Использование брандмауэра

Федеральное агентство по образованию РФ

ФГОУ СПО «Перевозский строительный колледж».

Реферат по дисциплине «Программное обеспечение компьютерных сетей»

на тему: «Брэндмауэр»

Введение в брандмауэры

Брандмауэр может значительно повысить уровень безопасности сети организации и сохранить в то же время доступ ко всем ресурсам Интернета.

Рисунок: «Пример брандмауэра с маршрутизатором и прикладным шлюзом»

Понятие брандмауэра

Наверное, лучше всего начать с описания того, что НЕ является брандмауэром: брандмауэр - это не просто маршрутизатор, хост или группа систем, которые обеспечивают безопасность в сети. Скорее, брандмауэр - это подход к безопасности; он помогает реализовать политику безопасности, которая определяет разрешенные службы и типы доступа к ним, и является реализацией этой политики в терминах сетевой конфигурации, нескольких хостов и маршрутизаторов, и других мер защиты, таких как усиленная аутентификация вместо статических паролей. Основная цель системы брандмауэра - управление доступом К или ИЗ защищаемой сети. Он реализует политику сетевого доступа, заставляя проходить все соединения с сетью через брандмауэр, где они могут быть проанализированы и разрешены либо отвергнуты.

Система брандмауэра может быть маршрутизатором, персональным компьютером, хостом, или группой хостов, созданной специально для защиты сети или подсети от неправильного использования протоколов и служб хостами, находящимися вне этой подсети. Обычно система брандмауэра создается на основе маршрутизаторов верхнего уровня, обычно на тех, которые соединяют сеть с Интернетом, хотя может быть создана и на других маршрутизаторах, для защиты только части хостов или подсетей.

Почему именно брандмауэры?

Основной причиной использования брандмауэров является тот факт, что без брандмауэра системы подсети подвергаются опасности использования уязвимых мест служб, таких NFS и NIS, или сканирования и атак со стороны хостов в Интернете. В среде без брандмауэра сетевая безопасность целиком зависит от безопасности хостов и все хосты должны в этом случае взаимодействовать для достижения одинаково высокого уровня безопасности. Чем больше подсеть, тем труднее поддерживать все хосты на одном уровне безопасности. Ошибки и упущения в безопасности стали распространенными, проникновения происходят не в результате хитроумных атак, а из-за простых ошибок в конфигурировании и угадываемых паролей.

Подход с использованием брандмауэра имеет многочисленные преимущества для сетей и помогает повысить безопасность хостов. Следующие разделы кратко описывают выгоды использования брандмауэра.

Защита от уязвимых мест в службах

Брандмауэр может значительно повысить сетевую безопасность и уменьшить риски для хостов в подсети путем фильтрации небезопасных по своей природе служб. В результате подсеть будет подвергаться гораздо меньшему числу опасностей, так как только через брандмауэр смогут пройти только безопасные протоколы.

Например, брандмауэр может запретить, чтобы такие уязвимые службы, как NFS, не использовались за пределами этой подсети. Это позволяет защититься от использования этих служб посторонними атакующими, но продолжать использовать их внутри сети, не подвергаясь особой опасности. Поэтому можно будет спокойно использовать такие удобные службы, как NFS и NIS, специально разработанные для уменьшения затрат на администрирование в локальной сети.

Брандмауэры также могут обеспечить защиту от атак с использованием маршрутизации, таких как маршрутизация источника и попыток изменить маршруты передачи данных с помощью команд перенаправления ICMP. Брандмауэр может заблокировать все пакеты с маршрутизацией источника и перенаправлена ICMP, а затем информировать администраторов об инцидентах.

Управляемый доступ к системам сети

Брандмауэр также предоставляет возможности по управлению доступом к хостам сети. Например, некоторые хосты могут быть сделаны достижимыми из внешних сетей, в то время как доступ к другим системам извне будет запрещен. Сеть может запретить доступ к своим хостам извне, за исключением особых случаев, таких как почтовые сервера или информационные сервера.

Эти свойства брандмауэров требуются при политике управления доступом, построенной по принципу: не предоставлять доступ к хостам или службам, к которым доступ не требуется. Другими словами, зачем давать доступ к хостам и службам, которые могут использоваться атакующими, когда на самом деле он не нужен или не требуется? Если, например, пользователю не нужно, чтобы кто-то в сети мог получить доступ к его рабочей станции, то брандмауэр как раз и может реализовать этот вид политики.

Концентрированная безопасность

Брандмауэр может на самом деле оказаться недорогим для организации из-за того, что большинство или все изменения в программах и дополнительные программы по безопасности будут установлены на системе брандмауэра, а не распределены по большому числу хостов. В частности, системы одноразовых паролей и другие дополнительные программы усиленной аутентификации могут быть установлены только на брандмауэре, а не на каждой системе, которой нужно обращаться к Интернету.

Другие подходы к сетевой безопасности, такие как Kerberos [NIST94c] требуют модификации программ на каждой системе в сети. Поэтому, хотя Kerberos и другие технологии также должны рассматриваться из-за их преимуществ и могут оказаться наиболее подходящими, чем брандмауэры в определенных ситуациях, все-таки брандмауэры проще в реализации, так как специальные программы требуются только на брандмауэре.

Повышенная конфиденциальность

Конфиденциальность очень важна для некоторых организаций, так как то, что обычно считается безобидной информацией, может на самом деле содержать полезные подсказки для атакующего. Используя брандмауэр, некоторые сети могут заблокировать такие службы, как “finger” и доменную службу имен. “Finger” дает информацию о пользователях, такую как время последнего сеанса, читалась ли почта, и другие данные. Но “finger” может дать атакующему информацию о том, как часто используется система, работают ли сейчас в этой системе пользователи, и может ли быть система атакована, не привлекая при этом внимания.

Брандмауэры также могут быть использованы для блокирования информации DNS о системах сети, поэтому имена и IP-адреса хостов в сети не станут известны хостам в Интернете. Некоторые организации уже убедились в том, что блокируя эту информацию, они скрывают ту информацию, которая была бы полезна для атакующего.

Протоколирование и статистика использования сети и попыток проникновения

Если все доступ к Интернету и из Интернета осуществляется через брандмауэр, то брандмауэр может протоколировать доступ и предоставить статистику об использовании сети. При правильно настроенной системе сигналов о подозрительных событиях (“alarm”), брандмауэр может дать детальную информацию о том, были ли брандмауэр или сеть атакованы или зондированы.

Важно собирать статистику использования сети и доказательства зондирования по ряду причин. Прежде всего нужно знать наверняка, что брандмауэр устойчив к зондированию и атакам, и определить, адекватны ли меры защиты брандмауэра. Кроме того, статистика использования сети важна в качестве исходных данных при проведении исследований для формулирования требований к сетевому оборудованию и программам и анализе риска.

Претворение в жизнь политики

И наконец, самое важное - брандмауэр предоставляет средства реализации и претворения в жизнь политики сетевого доступа. Фактически, брандмауэр обеспечивает управление доступом для пользователей и служб. Поэтому, политика сетевого доступа может быть реализована с помощью брандмауэра, в то время как без него, такая политика зависит целиком от доброй воли пользователей. Организация может зависеть от своих пользователей, но не должна зависеть от доброй воли всех пользователей Интернета.

Проблемы, возникающие из-за брандмауэров

Помимо описанных выше преимуществ использования брандмауэров, имеет место ряд недостатков при их использовании и ряд проблем, от которых брандмауэры не могут защитить. Брандмауэр не является панацеей от всех проблем безопасности, связанных с Интернетом.

Ограничение в доступе к нужным службам

Самым очевидным недостатком брандмауэра является то, что он может блокировать ряд служб, которые используют пользователи, такие как TELNET, FTP, X Windows, NFS и др. Тем не менее, эти недостатки не присущи только брандмауэрам; сетевой доступ также может ограничиваться при защите на уровне хостов в соответствии с политикой безопасности. Хорошо продуманная политика безопасности, в которой найден баланс между требованиями безопасности и потребностями пользователей, может сильно помочь при решении проблем из-за ограничений в доступе к службам.

Некоторые сети могут иметь топологию, которая не позволяет применить брандмауэр, или использовать службы, такие как NFS, таким образом, что использование брандмауэра потребует серьезных ограничений при работе в сети. Например, в сети может требоваться использование NFS и NIS через основные маршрутизаторы. В такой ситуации стоимость установки брандмауэра нужно сравнить с ущербом, который понесет организация от атаки, использующей уязвимые места, защищаемые брандмауэром, то есть провести анализ риска, а затем принять решение на основании его результатов. Могут оказаться более уместными другие решения, такие как Керберос, но эти решения также имеют свои недостатки. [NIST94c] содержит дополнительную информацию о Керберос и других потенциальных решениях.

Большое количество остающихся уязвимых мест

Во-вторых, брандмауэры не защищают от черных входов(люков) в сети. Например, если можно осуществить неограниченный доступ по модему в сеть, защищенную брандмауэром, атакующие могут эффективно обойти брандмауэр [Iiaf91]. Сейчас скорости модемов достаточны для того, чтобы сделать возможным использование SLIP (Serial Line IP) и PPP (Point-to-Point Protocol); SLIP или PPP-соединение внутри защищенной сети по сути является еще одним соединением с сетью и потенциальным уязвимым местом. Зачем нужен брандмауэр, если разрешен неограниченный доступ по модему?

Плохая защита от атак своих сотрудников

Брандмауэры обычно не обеспечивают защиты от внутренних угроз. Хотя брандмауэр может защищать от получения посторонними лицами критических данных, он не защищает от копирования своими сотрудниками данных на ленту или дискету и выноса ее за пределы сети. Поэтому, было бы ошибкой думать, что наличие брандмауэра защищает от атак изнутри или атак, для защиты от которых нужен не брандмауэр. Наверное, не стоит вкладывать значительные ресурсы в брандмауэр, если есть другие способы украсть данные.

Другие проблемы

С брандмауэром также связан ряд других проблем:

· WWW, gopher - новые информационные сервера и клиенты, такие как WWW, gopher, WAIS и ряд других не рассчитаны на совместную работу с брандмауэром, и из-за их новизны вообще достаточно рискованны. Имеется потенциальная возможность атак с помощью передачи специальных данных, при которых данные, обрабатываемые клиентом, могут содержать команды клиенту, эти команды могут заставлять клиента изменить параметры средств управления доступом или модифицировать важные файлы, связанные с защитой машины клиента.

· MBONE - групповые передачи с помощью IP(MBONE), содержащие речь и изображение, инкапсулируются в других пакетах; брандмауэры обычно пропускают эти пакеты, не проверяя их содержимое. Передачи типа MBONE представляют потенциальную угрозу, если пакеты содержат команды, изменяющие параметры работы средств защиты и позволяющие злоумышленникам получить доступ.

· Вирусы - брандмауэры не защищают от пользователей, загружающих программы для ПЭВМ, зараженные вирусами, из Интернетовских архивов или передачи таких программ в качестве приложений к письму. Так как эти программы могут быть закодированы или сжаты большим числом способов, брандмауэр не может сканировать такие программы на предмет обнаружения сигнатур вирусов. Проблема вирусов будет оставаться и должна быть решена с помощью других антивирусных мер защиты.

· Пропускная способность - брандмауэры являются потенциально узким местом, так как все соединения должны проходить через брандмауэр и, в некоторых случаях, изучаться брандмауэром. Тем не менее, сегодня это не является проблемой, так как брандмауэры могут обрабатывать данные со скоростями 1.5 Мбита/с, а большинство сетей, подключенных к Интернету, имеют подключение со скоростью меньшей или равной этой.

· "Все яйца в одной корзине" - система брандмауэра концентрирует безопасность в одном месте, а не распределяет ее среди группы систем. Компрометация брандмауэра может быть ужасной для плохо защищенных систем в подсети. Этому тезису можно противопоставить контраргумент, что при увеличении подсети возрастают шансы того, что в ней появятся уязвимые места в безопасности.

Несмотря на эти недостатки NIST рекомендует, чтобы организации защищали свои ресурсы с помощью брандмауэров и других средств безопасности.

Компоненты брандмауэра

Основными компонентами брандмауэра являются:

· политика сетевого доступа

· механизмы усиленной аутентификации

· фильтрация пакетов

· прикладные шлюзы

Следующие разделы описывают более детально каждую из этих компонент.

Политика сетевого доступа

Имеется два вида политики сетевого доступа, которые влияют на проектирование, установку и использование системы брандмауэра. Политика верхнего уровня является проблемной концептуальной политикой, которая определяет, доступ к каким сервисам будет разрешен или явно запрещен из защищаемой сети, как эти сервисы будут использоваться, и при каких условиях будет делаться исключение и политика не будет соблюдаться. Политика нижнего уровня описывает, как брандмауэр должен на самом деле ограничивать доступ и фильтровать сервисы, которые указаны в политике верхнего уровня. Следующие разделы кратко описывают эти политики.

Политика доступа к сервисам

Политика доступа к сервисам должна фокусироваться на проблемах использования Интернета, описанных выше, и, судя по всему, на всем доступе к сети извне(то есть политика доступа по модемам, соединений SLIP и PPP). Эта политика должна быть уточнением общей политики организации в отношении защиты информационных ресурсов в организации. Чтобы брандмауэр успешно защищал их, политика доступа к сервисам должна быть реалистичной и согласовываться с заинтересованными лицами перед установкой брандмауэра. Реалистическая политика - это такая политика, в которой найден баланс между защитой сети от известных рисков, но в то же время обеспечен доступ пользователей к сетевым ресурсам. Если система брандмауэра запрещает или ограничивает использование некоторых сервисов, то в политике должна быть явно описана строгость, с которой это делается, чтобы предотвратить изменение параметров средств управления доступом сиюминутным образом. Только поддерживаемая руководством реалистическая политика может обеспечить это.

Брандмауэр может реализовывать ряд политик доступа к сервисам, но типичная политика может запрещать доступ к сети из Интернета, и разрешать только доступ к Интернету из сети. Другой типичной политикой может быть разрешение некоторого доступа из Интернета, но только к избранным системам, таким как информационные сервера и почтовые сервера. Брандмауэры часто реализуют политик доступа к сервисам, которые позволяют пользователям сети работать из Интернета с некоторыми избранными хостами, но этот доступ предоставляется, только если он сочетается с усиленной аутентификацией.

Политика проекта брандмауэра

Она специфична для конкретного брандмауэра. Она определяет правила, используемые для реализации политики доступа к сервисам. Нельзя разрабатывать эту политику, не понимая такие вопросы, как возможности и ограничения брандмауэра, и угрозы и узявимые места, связанные с TCP/IP. Как правило, реализуется одна из двух базовых политик проекта:

1. разрешить доступ для сервиса, если он явно не запрещен.

2. запретить доступ для сервиса, если он явно не разрешен.

Брандмауэр, который реализует первую политику, пропускает все сервисы в сеть по умолчанию, если только этот сервис не был явно указан в политике управления доступом как запрещенный. Брандмауэр, который реализует вторую политику, по умолчанию запрещает все сервисы, но пропускает те, которые указаны в списке разрешенных сервисов. Вторая политика следует классической модели доступа, используемой во всех областях информационной безопасности.

Первая политика менее желательна, так как она предоставляет больше способов обойти брандмауэр, например, пользователи могут получить доступ к новым сервисам, не запрещаемым политикой (или даже не указанных в политике), или запустить запрещенные сервисы на нестандартных портах TCP/UDP, которые не запрещены политикой. Определенные сервисы, такие как X Windows, FTP, ARCHIE и RPC, сложно фильтровать [Chap92],[Ches94], и для них лучше подходит брандмауэр, реализующий первую политику. Вторая политика строже и безопаснее, но ее тяжелее реализовать и она может повлиять на работу пользователей в том отношении, что ряд сервисов, такие, как описанные выше, могут оказаться блокированными или использование их будет ограничено.

Взаимосвязь между концептуальной политикой доступа к сервисам и соответствующей ей второй частью описана выше. Эта взаимосвязь существует из-за того, что реализация политики доступа к сервисам сильно зависит от возможностей и ограничений системы брандмауэра, а также уязвимых мест, имеющихся в разрешенных интернетовских сервисах. Например, может оказаться необходимым запретить сервисы, разрешенные политикой доступа к сервисам, если уязвимые места в них не могут эффективно контролироваться политикой нижнего уровня и, если безопасность сети важнее всего. С другой стороны, организация, которая сильно зависит от этих сервисов при решении своих задач, может принять это более высокий риск и разрешить доступ к этим сервисам. Эта взаимосвязь приводит к тому, что формулирование обоих политик становится итеративным процессом.

Политика доступа к сервисам - самый важный компонент из четырех, описанных выше. Остальные три компонента используются для реализации политики. (И, как отмечалось выше, политика доступа к сервисам должна отражать общую политику безопасности организации). Эффективность системы брандмауэра при защите сети зависит от типа используемой реализации его, от правильности процедур работы с ним, и от политики доступа к сервисам.

Усиленная аутентификация

Уже много лет пользователям рекомендуется выбирать такие пароли, которые было бы тяжело угадать и не сообщать их никому. Тем не менее, даже если пользователь следует этому совету(а многие и этого не делают), то тот факт, что злоумышленники могут наблюдать за каналами в Интернете и перехватывать передающиеся в них пароли, делает традиционные пароли устаревшими.

Разработан ряд мер усиленной аутентификации, таких как смарт-карты, биометрические механизмы, и программные механизмы, для защиты от уязвимости обычных паролей. Хотя они и отличаются друг от друга, все они одинаковы в том отношении, что пароли, генерируемые устройством усиленной аутентификации, не могут быть повторно использованы атакующим, который перехватывает трафик соединения. Так как проблема с паролями в Интернете является постоянной, брандмауэр для соединения с Интернетом, который не имеет средств усиленной аутентификации или не использует их, бессмыслен.

Ряд наиболее популярных устройств усиленной аутентификации, используемых сегодня, называются системами с одноразовыми паролями. Смарт-карта, например, генерирует ответ, который хост использует вместо традиционного пароля. Так как смарт-карта работает совместно с программой или оборудованием на хосте, генерируемые ответы уникальны для каждого установления сеанса. Результатом является одноразовый пароль, который, если перехватывается, не может быть использован злоумышленником для установления сеанса с хостом под видом пользователя. [NIST94a] и [NIST91a] более детально описывают устройства усиленной аутентификации и средства защиты на их основе.

Рисунок: «Использование усиленной аутентификации в брандмауэре для предварительной аутентификации трафика TELNET, FTP»

Так как брандмауэры могут централизовать управление доступом в сети, они являются логичным местом для установки программ или устройств усиленной аутентификации. Хотя меры усиленной аутентификации могут использоваться на каждом хосте, более практичным является их размещение на брандмауэре. Рисунок 2.2 показывает, что в сети без брандмауэра, использующего меры усиленной аутентификации, неаутентифицированный траффик таких приложений как TELNET или FTP, может напрямую проходить к системам в сети. Если хосты не используют мер усиленной аутентификации, злоумышленник может попытаться взломать пароли или перехватывать сетевой трафик с целью найти в нем сеансы, в ходе которых передаются пароли. Рисунок 2.2 также показывает сеть с брандмауэром, использующим усиленную аутентификацию, при которой сеансы TELNET или FTP, устанавливаемые со стороны Интернета с системами сети, должны проходить проверку с помощью усиленной аутентификации перед началом работы. Сами системы сети могут продолжать требовать статические пароли перед доступом к себе, но эти пароли нельзя будет использовать, даже если их перехватить, так как меры усиленной аутентификации и другие компоненты брандмауэра не позволят злоумышленнику проникнуть или обойти брандмауэр.

Фильтрация пакетов

Фильтрация IP-пакетов обычно выполняется с помощью маршрутизатора с фильтрацией пакетов, осуществляющего ее, когда пакеты передаются между интерфейсами маршрутизатора. Фильтрующий маршрутизатор обычно может фильтровать IP-пакеты на основе группы полей из следующих полей пакета:

· IP-адрес отправителя.

· IP-адрес получателя.

· TCP/UDP-порт отправителя.

· TCP/UDP-порт получателя.

Не все фильтрующие маршрутизаторы сейчас фильтруют по TCP/UDP-порту отправителя, но многие производители начали включать такую возможность. Некоторые маршрутизаторы проверяют, с какого сетевого интерфейса маршрутизатора пришел пакет, и затем используют эту информацию как дополнительный критерий фильтрации. Некоторые версии Unix имеют возможность фильтрации пакетов, но далеко не все.

Фильтрация может быть использована различным образом для блокирования соединений от или к отдельным хостам или сетям, и для блокирования соединений к различным портам. Организации может понадобиться блокировать соединения от специфических адресов, таких как хосты или сети, которые считаются враждебными или ненадежными. Или же организация может захотеть блокировать соединения от всех адресов, внешних по отношению к организации(с небольшими исключениями, такими как SMTP для получения почты).

Прикладные шлюзы

Чтобы защититься от ряда уязвимых мест, связанных с маршрутизаторами с фильтрацией пакетов, в брандмауэрах нужно использовать прикладные программы для перенаправления и фильтрации соединений с такими службами, как TELNET и FTP. Такое приложение называется прокси-службой, а хост, на котором работает прокси-служба - прикладным шлюзом. Прикладные шлюзы и маршрутизаторы с фильтрацией пакетов могут быть объединены для достижения более высокой безопасности и гибкости, чем была бы достигнута, если бы они использовались отдельно.

Например, рассмотрим сеть, в которой блокируются входящие соединения TELNET и FTP с помощью маршрутизатора с фильтрацией пакетов. Этот маршрутизатор позволяет пропускать пакеты TELNET или FTP только к одной машине, прикладному шлюзу TELNET/FTP. Пользователь, который хочет соединиться снаружи с системой в сети, должен сначала соединиться с прикладным шлюзом, а затем уж с нужным хостом:

· сначала пользователь устанавливает telnet-соединение с прикладным шлюзом и вводит имя внутреннего хоста.

· шлюз проверяет IP-адрес пользователя и разрешает или запрещает соединение в соответствии с тем или иным критерием доступа.

· может понадобиться аутентификация пользователя(возможно с помощью одноразовых паролей).

· прокси-сервер создает telnet-соединение между шлюзом и внутренним хостом.

· прокси-сервер передает данные между этими двумя соединениями.

· прикладной шлюз протоколирует соединение.