Что такое межсетевое экранирование

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 [1] .

  • Брандма́уэр (нем. Brandmauer — противопожарная стена) — заимствованный из немецкого языка термин;
  • Файрво́л (англ. Firewall — противопожарная стена) — заимствованный из английского языка термин.

Содержание

Назначение [ править | править код ]

Среди задач, которые решают межсетевые экраны, основной является защита сегментов сети или отдельных хостов от несанкционированного доступа с использованием уязвимых мест в протоколах сетевой модели OSI или в программном обеспечении, установленном на компьютерах сети. Межсетевые экраны пропускают или запрещают трафик, сравнивая его характеристики с заданными шаблонами [3] .

Наиболее распространённое место для установки межсетевых экранов — граница периметра локальной сети для защиты внутренних хостов от атак извне. Однако атаки могут начинаться и с внутренних узлов — в этом случае, если атакуемый хост расположен в той же сети, трафик не пересечёт границу сетевого периметра, и межсетевой экран не будет задействован. Поэтому в настоящее время межсетевые экраны размещают не только на границе, но и между различными сегментами сети, что обеспечивает дополнительный уровень безопасности [4] .

История [ править | править код ]

Первые устройства, выполняющие функцию фильтрации сетевого трафика, появились в конце 1980-х, когда Интернет был новшеством и не использовался в глобальных масштабах. Этими устройствами были маршрутизаторы, инспектирующие трафик на основании данных, содержащихся в заголовках протоколов сетевого уровня. Впоследствии, с развитием сетевых технологий, данные устройства получили возможность выполнять фильтрацию трафика, используя данные протоколов более высокого, транспортного уровня. Маршрутизаторы можно считать первой программно-аппаратной реализацией межсетевого экрана [5] .

Программные межсетевые экраны появились существенно позже и были гораздо моложе, чем антивирусные программы. Например, проект Netfilter/iptables (один из первых программных межсетевых экранов, встраиваемых в ядро Linux с версии 2.4) был основан в 1998 году. Такое позднее появление вполне объяснимо, так как долгое время антивирус решал проблему защиты персональных компьютеров от вредоносных программ. Однако в конце 1990-х вирусы стали активно использовать отсутствие межсетевых экранов на компьютерах, что привело к повышению интереса пользователей к данному классу устройств [6] .

Фильтрация трафика [ править | править код ]

Фильтрация трафика осуществляется на основе набора предварительно сконфигурированных правил, которые называются ruleset. Удобно представлять межсетевой экран как последовательность фильтров, обрабатывающих информационный поток. Каждый из фильтров предназначен для интерпретации отдельного правила. Последовательность правил в наборе существенно влияет на производительность межсетевого экрана. Например, многие межсетевые экраны последовательно сравнивают трафик с правилами до тех пор, пока не будет найдено соответствие. Для таких межсетевых экранов, правила, которые соответствуют наибольшему количеству трафика, следует располагать как можно выше в списке, увеличивая тем самым производительность [7] [8] .

Существует два принципа обработки поступающего трафика. Первый принцип гласит: «Что явно не запрещено, то разрешено». В данном случае, если межсетевой экран получил пакет, не попадающий ни под одно правило, то он передаётся далее. Противоположный принцип — «Что явно не разрешено, то запрещено» — гарантирует гораздо большую защищённость, так как он запрещает весь трафик, который явно не разрешён правилами. Однако этот принцип оборачивается дополнительной нагрузкой на администратора [7] [8] .

В конечном счёте межсетевые экраны выполняют над поступающим трафиком одну из двух операций: пропустить пакет далее (allow) или отбросить пакет (deny). Некоторые межсетевые экраны имеют ещё одну операцию — reject, при которой пакет отбрасывается, но отправителю сообщается о недоступности сервиса, доступ к которому он пытался получить. В противовес этому, при операции deny отправитель не информируется о недоступности сервиса, что является более безопасным [7] [8] .

Классификация межсетевых экранов [ править | править код ]

До сих пор не существует единой и общепризнанной классификации межсетевых экранов [9] . Однако в большинстве случаев поддерживаемый уровень сетевой модели OSI является основной характеристикой при их классификации. Учитывая данную модель, различают следующие типы межсетевых экранов [10] [11] :

  1. Управляемые коммутаторы.
  2. Пакетные фильтры.
  3. Шлюзы сеансового уровня.
  4. Посредники прикладного уровня.
  5. Инспекторы состояния.

Управляемые коммутаторы [ править | править код ]

Управляемые коммутаторы иногда причисляют к классу межсетевых экранов, так как они осуществляют фильтрацию трафика между сетями или узлами сети. Однако они работают на канальном уровне и разделяют трафик в рамках локальной сети, а значит не могут быть использованы для обработки трафика из внешних сетей (например, из Интернета) [11] .

Многие производители сетевого оборудования, такие как Cisco, Nortel, 3Com, ZyXEL, предоставляют в своих коммутаторах возможность фильтрации трафика на основе MAC-адресов, содержащихся в заголовках фреймов. Например, в коммутаторах семейства Cisco Catalyst эта возможность реализована при помощи механизма Port Security. [12] . Однако данный метод фильтрации не является эффективным, так как аппаратно установленный в сетевой карте MAC-адрес легко меняется программным путем, поскольку значение, указанное через драйвер, имеет более высокий приоритет, чем зашитое в плату [13] . Поэтому многие современные коммутаторы позволяют использовать другие параметры в качестве признака фильтрации — например, VLAN >Virtual Local Area Network ) позволяет создавать группы хостов, трафик которых полностью изолирован от других узлов сети [14] .

Читайте также:  Для чего придумали социальные сети

При реализации политики безопасности в рамках корпоративной сети, основу которых составляют управляемые коммутаторы, они могут быть мощным и достаточно дешёвым решением. Взаимодействуя только с протоколами канального уровня, такие межсетевые экраны фильтруют трафик с очень высокой скоростью. Основным недостатком такого решения является невозможность анализа протоколов более высоких уровней [15] .

Пакетные фильтры [ править | править код ]

Пакетные фильтры функционируют на сетевом уровне и контролируют прохождение трафика на основе информации, содержащейся в заголовке пакетов. Многие межсетевые экраны данного типа могут оперировать заголовками протоколов и более высокого, транспортного, уровня (например, TCP или UDP). Пакетные фильтры одними из первых появились на рынке межсетевых экранов и по сей день остаются самым распространённым их типом. Данная технология реализована в подавляющем большинстве маршрутизаторов и даже в некоторых коммутаторах [16] .

При анализе заголовка сетевого пакета могут использоваться следующие параметры [10] :

  • IP-адреса источника и получателя;
  • тип транспортного протокола;
  • поля служебных заголовков протоколов сетевого и транспортного уровней;
  • порт источника и получателя.

Достаточно часто приходится фильтровать фрагментированные пакеты, что затрудняет определение некоторых атак. Многие сетевые атаки используют данную уязвимость межсетевых экранов, выдавая пакеты, содержащие запрещённые данные, за фрагменты другого, доверенного пакета. Одним из способов борьбы с данным типом атак является конфигурирование межсетевого экрана таким образом, чтобы блокировать фрагментированные пакеты [17] . Некоторые межсетевые экраны могут дефрагментировать пакеты перед пересылкой во внутреннюю сеть, но это требует дополнительных ресурсов самого межсетевого экрана, особенно памяти. Дефрагментация должна использоваться очень обоснованно, иначе такой межсетевой экран легко может сам стать жертвой DoS-атаки [18] .

Пакетные фильтры могут быть реализованы в следующих компонентах сетевой инфраструктуры [18] :

Так как пакетные фильтры обычно проверяют данные только в заголовках сетевого и транспортного уровней, они могут выполнять это достаточно быстро. Поэтому пакетные фильтры, встроенные в пограничные маршрутизаторы, идеальны для размещения на границе с сетью с низкой степенью доверия. Однако в пакетных фильтрах отсутствует возможность анализа протоколов более высоких уровней сетевой модели OSI. Кроме того, пакетные фильтры обычно уязвимы для атак, которые используют подделку сетевого адреса. Такие атаки обычно выполняются для обхода управления доступом, осуществляемого межсетевым экраном [19] [20] .

Шлюзы сеансового уровня [ править | править код ]

Межсетевой экран сеансового уровня исключает прямое взаимодействие внешних хостов с узлом, расположенным в локальной сети, выступая в качестве посредника (англ. proxy ), который реагирует на все входящие пакеты и проверяет их допустимость на основании текущей фазы соединения. Шлюз сеансового уровня гарантирует, что ни один сетевой пакет не будет пропущен, если он не принадлежит ранее установленному соединению. Как только приходит запрос на установление соединения, в специальную таблицу помещается соответствующая информация (адреса отправителя и получателя, используемые протоколы сетевого и транспортного уровня, состояние соединения и т. д.). В случае, если соединение установлено, пакеты, передаваемые в рамках данной сессии, будут просто копироваться в локальную сеть без дополнительной фильтрации. Когда сеанс связи завершается, сведения о нём удаляются из данной таблицы. Поэтому все последующие пакеты, «притворяющиеся» пакетами уже завершённого соединения, отбрасываются [21] .

Так как межсетевой экран данного типа исключает прямое взаимодействие между двумя узлами, шлюз сеансового уровня является единственным связующим элементом между внешней сетью и внутренними ресурсами. Это создаёт видимость того, что на все запросы из внешней сети отвечает шлюз, и делает практически невозможным определение топологии защищаемой сети. Кроме того, так как контакт между узлами устанавливается только при условии его допустимости, шлюз сеансового уровня предотвращает возможность реализации DoS-атаки, присущей пакетным фильтрам [22] .

Несмотря на эффективность этой технологии, она обладает серьёзным недостатком: как и у всех вышеперечисленных классов межсетевых экранов, у шлюзов сеансового уровня отсутствует возможность проверки содержания поля данных, что позволяет злоумышленнику передавать «троянских коней» в защищаемую сеть [23] .

Посредники прикладного уровня [ править | править код ]

Межсетевые экраны прикладного уровня, как и шлюзы сеансового уровня, исключают прямое взаимодействие двух узлов. Однако, функционируя на прикладном уровне, они способны «понимать» контекст передаваемого трафика. Межсетевые экраны, реализующие эту технологию, содержат несколько приложений-посредников (англ. application proxy ), каждое из которых обслуживает свой прикладной протокол. Такой межсетевой экран способен выявлять в передаваемых сообщениях и блокировать несуществующие или нежелательные последовательности команд, что зачастую означает DoS-атаку, либо запрещать использование некоторых команд (например, FTP PUT, которая даёт возможность пользователю записывать информацию на FTP сервер).

Посредник прикладного уровня может определять тип передаваемой информации. Например, это позволяет заблокировать почтовое сообщение, содержащее исполняемый файл. Другой возможностью межсетевого экрана данного типа является проверка аргументов входных данных. Например, аргумент имени пользователя длиной в 100 символов либо содержащий бинарные данные является, по крайней мере, подозрительным.

Посредники прикладного уровня способны выполнять аутентификацию пользователя, а также проверять, что SSL-сертификаты подписаны конкретным центром. Межсетевые экраны прикладного уровня доступны для многих протоколов, включая HTTP, FTP, почтовые (SMTP, POP, IMAP), Telnet и другие [24] [25] .

Недостатками данного типа межсетевых экранов являются большие затраты времени и ресурсов на анализ каждого пакета. По этой причине они обычно не подходят для приложений реального времени. Другим недостатком является невозможность автоматического подключения поддержки новых сетевых приложений и протоколов, так как для каждого из них необходим свой агент [26] .

Инспекторы состояния [ править | править код ]

Каждый из вышеперечисленных типов межсетевых экранов используется для защиты корпоративных сетей и обладает рядом преимуществ. Однако, куда эффективней было бы собрать все эти преимущества в одном устройстве и получить межсетевой экран, осуществляющий фильтрацию трафика с сетевого по прикладной уровень. Данная идея была реализована в инспекторах состояний, совмещающих в себе высокую производительность и защищённость. Данный класс межсетевых экранов позволяет контролировать [27] :

  • каждый передаваемый пакет — на основе таблицы правил;
  • каждую сессию — на основе таблицы состояний;
  • каждое приложение — на основе разработанных посредников.
Читайте также:  Sony vegas пауза в видео

Осуществляя фильтрацию трафика по принципу шлюза сеансового уровня, данный класс межсетевых экранов не вмешивается в процесс установления соединения между узлами. Поэтому производительность инспектора состояний заметно выше, чем у посредника прикладного уровня и шлюза сеансового уровня, и сравнима с производительностью пакетных фильтров. Ещё одно достоинство инспекторов состояния — прозрачность для пользователя: для клиентского программного обеспечения не потребуется дополнительная настройка. Данные межсетевые экраны имеют большие возможности расширения. При появлении новой службы или нового протокола прикладного уровня для его поддержки достаточно добавить несколько шаблонов. Однако инспекторам состояний по сравнению с посредниками прикладного уровня свойственна более низкая защищённость [28] .

Термин инспектор состояния (англ. stateful inspection ), внедрённый компанией Check Point Software, полюбился производителям сетевого оборудования настолько, что сейчас практически каждый межсетевой экран причисляют к этой технологии, даже если он и не реализует её полностью.

Реализация [ править | править код ]

Существует два варианта исполнения межсетевых экранов — программный и программно-аппаратный. В свою очередь программно-аппаратный вариант имеет две разновидности — в виде отдельного модуля в коммутаторе или маршрутизаторе и в виде специализированного устройства.

В настоящее время чаще используется программное решение, которое на первый взгляд выглядит более привлекательным. Это вызвано тем, что для его применения достаточно, казалось бы, всего лишь приобрести программное обеспечение межсетевого экрана и установить на любой имеющийся в организации компьютер. Однако, как показывает практика, в организации далеко не всегда находится свободный компьютер, да ещё и удовлетворяющий достаточно высоким требованиям по системным ресурсам. После того, как компьютер всё-таки найден (чаще всего — куплен), следует процесс установки и настройки операционной системы, а также, непосредственно, программного обеспечения межсетевого экрана. Нетрудно заметить, что использование обычного персонального компьютера далеко не так просто, как может показаться. Именно поэтому всё большее распространение стали получать специализированные программно-аппаратные комплексы, называемые security appliance, на основе, как правило, FreeBSD или Linux, «урезанные» для выполнения только необходимых функций. Достоинствами данных решений являются [29] :

  • Простота внедрения: данные устройства имеют предустановленную и настроенную операционную систему и требуют минимум настроек после внедрения в сеть.
  • Простота управления: данными устройствами можно управлять откуда угодно по стандартным протоколам, таким как SNMP или Telnet, либо посредством защищённых протоколов, таких как SSH или SSL.
  • Производительность: данные устройства работают более эффективно, так как из их операционной системы исключены все неиспользуемые сервисы.
  • Отказоустойчивость и высокая доступность: данные устройства созданы выполнять конкретные задачи с высокой доступностью.

Ограниченность анализа межсетевого экрана [ править | править код ]

Межсетевой экран позволяет осуществлять фильтрацию только того трафика, который он способен «понимать». В противном случае, он теряет свою эффективность, так как не способен осознанно принять решение о том, что делать с нераспознанным трафиком. Существуют протоколы, такие как TLS, SSH, IPsec и SRTP, использующие криптографию для того, чтобы скрыть содержимое, из-за чего их трафик не может быть проинтерпретирован. Также некоторые протоколы, такие как OpenPGP и S/MIME, шифруют данные прикладного уровня, из-за чего фильтровать трафик на основании информации, содержащейся на данном сетевом уровне, становится невозможно. Ещё одним примером ограниченности анализа межсетевых экранов является туннелированный трафик, так как его фильтрация является невозможной, если межсетевой экран «не понимает» используемый механизм туннелированния. Во всех этих случаях правила, сконфигурированные на межсетевом экране, должны явно определять, что делать с трафиком, который они не могут интерпретировать. [30]

16.1.1. 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.

16.1.2. 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:

межсетевые экраны с фильтрацией пакетов;

шлюзы сеансового уровня;

шлюзы прикладного уровня;

межсетевые экраны экспертного уровня.

Таблица 4.5.1. Типы межсетевых экранов и уровни модели ISO OSI

Уровень модели OSI

Тип межсетевого экрана

шлюз прикладного уровня;

Уровень модели OSI

Тип межсетевого экрана

• межсетевой экран экспертного уровня.

• шлюз сеансового уровня.

• межсетевой экран с фильтрацией пакетов.

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.

Межсетевой экран (МСЭ) — это устройство обеспечения безопасности сети, которое осуществляет мониторинг входящего и исходящего сетевого трафика и на основании установленного набора правил безопасности принимает решения, пропустить или блокировать конкретный трафик.

Межсетевые экраны используются в качестве первой линии защиты сетей уже более 25 лет. Они ставят барьер между защищенными, контролируемыми внутренними сетями, которым можно доверять, и ненадежными внешними сетями, такими как Интернет.

Межсетевой экран может быть аппаратным, программным или смешанного типа.

Типы межсетевых экранов

Прокси-сервер

Это один из первых типов МСЭ. Прокси-сервер служит шлюзом между сетями для конкретного приложения. Прокси-серверы могут выполнять дополнительные функции, например кэширование и защиту контента, препятствуя прямым подключениям из-за пределов сети. Однако это может отрицательно сказаться на пропускной способности и производительности поддерживаемых приложений.

Межсетевой экран с контролем состояния сеансов

Сегодня МСЭ с контролем состояния сеансов считается «традиционным». Он пропускает или блокирует трафик с учетом состояния, порта и протокола. Он осуществляет мониторинг всей активности с момента открытия соединения и до его закрытия. Решения о фильтрации принимаются на основании как правил, определяемых администратором, так и контекста. Под контекстом понимается информация, полученная из предыдущих соединений и пакетов, принадлежащих данному соединению.

Межсетевой экран UTM

Типичное устройство UTM, как правило, сочетает такие функции, как контроль состояния сеансов, предотвращение вторжений и антивирусное сканирование. Также оно может включать в себя дополнительные службы, а зачастую — и управление облаком. Основные достоинства UTM — простота и удобство.

Межсетевой экран нового поколения (NGFW)

Современные межсетевые экраны не ограничиваются фильтрацией пакетов и контролем состояния сеансов. Большинство компаний внедряет межсетевые экраны нового поколения, чтобы противостоять современным угрозам, таким как сложное вредоносное ПО и атаки на уровне приложений.

Согласно определению компании Gartner, Inc., межсетевой экран нового поколения должен иметь:

  • стандартные функции МСЭ, такие как контроль состояния сеансов;
  • встроенную систему предотвращения вторжений;
  • функции учета и контроля особенностей приложений, позволяющие распознавать и блокировать приложения, представляющие опасность;
  • схему обновления, позволяющую учитывать будущие каналы информации;
  • технологии защиты от постоянно меняющихся и усложняющихся угроз безопасности.

И хотя эти возможности постепенно становятся стандартными для большинства компаний, межсетевые экраны нового поколения способны на большее.

NGFW с активной защитой от угроз

Эти межсетевые экраны сочетают в себе функции традиционного NGFW с возможностями обнаружения и нейтрализации сложных угроз. Межсетевые экраны нового поколения с активной защитой от угроз позволяют:

  • определять благодаря полному учету контекста, какие ресурсы наиболее подвержены риску;
  • быстро реагировать на атаки благодаря интеллектуальной автоматизации безопасности, которая устанавливает политики и регулирует защиту в динамическом режиме;
  • с большей надежностью выявлять отвлекающую или подозрительную деятельность, применяя корреляцию событий в сети и на оконечных устройствах;
  • значительно сократить время с момента распознавания до восстановления благодаря использованию ретроспективных средств обеспечения безопасности, которые осуществляют непрерывный мониторинг на предмет подозрительной деятельности и поведения даже после первоначальной проверки;
  • упростить администрирование и снизить уровень сложности с помощью унифицированных политик, обеспечивающих защиту на протяжении всего жизненного цикла атаки.

«>