Межсетевые экраны брандмауэры. Межсетевые экраны. Способы организации защиты

Интенсивное развитие глобальных компьютерных сетей, появление новых технологий поиска информации привлекают все большее внимание к сети Интернет со стороны частных лиц и различных организаций. Многие организации принимают решения по интеграции своих локальных и корпоративных сетей в Интернет. Использование Интернета в коммерческих целях, а также при передаче информации, содержащей сведения конфиденциального характера, влечет за собой необходимость построения эффективной системы защиты данных. Использование глобальной сети Интернет обладает неоспоримыми достоинствами, но, как и многие другие новые технологии, имеет и свои недостатки. Развитие глобальных сетей привело к многократному увеличению количества не только пользователей, но и атак на компьютеры, подключенные к Интернету. Ежегодные потери из-за недостаточного уровня защищенности компьютеров оцениваются десятками миллионов долларов. Поэтому при подключении к Интернету локальной или корпоративной сети необходимо позаботиться об обеспечении ее информационной безопасности.

лобальная сеть Интернет создавалась как открытая система, предназначенная для свободного обмена информации. В силу открытости своей идеологии Интернет предоставляет злоумышленникам значительно большие возможности по проникновению в информационные системы. Через Интернет нарушитель может:

• вторгнуться во внутреннюю сеть предприятия и получить несанкционированный доступ к конфиденциальной информации;
• незаконно скопировать важную и ценную для предприятия информацию;
• получить пароли, адреса серверов, а подчас и их содержимое;
• войти в информационную систему предприятия под именем зарегистрированного пользователя и т.д.

Посредством получения злоумышленником информации может быть серьезно подорвана конкурентоспособность предприятия и доверие его клиентов.

Ряд задач по отражению наиболее вероятных угроз для внутренних сетей способны решать межсетевые экраны. Межсетевой экран — это система межсетевой защиты, позволяющая разделить каждую сеть на две и более части и реализовать набор правил, определяющих условия прохождения пакетов с данными через границу из одной части общей сети в другую. Как правило, эта граница проводится между корпоративной (локальной) сетью предприятия и глобальной сетью Интернет, хотя ее можно провести и внутри корпоративной сети предприятия. Использование межсетевых экранов позволяет организовать внутреннюю политику безопасности сети предприятия, разделив всю сеть на сегменты. Это позволяет сформулировать основные принципы архитектуры безопасности корпоративной сети:

1. Введение N категорий секретности и создание соответственно N выделенных сетевых сегментов пользователей. При этом каждый пользователь внутри сетевого сегмента имеет одинаковый уровень секретности (допущен к информации одного уровня секретности). Данный случай можно сравнить с секретным заводом, где все сотрудники в соответствии со своим уровнем доступа имеют доступ только к определенным этажам. Эта структура объясняется тем, что ни в коем случае нельзя смешивать потоки информации разных уровней секретности. Не менее очевидным объяснением подобного разделения всех пользователей на N, изолированных сегментов является легкость осуществления атаки внутри одного сегмента сети.
2. Выделение в отдельный сегмент всех внутренних серверов компании. Эта мера также позволяет изолировать потоки информации между пользователями, имеющими различные уровни доступа.
3. Выделение в отдельный сегмент всех серверов компании, к которым будет предоставлен доступ из Интернета (создание демилитаризованной зоны для внешних ресурсов).
4. Создание выделенного сегмента административного управления.
5. Создание выделенного сегмента управления безопасностью.

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 конкретные протоколы и адреса, зависит от принятой в защищаемой сети политики безопасности. Межсетевой экран представляет собой набор компонентов, настраиваемых для реализации выбранной политики безопасности.

Политика сетевой безопасности каждой организации должна включать две составляющие:

1. Политика доступа к сетевым сервисам.
2. Политика реализации межсетевых экранов.

Политика доступа к сетевым сервисам должна быть уточнением общей политики организации в отношении защиты информационных ресурсов в организации. Для того чтобы межсетевой экран успешно защищал ресурсы организации, политика доступа пользователей к сетевым сервисам должна быть реалистичной. Таковой считается политика, при которой найден гармоничный баланс между защитой сети организации от известных рисков и необходимостью доступа пользователей к сетевым сервисам. В соответствии с принятой политикой доступа к сетевым сервисам определяется список сервисов Интернета, к которым пользователи должны иметь ограниченный доступ. Задаются также ограничения на методы доступа, необходимые для того, чтобы пользователи не могли обращаться к запрещенным сервисам Интернета обходными путями.

Межсетевой экран может реализовать ряд политик доступа к сервисам. Но обычно политика доступа к сетевым сервисам основана на одном из следующих принципов:

1. Запретить доступ из Интернета во внутреннюю сеть и разрешить доступ из внутренней сети в Интернет.
2. Разрешить ограниченный доступ во внутреннюю сеть из Интернета, обеспечивая работу только отдельных авторизованных систем, например информационных и почтовых серверов.

В соответствии с политикой реализации межсетевых экранов определяются правила доступа к ресурсам внутренней сети. Прежде всего необходимо установить, насколько «доверительной» или «подозрительной» должна быть система защиты. Иными словами, правила доступа к внутренним ресурсам должны базироваться на одном из следующих принципов:

1. Запрещать все, что не разрешено в явной форме.
2. Разрешать все, что не запрещено в явной форме.

Эффективность защиты внутренней сети с помощью межсетевых экранов зависит не только от выбранной политики доступа к сетевым сервисам и ресурсам внутренней сети, но и от рациональности выбора и использования основных компонентов межсетевого экрана.

Функциональные требования к межсетевым экранам охватывают следующие сферы:

• фильтрация на сетевом уровне;
• фильтрация на прикладном уровне;
• настройка правил фильтрации и администрирование;
• средства сетевой аутентификации;
• внедрение журналов и учет.

Классификация межсетевых экранов

Настоящее время не существует единой и общепризнанной классификации межсетевых экранов. Выделим следующие классы межсетевых экранов:

1. Фильтрующие маршрутизаторы.
2. Шлюзы сеансового уровня.
3. Шлюзы уровня приложений.

Эти категории можно рассматривать как базовые компоненты реальных межсетевых экранов. Лишь немногие межсетевые экраны включают лишь одну из перечисленных категорий. Тем не менее эти компоненты отражают ключевые возможности, отличающие межсетевые экраны друг от друга.

Фильтрующие маршрутизаторы

Фильтрующий маршрутизатор представляет собой маршрутизатор или работающую на сервере программу, сконфигурированные таким образом, чтобы фильтровать входящие и исходящие пакеты. Фильтрация пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в TCP- и IP-заголовках пакетов.

Фильтрующий маршрутизатор обычно может фильтровать IP-пакеты на основе группы следующих полей заголовка пакета:

• IP-адрес отправителя;
• IP-адрес получателя;
• порт отправителя;
• порт получателя.

Некоторые маршрутизаторы проверяют, с какого сетевого интерфейса маршрутизатора пришел пакет, и затем используют эту информацию как дополнительный критерий фильтрации.

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 враждебными или ненадежными.

Правила фильтрации пакетов формулируются сложно, к тому же обычно не существует средств для проверки их корректности, кроме медленного ручного тестирования. При этом в отсутствие фильтрующего маршрутизатора средств протоколирования (если правила фильтрации пакетов все-таки позволят опасным пакетам пройти через маршрутизатор) такие пакеты не смогут быть выявлены до обнаружения последствий проникновения. Даже если администратору сети удастся создать эффективные правила фильтрации, их возможности останутся ограниченными. Например, администратор задает правило, в соответствии с которым маршрутизатор будет отбраковывать все пакеты с неизвестным адресом отправителя. Однако в данном случае хакер для проникновения внутрь защищенной сети может осуществить атаку, которую называют подменой адреса. В таких условиях фильтрующий маршрутизатор не сумеет отличить поддельный пакет от настоящего и пропустит его.

К положительным качествам фильтрующих маршрутизаторов можно отнести следующие:

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

Недостатки фильтрующих маршрутизаторов:

• внутренняя сеть видна (маршрутизируется) из сети Интернет;
• правила фильтрации пакетов трудны в описании и требуют очень хороших знаний технологий TCP и UDP;
• при нарушении работоспособности межсетевого экрана с фильтрацией пакетов все компьютеры за ним становятся полностью незащищенными либо недоступными;
• отсутствует аутентификация на пользовательском уровне.

Шлюзы сеансового уровня

Данный класс маршрутизаторов представляет собой транслятор TCP-соединения. Шлюз принимает запрос авторизованного клиента на конкретные услуги и после проверки допустимости запрошенного сеанса устанавливает соединение с местом назначения (внешним хостом). После этого шлюз копирует пакеты в обоих направлениях, не осуществляя их фильтрации. Как правило, пункт назначения задается заранее, в то время как источников может быть много. Используя различные порты, можно создавать разнообразные конфигурации соединений. Данный тип шлюза позволяет создать транслятор TCP-соединения для любого определенного пользователем сервиса, базирующегося на ТСР, осуществлять контроль доступа к этому сервису и сбор статистики по его использованию.

Шлюз следит за подтверждением (квитированием) связи между авторизованным клиентом и внешним хостом, определяя, является ли запрашиваемый сеанс связи допустимым. Чтобы выявить допустимость запроса на сеанс связи, шлюз выполняет следующую процедуру. Когда авторизованный клиент запрашивает некоторый сервис, шлюз принимает этот запрос, проверяя, удовлетворяет ли данный клиент базовым критериям фильтрации. Затем, действуя от имени клиента, шлюз устанавливает соединение с внешним хостом и следит за выполнением процедуры квитирования связи по протоколу ТСР. Эта процедура состоит из обмена ТСР-пакетами, которые помечаются флагами SYN (синхронизировать) и АСК (подтвердить).

Первый пакет сеанса ТСР, помеченный флагом SYN и содержащий произвольное число, например 500, является запросом клиента на открытие сеанса. Внешний хост, получивший этот пакет, посылает в ответ другой, помеченный флагом АСК и содержащий число на единицу большее, чем в принятом пакете (в нашем случае 501), подтверждая тем самым прием пакета SYN от клиента.

Далее осуществляется обратная процедура: хост посылает клиенту пакет SYN с исходным числом, например 700, а клиент подтверждает его получение передачей пакета АСК, содержащего число 701. На этом процесс квитирования связи завершается.

Шлюз сеансового уровня признает завершенное соединение допустимым только в том случае, если при выполнении процедуры квитирования связи флаги SYN и АСК, а также числа, содержащиеся в ТСР-пакетах, оказываются логически связанными между собой.

После того как шлюз определил, что доверенный клиент и внешний хост являются авторизованными участниками сеанса ТСР, и проверил его допустимость, он устанавливает соединение. Начиная с этого момента шлюз копирует и перенаправляет пакеты туда и обратно, не проводя никакой фильтрации. Он поддерживает таблицу установленных соединений, пропуская данные, которые относятся к одному из сеансов связи, зафиксированных в данной таблице. Когда сеанс завершается, шлюз удаляет соответствующий элемент из таблицы и разрывает сеть, использовавшуюся в текущем сеансе.

Недостатком шлюзов сеансового уровня является отсутствие проверки содержимого передаваемых пакетов, что дает возможность нарушителю проникнуть через такой шлюз.

Шлюзы уровня приложений

С целью защиты ряда уязвимых мест, присущих фильтрующим маршрутизаторам, межсетевые экраны должны использовать прикладные программы для фильтрации соединений с такими сервисами, как Telnet и 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.

Обнаружив сетевой сеанс, шлюз приложений останавливает его и вызывает уполномоченное приложение для оказания завершаемой услуги. Для достижения более высокого уровня безопасности и гибкости шлюзы уровня приложений и фильтрующие маршрутизаторы могут быть объединены в межсетевом экране.

Шлюзы прикладного уровня позволяют обеспечить надежную защиту, поскольку взаимодействие с внешним миром реализуется через небольшое число уполномоченных приложений, полностью контролирующих весь входящий и исходящий трафик. Следует отметить, что шлюзы уровня приложений требуют отдельного приложения для каждого сетевого сервиса.

По сравнению с работающими в обычном режиме, при котором прикладной трафик пропускается непосредственно к внутренним хостам, шлюзы прикладного уровня имеют ряд преимуществ:

• невидимость структуры защищаемой сети из глобальной сети Интернет. Имена внутренних систем можно не сообщать внешним системам через DNS, поскольку шлюз прикладного уровня может быть единственным хостом, имя которого будет известно внешним системам;
• надежная аутентификация и регистрация. Прикладной трафик может быть аутентифицирован, прежде чем он достигнет внутренних хостов, и зарегистрирован более эффективно, чем с помощью стандартной регистрации;
• приемлемое соотношение цены и эффективности. Дополнительные программные или аппаратные средства аутентификации или регистрации нужно устанавливать только на шлюзе прикладного уровня;
• простые правила фильтрации. Правила на фильтрующем маршрутизаторе оказываются менее сложными, чем на маршрутизаторе, который самостоятельно фильтрует прикладной трафик и отправляет его большому числу внутренних систем. Маршрутизатор должен пропускать прикладной трафик, предназначенный только для шлюза прикладного уровня, и блокировать весь остальной;
• 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.

Недостатками шлюзов уровня приложений являются:

• относительно низкая производительность по сравнению с фильтрующими маршрутизаторами. В частности, при использовании клиент-серверных протоколов, таких как Telnet, требуется двухшаговая процедура для входных и выходных соединений;
• более высокая стоимость по сравнению с фильтрующими маршрутизаторами.

Одним из важных элементов концепции межсетевых экранов является аутентификация (проверка подлинности пользователя), то есть пользователь получает право воспользоваться тем или иным сервисом только после того, как будет установлено, что он действительно тот, за кого себя выдает. При этом считается, что сервис для данного пользователя разрешен (процесс определения, какие сервисы разрешены конкретному пользователю, называется авторизацией).

При получении запроса на использование сервиса от имени какого-либо пользователя межсетевой экран проверяет, какой способ аутентификации определен для данного субъекта, и передает управление серверу аутентификации. После получения положительного ответа от сервера аутентификации межсетевой экран осуществляет запрашиваемое пользователем соединение. Как правило, большинство коммерческих межсетевых экранов поддерживает несколько различных схем аутентификации, предоставляя администратору сетевой безопасности возможность сделать выбор наиболее приемлемой в сложившихся условиях схемы.

Основные способы развертывания межсетевых экранов в корпоративных сетях

ри подключении корпоративной или локальной сети к глобальным сетям администратор сетевой безопасности должен решать следующие задачи:

• защита корпоративной или локальной сети от несанкционированного удаленного доступа со стороны глобальной сети;
• скрытие информации о структуре сети и ее компонентов от пользователей глобальной сети;
• разграничение доступа в защищаемую сеть из глобальной и из защищаемой сети в глобальную.

Необходимость работы с удаленными пользователями требует установления жестких ограничений доступа к информационным ресурсам защищаемой сети. При этом в организации часто возникает потребность иметь в составе корпоративной сети несколько сегментов с разными уровнями защищенности:

• свободно доступные сегменты;
• сегменты с ограниченным доступом;
• закрытые сегменты.

Для защиты корпоративной или локальной сети применяются следующие основные схемы организации межсетевых экранов:

1. Межсетевой экран, представленный как фильтрующий маршрутизатор.
2. Межсетевой экран на основе двухпортового шлюза.
3. Межсетевой экран на основе экранированного шлюза.
4. Межсетевой экран с экранированной подсетью.

Межсетевой экран, представленный как фильтрующий маршрутизатор

Межсетевой экран, основанный на фильтрации пакетов, является самым распространенным и наиболее простым в реализации, представляя собой фильтрующий маршрутизатор, расположенный между защищаемой сетью и Интернетом.

Фильтрующий маршрутизатор сконфигурирован для блокирования или фильтрации входящих и исходящих пакетов на основе анализа их адресов и портов.

Компьютеры, находящиеся в защищаемой сети, имеют прямой доступ в Интернет, в то время как большая часть доступа к ним из Интернета блокируется. В принципе, фильтрующий маршрутизатор может реализовать любую из политик безопасности, описанных ранее. Однако если маршрутизатор не фильтрует пакеты по порту источника и номеру входного и выходного порта, то реализация политики «запрещено все, что не разрешено» в явной форме может быть затруднена.

Межсетевые экраны, основанные на фильтрации пакетов, имеют те же недостатки, что и фильтрующие маршрутизаторы.

Межсетевой экран на основе двухпортового шлюза

Межсетевой экран на базе двухпортового прикладного шлюза представляет собой хост с двумя сетевыми интерфейсами. При передаче информации между этими интерфейсами и осуществляется основная фильтрация. Для обеспечения дополнительной защиты между прикладным шлюзом и Интернетом размещают фильтрующий маршрутизатор. В результате между прикладным шлюзом и маршрутизатором образуется внутренняя экранированная подсеть. Ее можно использовать для размещения доступного извне информационного сервера. Размещение информационного сервера увеличивает безопасность сети, поскольку даже при проникновении на него злоумышленник не сможет получить доступ к системам сети через шлюз с двумя интерфейсами.

В отличие от схемы межсетевого экрана с фильтрующим маршрутизатором, прикладной шлюз полностью блокирует трафик IP между Интернетом и защищаемой сетью. Только уполномоченные приложения, расположенные на прикладном шлюзе, могут предоставлять услуги и доступ пользователям.

Данный вариант межсетевого экрана реализует политику безопасности, основанную на принципе «запрещено все, что не разрешено в явной форме»; при этом пользователю доступны только те службы, для которых определены соответствующие полномочия. Такой подход обеспечивает высокий уровень безопасности, поскольку маршруты к защищенной подсети известны лишь межсетевому экрану и скрыты от внешних систем.

Рассматриваемая схема организации межсетевого экрана относительно проста и достаточно эффективна. Поскольку межсетевой экран использует хост, то на нем могут быть установлены программы для усиленной аутентификации пользователей. Межсетевой экран может также протоколировать доступ, попытки зондирования и атак системы, что позволяет выявить действия злоумышленников.

Межсетевой экран на основе экранированного шлюза

Межсетевой экран на основе экранированного шлюза обладает большей гибкостью по сравнению с межсетевым экраном, построенным на основе шлюза с двумя интерфейсами, однако эта гибкость достигается ценой некоторого уменьшения безопасности. Межсетевой экран состоит из фильтрующего маршрутизатора и прикладного шлюза, размещаемого со стороны внутренней сети. Прикладной шлюз реализуется на хосте и имеет только один сетевой интерфейс.

В данной схеме первичная безопасность обеспечивается фильтрующим маршрутизатором, который фильтрует или блокирует потенциально опасные протоколы, чтобы они не достигли прикладного шлюза и внутренних систем. Пакетная фильтрация в фильтрующем маршрутизаторе может быть реализована одним из следующих способов:

• внутренним хостам позволяется открывать соединения с хостами в сети Интернет для определенных сервисов (доступ к ним разрешается среде пакетной фильтрации);
• запрещаются все соединения от внутренних хостов (им надлежит использовать уполномоченные приложения на прикладном шлюзе).

В подобной конфигурации межсетевой экран может использовать комбинацию двух политик, соотношение между которыми зависит от конкретной политики безопасности, принятой во внутренней сети. В частности, пакетная фильтрация на фильтрующем маршрутизаторе может быть организована таким образом, чтобы прикладной шлюз, используя свои уполномоченные приложения, обеспечивал для систем защищаемой сети сервисы типа Telnet, FTP, SMTP.

Основной недостаток схемы межсетевого экрана с экранированным шлюзом заключается в том, что если атакующий нарушитель сумеет проникнуть в хост, перед ним окажутся незащищенными системы внутренней сети. Другой недостаток связан с возможной компрометацией маршрутизатора. Если маршрутизатор окажется скомпрометированным, внутренняя сеть станет доступна атакующему нарушителю.

Межсетевой экран с экранированной подсетью

Межсетевой экран, состоящий из экранированной подсети, представляет собой развитие схемы межсетевого экрана на основе экранированного шлюза. Для создания экранированной подсети используются два экранирующих маршрутизатора. Внешний маршрутизатор располагается между Интернетом и экранируемой подсетью, а внутренний — между экранируемой подсетью и защищаемой внутренней сетью. В экранируемую подсеть входит прикладной шлюз, а также могут включаться информационные серверы и другие системы, требующие контролируемого доступа. Эта схема межсетевого экрана обеспечивает высокий уровень безопасности благодаря организации экранированной подсети, которая еще лучше изолирует внутреннюю защищаемую сеть от Интернета.

Внешний маршрутизатор защищает от вторжений из Интернета как экранированную подсеть, так и внутреннюю сеть. Внешний маршрутизатор запрещает доступ из Глобальной сети к системам внутренней сети и блокирует весь трафик к Интернету, идущий от систем, которые не должны являться инициаторами соединений.

Этот маршрутизатор может быть использован также для блокирования других уязвимых протоколов, которые не должны передаваться к хост-компьютерам внутренней сети или от них.

Внутренний маршрутизатор защищает внутреннюю сеть от несанкционированного доступа как из Интернета, так и внутри экранированной подсети. Кроме того, он осуществляет большую часть пакетной фильтрации, а также управляет трафиком к системам внутренней сети и от них.

Межсетевой экран с экранированной подсетью хорошо подходит для защиты сетей с большими объемами трафика или с высокими скоростями обмена.

К его недостаткам можно отнести то, что пара фильтрующих маршрутизаторов нуждается в большом внимании для обеспечения необходимого уровня безопасности, поскольку из-за ошибок в их конфигурировании могут возникнуть провалы в системе безопасности всей сети. Кроме того, существует принципиальная возможность доступа в обход прикладного шлюза.

Недостатки применения межсетевых экранов

ежсетевые экраны используются при организации защищенных виртуальных частных сетей. Несколько локальных сетей, подключенных к глобальной, объединяются в одну защищенную виртуальную частную сеть. Передача данных между этими локальными сетями является невидимой для пользователей, а конфиденциальность и целостность передаваемой информации должны обеспечиваться при помощи средств шифрования, использования цифровых подписей и т.п. При передаче данных может шифроваться не только содержимое пакета, но и некоторые поля заголовка.

Межсетевой экран не в состоянии решить все проблемы безопасности корпоративной сети. Помимо описанных выше достоинств межсетевых экранов имеется ряд ограничений в их использовании, а также существуют угрозы безопасности, от которых межсетевые экраны не могут защитить. Отметим наиболее существенные ограничения в применении межсетевых экранов:

• большое количество остающихся уязвимых мест. Межсетевые экраны не защищают от черных входов (люков) в сети. Например, если можно осуществить неограниченный доступ по модему в сеть, защищенную межсетевым экраном, атакующие могут эффективно обойти межсетевой экран;
• неудовлетворительная защита от атак сотрудников компании. Межсетевые экраны обычно не обеспечивают защиты от внутренних угроз;
• ограничение в доступе к нужным сервисам. Самый очевидный недостаток межсетевого экрана заключается в том, что он может блокировать ряд сервисов, которые применяют пользователи, — Telnet, FTP и др. Для решения подобных проблем требуется проведение хорошо продуманной политики безопасности, в которой будет соблюдаться баланс между требованиями безопасности и потребностями пользователей;
• концентрация средств обеспечения безопасности в одном месте. Это позволяет легко осуществлять администрирование работы межсетевого экрана;
• ограничение пропускной способности.

Организация комплексной защиты корпоративной сети

ля защиты информационных ресурсов и обеспечения оптимальной работы распределенных корпоративных информационных систем необходимо применение комплексной системы информационной безопасности, которая позволит эффективно использовать достоинства межсетевых экранов и компенсировать их недостатки с помощью других средств безопасности.

Полнофункциональная защита корпоративной сети должна обеспечить:

• безопасное взаимодействие пользователей и информационных ресурсов, расположенных в экстранет- и интранет-сетях, с внешними сетями, например с Интернетом;
• технологически единый комплекс мер защиты для распределенных и сегментированных локальных сетей подразделений предприятия;
• наличие иерархической системы защиты, предоставляющей адекватные средства обеспечения безопасности для различных по степени закрытости сегментов корпоративной сети.

Характер современной обработки данных в корпоративных системах Интернет/интранет требует наличия у межсетевых экранов следующих основных качеств:

• мобильность и масштабируемость относительно различных аппаратно-программных платформ;
• возможность интеграции с аппаратно-программными средствами других производителей;
• простота установки, конфигурирования и эксплуатации;
• управление в соответствии с централизованной политикой безопасности.

В зависимости от масштабов организации и принятой на предприятии политики безопасности могут применяться различные межсетевые экраны. Для небольших предприятий, использующих до десятка узлов, подойдут межсетевые экраны с удобным графическим интерфейсом, допускающие локальное конфигурирование без применения централизованного управления. Для крупных предприятий предпочтительнее системы с консолями и менеджерами управления, которые обеспечивают оперативное управление локальными межсетевыми экранами, поддержку виртуальных частных сетей.

Увеличение потоков информации, передаваемых по Интернету компаниями и частными пользователями, а также потребность в организации удаленного доступа к корпоративным сетям являются причинами постоянного совершенствования технологий подключения корпоративных сетей к Интернету.

Следует отметить, что в настоящее время ни одна из технологий подключения, обладая высокими характеристиками по производительности, в стандартной конфигурации не может обеспечить полнофункциональной защиты корпоративной сети. Решение данной задачи становится возможным только при использовании технологии межсетевых экранов, организующей безопасное взаимодействие с внешней средой.

Рассмотрим более подробно технологии межсетевого экранирования.

Защита корпоративной сети от несанкционированного доступа из Интернет

При подключении сети предприятия к Интернету можно защитить корпоративную сеть от несанкционированного доступа с помощью одного из следующих решений:

• аппаратно-программный или программный межсетевой экран;
• маршрутизатор со встроенным пакетным фильтром;
• специализированный маршрутизатор, реализующий механизм защиты на основе списков доступа;
• операционная система семейства UNIX или, реже, MS Windows, усиленная специальными утилитами, реализующими пакетную фильтрацию.

Защита корпоративной сети на основе межсетевого экрана позволяет получить высокую степень безопасности и реализовать следующие возможности:

• семантическая фильтрация циркулирующих потоков данных;
• фильтрация на основе сетевых адресов отправителя и получателя;
• фильтрация запросов на транспортном уровне на установление виртуальных соединений;
• фильтрация запросов на прикладном уровне к прикладным сервисам;
• локальная сигнализация попыток нарушения правил фильтрации;
• запрет доступа неизвестного субъекта или субъекта, подлинность которого при аутентификации не подтвердилась;
• обеспечение безопасности от точки до точки: межсетевой экран, авторизация маршрута и маршрутизатора, туннель для маршрута и криптозащита данных и др.

Следует отметить, что межсетевые экраны позволяют организовать комплексную защиту корпоративной сети от несанкционированного доступа, основанную как на традиционной синтаксической (IP-пакетной) фильтрации контролируемых потоков данных, осуществляемой большинством ОС семейства Windows и UNIX, так и на семантической (контентной), доступной только коммерческим специальным решениям.

В настоящее время все выпускаемые межсетевые экраны можно классифицировать по следующим основным признакам:

• по исполнению:
  • - аппаратно-программный,
  • - программный;
• по функционированию на уровнях модели OSI:
  • - шлюз экспертного уровня,
  • - экранирующий шлюз (прикладной шлюз),
  • - экранирующий транспорт (шлюз сеансового уровня),
  • - экранирующий маршрутизатор (пакетный фильтр);
• по используемой технологии:
  • - контроль состояния протокола,
  • - на основе модулей-посредников (proxy);
• по схеме подключения:
  • - схема единой защиты сети,
  • - схема с защищаемым закрытым и не защищаемым открытым сегментами сети,
  • - схема с раздельной защитой закрытого и открытого сегментов сети.

Довольно распространенная на сегодня защита корпоративной сети на основе маршрутизатора со списком доступа основывается на использовании специализированных маршрутизаторов. Данная схема обладает высокой эффективностью и достаточной степенью безопасности. В качестве такого решения получили широкое распространение маршрутизаторы компании Cisco серий 12000, 7600. Для подключения сети предприятия к Интернету можно также использовать предшествующие серии маршрутизаторов этой фирмы.

Защита корпоративной сети на основе операционных систем, усиленных функциями пакетной фильтрации, построена на том, что системное программное обеспечение выполняет функции маршрутизации, фильтрации, сервисного обслуживания и др. По уровню надежности, безопасности и производительности наиболее предпочтительны решения на основе UNIX-подобной операционной системы.

Организация внутренней политики безопасности корпоративной сети

В современных условиях более 50% различных атак и попыток доступа к информации осуществляется изнутри локальных сетей. Корпоративную сеть можно считать действительно защищенной от несанкционированного доступа только при наличии в ней как средств защиты точек входа со стороны Интернета, так и решений, обеспечивающих безопасность отдельных компьютеров, корпоративных серверов и фрагментов локальной сети предприятия. Безопасность отдельных компьютеров, корпоративных серверов и фрагментов локальной сети наилучшим образом обеспечивают решения на основе распределенных или персональных межсетевых экранов.

Внутренние корпоративные серверы компании, как правило, представляют собой приложения под управлением операционной системы Windows NT/2000, NetWare или, реже, семейства UNIX. По этой причине корпоративные серверы становятся потенциально уязвимыми к различного рода атакам.

Простейший способ защиты серверов — установка между серверами и Интернетом межсетевого экрана, например Firewall-1 компании Checkpoint. При правильной конфигурации большинство межсетевых экранов может защитить внутренние серверы от внешних злоумышленников, а некоторые выявляют и предотвращают атаки типа «отказ в обслуживании». Тем не менее этот подход не лишен некоторых недостатков. Когда корпоративные серверы защищены одним-единственным межсетевым экраном, все правила контроля доступа и данные оказываются сосредоточенными в одном месте. Таким образом, межсетевой экран становится узким местом и по мере нарастания нагрузки значительно теряет в производительности.

Альтернатива предыдущей схеме — приобретение дополнительных серверов и установка межсетевого экрана Firewall-1 компании Checkpoint или Cisco PIX компании Cisco перед каждым сервером. В результате того, что межсетевой экран становится выделенным ресурсом сервера, решается проблема узкого места и уменьшается влияние отказа отдельного межсетевого экрана на общее состояние сети. Однако и данный подход нельзя назвать идеальным, поскольку резко увеличиваются затраты компании на приобретение оборудования. К тому же возрастают трудозатраты на администрирование и обслуживание сети.

Наиболее удачным решением проблемы защиты корпоративных серверов представляется размещение средств безопасности на одной платформе с сервером, который они будут защищать. Эта задача выполняется путем использования распределенных или персональных межсетевых экранов, например CyberwallPLUS компании Network-1 Security Solution. Данные решения существенно дополняют функциональные возможности традиционных (периметровых) межсетевых экранов и могут использоваться для защиты как внутренних, так и Интернет-серверов.

В отличие от традиционных межсетевых экранов, представляющих собой, как правило, локальные «контрольные точки» контроля доступа к критическим информационным ресурсам корпорации, распределенные межсетевые экраны являются дополнительным программным обеспечением, которое надежно защищает корпоративные серверы, например Интернет-сервер.

Сравним традиционный и распределенный межсетевые экраны по нескольким показателям.

Эффективность. Традиционный межсетевой экран часто располагается по периметру, обеспечивая лишь один слой защиты. Персональный межсетевой экран функционирует на уровне ядра операционной системы и надежно защищает корпоративные серверы, проверяя все входящие и исходящие пакеты.

Простота установки. Традиционный межсетевой экран должен устанавливаться как часть конфигурации корпоративной сети. Распределенный межсетевой экран представляет собой программное обеспечение, которое устанавливается и удаляется в считанные минуты.

Управление. Традиционный межсетевой экран управляется сетевым администратором. Распределенный межсетевой экран может управляться либо сетевым администратором, либо пользователем локальной сети.

Производительность. Традиционный межсетевой экран является устройством обеспечения межсетевого обмена с фиксированным ограничением производительности по пакетам в секунду и не подходит для растущих серверных парков, соединенных друг с другом коммутированными местными сетями. Распределенный межсетевой экран позволяет наращивать серверные парки без ущерба принятой политике безопасности.

Стоимость. Традиционные межсетевые экраны, как правило, являются системами с фиксированными функциями и достаточно высокой стоимостью. Распределенные межсетевые экраны представляют собой программное обеспечение, стоимость которого, как правило, составляет от 20 до 10% от стоимости традиционных экранов. К примеру, распределенный межсетевой экран CyberwallPLUS компании Network-1 Security Solution стоит 6 тыс. долл., в то время как цена межсетевого экрана Cisco PIX 535 компании Cisco составляет порядка 50 тыс. долл.

Распределенные межсетевые экраны сочетают в себе средства контроля сетевого доступа со встроенными средствами выявления несанкционированного доступа и работают в режиме ядра, проверяя каждый пакет информации по мере его поступления из сети. Такие виды деятельности, как попытки взлома и несанкционированного доступа, блокируются этим экраном до перехода на уровень приложений сервера.

К основным преимуществам распределенных межсетевых экранов относятся:

• обеспечение безопасности входящего и исходящего трафика;
• обеспечение масштабируемой архитектуры путем распространения защиты с помощью межсетевого экрана на многочисленные серверы;
• устранение традиционного межсетевого экрана как единственного места сбоев;
• обеспечение недорогого, простого в реализации и управлении решения безопасности.

Таким образом, межсетевые экраны CyberwallPLUS обеспечивают дополнительный уровень защиты платформ под управлением операционной системы Windows NT/2000, на которых установлены корпоративные приложения, например Интернет-сервер. Кроме того, межсетевой экран CyberwallPLUS может предотвратить применение известных типов атак для вторжений на критичные серверы компании и сообщить администратору безопасности о подозрительной деятельности в сети.

Итак, межсетевой экран:

• защищает передаваемую информацию независимо от средств и среды передачи данных (спутниковые каналы, оптические линии связи, телефонные соединения, радиорелейные линии);
• выполняет защиту любых приложений, не требуя их изменений;
• прозрачен для конечных пользователей;
• позволяет реализовать масштабируемые системы защиты с возможностью дальнейшего их наращивания и усложнения по мере роста организаций и совершенствования требований политики безопасности;
• защищает отдельные сетевые информационные системы и приложения независимо от топологии сетей, которые они используют;
• защищает информационную систему предприятия от атак из внешней среды;
• защищает информацию от перехвата и изменения не только на внешних открытых соединениях, но и во внутренних сетях корпорации;
• может быть легко переконфигурирован по мере развития корпоративной политики информационной безопасности, добавления ресурсов, обновления технологий, роста сети корпорации.

Реализации межсетевых экранов

Настоящее время большое количество как иностранных, так и отечественных компаний предлагают различные аппаратно-программные и программные реализации межсетевых экранов. Ниже приводится краткое описание некоторых выпускаемых сегодня продуктов ведущих иностранных производителей.

Компания NetScreen Technologies предлагает широкий спектр продуктов, начиная от устройств, обеспечивающих доступ отдельных пользователей к корпоративной сети предприятия по защищенному каналу, и заканчивая моделями, предназначенными для внедрения в структуры больших предприятий и создания систем безопасности с высокой пропускной способностью. Каждый продукт серии NetScreen представляет собой комбинацию межсетевого экрана и устройства VPN (virtual private network).

Серия продуктов NetScreen-5 позволяет создавать межсетевой экран с пропускной способностью 70 Мбит/с для модели NetScreen-5XT и 20 Мбит/с для модели NetScreen-5XP, а также VPN с пропускной способностью 20 и 13 Мбит/с соответственно. В отличие от NetScreen-5XP, поддерживающей до пяти портов 10Base-T, модель NetScreen-5XT обеспечивает пять интерфейсов Fast Ethernet.

Оба продукта способны поддерживать до 2 тыс. туннелей VPN и до 2 тыс. одновременных соединений TCP. Они комплектуются операционной системой NetScreen ScreenOS 4.0, которая используется для настройки физических и виртуальных интерфейсов в соответствии с требованиями безопасности.

Продукты серии NetScreen-5 идеальным образом подходят для установки между домашним компьютером пользователя и Web или для обеспечения защищенного доступа к локальной сети предприятия.

Для внедрения на мелких и средних предприятиях компанией NetScreen Technologies разработаны продукты серий NetScreen-25, -50, -100, -200. Они позволяют создавать межсетевые экраны с пропускной способностью от 100 до 550 Мбит/с. К тому же данные при шифровании по протоколу Triple DES со 168-битным ключом передаются между узлами по туннелю виртуальной частной сети на скоростях от 20 до 200 Мбит/с. Эти серии продуктов поддерживают от четырех до восьми портов Fast Ethernet.

Семейство устройств NetScreen-500, NetScreen-1000 и NetScreen-5000 отличается исключительной пропускной способностью, поэтому является наилучшим решением для внедрения на крупных предприятиях. Модель NetScreen-500 обеспечивает пропускную способность почти 750 Мбит/с, а также VPN со скоростью 240 Мбит/с.

Модель NetScreen-5200 позволяет реализовать межсетевой экран с пропускной способностью 4 Гбит/с и VPN с 2 Гбит/с. Она поддерживает до восьми портов Gigabit Ethernet или два порта Gigabit Ethernet и 24 Fast Ethernet. Модель NetScreen-5400 обеспечивает скорость в 12 Гбит/с для межсетевого экрана и 6 Гбит/с для VPN. Она поддерживает до 78 портов Gigabit Ethernet и Fast Ethernet.

Оба продукта способны поддерживать до 25 тыс. туннелей VPN и до миллиона одновременных соединений TCP. Они комплектуются операционной системой NetScreen ScreenOS 3.1. Кроме того, продукты компании NetScreen Technologies поддерживают протокол RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service — служба дистанционной аутентификации пользователей по коммутируемым линиям) и имеют собственную базу данных для аутентификации пользователей, подающих запрос на удаленный доступ.

Компания WatchGuard Technologies предлагает модели, предназначенные для внедрения как на мелких и средних, так и на крупных предприятиях. Для использования на предприятиях малого и среднего бизнеса предлагаются продукты серии Firebox III (4500, 2500, 1000, и 700). Модели Firebox 4500 и 2500 представляют собой аппаратные межсетевые экраны под управлением ОС Linux с защищенным ядром. Пропускная способность межсетевых экранов составляет 197 Мбит/с в режиме пакетной фильтрации и 60 Мбит/с — в режиме посредника (прозрачный proxy) на прикладном уровне. Каждый межсетевой экран имеет три сетевых интерфейса 10/100 Мбит/с Fast Ethernet.

Оба межсетевых экрана могут поддерживать до 3 тыс. туннелей VPN, но модель FireBox 4500 позволяет достичь более высоких по сравнению с FireBox 2500 скоростей шифрования информации по алгоритму TripleDES — 100 и 55 Мбит/с соответственно.

Для небольших и средних предприятий и удаленных офисов компания выпускает продукты Firebox SOHO 6, Firebox SOHO 6/tc и Firebox 700.

Firebox 700 способен обслуживать одновременно до 250 пользователей. Это межсетевой экран, поддерживающий как пакетную фильтрацию, так и фильтры — посредники приложений. Специалисты WatchGuard оценивают производительность Firebox 700 в 131 Мбит/с в режиме пакетной фильтрации и в 43 Мбит/с в режиме посредника. Firebox 700 позволяет создавать виртуальную частную сеть с 150 туннелями одновременно и выполнять шифрование TripleDES со скоростью 5 Мбит/с.

Firebox SOHO 6 поддерживает функционирование пакетных фильтров с пропускной способностью 75 Мбит/с. Он также поддерживает виртуальную частную сеть с пятью туннелями и пропускной способностью 20 Мбит/с (модификация SOHO/tc) при использовании шифрования TripleDES.

Для обеспечения высокоскоростной пропускной способности крупных информационных компаний разработана модель Firebox Vclass, позволяющая получить пропускную способность до 600 Мбит/с. Продукт способен поддерживать до 20 тыс. туннелей VPN. В режиме шифрования достигается скорость 300 Мбит/с.

Компания Cisco Systems предлагает серию межсетевых экранов Cisco PIX Firewall, обеспечивающих высокий уровень безопасности, производительности и надежности. Модельный ряд межсетевых экранов представлен следующими продуктами: PIX 506E, 515E, 525 и 535.

Межсетевые экраны Cisco PIX 506E и 515Е являются модернизациями моделей Cisco PIX 506 и 515 соответственно. Данные модели предназначены для использования в корпоративных сетях небольших компаний, а также для обеспечения безопасности удаленных клиентов корпоративных сетей предприятий. Модель 506Е имеет производительность 20 Мбит/с, а 515Е — 188 Мбит/с. Шифрование потока данных может осуществляться как с использованием алгоритма DES с 56-битным ключом, так и TripleDES с 168-битным ключом. Пропускная способность Cisco PIX 506E при шифровании DES — 20 Мбит/с, TripleDES — 16 Мбит/с. Скорость шифрования для модели 515Е на алгоритме TripleDES равна 63 Мбит/с. Модель 515Е поддерживает до 2 тыс. туннелей VPN.

Для использования на предприятиях среднего и крупного масштаба компания Cisco выпускает модели 525 и 535. Пропускная способность модели 525 составляет 370 Мбит/с. Данная модель может одновременно обслуживать до 280 тыс. сеансов. Модель Cisco PIX 535 имеет производительность 1 Гбит/с и поддерживает VPN с пропускной способностью 100 Мбит/с. Кроме того, эта модель поддерживает до 2 тыс. туннелей VPN и до 500 тыс. одновременных соединений TCP.

В качестве метода защиты в межсетевых экранах компании Cisco используются разновидность алгоритма контекстной проверки Adaptive Security Algorithm (ASA) и внутренняя операционная система PIX OS, позволяющие обеспечить высокую надежность и безопасность со стороны возможных Интернет-атак.

Компанией eSoft, Inc. в ноябре 2002 года представлена новая серия продуктов InstaGate xSP, которая пришла на смену более ранним моделям InstaGate EX2 и InstaGate PRO. Под маркой InstaGate xSP компанией eSoft выпускаются InstaGate xSP Branch Office для небольших и распределенных офисов и InstaGate xSP Business для средних и больших офисов. Продукты серии xSP поставляются с пакетом приложений SoftPak, что позволяет пользователям быстро и легко создавать надежную систему безопасности всего периметра корпоративной сети. Серия продуктов xSP полностью совместима с существующими моделями InstaGate и позволяет создавать виртуальные частные сети на базе IPSec и PPTP. InstaGate xSP Branch Office поддерживает до 10 пользователей и 10 туннелей VPN, а InstaGate xSP Business до 100 пользователей и 100 туннелей VPN. Продукты этой серии отличаются относительно невысокой стоимостью.

Компания 3Com предлагает на рынок два типа межсетевых экранов: SuperStack 3, предназначенные для штаб-квартир корпораций и крупных офисов, а также для клиентов, которым требуется высокопроизводительный доступ к виртуальной частной сети, и OfficeConnect — для небольших офисов с числом сотрудников менее ста, домашних офисов и работающих на дому специалистов.

По оценкам производителей, SuperStack 3 поддерживает неограниченное число пользователей корпоративной сети и обеспечивает до 1000 туннелей VPN. Пропускная способность данной модели при шифровании алгоритмом TripleDES составляет 45 Мбит/с.

Модельный ряд OfficeConnect представлен моделями OfficeConnect Internet Firewall 25 и OfficeConnect Internet Firewall DMZ. Модель OfficeConnect Internet Firewall DMZ, используя порт DMZ, позволяет обеспечить безопасный внешний доступ к ресурсам сети. OfficeConnect Internet Firewall DMZ поддерживает до 100 пользователей, а OfficeConnect Internet Firewall 25 — 25 пользователей. Совместно с межсетевыми экранами OfficeConnect Internet Firewall DMZ и OfficeConnect Internet Firewall 25 используется фильтр Web-сайтов OfficeConnect Web Site Filter, обеспечивающий фильтрацию доступа к нежелательным Web-сайтам. Все межсетевые экраны компании 3Com имеют сертификат ICSA. Семейство межсетевых экранов компании 3Com сочетает исключительную простоту в использовании с гибкостью выбора решений. Межсетевые экраны компании 3Com легко устанавливаются и обеспечивают чрезвычайно высокий уровень защиты. Установка в режиме plug-and-play исключает сложные и длительные процедуры настройки и администрирования без ущерба для строгости, полноты и детальности стратегии безопасности.

Таким образом, применение межсетевых экранов является ключевым элементом в построении высокопроизводительных, безопасных и надежных информационно-аналитических систем и систем автоматизации предприятий, финансовых систем, распределенных баз данных, систем удаленного доступа работников к внутренним ресурсам корпоративных сетей, сегментов корпоративной сети и корпоративной сети в целом.

Сеть нуждается в защите от внешних угроз. Хищение данных, несанкционированный доступ и повреждения могут сказаться на работе сети и принести серьезные убытки. Используйте специальные программы и устройства, чтобы обезопасить себя от разрушительных воздействий. В этом обзоре мы расскажем об межсетевом экране и рассмотрим его основные типы.

Назначение межсетевых экранов

Межсетевые экраны (МСЭ ) или файрволы - это аппаратные и программные меры для предотвращения негативных воздействий извне. Файрвол работает как фильтр: из всего потока трафика просеивается только разрешенный. Это первая линия защитных укреплений между внутренними сетями и внешними, такими как интернет. Технология применяется уже на протяжении 25 лет.

Необходимость в межсетевых экранах возникла, когда стало понятно, что принцип полной связности сетей больше не работает. Компьютеры начали появляться не только в университетах и лабораториях. С распространением ПК и интернета возникла необходимость отделять внутренние сети от небезопасных внешних, чтобы уберечься от злоумышленников и защитить компьютер от взлома.

Для защиты корпоративной сети устанавливают аппаратный межсетевой экран - это может быть отдельное устройство или часть маршрутизатора. Однако такая практика применяется не всегда. Альтернативный способ - установить на компьютер, который нуждается в защите, программный межсетевой экран. В качестве примера можно привести файрвол , встроенный в Windows.

Имеет смысл использовать программный межсетевой экран на корпоративном ноутбуке, которым вы пользуетесь в защищенной сети компании. За стенами организации вы попадаете в незащищенную среду - установленный файрвол обезопасит вас в командировках, при работе в кафе и ресторанах.

Как работает межсетевой экран

Фильтрация трафика происходит на основе заранее установленных правил безопасности. Для этого создается специальная таблица, куда заносится описание допустимых и недопустимым к передаче данных. Межсетевой экран не пропускает трафик, если одно из запрещающих правил из таблицы срабатывает.

Файрволы могут запрещать или разрешать доступ, основываясь на разных параметрах: IP-адресах, доменных именах, протоколах и номерах портов, а также комбинировать их.

• IP-адреса. Каждое устройство, использующее протокол IP, обладает уникальным адресом. Вы можете задать определенный адрес или диапазон, чтобы пресечь попытки получения пакетов. Или наоборот - дать доступ только определенному кругу IP-адресов.
• Порты. Это точки, которые дают приложениям доступ к инфраструктуре сети. К примеру, протокол ftp пользуется портом 21, а порт 80 предназначен для приложений, используемых для просмотра сайтов. Таким образом, мы получаем возможность воспрепятствовать доступу к определенным приложениям и сервисам.
• Доменное имя. Адрес ресурса в интернете также является параметром для фильтрации. Можно запретить пропускать трафик с одного или нескольких сайтов. Пользователь будет огражден от неприемлемого контента , а сеть от пагубного воздействия.
• Протокол. Файрвол настраивается так, чтобы пропускать трафик одного протокола или блокировать доступ к одному из них. Тип протокола указывает на набор параметров защиты и задачу, которую выполняет используемое им приложение.

Типы МСЭ

1. Прокси -сервер

Один из родоначальников МСЭ , который выполняет роль шлюза для приложений между внутренними и внешними сетями. Прокси -серверы имеют и другие функции, среди которых защита данных и кэширование . Кроме того, они не допускают прямые подключения из-за границ сети. Использование дополнительных функций может чрезмерно нагрузить производительность и уменьшить пропускную способность.

2. МСЭ с контролем состояния сеансов

Экраны с возможностью контролировать состояние сеансов - уже укоренившаяся технология. На решение принять или блокировать данные влияет состояние, порт и протокол. Такие версии следят за всей активностью сразу после открытия соединения и вплоть до самого закрытия. Блокировать трафик или не блокировать система решает, опираясь на установленные администратором правила и контекст. Во втором случае учитываются данные, которые МСЭ дали прошлые соединения.

3. МСЭ Unified threat management (UTM)

Комплексное устройство. Как правило, такой межсетевой экран решает 3 задачи:

• контролирует состояние сеанса;
• предотвращает вторжения;
• занимается антивирусным сканированием.

Порой фаерволы, усовершенствованные до версии UTM, включают и другой функционал, например: управление облаком.

4. Межсетевой экран Next-Generation Firewall (NGFW)

Ответ современным угрозам. Злоумышленники постоянно развивают технологии нападения, находят новые уязвимости, совершенствуют вредоносные программы и усложняют для отражения атаки на уровне приложений. Такой файрвол не только фильтрует пакеты и контролирует состояние сеансов. Он полезен в поддержании информационной безопасности благодаря следующим функциям:

• учет особенностей приложений, который дает возможность идентифицировать и нейтрализовать вредоносную программу;
• оборона от непрекращающихся атак из инфицированных систем;
• обновляемая база данных, которая содержит описание приложений и угроз;
• мониторинг трафика, который шифруется с помощью протокола SSL.

5. МСЭ нового поколения с активной защитой от угроз

Данный тип межсетевого экрана - усовершенствованная версия NGFW. Это устройство помогает защититься от угроз повышенной сложности. Дополнительный функционал умеет:

• учитывать контекст и находить ресурсы, которые находятся под наибольшим риском;
• оперативно отражать атаки за счет автоматизации безопасности, которая самостоятельно управляет защитой и устанавливает политики;
• выявлять отвлекающую или подозрительную активность, благодаря применению корреляции событий в сети и на компьютерах;

В этой версии межсетевого экрана NGFW введены унифицированные политики, которые значительно упрощают администрирование.

Недостатки МСЭ

Межсетевые экраны обороняют сеть от злоумышленников. Однако необходимо серьезно отнестись к их настройке. Будьте внимательны: ошибившись при настройке параметров доступа, вы нанесете вред и файрвол будет останавливать нужный и ненужный трафик, а сеть станет неработоспособной.

Применение межсетевого экрана может стать причиной падения производительности сети. Помните, что они перехватывают весь входящий трафик для проверки. При крупных размерах сети чрезмерное стремление обеспечить безопасность и введение большего числа правил приведет к тому, что сеть станет работать медленно.

Зачастую одного файрвола недостаточно, чтобы полностью обезопасить сеть от внешних угроз. Поэтому его применяют вместе с другими программами, такими как антивирус.

Классификация межсетевых экранов

Одним из эффективных механизмом обеспечения информационной безопасности распределенных вычислительных сетях является экранирование, выполняющее функции разграничения информационных потоков на границе защищаемой сети.

Межсетевое экранирование повышает безопасность объектов внутренней сети за счет игнорирования неавторизованных запросов из внешней среды, тем самым, обеспечивая все составляющие информационной безопасности. Кроме функций разграничения доступа, экранирование обеспечивает регистрацию информационных обменов.

Функции экранирования выполняет межсетевой экран или брандмауэр (firewall), под которым понимают программную или программно-аппаратную систему, которая выполняет контроль информационных потоков, поступающих в информационную систему и/или выходящих из нее, и обеспечивает защиту информационной системы посредством фильтрации информации. Фильтрация информации состоит в анализе информации по совокупности критериев и принятии решения о ее приеме и/или передаче.

Межсетевые экраны классифицируются по следующим признакам:

· по месту расположения в сети – на внешние и внутренние, обеспечивающие защиту соответственно от внешней сети или защиту между сегментами сети;

· по уровню фильтрации, соответствующему эталонной модели OSI/ISO.

Внешние межсетевые экраны обычно работают только с протоколом TCP/IP глобальной сети Интернет. Внутренние сетевые экраны могут поддерживать несколько протоколов, например, при использовании сетевой операционной системы Novell Netware, следует принимать во внимание протокол SPX/IPX.

Характеристика межсетевых экранов

Работа всех межсетевых экранов основана на использовании информации разных уровней модели OSI. Как правило, чем выше уровень модели OSI, на котором межсетевой экран фильтрует пакеты, тем выше обеспечиваемый им уровень защиты.

Межсетевые экраны разделяют на четыре типа:

· шлюзы сеансового уровня;

· шлюзы прикладного уровня;

Таблица 4.5.1. Типы межсетевых экранов и уровни модели ISO OSI

Межсетевые экраны с фильтрацией пакетов представляют собой маршрутизаторы или работающие на сервере программы, сконфигурированные таким образом, чтобы фильтровать входящие и исходящие пакеты. Поэтому такие экраны называют иногда пакетными фильтрами. Фильтрация осуществляется путем анализа IP-адреса источника и приемника, а также портов входящих TCP- и UDP-пакетов и сравнением их со сконфигурированной таблицей правил. Эти межсетевые экраны просты в использовании, дешевы, оказывают минимальное влияние на производительность вычислительной системы. Основным недостатком является их уязвимость при подмене адресов IP. Кроме того, они сложны при конфигурировании: для их установки требуется знание сетевых, транспортных и прикладных протоколов.

Шлюзы сеансового уровня контролируют допустимость сеанса связи. Они следят за подтверждением связи между авторизованным клиентом и внешним хостом (и наоборот), определяя, является ли запрашиваемый сеанс связи допустимым. При фильтрации пакетов шлюз сеансового уровня основывается на информации, содержащейся в заголовках пакетов сеансового уровня протокола TCP, т. е. функционирует на два уровня выше, чем межсетевой экран с фильтрацией пакетов. Кроме того, указанные системы обычно имеют функцию трансляции сетевых адресов, которая скрывает внутренние IP-адреса, тем самым, исключая подмену IP-адреса. Однако в таких межсетевых экранах отсутствует контроль содержимого пакетов, генерируемых различными службами. Для исключения указанного недостатка применяются шлюзы прикладного уровня.

Шлюзы прикладного уровня проверяют содержимое каждого проходящего через шлюз пакета и могут фильтровать отдельные виды команд или информации в протоколах прикладного уровня, которые им поручено обслуживать. Это более совершенный и надежный тип межсетевого экрана, использующий программы-посредники (proxies) прикладного уровня или агенты. Агенты составляются для конкретных служб сети Интернет (HTTP, FTP, Telnet и т. д.) и служат для проверки сетевых пакетов на наличие достоверных данных.

Шлюзы прикладного уровня снижают уровень производительности системы из-за повторной обработки в программе-посреднике. Это незаметно при работе в Интернет при работе по низкоскоростным каналам, но существенно при работе во внутренней сети.

Межсетевые экраны экспертного уровня сочетают в себе элементы всех трех описанных выше категорий. Как и межсетевые экраны с фильтрацией пакетов, они работают на сетевом уровне модели OSI, фильтруя входящие и исходящие пакеты на основе проверки IP-адресов и номеров портов. Межсетевые экраны экспертного уровня также выполняют функции шлюза сеансового уровня, определяя, относятся ли пакеты к соответствующему сеансу. И, наконец, брандмауэры экспертного уровня берут на себя функции шлюза прикладного уровня, оценивая содержимое каждого пакета в соответствии с политикой безопасности, выработанной в конкретной организации.

Вместо применения связанных с приложениями программ-посредников, брандмауэры экспертного уровня используют специальные алгоритмы распознавания и обработки данных на уровне приложений. С помощью этих алгоритмов пакеты сравниваются с известными шаблонами данных, что теоретически должно обеспечить более эффективную фильтрацию пакетов.

Выводы по теме

1. Межсетевое экранирование повышает безопасность объектов внутренней сети за счет игнорирования неавторизованных запросов из внешней среды, тем самым, обеспечивая все составляющие информационной безопасности. Кроме функций разграничения доступа экранирование обеспечивает регистрацию информационных обменов.

2. Функции экранирования выполняет межсетевой экран или брандмауэр (firewall), под которым понимают программную или программно-аппаратную систему, которая выполняет контроль информационных потоков, поступающих в информационную систему и/или выходящих из нее, и обеспечивает защиту информационной системы посредством фильтрации информации.

3. Межсетевые экраны классифицируются по следующим признакам: по месту расположения в сети и по уровню фильтрации, соответствующему эталонной модели OSI/ISO.

4. Внешние межсетевые экраны обычно работают только с протоколом TCP/IP глобальной сети Интернет. Внутренние сетевые экраны могут поддерживать несколько протоколов.

5. Межсетевые экраны разделяют на четыре типа:

· межсетевые экраны с фильтрацией пакетов;

· шлюзы сеансового уровня;

· шлюзы прикладного уровня;

· межсетевые экраны экспертного уровня.

6. Наиболее комплексно задачу экранирования решают межсетевые экраны экспертного уровня, которые сочетают в себе элементы всех типов межсетевых экранов.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается механизм межсетевого экранирования?

2. Дайте определение межсетевого экрана.

3. Принцип функционирования межсетевых экранов с фильтрацией пакетов.

4. На уровне каких протоколов работает шлюз сеансового уровня?

5. В чем особенность межсетевых экранов экспертного уровня?

16.09.1999

Типы межсетевых экранов и используемые в них технологии. Si vis pacem, para bellum (Хочешь мира - готовься к войне). Константин Пьянзин Благодаря своей открытой архитектуре сеть Internet стала одним из самых удобных средств коммуникации.

Типы межсетевых экранов и используемые в них технологии.

Si vis pacem, para bellum

(Хочешь мира - готовься к войне).

Константин Пьянзин

Благодаря своей открытой архитектуре сеть Internet стала одним из самых удобных средств коммуникации. Вместе с тем открытость Internet породила множество проблем, связанных с безопасностью. Здесь как нельзя лучше подходит изречение: «Каждый - за себя, только Бог - за всех». Любой имеющий выход в Internet компьютер должен рассматриваться как потенциальный объект для атаки. Проблема особенно остро стоит в случае организаций, поскольку им необходимо контролировать работу в Internet большого количества компьютеров и сетевых устройств.

Безопасность при подключении к Internet обеспечивается с помощью следующих специализированных средств:

• межсетевых экранов;
• сетевых сканеров, призванных находить изъяны и потенциально опасные участки внутри сетей;
• снифферов, или анализаторов протоколов, позволяющих отслеживать входящий и исходящий трафики;
• средств протоколирования событий в сетях;
• средств построения виртуальных частных сетей и организации закрытых каналов обмена данными.

Важное место в списке средств обеспечения безопасного подключения к Internet занимают межсетевые экраны (часто называемые брандмауэрами, или, по-английски, firewall). Согласно «Руководящему документу. Межсетевые экраны» Гостехкомиссии при Президенте РФ «межсетевым экраном называется локальное (однокомпонентное) или функционально-распределенное средство (комплекс), которое реализует контроль за информацией, поступающей в автоматизированную систему и/или выходящей из нее, и обеспечивает защиту автоматизированной системы посредством фильтрации информации, т. е. анализа по совокупности критериев и принятия решения об ее распространении в (из) автоматизированной системе». К сожалению, такое определение имеет чересчур общий характер и подразумевает слишком расширенное толкование.

В обиходе межсетевыми экранами (МЭ) называют средства защиты, устанавливаемые между общедоступной (такой, как Internet) и внутренней сетью. Межсетевой экран выполняет двойную функцию. Во-первых, он призван ограничить доступ во внутреннюю сеть со стороны общедоступной сети за счет применения фильтров и средств аутентификации, чтобы злоумышленники не могли получить несанкционированный доступ к информации или нарушить нормальную работу сетевой инфраструктуры. Во-вторых, МЭ служит для контроля и регулирования доступа пользователей внутренней сети к ресурсам общедоступной сети, когда те представляют угрозу безопасности или отвлекают сотрудников от работы (порнографические, игровые, спортивные серверы).

Сейчас, правда, сетевые экраны устанавливают и внутри корпоративных сетей, в целях ограничения доступа пользователей к особо важным ресурсам сети, например к серверам, содержащим финансовую информацию или сведения, относящиеся к коммерческой тайне. Существуют также персональные межсетевые экраны, призванные регулировать доступ к отдельным компьютерам и устанавливаемые на эти компьютеры.

Межсетевые экраны по понятным причинам используются для сетей TCP/IP и классифицируются в соответствии с уровнем эталонной модели взаимодействия открытых систем (сетевой моделью) OSI. Однако такая классификация, в силу ряда обстоятельств носит достаточно условный характер. Во-первых, сетевая модель сетей TCP/IP предусматривает только 5 уровней (физический, интерфейсный, сетевой, транспортный и прикладной), в то время как модель OSI - 7 уровней (физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, презентационный и прикладной). Поэтому установить однозначное соответствие между этими моделями далеко не всегда возможно. Во-вторых, большинство выпускаемых межсетевых экранов обеспечивают работу сразу на нескольких уровнях иерархии OSI. В-третьих, некоторые экраны функционируют в режиме, который трудно соотнести с каким-то строго определенным уровнем иерархии.

Тем не менее поддерживаемый уровень сетевой модели OSI является основной характеристикой при классификации межсетевых экранов. Различают следующие типы межсетевых экранов:

• управляемые коммутаторы (канальный уровень);
• сетевые фильтры (сетевой уровень);
• шлюзы сеансового уровня (circuit-level proxy);
• посредники прикладного уровня;
• инспекторы состояния (stateful inspection), представляющие собой межсетевые экраны сеансового уровня с расширенными возможностями.

Существует также понятие «межсетевой экран экспертного уровня». Такие МЭ обычно базируются на посредниках прикладного уровня или инспекторах состояния, но обязательно комплектуются шлюзами сеансового уровня и сетевыми фильтрами. К МЭ экспертного класса относятся почти все имеющиеся на рынке коммерческие брандмауэры.

Межсетевые экраны могут опираться на один из двух взаимоисключающих принципов обработки поступающих пакетов данных. Первый принцип гласит: «Что явно не запрещено, то разрешено». Т. е. если МЭ получил пакет, не подпадающий не под одно из принятых ограничений или не идентифицированный правилами обработки, то он передается далее. Противоположный принцип - «Что явно не разрешено, то запрещено» - гарантирует гораздо большую защищенность, но оборачивается дополнительной нагрузкой на администратора. В этом случае внутренняя сеть изначально полностью недоступна, и администратор вручную устанавливает разрешенные при обмене данными с общедоступной сетью сетевые адреса, протоколы, службы и операции.

Правила обработки информации во многих межсетевых экранах экспертного класса могут иметь многоуровневую иерархическую структуру. Например, они могут позволять задать такую схему: «Все компьютеры локальной сети недоступны извне, за исключением доступа к серверу A по протоколу ftp и к серверу B по протоколу telnet, однако при этом запрещен доступ к серверу A с операцией PUT сервиса ftp».

Межсетевые экраны могут выполнять над поступающими пакетами данных одну из двух операций: пропустить пакет далее (allow) или отбросить пакет (deny). Некоторые МЭ имеют еще одну операцию - reject, при которой пакет отбрасывается, но отправителю сообщается по протоколу ICMP о недоступности сервиса на компьютере-получателе информации. В противовес этому при операции deny отправитель не информируется о недоступности сервиса, что является более безопасным.

Ниже мы рассмотрим достоинства и недостатки каждого типа межсетевого экрана более подробно.

КОММУТАТОРЫ

Коммутаторы среднего и старшего уровня Cisco, Bay Networks (Nortel), 3Com и других производителей позволяют привязывать MAC-адреса сетевых карт компьютеров к определенным портам коммутатора. Более того, немало коммутаторов предоставляет возможность фильтрации информации на основе адреса сетевой платы отправителя или получателя, создавая при этом виртуальные сети (VLAN). Другие коммутаторы позволяют организовать VLAN на уровне портов самого коммутатора. Таким образом, коммутатор может выступать в качестве межсетевого экрана канального уровня.

Следует заметить, что большинство специалистов по безопасности информационных систем редко относят коммутаторы к межсетевым экранам. Основная причина такого отношения вызвана тем, что область фильтрующего действия коммутатора простирается до ближайшего маршрутизатора и поэтому не годится для регулирования доступа из Internet.

Кроме того, подделать адрес сетевой платы обычно не составляет труда (многие платы Ethernet позволяют программно менять или добавлять адреса канального уровня), и такой подход к защите является до крайности ненадежным. Правда, организация виртуальных сетей на уровне портов коммутатора более надежна, но, опять же, она ограничена рамками локальной сети.

Тем не менее если следовать буквальной трактовке «Руководящего документа» Гостехкомиссии, то коммутаторы с возможностью создания VLAN являются межсетевыми экранами.

СЕТЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Сетевые фильтры работают на сетевом уровне иерархии OSI (см. Рисунок 1). Сетевой фильтр представляет собой маршрутизатор, обрабатывающий пакеты на основании информации, содержащейся в заголовках пакетов. Сетевые фильтры существуют для сетей TCP/IP и IPX/SPX, но последние применяют в локальных сетях, поэтому мы их рассматривать не будем.

При обработке пакетов ими учитывается следующая информация:

• IP-адрес отправителя;
• IP-адрес получателя;
• протокол (TCP, UDP, ICMP);
• номер программного порта отправителя;
• номер программного порта получателя.

Администратор на основе этой информации задает правила, в соответствии с которыми пакеты будут либо пропускаться через фильтр, либо отбрасываться им. Например, сетевой фильтр позволяет реализовать следующую схему обмена данными между компьютерами корпоративной сети и Internet:

1. все компьютеры корпоративной сети имеют возможность общаться с внешними серверами Web и ftp, но не с telnet, NNTP и т. д.;
2. доступ извне запрещен ко всем компьютерам корпоративной сети, кроме доступа к серверу A по протоколу HTTP и к серверу B по протоколу ftp; кроме того, внешнему компьютеру Z разрешается доступ к внутреннему серверу C и к любым службам TCP и UDP, но не ICMP.

Сетевые фильтры очень легко реализовать, поэтому они получили повсеместное распространение и представлены программно-аппаратными и чисто программными реализациями. В частности, маршрутизаторы Cisco, Bay Networks (подразделение Nortel) и других производителей снабжены функциями сетевой фильтрации, вследствие чего такие маршрутизаторы называют фильтрующими. Список программных сетевых фильтров еще более внушителен, и большинство из них представляет бесплатные или условно-бесплатные утилиты. Они реализованы для множества сетевых платформ, в том числе для UNIX, Windows NT, NetWare, VMS, MVS.

К сожалению, оборотной стороной простоты реализации и низкой цены сетевых фильтров является сложность их администрирования и слабая защищенность от атак.

В сетевых фильтрах в основном используется статическая фильтрация, когда администратору приходится создавать свой фильтр для каждого уникального типа пакета, требующего обработки. Поясним это на примере. Допустим, всем компьютерам по умолчанию запрещен доступ в Internet. Однако компьютеру Z (IP-адрес 123.45.67.89) необходим доступ к внешнему серверу A (IP-адрес 211.111.111.111), предоставляющему сервис telnet. В данном случае администратор должен задать два правила:

1. пропустить пакет, если он передается со стороны сетевого интерфейса внутренней сети на сетевой интерфейс внешней сети и имеет параметры: IP-адрес отправителя 123.45.67.89, IP-адрес получателя 211.111.111.111, протокол транспортного уровня TCP, программный порт отправителя больше 6000, программный порт получателя 23;
2. пропустить пакет, если он передается со стороны сетевого интерфейса внешней сети на сетевой интерфейс внутренней сети и имеет параметры: IP-адрес отправителя 211.111.111.111, IP-адрес получателя 123.45.67.89, протокол транспортного уровня TCP, программный порт отправителя 23, программный порт получателя более 6000.

Таким образом, для каждого канала обмена данными необходимо задавать два правила (фильтра); в случае многоканальных соединений (например, для сервиса ftp) количество правил соответственно увеличивается. Для большой сети список правил достигает очень внушительных размеров, в которых администратору легко запутаться. Правда, сетевые фильтры позволяют обычно объединять правила для подмножества компьютеров на основе IP-подсетей.

Поскольку при получении каждого пакета сетевой фильтр просматривает таблицу правил в последовательном порядке, каждое новое правило уменьшает общую производительность маршрутизатора.

Ряд производителей (в частности, Novell в утилите FILTCFG.NLM) предусматривает динамическую, или контекстную (stateful), фильтрацию и фильтрацию фрагментов IP-пакетов, но по характеристикам они скорее относятся к разряду шлюзов сеансового уровня и поэтому будут рассмотрены позднее.

Еще одной проблемой, особенно для бесплатных сетевых фильтров, является невозможность создания иерархической структуры правил. Например, в случае принципа «что явно не разрешено, то запрещено» фильтр просматривает сначала список исключений, и если пакет не подходит не под одно исключение, то в соответствии с указанным принципом пакет отсеивается. Если же пакет подходит хотя бы под одно исключение, то он передается дальше. Однако представим такую ситуацию: сеть закрыта от доступа снаружи, но один сервер должен быть доступен для внешнего мира по протоколу ftp. Все это прекрасно можно организовать с помощью сетевого фильтра, за исключением маленькой, но очень неприятной детали - на доступ к серверу по ftp нельзя наложить дополнительные ограничения. К примеру, невозможно в таком случае запретить доступ к нему со стороны компьютера Z, которым пользуется злоумышленник. Более того, хакер может передавать на сервер пакеты с адресом отправителя, соответствующим адресу компьютера внутренней сети (самый опасный вид подделки IP-пакетов). И сетевой фильтр пропустит такой пакет. Чтобы избежать подобных проблем, администраторы вынуждены ставить два последовательно подключенных фильтра, чтобы таким образом реализовывать иерархические правила фильтрации.

Сетевые фильтры имеют ряд принципиальных недостатков. Прежде всего аутентификация (или, если точнее, идентификация) отправителя производится только на основании IP-адреса. Однако с помощью подмены IP-адресов (IP-spoofing) злоумышленник без особых усилий может обойти такую преграду. Кроме того, за уполномоченный компьютер может в принципе сесть человек, не имеющий права работать с сервером. Аутентификация на основе имени и пароля пользователя намного надежнее, но в сетевых фильтрах ее применить не представляется возможным.

Сетевой фильтр не может отслеживать работу сетевых приложений, и вообще он не контролирует содержимое пакетов транспортного, сеансового и прикладного уровня. Поэтому наличие сетевого фильтра не оградит корпоративную сеть от атак по типу SYN-flooding (см. врезку ), от атак, связанных с фрагментацией пакетов, и от вторжений через сервисы прикладного уровня.

Основным (помимо цены и простоты реализации) достоинством сетевых фильтров является их очень высокая производительность, намного более высокая, чем у межсетевых экранов сеансового и прикладного уровня. Несмотря на серьезные недостатки, сетевой фильтр является неотъемлемой частью любого межсетевого экрана экспертного класса. Однако он представляет собой всего лишь одну из его составных частей, поскольку работает в сочетании со шлюзом более высокого уровня иерархии OSI. В такой схеме сетевой фильтр препятствует прямому общению между внутренней и внешней сетью (кроме заранее определенных компьютеров). Вся же основная фильтрация, но уже на вышестоящих уровнях OSI, организуется шлюзом соответствующего уровня или инспектором состояния.

ШЛЮЗЫ СЕАНСОВОГО УРОВНЯ

Шлюзы сеансового уровня, как и следует из названия, оперируют на сеансовом уровне иерархии OSI. Однако в сетевой модели TCP/IP нет уровня, однозначно соответствующего сеансовому уровню OSI. Поэтому к шлюзам сеансового уровня относят фильтры, которые невозможно отождествить ни с сетевым, ни с транспортным, ни с прикладным уровнем.

Фильтры сеансового уровня имеют несколько разновидностей в зависимости от их функциональных особенностей, но такая классификация носит достаточно условный характер, поскольку их возможности во многом пересекаются. Следует помнить, что в состав межсетевых экранов входят шлюзы сеансового уровня всех или большинства видов.

ФИЛЬТРЫ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ КАНАЛА СВЯЗИ

К фильтрам контроля состояния канала связи нередко относят сетевые фильтры (сетевой уровень) с расширенными возможностями.

Динамическая фильтрация в сетевых фильтрах. В отличие от стандартной статической фильтрации в сетевых фильтрах, динамическая (stateful) фильтрация позволяет вместо нескольких правил фильтрации для каждого канала связи назначать только одно правило. При этом динамический фильтр сам отслеживает последовательность обмена пакетами данных между клиентом и сервером, включая IP-адреса, протокол транспортного уровня, номера портов отправителя и получателя, а иногда и порядковые номера пакетов. Понятно, что такая фильтрация требует дополнительной оперативной памяти. По производительности динамический фильтр несколько уступает статическому фильтру.

Фильтр фрагментированных пакетов. При передаче через сети с различными MTU IP-пакеты могут разбиваться на отдельные фрагменты, причем только первый фрагмент всегда содержит полный заголовок пакета транспортного уровня, включая информацию о программных портах. Обычные сетевые фильтры не в состоянии проверять фрагменты, кроме первого, и пропускают их (при выполнении критериев по IP-адресам и используемому протоколу). За счет этого злоумышленники могут организовать опасные атаки по типу «отказ в обслуживании», преднамеренно генерируя большое количество фрагментов и тем самым блокируя работу компьютера-получателя пакетов. Фильтр фрагментированных пакетов не пропускает фрагменты, если первый из них не пройдет регистрации.

Контроль битов SYN и ACK. Ряд фильтров позволяет отслеживать биты SYN и ACK в пакетах TCP. Все они призваны бороться с атаками по типу SYN-flooding (см. врезку ), но используют различные подходы. Самый простой фильтр запрещает передачу TCP-пакетов с битом SYN, но без бита ACK со стороны общедоступной сети на компьютеры внутренней сети, если последние не были явно объявлены серверами для внешней сети (или хотя бы для определенной группы компьютеров внешней сети). К сожалению, такой фильтр не спасает при атаках SYN-flooding на машины, являющиеся серверами для внешней сети, но расположенные во внутренней сети.

Для этих целей применяют специализированные фильтры с многоступенчатым порядком установления соединений. Например, фильтр SYNDefender Gateway из состава межсетевого экрана FireWall-1 производства Check Point работает следующим образом. Допустим, внешний компьютер Z пытается установить соединение с внутренним сервером A через межсетевой экран МЭ. Процедура установления соединения показана на Рисунке 2. Когда МЭ получает пакет SYN от компьютера Z (этап 1), то этот пакет передается на сервер A (этап 2). В ответ сервер A передает пакет SYN/ACK на компьютер Z, но МЭ его перехватывает (этап 3). Далее МЭ пересылает полученный пакет на компьютер Z, кроме того, МЭ от имени компьютера Z посылает пакет ACK на сервер A (этап 4). За счет быстрого ответа серверу A, выделяемая под установление новых соединений память сервера никогда не окажется переполнена, и атака SYN-flooding не пройдет.

Дальнейшее развитие событий зависит от того, действительно ли компьютер Z инициализировал установление соединения с сервером A. Если это так, то компьютер Z перешлет пакет ACK серверу A, который проходит через МЭ (этап 5a). Сервер A проигнорирует второй пакет ACK. Затем МЭ будет беспрепятственно пропускать пакеты между компьютерами A и Z. Если же МЭ не получит пакета ACK или кончится тайм-аут на установление соединения, то он вышлет в адрес сервера A пакет RST, отменяющий соединение (этап 5б).

Фильтр SYNDefender Relay из состава того же Check Point FireWall-1 работает несколько иначе. Прежде чем передавать пакет SYN на сервер A, МЭ сначала устанавливает соединение с компьютером Z. Процедура установления соединения для этого случая показана на Рисунке 3. Только после получения пакета ACK от компьютера Z межсетевой экран инициализирует соединение с сервером A (этап 3). Очевидно, что после установления соединений межсетевой экран будет вынужден в динамическом режиме менять значения полей Sequent number (порядковый номер) и Acknowledgement number (номер подтверждения) во всех пакетах TCP, передаваемых между компьютерами A и Z, что снижает производительность.

ШЛЮЗЫ, ТРАНСЛИРУЮЩИЕ АДРЕСА ИЛИ СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ

Пожалуй, самым известным шлюзом сеансового уровня можно считать шлюз с преобразованием IP-адресов (Network Address Translation, NAT). При использовании шлюза NAT внутренняя сеть имеет адреса, невидимые (и даже незарегистрированные) в общедоступной сети. При обращении внутреннего компьютера наружу шлюз перехватывает запрос и выступает от имени клиента, задействуя свой внешний (зарегистрированный) IP-адрес. Полученный ответ шлюз передает внутреннему компьютеру (после подстановки внутреннего адреса компьютера), выступая в качестве передаточного звена. Это позволяет убить сразу двух зайцев: резко сократить количество зарегистрированных IP-адресов и контролировать поток информации, т. е. назначать или запрещать доступ в Internet отдельным компьютерам.

Шлюзы NAT могут работать в одном из четырех режимов: динамическом, статическом, статическом с динамической выборкой IP-адресов и комбинированном.

При динамическом режиме, иногда называемом трансляцией на уровне портов (Port Address Translation, PAT), шлюз имеет один-единственный внешний IP-адрес. Все обращения в общедоступную сеть (Internet) со стороны клиентов внутренней сети осуществляются с использованием этого внешнего адреса, при этом шлюз оперирует лишь портами внешнего интерфейса, т. е. при обращении клиента шлюз выделяет ему уникальный программный порт транспортного протокола (UDP, TCP) для внешнего IP-адреса. В распоряжении шлюза NAT могут иметься пулы до 64 000 портов TCP, 64 000 портов UDP и 6 4000 портов ICMP (в протоколе ICMP термин «порт» не применяется, но разработчики шлюзов используют его, чтобы подчеркнуть принцип трансляции пакетов), хотя в некоторых реализациях емкость пулов может быть много меньше этих величин, например в Novell BorderManager каждый пул содержит по 5000 портов.

Динамический режим предназначен для сетей, компьютеры которых выступают исключительно в качестве клиентов ресурсов Internet.

При статическом режиме внешнему интерфейсу шлюза назначается столько зарегистрированных IP-адресов, сколько компьютеров имеется во внутренней сети. Каждому компьютеру внутренней сети ставится в соответствие уникальный внешний IP-адрес шлюза. При обмене данными между внутренней и общедоступной сетями шлюз транслирует внутренние IP-адреса во внешние и наоборот. Статический режим необходим, если компьютеры внутренней сети работают в качестве серверов Internet.

Статический режим с динамической выборкой IP-адресов аналогичен статическому, за исключением того, что за внутренними компьютерами не закрепляются заранее (статически) определенные внешние IP-адреса, они резервируются динамически из пула внешних IP-адресов.

Комбинированный режим подразумевает одновременное использование сразу нескольких вышеперечисленных режимов и предназначен для сетей, где имеются как клиенты, так и серверы Internet.

Помимо общих недостатков шлюзов сеансового уровня (см. ниже) шлюзам NAT присущ свой специфический изъян: они не поддерживают сетевые приложения, пакеты прикладного уровня которых содержат IP-адреса. Единственным исключением является сервис ftp, для которого большинство шлюзов NAT умеет контролировать (и изменять) IP-адреса внутри пакетов прикладного уровня.

Вторым недостатком шлюзов NAT можно назвать то, что они не поддерживают аутентификацию на уровне пользователей, а только на уровне IP-адресов, что делает их уязвимыми для атак по типу IP-spoofing. Кроме того, шлюзы NAT не могут предотвратить атаки типа «отказ в обслуживании», в частности SYN-flooding, поэтому их имеет смысл применять только совместно с другими типами шлюзов сеансового и/или прикладного уровней. Кроме шлюзов NAT достаточно известны шлюзы IPX/IP, предназначенные для организации выхода в Internet компьютеров, работающих в сетях IPX/SPX. При запросе клиента внутренней сети к серверу Internet шлюз перехватывает запрос и вместо пакета IPX формирует соответствующий IP-пакет. При поступлении отклика от сервера шлюз делает обратное преобразование. Пожалуй, это самый надежный тип шлюзов, поскольку внутренняя сеть имеет принципиально другую, по сравнению с TCP/IP, программную среду. Не было отмечено еще ни одного случая взлома такой инфраструктуры. Кроме того, в отличие от шлюзов NAT, аутентификация на шлюзах IPX/IP осуществляется не только на уровне сетевых адресов компьютеров, но и на уровне пользователей с помощью информации база данных NDS (для NetWare 4.x и 5.x) или BINDERY (для NetWare 3.x). Правда, такая аутентификация возможна лишь при доступе из внутренней сети в Internet, за исключением случая, когда внешний клиент использует NetWare на основе TCP/IP.

ПОСРЕДНИКИ СЕАНСОВОГО УРОВНЯ

Прежде чем разрешить установление соединения TCP между компьютерами внутренней и внешней сети, посредники сеансового уровня сначала как минимум регистрируют клиента. При этом неважно, с какой стороны (внешней или внутренней) этот клиент находится. При положительном результате регистрации между внешним и внутренним компьютерами организуется виртуальный канал, по которому пакеты передаются между сетями. С этого времени посредник не вмешивается в процесс обмена данными и не фильтрует информацию. Но такая схема является обобщенной, конкретные реализации шлюзов прикладного уровня могут иметь свои особенности. Наиболее известным и популярным посредником сеансового уровня является посредник SOCKS 5, который выступает в качестве сервера SOCKS 5. Когда клиент пытается связаться с сервером, находящимся по другую сторону посредника, то его SOCKS-клиент обращается к SOCKS-серверу, где происходит не только регистрация, но и полноценная аутентификация на основе имени и пароля пользователя. Аутентификация может быть организована так, чтобы пароль передавался в зашифрованном виде. При положительном результате аутентификации посредник SOCKS разрешает установление соединения клиента с сервером и более не вмешивается в процесс обмена информацией. Однако сервис SOCKS 5 позволяет устанавливать между клиентом и посредником передачу данными в зашифрованном виде по протоколу SSL. Принимая во внимание перечисленные характеристики, очевидно, что применение посредника SOCKS 5 особенно актуально в ситуации, когда сервер находится во внутренней сети, а клиент - в общедоступной. Но и случай, когда внутренние клиенты обращаются к ресурсам Internet, не стоит сбрасывать со счетов, поскольку посредник SOCKS 5 позволяет регулировать доступ на уровне имен и паролей пользователей. Недостатком посредников SOCKS является необходимость установки специализированного программного обеспечения - клиентской части SOCKS - на каждое клиентское место.

ОБЩИЕ НЕДОСТАТКИ ШЛЮЗОВ СЕАНСОВОГО УРОВНЯ

Основным недостатком шлюзов сеансового уровня следует назвать невозможность регулирования передачи информации на прикладном уровне и, как следствие, отслеживания некорректных или потенциально опасных действий пользователя. Например, они не позволят контролировать выполнение команды PUT сервиса ftp или отфильтровывать приложения ActiveX со стороны внешних машин, если такая операция допустима для внутренних клиентов.

Хотя применение шлюзов сеансового уровня позволяет предотвратить ряд опасных атак на внутреннюю сеть, некоторые типы атак, в частности категории «отказ в обслуживании», можно реализовать в обход этих шлюзов. За исключением шлюза IPX/IP и посредника SOCKS 5, все остальные фильтры имеют крайне ненадежную систему идентификации и аутентификации, основанную на IP-адресах отправителя/получателя. В свою очередь, применение шлюзов IPX/IP и SOCKS 5 привносит свои проблемы, так как требует установки на клиентские машины специализированного ПО.

За исключением шлюзов IPX/IP и SOCKS 5, другие шлюзы сеансового уровня обычно не поставляются в виде коммерческого продукта. Тем не менее все межсетевые экраны экспертного класса в обязательном порядке комплектуются самыми разными шлюзами сеансового уровня (так же, как и сетевыми фильтрами), поскольку посредники прикладного уровня или инспекторы состояния не могут отслеживать передачу данных на нижних уровнях иерархии OSI.

ПОСРЕДНИКИ ПРИКЛАДНОГО УРОВНЯ

Посредники прикладного уровня (application-level proxy), часто называемые proxy-серверами, контролируют и фильтруют информацию на прикладном уровне иерархии OSI (см. Рисунок 4). Посредники различают по поддерживаемым протоколам прикладного уровня: чем их больше, тем дороже продукт. Наиболее часто поддерживаются службы Web (HTTP), ftp, SMTP, POP3/IMAP, NNTP, Gopher, telnet, DNS, RealAudio/RealVideo. Когда клиент внутренней сети обращается, например, к серверу Web, то его запрос попадает к посреднику Web (или перехватывается им). Последний устанавливает связь с сервером от имени клиента, а полученную информацию передает клиенту. Для внешнего сервера посредник выступает в качестве клиента, а для внутреннего клиента - в качестве сервера Web. Аналогично посредник может работать и в случае внешнего клиента и внутреннего сервера.

Посредники прикладного уровня делятся на прозрачные (transparent) и непрозрачные. Прозрачные посредники невидимы для клиентов и серверов: клиент обращается к серверу самым обычным образом, а посредник перехватывает запрос и действует от лица клиента. Особой популярностью пользуются прозрачные посредники для сервиса Web, их нередко устанавливают провайдеры Internet в целях повышения производительности работы и снижения нагрузки на глобальные каналы связи за счет кэширования информации.

В случае непрозрачных посредников клиентскую систему требуется явным образом настроить на работу с посредником (например, при использовании непрозрачного посредника Web в опциях настройки браузеров необходимо указать IP-адрес посредника и присвоенный ему порт TCP). Непрозрачные посредники хороши там, где требуется строгая аутентификация при входе во внутреннюю сеть или на выходе из нее, особенно для служб, не поддерживающих шифрование паролей. Обычно это службы telnet и ftp, при этом задействуется система одноразовых паролей (One-Time Password, OTP) (более подробно о системах OTP см. в статье «Удаленное управление сетевыми ОС» в LAN №5 за 1999 г.).

На Рисунке 5 показан типичный пример использования telnet. Здесь клиент с помощью системы OTP устанавливает соединение с сервером tn.anywhere.com, находящимся за непрозрачным посредником fw.anywhere.com. Пользователь сначала должен зарегистрироваться на посреднике, сообщив для начала свое имя, в ответ на которое ему передается вызов (673 jar564). С помощью калькулятора OTP пользователь вычисляет затем парольную фразу, которую и вводит в поле Password. Далее он сообщает адрес сервера, с которым собирается установить соединение. Следует отметить, что регистрации на сервере tn.anywhere.com не требуется, поскольку межсетевой экран и данный сервер используют общую базу учетных записей пользователей.

Общим недостатком непрозрачных посредников является их «непрозрачность» для клиентского ПО и пользователей. Далеко не всякие клиентские программы можно настроить, например, на непрозрачные посредники SMTP, POP3, IMAP4, DNS, ftp.

В отличие от шлюзов сеансового уровня посредники прикладного уровня обрабатывают только те пакеты данных прикладного уровня, службы которых ими поддерживаются, а пакеты неизвестных (для посредника) или не сконфигурированных протоколов удаляются из обращения. Например, если посредник настроен только на обслуживание сервиса ftp, то он не пропустит пакеты telnet или HTTP.

Посредник прикладного уровня проверяет содержимое каждого пакета данных. Более того, посредник фильтрует пакеты на уровне конкретных операций сетевых служб. Например, межсетевой экран Raptor Firewall компании AXENT Technologies позволяет отфильтровывать пакеты ftp, содержащие команду PUT.

Посредники прикладного уровня в обязательном порядке поддерживают строгую аутентификацию с помощью либо операционной системы или одной из служб каталогов (доменов) NDS, Windows NT, NIS/NIS+, либо систем RADIUS, TACACS и т. д.

Оборотной стороной названных возможностей посредников прикладного уровня является их невысокая производительность (для тех сетевых служб, где не предусматривается кэширование информации). Вдобавок, для каждого соединения TCP посредник вынужден устанавливать два канала связи: один - с сервером, другой - с клиентом. Но следует помнить, что узким местом соединений с Internet являются главным образом медленные глобальные линии связи, поэтому о невысокой производительности посредников прикладного уровня можно говорить весьма условно.

Особое место среди посредников прикладного уровня занимают посредники Web, поскольку наряду с контролем трафика они кэшируют информацию. В силу своих функциональных возможностей посредники Web превратились в самостоятельную отрасль разработки ПО, поэтому ниже мы более подробно остановимся на этом сервисе.

ПОСРЕДНИКИ WEB

Сервис Web является основным в глобальной сети Internet. Однако медленные каналы связи, активное использование графики и мультимедиа на страницах Web ведут к снижению производительности работы пользователей в Internet. Между тем пользователи очень часто обращаются к одним и тем же ресурсам Internet. Поэтому для повышения скорости доступа все популярные браузеры кэшируют информацию. Тем не менее в корпоративной среде кэширование на уровне отдельных компьютеров не способно решить всех проблем, так как к одним и тем же ресурсам нередко обращаются совершенно разные пользователи, особенно если они работают в одной организации. Очевидно, что наилучшим способом борьбы с невысокой производительностью глобальных линий является установка кэширующего посредника Web на границе внутренней сети. Вдобавок, такой подход позволяет снизить нагрузку на каналы связи Internet, и таким образом либо экономить деньги, либо запускать дополнительные сетевые службы.

Кэширующих посредников Web устанавливают даже там, где не требуется аутентификации пользователей или фильтрации информации, а исключительно в целях повышения производительности.

Существует четыре типа кэширования информации на посредниках Web:

• пассивное;
• активное;
• негативное;
• иерархическое.

Наиболее мощные современные посредники Web могут поддерживать все четыре типа кэширования. При пассивном кэшировании (иначе называемом базовым или кэшированием по требованию) клиент через браузер Web обращается к посреднику, а посредник возвращает запрашиваемую информацию из своего кэша, если она там есть. В противном случае посредник Web обращается к серверу Web.

Активное кэширование предполагает наличие у посредника некоторого интеллекта. Кэширование осуществляется заранее (read-ahead), до поступления явного запроса от клиента. Например, браузер запрашивает страницу Web, содержащую рисунки или иные элементы. Посредник не будет дожидаться явных запросов со стороны клиента на подкачку этих компонентов и постарается получить их самостоятельно, так сказать, загодя. Активное кэширование происходит в фоновом режиме, что повышает производительность работы.

Негативное кэширование подразумевает кэширование отказов. Если браузер запросил страницу, которую посредник не может получить (нет связи или из-за отсутствия страницы на сервере), то отказ кэшируется. При повторном обращении клиент сразу получит отрицательный ответ. Однако посредник будет продолжать пытаться получить затребованную страницу в фоновом режиме. Негативное кэширование у посредников Web появилось недавно, в так называемом втором поколении посредников, разработанных в соответствии с технологией Harvest/Squid. Созданные в рамках старой технологии CERN посредники не кэшируют отказы и пытаются каждый раз связаться с сервером Web.

Иерархическое кэширование представляет собой еще одно достижение технологии Harvest/Squid. В соответствии с ней посредники могут образовывать сложные иерархические структуры с равноправными или подчиненными связями. Например, организация имеет два одинаковых по производительности канала в Internet. На каждый канал устанавливается посредник, и между ними определяются равноправные отношения. В этом случае при отсутствии запрошенной информации в кэше посредник обратится не к серверу Internet, а ко второму посреднику. Если у второго посредника в кэше имеется необходимая информация, то она будет передана первому посреднику и далее клиенту. В противном случае первый посредник будет вынужден сам обратиться к серверу Web. При подчиненных отношениях типа «потомок-родитель» посредник со статусом «потомок» никогда не обращается к серверу Web самостоятельно, а только через «родителя». Подобные схемы значительно уменьшают загрузку глобальных линий связи и повышают отказоустойчивость подключения. Иерархическое кэширование организуется в соответствии с одним из двух стандартизированных протоколов кэширования: ICP (Internet Caching Protocol) или CARP (Cache Array Routing Protocol). Хотя протокол CARP разработан позже ICP, он получил большее распространение, поскольку устраняет избыточное кэширование информации между посредниками.

Рисунок 6. Прямое кэширование Web.

Кроме типов кэширования (пассивное, активное, негативное и иерархическое) посредники различаются также по режимам кэширования: прямому (forward) и обратному (reverse). Прямое кэширование - это то, к чему мы все привыкли. Т. е. посредник устанавливается на входе во внутреннюю сеть и кэширует информацию с серверов Internet для клиентов внутренней сети (см. Рисунок 6). При использовании прозрачного посредника клиенты могут даже не знать о существовании посредника, в то время как в случае непрозрачного посредника в опциях браузера необходимо задать его координаты.

Рисунок 7. Обратное кэширование Web.

Обратное кэширование подразумевает обслуживание внешних клиентов, запрашивающих информацию с серверов, расположенных во внутренней сети организации. Т. е. за посредником с обратным кэшированием закрепляется один или несколько серверов Web, информацию с которых он скачивает. Такой посредник лучше всего устанавливать у провайдера Internet, чтобы снизить нагрузку на канал связи с провайдером и увеличить производительность доступа внешних клиентов к серверу Web (см. Рисунок 7). Посредник с обратным кэшированием должен быть прозрачным для внешних пользователей. Однако это возможно лишь при обратном кэшировании только одного сервера (к порту 80 протокола TCP, отвечающему за сервис HTTP, на посреднике можно привязать только один сервер - для других серверов необходимо назначать другие порты). Тем не менее с помощью не очень сложных манипуляций работу посредника по кэшированию сразу нескольких серверов можно сделать практически прозрачной для клиентов.

Некоторые посредники позволяют кэшировать информацию в автономном режиме, т. е. фактически выполняя функции автономного браузера.

Кэширование информации - это, конечно, очень привлекательная функция посредников Web, но нельзя забывать и о других возможностях, характерных для посредников прикладного уровня. Посредники Web способны поддерживать надежную аутентификацию пользователей, фильтровать приложения Java и ActiveX, осуществлять поиск вирусов, регулировать доступ пользователей к определенным URL. Более того, для посредников Web поставляются специальные программы, содержащие списки порнографических, расистских, игровых, развлекательных серверов. С помощью таких программ администратору легко регулировать доступ к подобным узлам.

ИНСПЕКТОРЫ СОСТОЯНИЯ

Инспекторы состояния, или иначе брандмауэры с контекстной проверкой (stateful inspection firewall), являются по сути шлюзами сеансового уровня с расширенными возможностями. Термин «инспектор состояния» был введен компанией Check Point, дабы подчеркнуть отличие ее технологии от других применяемых в межсетевых экранах. Инспекторы состояния оперируют на сеансовом уровне, но «понимают» и протоколы прикладного уровня (см. Рисунок 8). Т. е. при получении пакета данных содержимое этого пакета сравнивается с некими шаблонами, специфическими для соответствующего протокола прикладного уровня. И в зависимости от результата сравнения, пакет либо передается далее, либо отбрасывается. Чем мощнее инспектор состояния, тем больший список шаблонов он имеет. Если пакет не соответствует ни одному шаблону, то он будет отсеян.

В отличие от посредника прикладного уровня, открывающего два виртуальных канала TCP (один - для клиента, другой - для сервера) для каждого соединения, инспектор состояния не препятствует организации прямого соединения между клиентом и сервером. За счет этого производительность инспектора состояния оказывается много выше производительности посредников прикладного уровня и приближается к производительности сетевых фильтров. Правда, разработчики посредников прикладного уровня указывают на более высокий уровень защищенности своих продуктов, поскольку трафик контролируется непосредственно на прикладном уровне. Но большинство специалистов считают такие утверждения спорными или, во всяком случае, не очевидными. У кого, например, повернется язык назвать недостаточно надежным межсетевой экран Check Point FireWall-1, являющийся инспектором состояния, когда ему принадлежит 40% рынка межсетевых экранов и он удостоен множества самых престижных наград, в том числе и за безопасность?

Со своей стороны разработчики инспекторов состояния указывают, что их системы имеют гораздо больше возможностей расширения. При появлении новой службы или нового протокола прикладного уровня для его поддержки достаточно добавить несколько шаблонов. В то же время разработчики посредников прикладного уровня вынуждены писать «с нуля» модуль для каждого нового протокола. Так-то оно так, но добавить модуль в посредник прикладного уровня ничуть не сложнее, чем добавить шаблоны в инспектор состояния. К тому же производители инспекторов состояния и посредников прикладного уровня привыкли решать проблему кардинальным способом, посредством выпуска новой версии продукта.

Единственным достоинством инспекторов состояния (не затрагивая вопрос производительности) по сравнению с посредниками прикладного уровня является то, что инспектор состояния абсолютно прозрачен для клиентов и не требует дополнительной настройки клиентского ПО. Однако, в свою очередь, классические инспекторы состояния не годятся для кэширования Web. Поэтому даже если межсетевой экран основан на инспекторе состояния, для кэширования Web в него включают посредник Web прикладного уровня.

На самом деле, спор, что лучше - инспектор состояния или посредник прикладного уровня, представляется беспочвенным. Для большинства задач они примерно равноценны. Преимущество же в производительности инспекторов состояния не имеет особого значения, если речь идет о подключении к Internet по медленным каналам связи.

Межсетевые экраны экспертного класса основываются либо на технологии инспекторов состояния, либо на технологии посредников прикладного уровня, но обязательно дополняются сетевыми фильтрами и шлюзами сеансового уровня. Подавляющее большинство выпускаемых межсетевых экранов представляет собой посредники прикладного уровня, но, как было отмечено ранее, инспекторы состояния (вернее, один инспектор - FireWall-1 компании Check Point) доминируют на рынке.

ДРУГИЕ ВОЗМОЖНОСТИ МЕЖСЕТЕВЫХ ЭКРАНОВ

Помимо выполнения своих основных функций, межсетевые экраны экспертного класса имеют хорошо продуманную систему протоколирования событий и оповещения администраторов. МЭ позволяет регистрировать все обращения пользователей к ресурсам, проходящие через экран, в том числе кто, когда, с какой машины обратился к конкретному ресурсу или получил отказ. Протоколирование позволяет выявить случаи проведения атак на внутреннюю сеть, обнаружить местонахождение хакера и заранее блокировать трафик от него.

Составной частью большинства коммерческих межсетевых экранов экспертного уровня являются средства построения виртуальных частных сетей, позволяющие шифровать информацию при ее передаче по общедоступной сети. Более того, такими средствами обладают даже некоторые сетевые фильтры на базе аппаратных маршрутизаторов.

Немалая часть межсетевых экранов снабжается средствами поддержки удаленных пользователей, в том числе мощными средствами аутентификации таких пользователей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Межсетевые экраны не являются панацеей при борьбе с атаками злоумышленников. Они не могут предотвратить атаки внутри локальной сети, но вместе с другими средствами защиты играют исключительно важную роль для защиты сетей от вторжения извне. Понимание технологии работы межсетевых экранов позволяет не только сделать правильный выбор при покупке системы защиты, но и корректно настроить межсетевой экран. Враг не должен пройти!

Константин Пьянзин - обозреватель LAN. С ним можно связаться по адресу: [email protected]

В середине 90-х годов атака по типу SYN-flooding была одной из самых распространенных. Она использует недостатки протокольной машины TCP. Атака SYN-flooding попадает под категорию атак «отказ в обслуживании» (Denial of Service, DoS), приводящих к зависанию компьютера - т. е. компьютер продолжает работать, но становится недоступным через сеть.

Когда клиентский компьютер устанавливает соединение с сервером по протоколу TCP, он посылает TCP-пакет с выставленным битом SYN. В ответ сервер посылает TCP-пакет с битами SYN/ACK. В свою очередь клиент отправляет TCP-пакет с битом ACK. После этого соединение между клиентом и сервером считается установленным. Такая схема соединения называется трехступенчатой, поскольку она предусматривает обмен тремя пакетами.

Когда сервер получает пакет SYN, он выделяет дополнительную память для нового соединения. В большинстве операционных систем для каждой из сетевых служб предусмотрен лимит (обычно равный десяти) на количество вновь создаваемых соединений TCP (в некоторых системах такого лимита нет, но положение от этого не намного лучше, поскольку при отсутствии свободной памяти зависнет весь компьютер, а не только одна конкретная служба). Пока сервер не получит пакет SYN/ACK или пакет RST (см. далее) либо не наступит тайм-аут на вновь создаваемое соединение (обычно 75 секунд), соединение продолжает резервировать память.

Атака SYN-flooding предусматривает посылку на сервер множества пакетов TCP с выставленным битом SYN от лица несуществующих или неработающих хостов (за счет применения подмены IP-адресов). Последнее требование важно, поскольку если запрос на установку соединения придет от имени работающего хоста, то, когда сервер пошлет в его адрес пакет SYN/ACK, хост ответит пакетом RST (reset), инициирующим сброс соединения. И соединение будет удалено из памяти сервера.

При атаке SYN-flooding выделенная под установление новых соединений память сервера быстро исчерпывается, и сетевой сервис зависает.

Для противодействия атакам SYN-flooding помимо увеличения размера памяти под устанавливаемые соединения и уменьшения тайм-аута на межсетевых экранах применяются различные хитроумные методы борьбы. Установка межсетевых экранов сеансового и прикладного уровня или инспекторов состояний кардинально решает проблему атак SYN-flooding, поскольку именно они отражают все атаки, в то время как компьютеры внутренней сети даже не знают об их проведении.

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)

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.

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.

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.