Введение в безопасность в Internet

В. Галатенко, И. Трифoленков, АО "Инфосистемы Джет"

1. Введение

Подключение организации к глобальной сети, такой как Internet, существенно увеличивает эффективность работы организации и открывает для нее множество новых возможностей. В то же время, организации необходимо позаботится о создании системы защиты информационных ресурсов, от тех, кто захочет их использовать, модифицировать либо просто уничтожить.
Несмотря на свою специфику, система защиты организации при работе в глобальных сетях должна быть продолжением общего комплекса усилий, направленных на обеспечение безопасности информационных ресурсов.
Согласно определению, приведенному в Руководящем документе Гостехкомиссии РФ "Защита от несанкционированного доступа к информации", под информационной безопасностью понимается "состояние защищенности информации, обpабатываемой средствами вычислительной техники или автоматизированной системы от внутpенних или внешних угроз".
Защита информации - это комплекс мероприятий, направленных на обеспечение информационной безопасности. На практике под этим понимается поддержание целостности, доступности и, если необходимо, конфиденциальности информации и ресурсов, используемых для ввода, хранения, обработки и передачи данных. Комплексный характер, проблемы защиты говорит о том, что для ее решения необходимо сочетание законодательных, организационных и программно- технических мер.
Компания "JET Infosystems" имеет значительный опыт в области создания надежных систем информационной безопасности. Работая в области открытых систем, изначально ориентированных на распределенные информационные ресурсы и работу с сетью (как глобальной, так и локальной), мы уделяем большое внимание и аспектам безопасности функционирования информационной системы. Компания "JET Infosystems" обладает практическим опытом, основанном как на решениях, предлагаемых нашим клиентам, так и на эксплуатации собственной информационной системы. Все предлагаемые нами программные и аппаратные решения прошли тщательное предварительное тестирование на испытательных стендах компании.
Данный документ описывает предлагаемые решения, обеспечивающие информационную безопасность при работе в Internet либо с другими информационными ресурсами, которые полностью или частично находятся вне организации и не могут ей полностью контролироваться.
В разделах документа рассматриваются:

2. Подходы к построению надежной информационной системы

2.1. Риски, связанные с работой в открытых сетях

Рассмотрим наиболее распространенные угрозы, которым подвержены современные компьютерные системы. Знание возможных угроз, а также уязвимых мест информационной системы, необходимо для того, чтобы выбирать наиболее эффективные средства обеспечения безопасности.
Самыми частыми и самыми опасными (с точки зрения размера ущерба) являются непреднамеренные ошибки пользователей, операторов, системных администраторов и других лиц, обслуживающих информационные системы. Иногда такие ошибки приводят к прямому ущербу (неправильно введенные данные, ошибка в программе, вызвавшая остановку или разрушение системы). Иногда они создают слабые места, которыми могут воспользоваться злоумышленники (таковы обычно ошибки администрирования).
Согласно данным Национального Института Стандартов и Технологий США (NIST), 65% случаев нарушения безопасности ИС - следствие непреднамеренных ошибок. Работа в глобальной информационной сети делает этот фактор достаточно актуальным, причем источником ущерба могут быть как действия пользователей Вашей организации, так и пользователей глобальной сети, что особенно опасно.
На втором месте по размерам ущерба располагаются кражи и подлоги. В большинстве расследованных случаев виновниками оказывались штатные сотрудники организаций, отлично знакомые с режимом работы и защитными мерами. Наличие мощного информационного канала связи с глобальными сетями может, при отсутствии должного контроля за его работой, дополнительно способствовать такой деятельности.
Обиженные сотрудники, даже бывшие, знакомы с порядками в организации и способны вредить весьма эффективно. Необходимо следить за тем, чтобы при увольнении сотрудника его права доступа к информационным ресурсам аннулировались.
Преднамеренные попытки получения несанкционированного доступа через внешние коммуникации занимают в настоящее время около 10% всех возможных нарушений. Хотя эта величина кажется не столь значительной, опыт работы в Internet, в том числе и собственный опыт компании "JET Infosystems" показывает, что почти каждый Internet- сервер по нескольку раз в день подвергается попыткам проникновения. Кроме того, необходимо иметь в виду динамику развития рисков этого типа: по данным Группы изучения компьютерных рисков (CERT), проводившей исследование различных систем, контролируемых правительством США, если в 1990 году зарегистрировано 130 удачных попыток несанкционированно доступа к компьютерным ресурсам через Internet, то за 1994 год эта цифра составила 2300. Потери американских компаний, связанные с нарушениями безопасности, составили более US$5 млн.
При анализе рисков необходимо принять во внимание тот факт, что компьютеры в локальной сети организации редко бывают достаточно защищены, чтобы противостоять атакам или хотя бы регистрировать факты нарушения информационной безопасности. Так, тесты Агентства Защиты Информационных Систем (США) показали, что 88% компьютеров имеют слабые места с точки зрения информационной безопасности, которые могут активно использоваться для получения несанкционированного доступа. При этом в среднем только каждый двенадцатый администратор обнаруживает, что указанный инцидент произошел в управляемой им системе.
Отдельно следует рассмотреть случай удаленного доступа к информационным структурам организации через телефонные линии, посредством популярных протоколов SLIP/PPP. Поскольку в этом случае ситуация близка к ситуации взаимодействия пользователей локальной и глобальной сети, решение возникающих проблем также может быть аналогичным решениям для Internet.
Мы предлагаем решения, минимизирующие описанные выше риски, связанные с взаимодействием ИС организации и внешних информационных ресурсов. Эти решения основаны на концепции межсетевого экранирования (Firewall).

2.2. Концепция решения: политика безопасности

В столь важной задаче, как обеспечение безопасности информационной системы, нет и не может быть полностью готового решения. Это связано с тем, что структура каждой организации, функциональные связи между ее подразделениями и отдельными сотрудниками практически никогда полностью не повторяются. Только руководство организации может определить, насколько критично нарушение безопасности для компонент информационной системы, кто, когда и для решения каких задачах может использовать те или иные информационные сервисы.
Ключевым этапом для построения надежной информационной системы является выработка политики безопасности.
Под политикой безопасности мы будем понимать совокупность документированных управленческих решений, направленных на защиту информации и связанных с ней ресурсов.
С практической точки зрения политику безопасности целесообразно разделить на три уровня:

Третий уровень включает в себя два аспекта - цели (политики безопасности) и правила их достижения, поэтому его порой трудно отделить от вопросов реализации. В отличие от двух верхних уровней, третий должен быть гораздо детальнее. У отдельных сервисов есть много свойств, которые нельзя единым образом регламентировать в рамках всей организации. В то же время эти свойства настолько важны для обеспечения режима безопасности, что решения, относящиеся к ним, должны приниматься на управленческом, а не техническом уровне.
В рассматриваемом случае существенна политика безопасности, формируемая на двух нижних уровнях. Для того, чтобы рассмотреть ее более конкретно, необходимо определить сущность и основные функциональные свойства межсетевого экрана - инструмента проведения этой политики.

2.3. Межсетевой экран - инструмент реализации политики безопасности

Рассмотрим структуру информационной системы предприятия (организации). В общем случае она представляет собой неоднородный набор (комплекс) из различных компьютеров, управляемых различными операционными системами и сетевого оборудования, осуществляющего взаимодействие между компьютерами. Поскольку описанная система весьма разнородна (даже компьютеры одного типа и с одной ОС могут, в соответствии с их назначением, иметь совершенно различные конфигурации), вряд ли имеет смысл осуществлять защиту каждого элемента в отдельности. В связи с этим предлагается рассматривать вопросы обеспечения информационной безопасности для локальной сети в целом. Это оказывается возможным при использовании межсетевого экрана (firewall).
Концепция межсетевого экранирования формулируется следующим образом.
Пусть имеется два множества информационных систем. Экран - это средство разграничения доступа клиентов из одного множества к серверам из другого множества. Экран выполняет свои функции, контролируя все информационные потоки между двумя множествами систем (рис. 1).

Рис. 1. Экран как средство разграничения доступа

Рис. 1. Экран как средство разграничения доступа


В простейшем случае экран состоит из двух механизмов, один из которых ограничивает перемещение данных, а второй, наоборот, ему способствует (то есть осуществляет перемещение данных). В более общем случае экран (полупроницаемую оболочку) удобно представлять себе как последовательность фильтров. Каждый из них может задержать (не пропустить) данные, а может и сразу "перебросить" их "на другую сторону". Кроме того, допускается передача порции данных на следующий фильтр для продолжения анализа, или обработка данных от имени адресата и возврат результата отправителю (рис.2).
Рис. 2. Экран как последовательность фильтров

Рис. 2. Экран как последовательность фильтров

Помимо функций разграничения доступа, экраны осуществляют также протоколирование информационных обменов.
Обычно экран не является симметричным, для него определены понятия "внутри" и "снаружи". При этом задача экранирования формулируется как защита внутренней области от потенциально враждебной внешней. Так, межсетевые экраны устанавливают для защиты локальной сети организации, имеющей выход в открытую среду, подобную Internet. Другой пример экрана - устройство защиты порта, контролирующее доступ к коммуникационному порту компьютера до и независимо от всех прочих системных защитных средств.
Экранирование позволяет поддерживать доступность сервисов внутренней области, уменьшая или вообще ликвидируя нагрузку, индуцированную внешней активностью. Уменьшается уязвимость внутренних сервисов безопасности, поскольку первоначально сторонний злоумышленник должен преодолеть экран, где защитные механизмы сконфигурированы особенно тщательно и жестко. Кроме того, экранирующая система, в отличие от универсальной, может быть устроена более простым и, следовательно, более безопасным образом.
Экранирование дает возможность контролировать также информационные потоки, направленные во внешнюю область, что способствует поддержанию режима конфиденциальности.
Чаще всего экран реализуют как сетевой сервис на третьем (сетевом), четвертом (транспортном) или седьмом (прикладном) уровнях семиуровневой эталонной модели OSI. В первом случае мы имеем экранирующий маршрутизатор, во втором - экранирующий транспорт, в третьем - экранирующий шлюз. Каждый подход имеют свои достоинства и недостатки; известны также гибридные экраны, где делается попытка объединить лучшие качества упомянутых подходов.
Экранирующий маршрутизатор имеет дело с отдельными пакетами данных, поэтому иногда его называют пакетным фильтром. Решения о том, пропустить или задержать данные, принимаются для каждого пакета независимо, на основании анализа полей заголовков сетевого и (быть может) транспортного уровней, путем применения заранее заданной системы правил. Еще один важный компонент анализируемой информации - порт, через который пакет поступил в маршрутизатор.
Современные маршрутизаторы (такие, как продукты компаний Bay Networks или Cisco) позволяют связывать с каждым портом несколько десятков правил и фильтровать пакеты как на входе (при поступлении в маршрутизатор), так и на выходе. В принципе, в качестве пакетного фильтра может использоваться и универсальный компьютер, снабженный несколькими сетевыми картами.
Основные достоинства экранирующих маршрутизаторов - дешевизна (на границе сетей маршрутизатор нужен практически всегда, дело лишь в том, чтобы задействовать его экранирующие возможности) и прозрачность для более высоких уровней модели OSI. Основной недостаток - ограниченность анализируемой информации и, как следствие. относительная слабость обеспечиваемой защиты.
Экранирующий транспорт позволяет контролировать процесс установления виртуальных соединений и передачу информации по ним. С точки зрения реализации экранирующий транспорт представляет собой довольно простую, а значит, надежную программу. Пример экранирующего транспорта - продукт TCP wrapper.
По сравнению с пакетными фильтрами, экранирующий транспорт обладает большей информацией, поэтому он может осуществлять более тонкий контроль за виртуальными соединениями (например, он способен отслеживать количество передаваемой информации и разрывать соединения после превышения определенного предела, препятствуя тем самым несанкционированному экспорту информации). Аналогично, возможно накопление более содержательной регистрационной информации. Главный недостаток - сужение области применимости, поскольку вне контроля остаются датаграммные протоколы. Обычно экранирующий транспорт применяют в сочетании с другими подходами, как важный дополнительный элемент.
Экранирующий шлюз, функционирующий на прикладном уровне, способен обеспечить наиболее надежную защиту. Как правило, экранирующий шлюз представляет собой универсальный компьютер, на котором функционируют программные агенты - по одному для каждого обслуживаемого прикладного протокола. При подобном подходе, помимо фильтрации, реализуется еще один важнейший аспект экранирования. Субъекты из внешней сети видят только шлюзовой компьютер; соответственно, им доступна только та информация о внутренней сети, которую шлюз считает нужным экспортировать. Шлюз на самом деле экранирует, то есть заслоняет, внутреннюю сеть от внешнего мира. В то же время субъектам внутренней сети кажется, что они напрямую общаются с объектами внешнего мира. Недостаток экранирующих шлюзов - отсутствие полной прозрачности, требующее специальных действий для поддержки каждого прикладного протокола.
Примером инструментария для построения экранирующих шлюзов является TIS Firewall Toolkit компании Trusted Information Systems.
В гибридных системах, таких как Firewall-1 компании Sun Microsystems, действительно удается объединить лучшие качества экранирующих систем, то есть получить надежную защиту, сохранить прозрачность для приложений и удержать накладные расходы в разумных пределах. Кроме того, появляются и очень ценные новые возможности, такие как отслеживание передачи информации в рамках датаграммных протоколов.
Важным понятием экранирования является зона риска, которая определяется как множество систем, которые становятся доступными злоумышленнику после преодоления экрана или какого-либо из его компонентов. Как правило, для повышения надежности защиты экран реализуют как совокупность элементов, так что "взлом" одного из них еще не открывает доступ ко всей внутренней сети. Пример возможной конфигурации многокомпонентного экрана представлен на рис. 3.
Рис. 3. Многокомпонентный экран

Рис. 3. Многокомпонентный экран

Рассмотрим требования к реальной системе, осуществляющей межсетевое экранирование. В большинстве случаев экранирующая система должна:
Экранирование позволяет поддерживать доступность сервисов внутри информационной системы, уменьшая или вообще ликвидируя нагрузку, инициированную внешней активностью. Уменьшается уязвимость внутренних сервисов безопасности, поскольку первоначально злоумышленник должен преодолеть экран, где защитные механизмы сконфигурированы особенно тщательно и жестко. Кроме того, экранирующая система, в отличие от универсальной, может быть устроена более простым и, следовательно, более надежным образом. Экранирование дает возможность контролировать информационные потоки, направленные во внешнюю область, обеспечивая режим конфиденциальности.
Таким образом, экранирование в сочетании с другими мерами безопасности использует идею многоуровневой защиты. За счет этого внутренняя сеть подвергается риску только в случае преодоления нескольких, по-разному организованных защитных рубежей.
Наличие инструмента межсетевого экранирования позволяет использовать его и для контроля доступа к информационным ресурсам организации по коммутируемым каналам связи. Для этого необходимо использовать устройство, называемое терминальным сервером. Терминальный сервер представляет собой программно-аппаратную конфигурацию, рассмотренную в следующем разделе. В качестве средства работы с коммутируемыми каналами связи предлагается терминальный сервер "Annex" компании "Bay Networks".

2.4. Особенности и преимущества предлагаемого решения

Конфигурация межсетевого экрана с экранирующей подсетью (рис. 3) является одной из наиболее надежных на сегодняшний день. Причиной этому является наличие по крайней мере трех уровней защиты:

Слабые места каждой из этих систем различны. Экранирующая подсеть позволяет также простое включение коммутируемых каналов связи в общий контур обеспечения безопасности. Критичным в случае предлагаемого решения будет эффективность работы экранирующего шлюза, его способность эффективно перерабатывать проходящую через экран информацию. Это, в свою очередь, требует установки программного обеспечения с малыми потерями в производительности системы на экранирующий компьютер-шлюз, который сам достаточно надежно защищен встроенными средствами ОС - например, компьютер фирмы SUN под управлением ОС Solaris c программой межсетевого экранирования Firewall-1.
Программа межсетевого экранирования Firewall-1 является лидером в своем классе программ - на ее основе построено более 4000 систем, что в четыре раза больше, чем у следующего за ним продукта. Причиной этому является ряд отличительных черт, которыми обладает указанная программа:
Одним из наиболее распространенных средств аутентификации удаленных пользователей является программа S/key компании Bellcore. Эта программа представляет собой средство обмена одноразовыми паролями, что делает невозможным несанкционированный доступ в систему, даже если эта информация кем-либо перехвачена. Программа S/key совместима со средствами аутентификации системы Firewall-1.

3. Технические аспекты обеспечения безопасности

В этом разделе мы более подробно рассмотрим основные аппаратные и программные компоненты, используемые для достижения защиты локальной сети организации.

3.1. Аппаратное обеспечение и компоновка системы безопасности

3.1.1. Структура экранирующего сегмента
В конфигурации firewall с экранирующей подсетью создается дополнительный сетевой сегмент, который размещается между Internet и локальной сетью организации. В типичном случае эта подсеть изолируется маршрутизаторами, которые могут выполнять роль фильтров.
Обычно экранирующая подсеть конфигурируется таким образом, чтобы обеспечить доступ к компьютерам подсети как из внешних сетей, так и изнутри. Однако, прямой обмен информационными пакетами между внешними и защищенными сетями невозможен.
Экранирующий шлюз является единственной точкой, к которой возможен доступ извне. Это предельно сужает зону риска, состоящую из шлюза и всех маршрутизаторов, осуществляющих связь между экранирующими подсетями, внешними сетями и закрытой локальной сетью.
При атаке системы с экранирующей подсетью необходимо преодолеть по крайней мере три независимых линии защиты, что является весьма сложной задачей. Средства мониторинга состояния компонент межсетевого экрана практически неизбежно обнаруживают подобную попытку и администратор системы своевременно может предпринять необходимые действия по предотвращению несанкционированного доступа.
В большинстве случаев работа экранирующей подсети очень сильно зависит от комплекта программного обеспечения, установленного на компьютере-шлюзе.
3.1.2. Конфигурация компьютера-шлюза
Компьютер-шлюз с программным обеспечением, несущим основную нагрузку, связанную с реализацией политики безопасности, является ключевым элементом межсетевого экрана. В связи с этим он должен удовлетворять ряду требований:

Приведенным требованиям удовлетворяют младшие модели серверов SPARC под управлением ОС Solaris. В данном случае рекомендуется модель SPARCstation 4 с ОЗУ 32 Мб и емкостью диска 1 Гб.
3.1.3. Обеспечения безопасности удаленного доступа
Работа удаленных пользователей, подключаемых через коммутируемые линии связи, также должна контролироваться в соответствии с политикой безопасности, проводимой в организации. Поскольку телефонные линии невозможно держать под контролем, необходимы дополнительные средства аутентификации пользователей. При этом каждый из легальных пользователей должен иметь возможность доступа к нужным ресурсам.
Типовое решение этой задачи - установка терминального сервера, который обладает необходимыми функциональными возможностями. Сетевой терминальный сервер Annex компании Bay Networks является системой с несколькими асинхронными портами и одним интерфейсом локальной сети. Обмен информацией между асинхронными портами и локальной сетью, осуществляется только после соответствующей авторизации и аутентификации внешнего пользователя.
Программное обеспечение терминального сервера предоставляет возможности администрирования и контроля сеансов связи через коммутируемые каналы.

3.2. Программное обеспечение и конфигурация

3.2.1. Программа Firewall-1
Программа Firewall-1 устанавливается на компьютер-шлюз и выполняет основные функции экранирования межсетевого доступа. Структурно Firewall-1 представляет собой административный модуль, управляющий набором модулей фильтров, установленных, соответственно, на маршрутизаторах, компьютере-бастионе и, при необходимости, на выделенных серверах внутри локальной сети.
В данном случае предлагается установка модулей фильтрации Firewall-1 на компьютер-шлюз и маршрутизаторы экранирующей подсети.
Работа с программой Firewall-1 состоит из следующих этапов:

Дополнительно включается трансляция адресов. Высокая производительность Firewall-1 и прозрачность программы для пользователей позволяет эффективно использовать его как инструмент межсетевого экранирования в соответствии с политикой безопасности предприятия.
3.2.2. Средство аутентификации S/key
Программа S/key предназначена для генерации одноразовых паролей, используемых для аутентификации удаленных пользователей. Основным преимуществом этой программы является отсутствие передачи пароля через общедоступные коммуникации. Это, в свою очередь, делает невозможным получение несанкционированного доступа путем перехвата сетевых пакетов, что возможно, например, в случае стандартных сервисов типа telnet.
В основе работы программы S/key лежит использование односторонних функций - функций, для которых восстановление значения аргумента по значению функции (обращение) требует практически недоступных вычислительных ресурсов. Работа S/key состоит из инициализации, когда пользовательский пароль используется как аргумент односторонней функции, применяемой последовательно N раз, и сеансовой аутентификации, которая сводится к следующему:
Таким образом, при использовании некриптографического средства обеспечивается проверка подлинности клиента, причем сеансовые пароли являются одноразовыми и не восстанавливаются с помощью предыдущих либо последующих паролей.
3.2.3. Модуль управления терминальным сервером
Модуль управления терминальным сервером Annex имеет достаточно продвинутые возможности обеспечения безопасности самого сервера и разграничения доступа клиентов, выполняя следующие функции:
Предлагается установка терминального сервера таким образом, чтобы его работа осуществлялась исключительно через компьютер-бастион и с использованием аутентификации одноразовыми паролями (S/key). Это позволит достичь необходимой степени безопасности при работе удаленных пользователей с информационными ресурсами организации.

3.3. Разработка и коррекция правил политики безопасности

При конфигурировании межсетевых экранов основные конструктивные решения заранее задаются политикой безопасности, принятой в организации. В описываемом случае необходимо рассмотреть два аспекта политики безопасности: политику доступа к сетевым сервисам и политику межсетевого экрана.
При формировании политики доступа к сетевым сервисам должны быть сформулированы правила доступа пользователей к различным сервисам, используемым в организации. Этот аспект, таким образом состоит из двух компонент.
База правил для пользователей описывает когда, какой пользователь (группа пользователей) каким сервисом и на каком компьютере может воспользоваться. Отдельно определяются условия работы пользователей вне локальной сети организации равно как и условия их аутентификации.
База правил для сервисов описывает набор сервисов, проходящих через сетевой экран, а также допустимые адреса клиентов серверов для каждого сервиса (группы сервисов).
В политике, регламентирующей работу межсетевого экрана, решения могут быть приняты как в пользу безопасности в ущерб легкости использования, так и наоборот. Есть два основных:

В первом случае межсетевой экран должен быть сконфигурирован таким образом, чтобы блокировать все, а его работа должна быть упорядочена на основе тщательного анализа опасности и риска. Это напрямую отражается на пользователях и они, вообще говоря, могут рассматривать экран просто как помеху. Такая ситуация заставляет накладывать повышенные требования на производительность экранирующих систем и повышает актуальность такого свойства, как "прозрачность" работы межсетевого экрана с точки зрения пользователей. Первый подход является более безопасным, поскольку предполагается, что администратор не знает, какие сервисы или порты безопасны, и какие "дыры" могут существовать в ядре или приложении разработчика программного обеспечения. Ввиду того, что многие производители программного обеспечения не спешат публиковать обнаруженные недостатки, существенные для информационной безопасности (что характерно для производителей так называемого "закрытого" программного обеспечения, крупнейшим из которых является Microsoft), этот подход является, несомненно, более консервативным. В сущности, он является признанием факта, что незнание может причинить вред.
Во втором случае, системный администратор работает в режиме реагирования, предсказывая, какие действия, отрицательно воздействующие на безопасность, могут совершить пользователи либо нарушители, и готовит защиту против таких действий. Это существенно восстанавливает администратора firewall против пользователей в бесконечных "гонках вооружений", которые могут оказаться весьма изматывающими. Пользователь может нарушить безопасность информационной системы, если не будет уверен в необходимости мер, направленных на обеспечение безопасности.

4. Заключение

Сравнение Internet с информационным городом стало банальностью. Тем не менее, в этом городе живут разные люди и, переезжая в него, следует помнить не только о благах цивилизации, но и о возможных опасностях. Грамотно сконфигурированные межсетевые экраны - весьма практичное и надежное средство защиты от внешних угроз.

[Назад] [Содержание] [Вперед]