /etc/rc.firewall. Дополнительной предосторожностью может быть первоначальная настройка межсетевого экрана с локальной консоли, вместо входа через ssh . Кроме того, возможна сборка ядра с параметрами IPFIREWALL и IPFIREWALL_DEFAULT_TO_ACCEPT. В этом случае правило IPFW по умолчанию будет изменено на allow ip from any to any, что предотвратит возможную блокировку.

Существует четыре параметра настройки ядра, относящихся к IPFW:

options IPFIREWALL

Включает в ядро код для фильтрации пакетов.

Options IPFIREWALL_VERBOSE

Включает протоколирование пакетов через syslogd (8) . Без этого параметра, даже если вы укажете в правилах фильтрации протоколировать пакеты, это не сработает.

Options IPFIREWALL_VERBOSE_LIMIT=10

Ограничивает число пакетов, протоколируемых каждым правилом через syslogd (8) . Вы можете использовать этот параметр если хотите протоколировать работу межсетевого экрана, но не хотите делать возможной DoS атаку путем переполнения syslog.

Когда для одного из правил в цепочке достигается определенный параметром предел, протоколирование для этого правила выключается. Для включения протоколирования, вам потребуется сбросить соответствующий счетчик с помощью утилиты ipfw (8) :

# ipfw zero 4500

где 4500 это номер правила, для которого вы хотите возобновить протоколирование.

Options IPFIREWALL_DEFAULT_TO_ACCEPT

Изменяет правило по умолчанию с «deny» на «allow». Это предотвращает возможное блокирование, если ядро загружено с поддержкой IPFIREWALL, но межсетевой экран еще не настроен. Этот параметр также полезен, если вы используете ipfw (8) в качестве средства от определенных проблем по мере их возникновения. Тем не менее, используйте параметр с осторожностью, поскольку он открывает межсетевой экран и изменяет его поведение.

Замечание: Предыдущие версии FreeBSD содержали параметр IPFIREWALL_ACCT. Этот параметр устарел, поскольку код автоматически включает возможность учета.

14.9.4. Настройка IPFW

Настройка программного обеспечения IPFW выполняется с помощью утилиты ipfw (8) . Синтаксис этой команды выглядит очень сложным, но он становится относительно прост как только вы поймете его структуру.

В настоящее время утилита использует четыре различных категории команд: добавление/удаление (addition/deletion), просмотр (listing), сброс (flushing) и очистка (clearing). Добавление/удаление используется для создания правил, определяющих как пакеты принимаются, отбрасываются и протоколируются. Просмотр используется для определения содержимого набора правил (называемого еще цепочкой) и счетчиков пакетов (учет). Сброс используется для удаления всех правил цепочки. Очистка используется для обнуления одного или нескольких счетчиков.

14.9.4.1. Изменение правил IPFW

ipfw [-N] команда [номер] действие протокол адреса [параметры]

При использовании этой формы команды доступен один флаг:

Разрешение адресов и имен сервисов при отображении.

Задаваемая команда может быть сокращена до более короткой уникальной формы. Существующие команды :

Добавление правила к списку фильтрации/учета

Удаление правила из списка фильтрации/учета

Предыдущие версии IPFW использовали отдельные записи для фильтрации и учета пакетов. Современные версии учитывают пакеты для каждого правила.

Если указано значение номер , оно используется для помещения правила на определенную позицию в цепочке. Иначе правило помещается в конец цепочки с номером на 100 больше, чем у предыдущего правила (сюда не включается правило по умолчанию с номером 65535).

С параметром log соответствующие правила выводят информацию на системную консоль, если ядро собрано с опцией IPFIREWALL_VERBOSE.

Существующие действия :

Отбросить пакет и отправить в адрес источникаICMP пакет, сообщающий о недостижимости хоста или порта.

Пропустить пакет как обычно. (синонимы: pass, permit, и accept)

Отбросить пакет. Источнику не выдается ICMP сообщение (как если бы пакет вообще не достиг цели).

Обновить счетчик пакета, но не применять по отношению к нему правила allow/deny. Поиск продолжится со следующего правила в цепочке.

Каждое действие может быть записано в виде более короткого уникального префикса.

Могут быть определены следующие протоколы :

Соответствует всем IP пакетам

Соответствует ICMP пакетам

Соответствует TCP пакетам

Соответствует UDP пакетам

Поле адреса формируется так:

источник адрес/маска [порт ] цель адрес/маска [порт ]

Вы можете указать port только вместе с протоколами , поддерживающими порты (UDP и TCP).

Параметр via опционален и может содержать IP адрес или имя домена локального IP интерфейса, или имя интерфейса (например ed0), он настраивает правило на соответствие только тем пакетам, которые проходят через этот интерфейс. Номера интерфейсов могут быть заменены на опциональную маску. Например, ppp* будет соответствовать PPP интерфейсам ядра.

Синтаксис, используемый для указания адреса/маски :

адрес или адрес /маска-биты или адрес :маска-шаблон

Вместо IP адреса возможно указание существующего имени хоста. маска-биты это десятичный номер, указывающий количество бит, которые должны быть установлены в маске адреса. Например, 192.216.222.1/24 создаст маску, соответствующую всем адресам подсети класса C (в данном случае, 192.216.222). A valid hostname may be specified in place of the IP address. маска-шаблон это IP, который будет логически перемножен с заданным адресом. Ключевое слово any может использоваться для обозначения «любого IP адреса».

Номера портов указываются в следующем формате:

порт [,порт [,порт [.]]]

Для указания одного порта или списка портов, или

порт -порт

Для указания диапазона портов. Вы можете также комбинировать указание одного диапазона со списком портов, но диапазон всегда должен указываться первым.

Доступные параметры :

Срабатывает, если пакет не является первым пакетом дейтаграммы.

Соответствует входящим пакетам.

Соответствует исходящим пакетам.

Ipoptions spec

Срабатывает, если заголовок IP содержит перечисленный через запятую список параметров, указанных в spec . Поддерживаемые параметры IP: ssrr (strict source route), lsrr (loose source route), rr (record packet route), и ts (time stamp). Действие отдельных параметров может быть изменено путем указания префикса!.

Established

Срабатывает, если пакет является частью уже установленного TCP соединения (т.е. если установлены биты RST или ACK). Вы можете поднять производительность межсетевого экрана, поместив правило с established близко к началу цепочки.

Соответствует, если пакет является попыткой установки TCP соединения (установлен бит SYN, а бит ACK не установлен).

Tcpflags флаги

Срабатывает, если заголовок TCP содержит список перечисленных через запятую флагов . Поддерживаемые флаги: fin, syn, rst, psh, ack, и urg. Действие правил по отдельным флагам может быть изменено указанием префикса!.

Icmptypes типы

Срабатывает, если тип пакета ICMP находится в списке типы . Список может быть указан в виде любой комбинации диапазонов и/или отдельных типов, разделенных запятыми. Обычно используемые типы ICMP: 0 echo reply (ping reply), 3 destination unreachable, 5 redirect, 8 echo request (ping request), и 11 time exceeded (используется для обозначения истечения TTL, как с traceroute (8) ).

14.9.4.2. Просмотр правил IPFW

Синтаксис этой формы команды такой:

ipfw [-a] [-c] [-d] [-e] [-t] [-N] [-S] list

Для этой формы команды существует семь флагов:

Показывать значения счетчиков. Этот параметр -- единственный путь для просмотра значений счетчиков.

Просмотр правил в компактной форме.

Показывать динамические правила в дополнение к статическим.

Если определен параметр -d, показывать также динамические правила с истекшим сроком действия.

Отображать последнее время срабатывание для каждого правила в цепочке. Этот список несовместим с синтаксисом, принимаемым ipfw (8) .

Попытаться разрешить заданные адреса и имена сервисов.

Отображать набор, к которому принадлежит каждое правило. Если этот флаг не указан, заблокированные правила не будут отображены.

14.9.4.3. Сброс правил IPFW

Синтаксис для сброса правил:

Все правила в цепочке будут удалены, за исключением правила по умолчанию, устанавливаемого ядром (номер 65535). Будьте осторожны при сбросе правил; правило, отбрасывающее пакеты по по умолчанию отключит систему от сети, пока разрешающие правила не будут добавлены в цепочку.

14.9.4.4. Очистка счетчиков пакетов IPFW

Синтаксис для очистки одного или нескольких счетчиков пакетов:

ipfw zero [index ]

При использовании без аргумента номер будут очищены все счетчики пакетов. Если index указан, операция очистки применяется только к указанному правилу цепочки.

14.9.5. Примеры команд для ipfw

Следующая команда запретит все пакеты с хоста evil.crackers.org на telnet порт хоста nice.people.org:

# ipfw add deny tcp from evil.crackers.org to nice.people.org 23

Следующий пример запрещает и протоколирует весь TCP трафик из сети crackers.org (класса C) к компьютеру nice.people.org (на любой порт).

# ipfw add deny log tcp from evil.crackers.org/24 to nice.people.org

Если вы хотите запретить организацию X сессий в вашу сеть (часть сети класса C), следующая команда осуществит необходимую фильтрацию:

# ipfw add deny tcp from any to my.org/28 6000 setup

Для просмотра записей учета:

# ipfw -a list или в краткой форме # ipfw -a l

Вы можете также просмотреть время последнего срабатывания правил с помощью команды:

14.9.6. Создание межсетевого экрана с фильтрацией пакетов

При первоначальной настройке межсетевого экрана, до тестирования производительности и введения сервера в строй, настоятельно рекомендуется использовать версии команд с протоколированием и включить протоколирование в ядре. Это позволит вам быстро выявить проблемные области и исправить настройку без больших усилий. Даже после завершения первоначальной настройки рекомендуется использовать протоколирование для «deny», поскольку это позволяет отслеживать возможные атаки и изменять правила межсетевого экрана, если требования к нему изменятся.

Замечание: Если вы используете версию команды accept с протоколированием, будьте осторожны, поскольку она может создать большой объем протокольных данных. Будет произведено протоколирование каждого пакета, проходящего через межсетевой экран, поэтому большие объемы FTP/http и другого трафика существенно замедлят систему. Это также увеличит задержку таких пакетов, поскольку ядру требуется выполнить дополнительную работу перед тем, как пропустить пакет. syslogd также будет использовать гораздо больше времени процессора, поскольку он отправит все дополнительные данные на диск, и раздел /var/log может быть быстро заполнен.

Вам потребуется включить межсетевой экран в /etc/rc.conf.local или /etc/rc.conf. Соответствующая страница справочника разъясняет что именно необходимо сделать и содержит примеры готовых настроек. Если вы не используете предустановленную настройку, команда ipfw list может поместить текущий набор правил в файл, откуда он может быть помещен в стартовые файлы системы. Если вы не используете /etc/rc.conf.local или /etc/rc.conf для включения межсетевого экрана, важно убедиться в том, что он включается после настройки интерфейсов.

Далее необходимо определить, что именно делает ваш межсетевой экран! Это в основном зависит от того, насколько широкий доступ вы хотите открыть снаружи к вашей сети. Вот несколько общих правил:

Заблокируйте доступ снаружи к портам TCP с номерами ниже 1024. Здесь расположена большая часть критичных для безопасности сервисов, таких как finger, SMTP (почта) и telnet.

Заблокируйте весь входящий трафик UDP. Есть очень немного полезных сервисов, работающих через UDP, но они обычно представляют угрозу безопасности (например, Sun RPC и NFS протоколы). У этого способа есть и недостатки, поскольку протокол UDP не поддерживает соединения, и запрещение входящих пактов заблокирует также ответы на исходящий UDP трафик. Это может стать проблемой для тех, кто использует внешние серверы, работающие с UDP. Если вы хотите открыть доступ к этим сервисам, потребуется разрешить входящие пакеты с соответствующих портов. К примеру, для ntp вам может потребоваться разрешить пакеты, приходящие с порта 123.

Заблокировать весь трафик снаружи к порту 6000. Порт 6000 используется для доступа к серверам X11, и может быть угрозой безопасности (особенно если у пользователей есть привычка выполнять на своих рабочих станциях команду xhost +). X11 может использовать диапазон портов, начинающийся с 6000, верхний предел определяется количеством X дисплеев, которые могут быть запущены на машине. Верхний предел, определенный RFC 1700 (Assigned Numbers), равен 6063.

Проверьте порты, используемые внутренними сервисами (например, SQL серверами и т.п.). Возможно хорошей идеей является блокирование и этих портов, поскольку они обычно не попадают в диапазон 1-1024, указанный выше.

Еще один список для проверки настроек межсетевого экрана доступен на CERT по адресу http://www.cert.org/tech_tips/packet_filtering.html

Как сказано выше, все эти правила всего лишь руководство . Вы сами сможете решить, какие правила фильтрации будут использованы в межсетевом экране. Мы не можем нести НИКАКОЙ ответственности в случае взлома вашей сети, даже если вы следовали советам, представленным выше.

14.9.7. Накладные расходы и оптимизация IPFW

Многие пользователи хотят знать, как сильно IPFW нагружает систему. Ответ в основном зависит от набора правил и скорости процессора. При небольшом наборе правил для большинства приложений, работающих в Ethernet ответ «незначительно». Для тех, кому нужен более точный ответ, и предназначен этот раздел.

Последующие измерения были выполнены с 2.2.5-STABLE на 486-66. (Хотя IPFW немного изменился в последующих релизах FreeBSD, скорость осталась приблизительно той же.) IPFW был модифицирован для измерения времени, затраченного ip_fw_chk, с выводом на консоль результата после каждого 1000-го пакета.

Были протестированы два набора из 1000 правил. Первый был составлен для демонстрации плохого набора правил путем повторения правила:

# ipfw add deny tcp from any to any 55555

Этот набор правил плох, поскольку большая часть правил IPFW не соответствует проверяемым пакетам (из-за номера порта). После 999-й итерации этого правила следует правило allow ip from any to any.

Второй набор правил был разработан для быстрейшей проверки каждого правила:

# ipfw add deny ip from 1.2.3.4 to 1.2.3.4

Не совпадающий IP адрес источника в правиле выше приведет к очень быстрой проверке этих правил. Как и прежде, 1000-е правило allow ip from any to any.

Затраты на проверку пакета в первом случае приблизительно 2.703 мс/пакет, или приблизительно 2.7 микросекунд на правило. Теоретический предел скорости проверки около 370 пакетов в секунду. Предполагая подключение через 10 Mbps Ethernet и размер пакета приблизительно 1500 байт, получаем только 55.5% использования пропускной способности.

Во втором случае каждый пакет был проверен приблизительно за 1.172 мс, или приблизительно 1.2 микросекунд на правило. Теоретический предел скорости проверки около 853 пакетов в секунду, что делает возможным полное использование пропускной способности 10 Mbps Ethernet.

Чрезмерное количество проверяемых правил и их вид не позволяет составить картину близкую к обычным условиям -- эти правила были использованы только для получения информации о времени проверки. Вот несколько рекомендаций, которые необходимо учесть для создания эффективного набора правил:

Поместите правило established как можно раньше для обработки большей части TCP трафика. Не помещайте перед ним правила allow tcp.

Помещайте часто используемые правила ближе к началу набора чем редко используемые (конечно же, без изменения действия всего набора ). Вы можете определить наиболее часто используемые правила путем проверки счетчиков пакетов командой ipfw -a l.

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.

сравнительно невысокая стоимость;

гибкость в определении правил фильтрации;

небольшая задержка при прохождении пакетов.

Недостатки:

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.

Недостатки:

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.

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

Фильтрация на прикладном уровне

С целью защиты ряда уязвимых мест, присущих фильтрации пакетов, межсетевые экраны должны использовать прикладные программы для фильтрации соединений с такими сервисами, как, например, Telnet, HTTP, FTP. Подобное приложение называется proxy-службой, а хост, на котором работает proxy-служба – шлюзом уровня приложений. Такой шлюз исключает прямое взаимодействие между авторизованным клиентом и внешним хостом. Шлюз фильтрует все входящие и исходящие пакеты на прикладном уровне (уровне приложений – верхний уровень сетевой модели) и может анализировать содержимое данных, например, адрес URL, содержащийся в HTTP-сообщении, или команду, содержащуюся в FTP-сообщении. Иногда эффективнее бывает фильтрация пакетов, основанная на информации, содержащейся в самих данных. Фильтры пакетов и фильтры уровня канала не используют содержимое информационного потока при принятии решений о фильтрации, но это можно сделать с помощью фильтрации уровня приложений. Фильтры уровня прил ожений могут использовать информацию из заголовка пакета, а также содержимого данных и информации о пользователе. Администраторы могут использовать фильтрацию уровня приложений для контроля доступа на основе идентичности пользователя и/или на основе конкретной задачи, которую пытается осуществить пользователь. В фильтрах уровня приложений можно установить правила на основе отдаваемых приложением команд. Например, администратор может запретить конкретному пользователю скачивать файлы на конкретный компьютер с помощью FTP или разрешить пользователю размещать файлы через FTP на том же самом компьютере.

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.

Недостатки:

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.

Firewall (Межсетевой экран)

Межсетевой экран (Брандмауэр или Firewall) – это средство фильтрации пакетного трафика, поступающего из внешней сети по отношению к данной локальной сети или компьютеру. Рассмотрим причины появления и задачи выполняемые Firewall. Современная сеть передачи данных – это множество удаленных высокопроизводительных устройств, взаимодействующих друг с другом на значительном расстоянии. Одними из наиболее крупномасштабных сетей передачи данных являются компьютерные сети, такие как сеть Интернет. В ней одновременно работают миллионы источников и потребителей информации по всему миру. Широкое развитие данной сети позволяет использовать ее не только частным лицам, но и крупным компаниям для объединения своих разрозненных устройств по всему миру в единую сеть. Вместе с этим, общий доступ к единым физическим ресурсам открывает доступ мошенникам, вирусам и конкурентам возможность причинить вред конечным пользователям: похитить, исказить, подбросить или уничтожить хранимую информацию, нарушить целостность программного обеспечения и даже вывести аппаратную часть конечной станции. Для предотвращения данных нежелательных воздействий необходимо предотвратить несанкционированный доступ, для чего часто применяется Firewall. Само название Firewall (wall – от англ. стена) кроет в себе его назначение, т.е. он служит стеной между защищаемой локальной сетью и Интернетом либо любой другой внешней сетью и предотвращать любые угрозы. Кроме вышеуказанной межсетевой экран также может выполнять и другие функции, связанные с фильтрацией трафика от/к какому-либо ресурсу сети Интернет.

Принцип действия Firewall основан на контроле поступающего извне трафика. Могут быть выбраны следующие методы контроля трафика между локальной и внешней сетью:

1. Фильтрация пакетов – основан на настройке набора фильтров. В зависимости от того удовлетворяет ли поступающий пакет указанным в фильтрах условиям он пропускается в сеть либо отбрасывается.

2. Proxy-сервер – между локальной и внешней сетями устанавливается дополнительное устройство proxy-сервер, который служит «воротами», через который должен проходить весь входящий и исходящий трафик.

3. Stateful inspection – инспектирование входящего трафика – один из самых передовых способов реализации Firewall. Под инспекцией подразумевается анализ не всего пакета, а лишь его специальной ключевой части и сравнении с заранее известными значениями из базы данных разрешенных ресурсов. Данный метод обеспечивает наибольшую производительность работы Firewall и наименьшие задержки.

Межсетевой экран может быть выполнен аппаратно или программно. Конкретная реализация зависит от масштаба сети, объема трафика и необходимых задач. Наиболее распространенным типом Брандмауэров является программный. В этом случае он реализован в виде программы, запущенной на конечном ПК, либо пограничном сетевом устройстве, например . В случае аппаратного исполнения Firewall представляет собой отдельный сетевой элемент, обладающий обычно большими производительными способностями, но выполняющий аналогичные задачи.

Firewall позволяет настраивать фильтры, отвечающие за пропуск трафика по следующим критериям:

1. IP-адрес . Как известно, любое конечное устройство, работающее по протоколу должно иметь уникальный адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон можно запретить получать из них пакеты, либо наоборот разрешить доступ только с данных IP адресов.

2. Доменное имя . Как известно, сайту в сети Интернет, точнее его IP-адресу может быть поставлено в соответств ие буквенно-цифровое имя, которое гораздо проще запомнить чем набор цифр. Таким образом, фильтр может быть настроен на пропуск трафика только к/от одного из ресурсов, либо запретить доступ к нему.

3. Порт . Речь идет о программных портах, т.е. точках доступа приложений к услугам сети. Так, например, ftp использует порт 21, а приложения для просмотра web-страниц порт 80. Это позволяет запретить доступ с нежелательных сервисов и приложений сети, либо наоборот разрешить доступ только к ним.

4. Протокол . Firewall может быть настроен на пропуск данных только какого-либо одного протокола, либо запретить доступ с его использованием. Обычно тип протокола может говорить о выполняемых задачах, используемого им приложения и о наборе параметров защиты. Таким образом, доступ может быть настроен только для работы какого-либо одного специфического приложения и предотвратить потенциально опасный доступ с использованием всех остальных протоколов.

Выше перечислены только основные параметры, по которым может быть произведена настройка. Также могут применяться другие параметры для фильтров, специфичные для данной конкретной сети, в зависимости от выполняемых в ней задач.

Таким образом, Firewall предоставляет комплексны набор задач по предотвращению несанкционированного доступа, повреждения или хищения данных, либо иного негативного воздействия, которое может повлиять на работоспособность сети. Обычно межсетевой экран используется в совокупности с другими средствами защиты, например, антивирусное ПО.

1. Симметричное шифрование

Симметри́чные криптосисте́мы (также симметричное шифрование , симметричные шифры ) (англ. symmetric - key algorithm ) - способ шифрования, в котором для шифрования и расшифровывания применяется один и тот же криптографический ключ. До изобретения схемы асимметричного шифрования единственным существовавшим способом являлось симметричное шифрование. Ключ алгоритма должен сохраняться в секрете обеими сторонами. Алгоритм шифрования выбирается сторонами до начала обмена сообщениями.

В симметричных криптосистемах для шифрования и расшифровывания используется один и тот же ключ. Отсюда название - симметричные . Алгоритм и ключ выбирается заранее и известен обеим сторонам. Сохранение ключа в секретности является важной задачей для установления и поддержки защищённого канала связи. В связи с этим, возникает проблема начальной передачи ключа (синхронизации ключей). Кроме того существуют методы криптоатак, позволяющие так или иначе дешифровать информацию не имея ключа или же с помощью его перехвата на этапе согласования. В целом эти моменты являются проблемой криптостойкости конкретного алгоритма шифрования и являются аргументом при выборе конкретного алгоритма.

Симметричные, а конкретнее, алфавитные алгоритмы шифрования были одними из первых алгоритмов . Позднее было изобретено асимметричное шифрование, в котором ключи у собеседников разные .

Основные сведения[править | править код]

Алгоритмы шифрования данных широко применяются в компьютерной технике в системах сокрытия конфиденциальной и коммерческой информации от злонамеренного использования сторонними лицами. Главным принципом в них является условие, что передатчик и приемник заранее знают алгоритм шифрования , а также ключ к сообщению, без которых информация представляет собой всего лишь набор символов, не имеющих смысла.

Классическими примерами таких алгоритмов являются симметричные криптографические алгоритмы , перечисленные ниже:

Простая перестановка

Одиночная перестановка по ключу

Двойная перестановка

Перестановка "Магический квадрат"

Простая перестановка [править | править код]

Простая перестановка без ключа - один из самых простых методов шифрования. Сообщение записывается в таблицу по столбцам. После того, как открытый текст записан колонками, для образования шифртекста он считывается по строкам. Для использования этого шифра отправителю и получателю нужно договориться об общем ключе в виде размера таблицы. Объединение букв в группы не входит в ключ шифра и используется лишь для удобства записи несмыслового текста.

Одиночная перестановка по ключу [править | править код]

Более практический метод шифрования, называемый одиночной перестановкой по ключу, очень похож на предыдущий. Он отличается лишь тем, что колонки таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы.

Двойная перестановка [править | править код]

Для дополнительной скрытности можно повторно шифровать сообщение, которое уже было зашифровано. Этот способ известен под названием двойная перестановка. Для этого размер второй таблицы подбирают так, чтобы длины её строк и столбцов отличались от длин в первой таблице. Лучше всего, если они будут взаимно простыми. Кроме того, в первой таблице можно переставлять столбцы, а во второй строки. Наконец, можно заполнять таблицу зигзагом, змейкой, по спирали или каким-то другим способом. Такие способы заполнения таблицы если и не усиливают стойкость шифра, то делают процесс шифрования гораздо более занимательным.

Перестановка «Магический квадрат» [править | править код]

Магическими квадратами называются квадратные таблицы со вписанными в их клетки последовательными натуральными числами от 1, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Подобные квадраты широко применялись для вписывания шифруемого текста по приведенной в них нумерации. Если потом выписать содержимое таблицы по строкам, то получалась шифровка перестановкой букв. На первый взгляд кажется, будто магических квадратов очень мало. Тем не менее, их число очень быстро возрастает с увеличением размера квадрата. Так, существует лишь один магический квадрат размером 3 х 3, если не принимать во внимание его повороты. Магических квадратов 4 х 4 насчитывается уже 880, а число магических квадратов размером 5 х 5 около 250000. Поэтому магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был немыслим.

В квадрат размером 4 на 4 вписывались числа от 1 до 16. Его магия состояла в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равнялась одному и тому же числу - 34. Впервые эти квадраты появились в Китае, где им и была приписана некоторая «магическая сила».

Шифрование по магическому квадрату производилось следующим образом. Например, требуется зашифровать фразу: «ПриезжаюСегодня.». Буквы этой фразы вписываются последовательно в квадрат согласно записанным в них числам: позиция буквы в предложении соответствует порядковому числу. В пустые клетки ставится точка.

После этого шифрованный текст записывается в строку (считывание производится слева направо, построчно): .ирдзегюСжаоеянП

При расшифровывании текст вписывается в квадрат, и открытый текст читается в последовательности чисел «магического квадрата». Программа должна генерировать «магические квадраты» и по ключу выбирать необходимый. Размер квадрата больше чем 3х3.

Общая схема[править | править код]

В настоящее время симметричные шифры - это:

блочные шифры. Обрабатывают информацию блоками определённой длины (обычно 64, 128 бит), применяя к блоку ключ в установленном порядке, как правило, несколькими циклами перемешивания и подстановки, называемыми раундами. Результатом повторения раундов является лавинный эффект - нарастающая потеря соответствия битовмежду блоками открытых и зашифрованных данных.

поточные шифры, в которых шифрование проводится над каждым битом либо байтом исходного (открытого) текста с использованием гаммирования. Поточный шифр может быть легко создан на основе блочного (например, ГОСТ 28147-89 в режиме гаммирования), запущенного в специальном режиме.

Большинство симметричных шифров используют сложную комбинацию большого количества подстановок и перестановок. Многие такие шифры исполняются в несколько (иногда до 80) проходов, используя на каждом проходе «ключ прохода». Множество «ключей прохода» для всех проходов называется «расписанием ключей» (key schedule). Как правило, оно создается из ключа выполнением над ним неких операций, в том числе перестановок и подстановок.

Типичным способом построения алгоритмов симметричного шифрования является сеть Фейстеля. Алгоритм строит схему шифрования на основе функции F(D, K), где D - порция данных размером вдвое меньше блока шифрования, а K - «ключ прохода» для данного прохода. От функции не требуется обратимость - обратная ей функция может быть неизвестна. Достоинства сети Фейстеля - почти полное совпадение дешифровки с шифрованием (единственное отличие - обратный порядок «ключей прохода» в расписании), что значительно облегчает аппаратную реализацию.

Операция перестановки перемешивает биты сообщения по некоему закону. В аппаратных реализациях она тривиально реализуется как перепутывание проводников. Именно операции перестановки дают возможность достижения «эффекта лавины». Операция перестановки линейна - f(a) xor f(b) == f(a xor b)

Операции подстановки выполняются как замена значения некоей части сообщения (часто в 4, 6 или 8 бит) на стандартное, жестко встроенное в алгоритм иное число путём обращения к константному массиву. Операция подстановки привносит в алгоритм нелинейность.

Зачастую стойкость алгоритма, особенно к дифференциальному криптоанализу, зависит от выбора значений в таблицах подстановки (S-блоках). Как минимум считается нежелательным наличие неподвижных элементов S(x) = x, а также отсутствие влияния какого-то бита входного байта на какой-то бит результата - то есть случаи, когда бит результата одинаков для всех пар входных слов, отличающихся только в данном бите.

Параметры алгоритмов[править | править код]

Существует множество (не менее двух десятков) алгоритмов симметричных шифров, существенными параметрами которых являются:

стойкость

длина ключа

число раундов

длина обрабатываемого блока

сложность аппаратной/программной реализации

сложность преобразования

Виды симметричных шифров[править | править код]

блочные шифры

AES (англ. Advanced Encryption Standard ) - американский стандарт шифрования

ГОСТ 28147-89 - советский и российский стандарт шифрования, также является стандартом СНГ

DES (англ. Data Encryption Standard ) - стандарт шифрования данных в США

3DES (Triple-DES, тройной DES)

RC2 (Шифр Ривеста (Rivest Cipher или Ron’s Cipher))

IDEA (International Data Encryption Algorithm, международный алгоритм шифрования данных)

CAST (по инициалам разработчиков Carlisle Adams и Stafford Tavares)

потоковые шифры

RC4 (алгоритм шифрования с ключом переменной длины)

SEAL (Software Efficient Algorithm, программно-эффективный алгоритм)

WAKE (World Auto Key Encryption algorithm, всемирный алгоритм шифрования на автоматическом ключе)

Сравнение с асимметричными криптосистемами[править | править код]

Достоинства [править | править код]

скорость

простота реализации (за счёт более простых операций)

меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости

изученность (за счёт большего возраста)

Недостатки [править | править код]

сложность управления ключами в большой сети

сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надёжной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам

Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная (гибридная) криптографическая схема, где с помощью асимметричного шифрования передаётся сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования.

Важным недостатком симметричных шифров является невозможность их использования в механизмах формирования электронной цифровой подписи и сертификатов, так как ключ известен каждой стороне.

2. Межсетевой экран. Firewall. Brandmauer

Межсетево́й экра́н , сетево́й экра́н - программный или программно-аппаратный элемент компьютерной сети , осуществляющий контроль и фильтрацию проходящего через него сетевого трафика в соответствии с заданными правилами .

Другие названия :

Брандма́уэр (нем. Brandmauer - противопожарная стена ) - заимствованный из немецкого языка термин;

Файрво́л (англ. Firewall - противопожарная стена) - заимствованный из английского языка термин.

Firewall (Межсетевой экран)

Принцип действия Firewall

Межсетевой экран может быть выполнен аппаратно или программно. Конкретная реализация зависит от масштаба сети, объема трафика и необходимых задач. Наиболее распространенным типом Брандмауэров является программный. В этом случае он реализован в виде программы, запущенной на конечном ПК, либо пограничном сетевом устройстве, например маршрутизаторе. В случае аппаратного исполнения Firewall представляет собой отдельный сетевой элемент, обладающий обычно большими производительными способностями, но выполняющий аналогичные задачи.

Firewall позволяет настраивать фильтры, отвечающие за пропуск трафика по следующим критериям:

1. IP-адрес . Как известно, любое конечное устройство, работающее по протоколу IP должно иметь уникальный адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон можно запретить получать из них пакеты, либо наоборот разрешить доступ только с данных IP адресов.

\\ 06.04.2012 17:16

Межсетевой экран представляет собой комплекс задач по предотвращению несанкционированного доступа, повреждения или хищения данных, либо иного негативного воздействия, которое может повлиять на работоспособность сети.

Межсетевой экран, его также называют фаервол (от англ. Firewall) или брандмауэр на шлюзе позволяет обеспечить безопасный доступ пользователей в сеть Интернет, при этом защищая удаленное подключение к внутренним ресурсам. Межсетевой экран просматривает через себя весь трафик, проходящий между сегментами сети, и для каждого пакета реализует решение - пропускать или не пропускать. Гибкая система правил межсетевого экрана позволяет запрещать или разрешать соединения по многочисленным параметрам: адресам, сетям, протоколам и портам.

Методы контроля трафика между локальной и внешней сетью

Фильтрация пакетов. В зависимости от того удовлетворяет ли поступающий пакет указанным в фильтрах условиям он пропускается в сеть либо отбрасывается.

Stateful inspection. В этом случае осуществляется инспектирование входящего трафика - один из самых передовых способов реализации Firewall. Под инспекцией подразумевается анализ не всего пакета, а лишь его специальной ключевой части и сравнении с заранее известными значениями из базы данных разрешенных ресурсов. Такой метод обеспечивает наибольшую производительность работы Firewall и наименьшие задержки.

Proxy-сервер.В данном случае между локальной и внешней сетями устанавливается дополнительное устройство proxy-сервер, который служит «воротами», через который должен проходить весь входящий и исходящий трафик.

Межсетевой экран позволяет настраивать фильтры, которые отвечают за пропуск трафика по:

IP-адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон можно запретить получать из них пакеты, либо наоборот разрешить доступ только с данных IP адресов.

- Порт. Фаервол может настроить точки доступа приложений к услугам сети. К примеру, ftp использует порт 21, а приложения для просмотра web-страниц порт 80.

Протокол. Брандмауэр может быть настроен на пропуск данных только какого-либо одного протокола, либо запретить доступ с его использованием. Чаще всего тип протокола может говорить о выполняемых задачах, используемого им приложения и о наборе параметров защиты. В связи с этим, доступ может быть настроен только для работы какого-либо одного специфического приложения и предотвратить потенциально опасный доступ с использованием всех остальных протоколов.

Доменное имя. В данном случае фильтр запрещает или разрешает соединения конкретных ресурсов. Это позволяет запретить доступ с нежелательных сервисов и приложений сети, либо наоборот разрешить доступ только к ним.

Для настройки могут применяться и другие параметры для фильтров, характерные для данной конкретной сети, в зависимости от выполняемых в ней задач.

Чаще всего межсетевой экран используется в комплексе с другими средствами защиты, к примеру, антивирусное программное обеспечение.

Принцип действия межсетевого экрана

Брандмауэр может быть выполнен:

Аппаратно. В таком случае в роли аппаратного фаервола выступает маршрутизатор, который располагается между компьютером и сетью Интернет. К фаерволу может быть подключено несколько ПК и при этом все они будут защищены межсетевым экраном, который выступает частью маршрутизатора.

Программно. Наиболее распространенный тип межсетевого экрана, который представляют собой специализированное программное обеспечение, которое пользователь устанавливает на свой ПК.

Даже если подключен маршрутизатор со встроенным межсетевым экраном, дополнительно может быть установлен программный фаервол на каждый компьютер в отдельности. В таком случае злоумышленнику будет сложнее проникнуть в систему.

Официальные документы

В 1997 году был принят Руководящий документ Гостехкоммиссии при Президенте РФ "Средства вычислительной техники. Межсетевые экраны. Защита от НСД к информации. Показатели защищенности от НСД к информации". Данный документ устанавливает пять классов защищенности межсетевого экрана, каждый из которых характеризуется определенной минимальной совокупностью требований по защите информации.

В 1998 году был разработан еще один документ: "Временные требования к устройствам типа межсетевой экран». Согласно данному документу установлено 5 классов защищенности межсетевого экрана, которые применяются для защиты информации в автоматизированных системах, содержащих криптографические средства.

А с 2011 года вступили в силу требования законодательства по сертификации межсетевых экранов. Таким образом, если в сети предприятия осуществляется работа с персональными данными, то требуется установить межсетевой экран, сертифицированный Федеральной службой по экспортному контролю (ФСТЭК).

В последнее время наметилась тенденция по ограничению приватности в сети Интернет. Это связано с ограничениями, которое налагает на пользователя государственное регулирование сети Интернет. Государственное регулирование Интернет существует во многих странах (Китай, Россия, Беларусь).

Афера "Asia Domain Name Registration scam" в Рунете! Вы зарегистрировали или купили домен и создали на нем сайт. Годы идут, сайт развивается, становится популярным. Вот уже и доход с него "закапал". Вы получаете свой доход, оплачиваете домен, хостинг и другие расходы...