Классификация межсетевых экранов. Что такое Межсетевой Экран? Для чего нужен? Примеры настройки параметров Безопасности

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.

Различают несколько типов межсетевых экранов в зависимости от следующих характеристик:

обеспечивает ли экран соединение между одним узлом и сетью или между двумя или более различными сетями;

происходит ли контроль потока данных на сетевом уровне или более высоких уровнях модели OSI;

отслеживаются ли состояния активных соединений или нет.

В зависимости от охвата контролируемых потоков данных межсетевые экраны подразделяются на:

традиционный сетевой (или межсетевой) экран – программа (или неотъемлемая часть операционной системы) на шлюзе (устройстве, передающем трафик между сетями) или аппаратное решение, контролирующие входящие и исходящие потоки данных между подключенными сетями (объектами распределённой сети);

персональный межсетевой экран – программа, установленная на пользова-тельском компьютере и предназначенная для защиты от несанкционированного доступа только этого компьютера.

В зависимости от уровня OSI, на котором происходит контроль доступа, сетевые экраны могут работать на:

сетевом уровне , когда фильтрация происходит на основе адресов отправителя и получателя пакетов, номеров портов транспортного уровня модели OSI и статических правил, заданных администратором;

сеансовом уровне (также известные, как stateful ), когда отслеживаются сеансы между приложениями и не пропускаются пакеты, нарушающие спецификации TCP/IP, часто используемые в злонамеренных операциях – сканирование ресурсов, взломы через неправильные реализации TCP/IP, обрыв/замедление соединений, инъекция данных;

прикладном уровне (или уровне приложений), когда фильтрация производится на основании анализа данных приложения, передаваемых внутри пакета. Такие типы экранов позволяют блокировать передачу нежелательной и потенциально опасной информации на основании политик и настроек.

Фильтрация на сетевом уровне

Фильтрация входящих и исходящих пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в следующих полях TCP- и IP-заголовков пакетов: IP-адрес отправителя; IP-адрес получателя; порт отправителя; порт получателя.

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 ненадежными.

сравнительно невысокая стоимость;

гибкость в определении правил фильтрации;

небольшая задержка при прохождении пакетов.

Недостатки:

не собирает фрагментированные пакеты;

нет возможности отслеживать взаимосвязи (соединения) между пакетами.?

Фильтрация на сеансовом уровне

В зависимости от отслеживания активных соединений межсетевые экраны могут быть:

stateless (простая фильтрация), которые не отслеживают текущие соединения (например, TCP), а фильтруют поток данных исключительно на основе статических правил;

stateful, stateful packet inspection (SPI) (фильтрация с учётом контекста), с отслеживанием текущих соединений и пропуском только таких пакетов, которые удовлетворяют логике и алгоритмам работы соответствующих протоколов и приложений.

Межсетевые экраны с SPI позволяют эффективнее бороться с различными видами DoS-атак и уязвимостями некоторых сетевых протоколов. Кроме того, они обеспечивают функционирование таких протоколов, как H.323, SIP, FTP и т. п., которые используют сложные схемы передачи данных между адресатами, плохо поддающиеся описанию статическими правилами, и зачастую несовместимых со стандартными, stateless сетевыми экранами.

К преимуществам такой фильтрации относится:

анализ содержимого пакетов;

не требуется информации о работе протоколов 7 уровня.

Недостатки:

сложно анализировать данные уровня приложений (возможно с использованием ALG – Application level gateway).

Application level gateway, ALG (шлюз прикладного уровня) – компонент NAT-маршрутизатора, который понимает какой-либо прикладной протокол, и при прохождении через него пакетов этого протокола модифицирует их таким образом, что находящиеся за NAT’ом пользователи могут пользоваться протоколом.

Служба ALG обеспечивает поддержку протоколов на уровне приложений (таких как SIP, H.323, FTP и др.), для которых подмена адресов/портов (Network Address Translation) недопустима. Данная служба определяет тип приложения в пакетах, приходящих со стороны интерфейса внутренней сети и соответствующим образом выполняя для них трансляцию адресов/портов через внешний интерфейс.

Технология SPI (Stateful Packet Inspection) или технология инспекции пакетов с учетом состояния протокола на сегодня является передовым методом контроля трафика. Эта технология позволяет контролировать данные вплоть до уровня приложения, не требуя при этом отдельного приложения посредника или proxy для каждого защищаемого протокола или сетевой службы.

Исторически эволюция межсетевых экранов происходила от пакетных фильтров общего назначения, затем стали появляться программы-посредники для отдельных протоколов, и, наконец, была разработана технология stateful inspection. Предшествующие технологии только дополняли друг друга, но всеобъемлющего контроля за соединениями не обеспечивали. Пакетным фильтрам недоступна информация о состоянии соединения и приложения, которая необходима для принятия заключительного решения системой безопасности. Программы-посредники обрабатывают только данные уровня приложения, что зачастую порождает различные возможности для взлома системы. Архитектура stateful inspection уникальна потому, что она позволяет оперировать всей возможной информацией, проходящей через машину-шлюз: данными из пакета, данными о состоянии соединения, данными, необходимыми для приложения.

Пример работы механизма Stateful Inspection . Межсетевой экран отслеживает сессию FTP, проверяя данные на уровне приложения. Когда клиент запрашивает сервер об открытии обратного соединения (команда FTP PORT), межсетевой экран извлекает номер порта из этого запроса. В списке запоминаются адреса клиента и сервера, номера портов. При фиксировании попытки установить соединение FTP-data, межсетевой экран просматривает список и проверяет, действительно ли данное соединение является ответом на допустимый запрос клиента. Список соединений поддерживается динамически, так что открыты только необходимые порты FTP. Как только сессия закрывается, порты блокируются, обеспечивая высокий уровень защищенности.

Рис. 2.12. Пример работы механизма Stateful Inspection с FTP-протоколом

Фильтрация на прикладном уровне

С целью защиты ряда уязвимых мест, присущих фильтрации пакетов, межсетевые экраны должны использовать прикладные программы для фильтрации соединений с такими сервисами, как, например, Telnet, HTTP, 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 (уровне приложений – верхний уровень сетевой модели) и может анализировать содержимое данных, например, адрес URL, содержащийся в HTTP-сообщении, или команду, содержащуюся в FTP-сообщении. Иногда эффективнее бывает фильтрация пакетов, основанная на информации, содержащейся в самих данных. Фильтры пакетов и фильтры уровня канала не используют содержимое информационного потока при принятии решений о фильтрации, но это можно сделать с помощью фильтрации уровня приложений. Фильтры уровня прил ожений могут использовать информацию из заголовка пакета, а также содержимого данных и информации о пользователе. Администраторы могут использовать фильтрацию уровня приложений для контроля доступа на основе идентичности пользователя и/или на основе конкретной задачи, которую пытается осуществить пользователь. В фильтрах уровня приложений можно установить правила на основе отдаваемых приложением команд. Например, администратор может запретить конкретному пользователю скачивать файлы на конкретный компьютер с помощью FTP или разрешить пользователю размещать файлы через FTP на том же самом компьютере.

К преимуществам такой фильтрации относится:

простые правила фильтрации;

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;

способность анализировать данные приложений.

Недостатки:

относительно низкая производительность по сравнению с фильтрацией пакетов;

proxy должен понимать свой протокол (невозможность использования с неизвестными протоколами)?;

как правило, работает под управлением сложных ОС.

Цель данной статьи - сравнить сертифицированные межсетевые экраны, которые можно использовать при защите ИСПДн. В обзоре рассматриваются только сертифицированные программные продукты, список которых формировался из реестра ФСТЭК России.

Выбор межсетевого экрана для определенного уровня защищенности персональных данных

В данном обзоре мы будем рассматривать межсетевые экраны, представленные в таблице 1. В этой таблице указано название межсетевого экрана и его класс. Данная таблица будет особенно полезна при подборе программного обеспечения для защиты персональных данных.

Таблица 1. Список сертифицированных ФСТЭК межсетевых экранов

Программный продукт	Класс МЭ
МЭ «Блокпост-Экран 2000/ХР»	4
Специальное программное обеспечение межсетевой экран «Z-2», версия 2	2
Средство защиты информации TrustAccess	2
Средство защиты информации TrustAccess-S	2
Межсетевой экран StoneGate Firewall	2
Средство защиты информации Security Studio Endpoint Protection Personal Firewall	4
Программный комплекс «Сервер безопасности CSP VPN Server.Версия 3.1»	3
Программный комплекс «Шлюз безопасности CSP VPN Gate.Версия 3.1»	3
Программный комплекс «Клиент безопасности CSP VPN Client. Версия 3.1»	3
Программный комплекс межсетевой экран «Ideco ICS 3»	4
Программный комплекс «Трафик Инспектор 3.0»	3
Средство криптографической защиты информации «Континент-АП». Версия 3.7	3
Межсетевой экран «Киберсейф: Межсетевой экран»	3
Программный комплекс «Интернет-шлюз Ideco ICS 6»	3
VipNet Office Firewall	4

Все эти программные продукты, согласно реестру ФСТЭК, сертифицированы как межсетевые экраны.
Согласно приказу ФСТЭК России №21 от 18 февраля 2013 г. для обеспечения 1 и 2 уровней защищенности персональных данных (далее ПД) применяются межсетевые экраны не ниже 3 класса в случае актуальности угроз 1-го или 2-го типов или взаимодействия информационной системы (ИС) с сетями международного информационного обмена и межсетевые экраны не ниже 4 класса в случае актуальности угроз 3-го типа и отсутствия взаимодействия ИС с Интернетом.

Для обеспечения 3 уровня защищенности ПД подойдут межсетевые экраны не ниже 3 класса (или 4 класса, в случае актуальности угроз 3-го типа и отсутствия взаимодействия ИС с Интернетом). А для обеспечения 4 уровня защищенности подойдут самые простенькие межсетевые экраны - не ниже 5 класса. Таковых, впрочем, в реестре ФСТЭК на данный момент не зарегистрировано. По сути, каждый из представленных в таблице 1 межсетевых экранов может использоваться для обеспечения 1-3 уровней защищенности при условии отсутствия угроз 3-го типа и отсутствия взаимодействия с Интернетом. Если же имеется соединение с Интернетом, то нужен межсетевой экран как минимум 3 класса.

Сравнение межсетевых экранов

Межсетевым экранам свойственен определенный набор функций. Вот и посмотрим, какие функции предоставляет (или не предоставляет) тот или иной межсетевой экран. Основная функция любого межсетевого экрана - это фильтрация пакетов на основании определенного набора правил. Не удивительно, но эту функцию поддерживают все брандмауэры.

Также все рассматриваемые брандмауэры поддерживают NAT. Но есть довольно специфические (но от этого не менее полезные) функции, например, маскировка портов, регулирование нагрузки, многопользовательских режим работы, контроль целостности, развертывание программы в ActiveDirectory и удаленное администрирование извне. Довольно удобно, согласитесь, когда программа поддерживает развертывание в ActiveDirectory - не нужно вручную устанавливать ее на каждом компьютере сети. Также удобно, если межсетевой экран поддерживает удаленное администрирование извне - можно администрировать сеть, не выходя из дому, что будет актуально для администраторов, привыкших выполнять свои функции удаленно.

Наверное, читатель будет удивлен, но развертывание в ActiveDirectory не поддерживают много межсетевых экранов, представленных в таблице 1, то же самое можно сказать и о других функциях, таких как регулирование нагрузки и маскировка портов. Дабы не описывать, какой из межсетевых экранов поддерживает ту или иную функцию, мы систематизировали их характеристики в таблице 2.

Таблица 2. Возможности брандмауэров

Как будем сравнивать межсетевые экраны?

Основная задача межсетевых экранов при защите персональных - это защита ИСПДн. Поэтому администратору часто все равно, какими дополнительными функциями будет обладать межсетевой экран. Ему важны следующие факторы:

1. Время защиты . Здесь понятно, чем быстрее, тем лучше.
2. Удобство использования . Не все межсетевые экраны одинаково удобны, что и будет показано в обзоре.
3. Стоимость . Часто финансовая сторона является решающей.
4. Срок поставки . Нередко срок поставки оставляет желать лучшего, а защитить данные нужно уже сейчас.

Безопасность у всех межсетевых экранов примерно одинаковая, иначе у них бы не было сертификата.

Брандмауэры в обзоре

Далее мы будем сравнивать три межсетевых экрана - VipNet Office Firewall, Киберсейф Межсетевой экран и TrustAccess.
Брандмауэр TrustAccess - это распределенный межсетевой экран с централизованным управлением, предназначенный для защиты серверов и рабочих станций от несанкционированного доступа, разграничения сетевого доступа к ИС предприятия.
Киберсейф Межсетевой экран - мощный межсетевой экран, разработанный для защиты компьютерных систем и локальной сети от внешних вредоносных воздействий.
ViPNet Office Firewall 4.1 - программный межсетевой экран, предназначенный для контроля и управления трафиком и преобразования трафика (NAT) между сегментов локальных сетей при их взаимодействии, а также при взаимодействии узлов локальных сетей с ресурсами сетей общего пользования.

Время защиты ИСПДн

Что такое время защиты ИСПДн? По сути, это время развертывания программы на все компьютеры сети и время настройки правил. Последнее зависит от удобства использования брандмауэра, а вот первое - от приспособленности его установочного пакета к централизованной установке.

Все три межсетевых экрана распространяются в виде пакетов MSI, а это означает, что можно использовать средства развертывания ActiveDirectory для их централизованной установки. Казалось бы все просто. Но на практике оказывается, что нет.

На предприятии, как правило, используется централизованное управление межсетевыми экранами. А это означает, что на какой-то компьютер устанавливается сервер управления брандмауэрами, а на остальные устанавливаются программы-клиенты или как их еще называют агенты. Проблема вся в том, что при установке агента нужно задать определенные параметры - как минимум IP-адрес сервера управления, а может еще и пароль и т.д.
Следовательно, даже если вы развернете MSI-файлы на все компьютеры сети, настраивать их все равно придется вручную. А этого бы не очень хотелось, учитывая, что сеть большая. Даже если у вас всего 50 компьютеров вы только вдумайтесь - подойти к каждому ПК и настроить его.

Как решить проблему? А проблему можно решить путем создания файла трансформации (MST-файла), он же файл ответов, для MSI-файла. Вот только ни VipNet Office Firewall, ни TrustAccess этого не умеют. Именно поэтому, кстати, в таблице 2 указано, что нет поддержки развертывания Active Directory. Развернуть то эти программы в домене можно, но требуется ручная работа администратора.

Конечно, администратор может использовать редакторы вроде Orca для создания MST-файла.

Рис. 1. Редактор Orca. Попытка создать MST-файл для TrustAccess.Agent.1.3.msi

Но неужели вы думаете, что все так просто? Открыл MSI-файл в Orca, подправил пару параметров и получил готовый файл ответов? Не тут то было! Во-первых, сам Orca просто так не устанавливается. Нужно скачать Windows Installer SDK, из него с помощью 7-Zip извлечь orca.msi и установить его. Вы об этом знали? Если нет, тогда считайте, что потратили минут 15 на поиск нужной информации, загрузку ПО и установку редактора. Но на этом все мучения не заканчиваются. У MSI-файла множество параметров. Посмотрите на рис. 1 - это только параметры группы Property. Какой из них изменить, чтобы указать IP-адрес сервера? Вы знаете? Если нет, тогда у вас два варианта: или вручную настроить каждый компьютер или обратиться к разработчику, ждать ответ и т.д. Учитывая, что разработчики иногда отвечают довольно долго, реально время развертывания программы зависит только от скорости вашего перемещения между компьютерами. Хорошо, если вы заблаговременно установили инструмент удаленного управления - тогда развертывание пройдет быстрее.

Киберсейф Межсетевой экран самостоятельно создает MST-файл, нужно лишь установить его на один компьютер, получить заветный MST-файл и указать его в групповой политике. О том, как это сделать, можно прочитать в статье «Разграничение информационных систем при защите персональных данных» . За какие-то полсача (а то и меньше) вы сможете развернуть межсетевой экран на все компьютеры сети.

Именно поэтому Киберсейф Межсетевой экран получает оценку 5, а его конкуренты - 3 (спасибо хоть инсталляторы выполнены в формате MSI, а не.exe).

Продукт	Оценка
VipNet Office Firewall
Киберсейф Межсетевой экран
TrustAccess

Удобство использования

Брандмауэр - это не текстовый процессор. Это довольно специфический программный продукт, использование которого сводится к принципу «установил, настроил, забыл». С одной стороны, удобство использования - второстепенный фактор. Например, iptables в Linux нельзя назвать удобным, но ведь им же пользуются? С другой - чем удобнее брандмауэр, тем быстрее получится защитить ИСПДн и выполнять некоторые функции по ее администрированию.

Что ж, давайте посмотрим, насколько удобны рассматриваемые межсетевые экраны в процессе создания и защиты ИСПДн.

Начнем мы с VipNet Office Firewall, который, на наш взгляд, не очень удобный. Выделить компьютеры в группы можно только по IP-адресам (рис. 2). Другими словами, есть привязка к IP-адресам и вам нужно или выделять различные ИСПДн в разные подсети, или же разбивать одну подсеть на диапазоны IP-адресов. Например, есть три ИСПДн: Управление, Бухгалтерия, IT. Вам нужно настроить DHCP-сервер так, чтобы компьютерам из группы Управление «раздавались» IP-адреса из диапазона 192.168.1.10 - 192.168.1.20, Бухгалтерия 192.168.1.21 - 192.168.1.31 и т.д. Это не очень удобно. Именно за это с VipNet Office Firewall будет снят один балл.

Рис. 2. При создании групп компьютеров наблюдается явная привязка к IP-адресу

В межсетевом экране Киберсейф, наоборот, нет никакой привязки к IP-адресу. Компьютеры, входящие в состав группы, могут находиться в разных подсетях, в разных диапазонах одной подсети и даже находиться за пределами сети. Посмотрите на рис. 3. Филиалы компании расположены в разных городах (Ростов, Новороссийск и т.д.). Создать группы очень просто - достаточно перетащить имена компьютеров в нужную группу и нажать кнопку Применить . После этого можно нажать кнопку Установить правила для формирования специфических для каждой группы правил.

Рис. 3. Управление группами в Киберсейф Межсетевой экран

Что касается TrustAccess, то нужно отметить тесную интеграцию с самой системой. В конфигурацию брандмауэра импортируются уже созданные системные группы пользователей и компьютеров, что облегчает управление межсетевым экраном в среде ActiveDirectory. Вы можете не создавать ИСПДн в самом брандмауэре, а использовать уже имеющиеся группы компьютеров в домене Active Directory.

Рис. 4. Группы пользователей и компьютеров (TrustAccess)

Все три брандмауэра позволяют создавать так называемые расписания, благодаря которым администратор может настроить прохождение пакетов по расписанию, например, запретить доступ к Интернету в нерабочее время. В VipNet Office Firewall расписания создаются в разделе Расписания (рис. 5), а в Киберсейф Межсетевой экран время работы правила задается при определении самого правила (рис. 6).

Рис. 5. Расписания в VipNet Office Firewall

Рис. 6. Время работы правила в Киберсейф Межсетевой экран

Рис. 7. Расписание в TrustAccess

Все три брандмауэра предоставляют очень удобные средства для создания самих правил. А TrustAccess еще и предоставляет удобный мастер создания правила.

Рис. 8. Создание правила в TrustAccess

Взглянем на еще одну особенность - инструменты для получения отчетов (журналов, логов). В TrustAccess для сбора отчетов и информации о событиях нужно установить сервер событий (EventServer) и сервер отчетов (ReportServer). Не то, что это недостаток, а скорее особенность («feature», как говорил Билл Гейтс) данного брандмауэра. Что касается, межсетевых экранов Киберсейф и VipNet Office, то оба брандмауэра предоставляют удобные средства просмотра журнала IP-пакетов. Разница лишь в том, что у Киберсейф Межсетевой экран сначала отображаются все пакеты, и вы можете отфильтровать нужные, используя возможности встроенного в заголовок таблицы фильтра (рис. 9). А в VipNet Office Firewall сначала нужно установить фильтры, а потом уже просмотреть результат.

Рис. 9. Управление журналом IP-пакетов в Киберсейф Межсетевой экран

Рис. 10. Управление журналом IP-пакетов в VipNet Office Firewall

С межсетевого экрана Киберсейф пришлось снять 0.5 балла за отсутствие функции экспорта журнала в Excel или HTML. Функция далеко не критическая, но иногда полезно просто и быстро экспортировать из журнала несколько строк, например, для «разбора полетов».

Итак, результаты этого раздела:

Продукт	Оценка
VipNet Office Firewall
Киберсейф Межсетевой экран
TrustAccess

Стоимость

Обойти финансовую сторону вопроса просто невозможно, ведь часто она становится решающей при выборе того или иного продукта. Так, стоимость одной лицензии ViPNet Office Firewall 4.1 (лицензия на 1 год на 1 компьютер) составляет 15 710 р. А стоимость лицензии на 1 сервер и 5 рабочих станций TrustAccess обойдется в 23 925 р. Со стоимостью данных программных продуктов вы сможете ознакомиться по ссылкам в конце статьи.

Запомните эти две цифры 15710 р. за один ПК (в год) и 23 925 р. за 1 сервер и 5 ПК (в год). А теперь внимание: за эти деньги можно купить лицензию на 25 узлов Киберсейф Межсетевой экран (15178 р.) или немного добавить и будет вполне достаточно на лицензию на 50 узлов (24025 р.). Но самое главное в этом продукте - это не стоимость. Самое главное - это срок действия лицензии и технической поддержки. Лицензия на Киберсейф Межсетевой экран - без срока действия, как и техническая поддержка. То есть вы платите один раз и получаете программный продукт с пожизненной лицензией и технической поддержкой.

Продукт	Оценка
VipNet Office Firewall
Киберсейф Межсетевой экран
TrustAccess

Срок поставки

По нашему опыту время поставки VipNet Office Firewall составляет около 2-3 недель после обращения в ОАО «Инфотекс». Честно говоря, это довольно долго, учитывая, что покупается программный продукт, а не ПАК.
Время поставки TrustAccess, если заказывать через «Софтлайн», составляет от 1 дня. Более реальный срок - 3 дня, учитывая некоторую задержку «Софтлайна». Хотя могут поставить и за 1 день, здесь все зависит от загруженности «Софтлайна». Опять-таки - это личный опыт, реальный срок конкретному заказчику может отличаться. Но в любом случае срок поставки довольно низкий, что нельзя не отметить.

Что касается программного продукта КиберСейф Межсетевой экран, то производитель гарантирует поставку электронной версии в течение 15 минут после оплаты.

Продукт	Оценка
VipNet Office Firewall
Киберсейф Межсетевой экран
TrustAccess

Что выбрать?

Если ориентироваться только по стоимости продукта и технической поддержки, то выбор очевиден - Киберсейф Межсетевой экран. Киберсейф Межсетевой экран обладает оптимальным соотношением функционал/цена. С другой стороны, если вам нужна поддержка Secret Net, то нужно смотреть в сторону TrustAccess. А вот VipNet Office Firewall можем порекомендовать разве что как хороший персональный брандмауэр, но для этих целей существует множество других и к тому же бесплатных решений.

Обзор выполнен специалистами
компании-интегратора ООО «ДОРФ»

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.

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.

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 . 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 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.