Материал: Система защиты информации в локальной сети предприятия

В отличие от алгоритмов вычисления контрольной суммы, применяемых в протоколах передачи информации по коммутируемым линиям связи или по каналам локальных сетей и ориентированных на исправление случайных ошибок среды передачи, механизмы обеспечения целостности данных в открытых телекоммуникационных сетях должны иметь средства защиты от внесения целенаправленных изменений. Одним из таких механизмов является специальное применение алгоритма MD5: в процессе формирования AH последовательно вычисляется хэш-функция от объединения самого пакета и некоторого предварительно согласованного ключа, а затем от объединения полученного результата и преобразованного ключа. Данный механизм применяется по умолчанию в целях обеспечения всех реализаций IPv6, по крайней мере, одним общим алгоритмом, не подверженным экспортным ограничениям.

Заголовок ESP - Инкапсуляция зашифрованных данных

В случае использования инкапсуляции зашифрованных данных заголовок ESP является последним в ряду опциональных заголовков, "видимых" в пакете. Поскольку основной целью ESP является обеспечение конфиденциальности данных, разные виды информации могут требовать применения существенно различных алгоритмов шифрования. Следовательно, формат ESP может претерпевать значительные изменения в зависимости от используемых криптографических алгоритмов. Тем не менее, можно выделить следующие обязательные поля: SPI, указывающее на контекст безопасности, поле порядкового номера, содержащее последовательный номер пакета, и контрольная сумма, предназначенная для защиты от атак на целостность зашифрованных данных. Кроме этого, как правило, в теле ESP присутствуют параметры (например, режим использования) и данные (например, вектор инициализации) применяемого алгоритма шифрования. Часть ESP заголовка может быть зашифрована на открытом ключе получателя или на совместном ключе пары отправитель-получатель. Получатель пакета ESP расшифровывает ESP заголовок и использует параметры и данные применяемого алгоритма шифрования для декодирования информации транспортного уровня.

Рис. 4 Формат заголовка ESP

Различают два режима применения ESP - транспортный и тоннельный.

Транспортный режим

Транспортный режим используется для шифрования поля данных IP пакета, содержащего протоколы транспортного уровня (TCP, UDP, ICMP), которое, в свою очередь, содержит информацию прикладных служб. Примером применения транспортного режима является передача электронной почты. Все промежуточные узлы на маршруте пакета от отправителя к получателю используют только открытую информацию сетевого уровня и, возможно, некоторые опциональные заголовки пакета (в IPv6). Недостатком транспортного режима является отсутствие механизмов скрытия конкретных отправителя и получателя пакета, а также возможность проведения анализа трафика. Результатом такого анализа может стать информация об объемах и направлениях передачи информации, области интересов абонентов, расположение руководителей.

Тоннельный режим

Тоннельный режим предполагает шифрование всего пакета, включая заголовок сетевого уровня. Тоннельный режим применяется в случае необходимости скрытия информационного обмена организации с внешним миром. При этом, адресные поля заголовка сетевого уровня пакета, использующего тоннельный режим, заполняются межсетевым экраном организации и не содержат информации о конкретном отправителе пакета. При передаче информации из внешнего мира в локальную сеть организации в качестве адреса назначения используется сетевой адрес межсетевого экрана. После дешифрования межсетевым экраном начального заголовка сетевого уровня пакет направляется получателю.

SA - Security Associations

Security Association (SA) - это соединение, которое предоставляет службы обеспечения безопасности трафика, который передаётся через него. Два компьютера на каждой стороне SA хранят режим, протокол, алгоритмы и ключи, используемые в SA. Каждый SA используется только в одном направлении. Для двунаправленной связи требуется два SA. Каждый SA реализует один режим и протокол; таким образом, если для одного пакета необходимо использовать два протокола (как например AH и ESP), то требуется два SA.

Политика безопасности

Политика безопасности хранится в SPD (Security Policy Database - База данных политики безопасности). SPD может указать для пакета данных одно из трёх действий: отбросить пакет, не обрабатывать пакет с помощью IPSec, обработать пакет с помощью IPSec. В последнем случае SPD также указывает, какой SA необходимо использовать (если, конечно, подходящий SA уже был создан) или указывает, с какими параметрами должен быть создан новый SA.является очень гибким механизмом управления, который допускает очень хорошее управление обработкой каждого пакета. Пакеты классифицируются по большому числу полей, и SPD может проверять некоторые или все поля для того, чтобы определить соответствующее действие. Это может привести к тому, что весь трафик между двумя машинами будет передаваться при помощи одного SA, либо отдельные SA будут использоваться для каждого приложения, или даже для каждого TCP соединения.

ISAKMP/Oakley

Протокол ISAKMP определяет общую структуру протоколов, которые используются для установления SA и для выполнения других функций управления ключами. ISAKMP поддерживает несколько Областей Интерпретации (DOI), одной из которых является IPSec-DOI. ISAKMP не определяет законченный протокол, а предоставляет "строительные блоки" для различных DOI и протоколов обмена ключами.

Протокол Oakley - это протокол определения ключа, использующий алгоритм замены ключа Диффи-Хеллмана. Протокол Oakley поддерживает идеальную прямую безопасность (Perfect Forward Secrecy - PFS), при реализации которой разрешается доступ к данным, защищенным только одним ключом, когда сомнение вызывает единственный ключ. При этом для вычисления значений дополнительных ключей этот ключ защиты повторно никогда не используется; кроме того, для этого не используется и исходный материал, послуживший для вычисления данного ключа защиты.

IKE

IKE - протокол обмена ключами по умолчанию для ISAKMP, на данный момент являющийся единственным. IKE находится на вершине ISAKMP и выполняет, собственно, установление как ISAKMP SA, так и IPSec SA. IKE поддерживает набор различных примитивных функций для использования в протоколах. Среди них можно выделить хэш-функцию и псевдослучайную функцию (PRF).

Атаки на AH, ESP и IKE.

Все виды атак на компоненты IPSec можно разделить на следующие группы:

·        атаки, эксплуатирующие конечность ресурсов системы (типичный пример - атака "Отказ в обслуживании", Denial-of-service или DOS-атака)

·        атаки, использующие особенности и ошибки конкретной реализации IPSec

·        атаки, основанные на слабостях самих протоколов AH и ESP

Чисто криптографические атаки можно не рассматривать - оба протокола определяют понятие "трансформ", куда скрывают всю криптографию. Если используемый криптоалгоритм стоек, а определенный с ним трансформ не вносит дополнительных слабостей (это не всегда так, поэтому правильнее рассматривать стойкость всей системы - Протокол-Трансформ-Алгоритм), то с этой стороны все нормально.

Что остается? Replay Attack - воспроизвести атаку - нивелируется за счет использования Порядкового номера (в одном единственном случае это не работает - при использовании ESP без аутентификации и без AH). Далее, порядок выполнения действий (сначала шифрация, потом аутентификация) гарантирует быструю отбраковку "плохих" пакетов (более того, согласно последним исследованиям в мире криптографии, именно такой порядок действий наиболее безопасен, обратный порядок в некоторых, правда очень частных случаях, может привести к потенциальным дырам в безопасности; к счастью, ни SSL, ни IKE, ни другие распространенные протоколы с порядком действий "сначала аутентифицировать, потом зашифровать", к этим частным случаям не относятся, и, стало быть, этих дыр не имеют).

Остается атака Denial-Of-Service (отказ в обслуживании). Как известно, это атака, от которой не существует полной защиты. Тем не менее, быстрая отбраковка плохих пакетов и отсутствие какой-либо внешней реакции на них (согласно RFC) позволяют более-менее хорошо справляться с этой атакой. В принципе, большинству (если не всем) известным сетевым атакам (sniffing, spoofing, hijacking и т.п.) AH и ESP при правильном их применении успешно противостоят. С IKE несколько сложнее. Протокол очень сложный, тяжел для анализа. Кроме того, в силу опечаток (в формуле вычисления HASH_R) при его написании и не совсем удачных решений (тот же HASH_R и HASH_I) он содержит несколько потенциальных "дыр" (в частности, в первой фазе не все Payload в сообщении аутентифицируются), впрочем, они не очень серьезные и ведут, максимум, к отказу в установлении соединения. От атак типа replay, spoofing, sniffing, hijacking IKE более-менее успешно защищается. С криптографией несколько сложнее, - она не вынесена, как в AH и ESP, отдельно, а реализована в самом протоколе. Тем не менее, при использовании стойких алгоритмов и примитивов (PRF), проблем быть не должно. В какой-то степени можно рассматривать как слабость IPsec то, что в качестве единственного обязательного к реализации криптоалгоритма в нынешних спецификациях указывается DES (это справедливо и для ESP, и для IKE), 56 бит ключа которого уже не считаются достаточными. Тем не менее, это чисто формальная слабость - сами спецификации являются алгоритмо-независимыми, и практически все известные вендоры давно реализовали 3DES (а некоторые уже и AES).Таким образом, при правильной реализации, наиболее "опасной" атакой остается отказ в обслуживании.

Оценка протокола

Протокол IPSec получил неоднозначную оценку со стороны специалистов. С одной стороны, отмечается, что протокол IPSec является лучшим среди всех других протоколов защиты передаваемых по сети данных, разработанных ранее (включая разработанный Microsoft PPTP). С другой стороны, присутствует чрезмерная сложность и избыточность протокола. По мнению аналитиков, протокол является слишком сложным, чтобы быть безопасным. В частности, Niels Ferguson и Bruce Schneier в своей работе "A Cryptographic Evaluation of IPsec - Криптографическое вычисление IPsec” отмечают, что они обнаружили серьёзные проблемы безопасности практически во всех главных компонентах IPsec. Авторы также отмечают, что набор протоколов требует серьёзной доработки для того, чтобы он обеспечивал хороший уровень безопасности. Они также приводят описание ряда атак, использующих как слабости общей схемы обработки данных, так и слабости криптографических алгоритмов.

В этой главе мы рассмотрели некоторые основные моменты, касающиеся протокола сетевой безопасности IPsec. Не лишним будет отметить, что протокол IPsec реализован в операционной системе Linux в качестве проекта Frees\WAN.

.2.2 VPN

Наилучшее с точки зрения безопасности взаимодействие объектов в распределенной ВС возможно только по выделенному каналу.(англ. Virtual Private Network - виртуальная частная сеть) - логическая сеть, создаваемая поверх другой сети, например Интернет. Несмотря на то, что коммуникации осуществляются по публичным сетям с использованием небезопасных протоколов, за счёт шифрования создаются закрытые от посторонних каналы обмена информацией. Шифрование информации так же способствует защите от анализа передаваемого трафика. Для предотвращения атаки подбором пароля используется система ключей.

Большинство компаний предпочитают не афишировать наличие VPN-сервера в своей сети. И это правильно, поскольку практически ни одна реализация не смогла избежать программистских ошибок и за последние несколько лет было обнаружено множество дыр, но использовать их не так-то просто! Во-первых, необходимо выяснить IP-адрес VPN-севера, а во-вторых, как-то определить тип программного обеспечения и версию реализации.

.2.3 Антивирусы

Антивирусные программы развивались параллельно с эволюцией вирусов. По мере того как появлялись новые технологии создания вирусов, усложнялся и математический аппарат, который использовался в разработке антивирусов.

Первые антивирусные алгоритмы строились на основе сравнения с эталоном. Речь идет о программах, в которых вирус определяется классическим ядром по некоторой маске. Смысл алгоритма заключается в использовании статистических методов. Маска должна быть, с одной стороны, маленькой, чтобы объем файла был приемлемых размеров, а с другой - достаточно большой, чтобы избежать ложных срабатываний (когда «свой» воспринимается как «чужой», и наоборот).

Первые антивирусные программы, построенные по этому принципу (так называемые сканеры-полифаги), знали некоторое количество вирусов и умели их лечить. Создавались эти программы следующим образом: разработчик, получив код вируса (код вируса поначалу был статичен), составлял по этому коду уникальную маску (последовательность 10-15 байт) и вносил ее в базу данных антивирусной программы. Антивирусная программа сканировала файлы и, если находила данную последовательность байтов, делала заключение о том, что файл инфицирован. Данная последовательность (сигнатура) выбиралась таким образом, чтобы она была уникальной и не встречалась в обычном наборе данных.

Описанные подходы использовались большинством антивирусных программ вплоть до середины 90-х годов, когда появились первые полиморфные вирусы, которые изменяли свое тело по непредсказуемым заранее алгоритмам. Тогда сигнатурный метод был дополнен так называемым эмулятором процессора, позволяющим находить шифрующиеся и полиморфные вирусы, не имеющие в явном виде постоянной сигнатуры.

Второй механизм, появившийся в середине 90-х годов и использующийся всеми антивирусами, - это эвристический анализ. Дело в том, что аппарат эмуляции процессора, который позволяет получить выжимку действий, совершаемых анализируемой программой, не всегда дает возможность осуществлять поиск по этим действиям, но позволяет произвести некоторый анализ и выдвинуть гипотезу типа «вирус или не вирус?».

В данном случае принятие решения основывается на статистических подходах. А соответствующая программа называется эвристическим анализатором.

Для того чтобы размножаться, вирус должен совершать какие-либо конкретные действия: копирование в память, запись в сектора и т.д. Эвристический анализатор (он является частью антивирусного ядра) содержит список таких действий, просматривает выполняемый код программы, определяет, что она делает, и на основе этого принимает решение, является данная программа вирусом или нет.

При этом процент пропуска вируса, даже неизвестного антивирусной программе, очень мал. Данная технология сейчас широко используется во всех антивирусных программах.

Наданный момент существует множество антивирусных программ таких как: «Антивирус Касперского» , Doctor Web, Norton AntiVirus, McAfee, Panda Antivirus, Symantek Antivirus и многие другие.

.2.4 Контроль за виртуальными соединениями

Взаимодействие объектов РВС по виртуальному каналу позволяет надежно защитить соединение от возможных информационно-разрушающих воздействий по каналам связи. Однако взаимодействие по ВК имеет свои минусы. К минусам относится необходимость контроля за соединением. Если в системе связи удаленных объектов РВС не предусмотреть использование надежных алгоритмов контроля за соединением, то, избавившись от одного типа удаленных атак на соединение ("Подмена доверенного объекта"), можно подставить систему под другую типовую УА - "Отказ в обслуживании". Поэтому для обеспечения надежного функционирования и работоспособности (доступности) каждого объекта распределенной ВС необходимо прежде всего контролировать процесс создания соединения. Как уже говорилось ранее, задача контроля за ВК распадается на две подзадачи:

§ контроль за созданием соединения;

§  контроль за использованием соединения.

Решение второй задачи лежит на поверхности: так как сетевая операционная система не может одновременно иметь бесконечное число открытых ВК, то в том случае, если ВК простаивает в течение определенного системой тайм-аута, происходит его закрытие.

.2.5 FireWall

Когда Вы соединяете Вашу сеть с Internet или с другой сетью, фактор обеспечения безопасности доступа в Вашу сеть имеет критическое значение. Наиболее эффективный способ защиты при связи с Internet предполагает размещение межсетевого экрана FireWall между Вашей локальной сетью и Internet. Межсетевые экраны реализуют механизмы контроля доступа из внешней сети к внутренней путем фильтрации всего входящего и исходящего трафика, пропуская только авторизованные данные.