Лекции по "Информационной безопасности"

Информационная безопасность. Лекция 14.

Выявление уязвимостей  компьютерных сетей

Системы обнаружения  атак

Существует три этапа осуществления  атаки. Первый, подготовительный, этап заключается в поиске предпосылок  для осуществления той или  иной атаки. На этом этапе ищутся уязвимости, использование которых приводит к реализации атаки, т.е. ко второму этапу. На третьем этапе завершается атака, "заметаются" следы и т.д. При этом первый и третий этапы сами по себе могут являться атаками. Например, поиск нарушителем уязвимостей при помощи сканеров безопасности, например, SATAN считается атакой.

Существующие механизмы защиты, реализованные в межсетевых экранах, серверах аутентификации, системах разграничения  доступа и т.д. работают только на втором этапе. Т.е. по существу они являются средствами блокирующими, а не упреждающими атаки. В абсолютном большинстве случаев они защищают от атак, которые уже находятся в процессе осуществления. И даже если они смогли предотвратить ту или иную атаку, то намного более эффективным было бы упреждение атак, т.е. устранение самих предпосылок реализации вторжений. Комплексная система обеспечения информационной безопасности должна работать на всех трех этапах осуществления атаки. И обеспечение адекватной защиты на третьем, завершающем, этапе не менее важно, чем на первых двух. Ведь только в этом случае можно реально оценить ущерб от "успешной" атаки, а также разработать меры по устранению дальнейших попыток реализовать аналогичную атаку.

Обнаруживать, блокировать и предотвращать  атаки можно несколькими путями. Первый, и самый распространенный, способ - это обнаружение уже реализуемых атак. Этот способ применяется в "классических" системах обнаружения атак (например, RealSecure компании Internet Security Systems), межсетевых экранах и т.п. Однако, "недостаток" средств данного класса в том, что атаки могут быть реализованы повторно. Второй путь - предотвратить атаки еще до их реализации. Осуществляется это путем поиска уязвимостей, которые могут быть использованы для реализации атаки. И, наконец, третий путь - обнаружение уже совершенных атак и предотвращение их повторного осуществления. Таким образом, системы обнаружения атак могут быть классифицированы по этапам осуществления атаки (рис.1.):

• Системы, функционирующие на первом этапе осуществления атак и позволяющие обнаружить уязвимости информационной системы, используемые нарушителем для реализации атаки. Иначе средства этой категории называются системами анализа защищенности (security assessment systems) или сканерами безопасности (security scanners). Обычно системы анализа защищенности не принято относить к классу средств обнаружения атак, однако, если следовать описанным выше этапам осуществления атаки, то такое отнесение вполне логично.
• Системы, функционирующие на втором этапе осуществления атаки и позволяющие обнаружить атаки в процессе их реализации, т.е. в режиме реального (или близкого к реальному) времени. Именно эти средства и принято считать системами обнаружения атак в классическом понимании. Помимо этого можно выделить такой класс средств обнаружения атак как обманные системы.
• Системы, функционирующие на третьем этапе осуществления атаки и позволяющие обнаружить уже совершенные атаки. Эти системы делятся на два класса - системы контроля целостности, обнаруживающие изменения контролируемых ресурсов, и системы анализа журналов регистрации.

Рисунок 1. Классификация систем обнаружения  атак по этапу осуществления атаки

Помимо этого, существует еще одна распространенная классификация систем обнаружения нарушения политики безопасности - по принципу реализации: host-based, т.е. обнаруживающие атаки, направленные на конкретный узел сети, и network-based, направленные на всю сеть или сегмент сети. Обычно на этом дальнейшая классификация останавливается. Однако системы класса host-based можно разделить еще на три подуровня:

• Application IDS (Intrusion Detection System), обнаруживающие атаки на конкретные приложения;
• OS IDS, обнаруживающие атаки на операционные системы;
• DBMS IDS, обнаруживающие атаки на системы управления базами данных.

Выделение обнаружения атак на системы управления базами данных (СУБД) в отдельную категорию связано с тем, что современные СУБД уже вышли из разряда обычных приложений и по многим своим характеристикам, в т.ч. и по сложности, приближаются к операционным системам. Таким образом, классификация систем обнаружения атак по уровню реализации выглядит следующим образом (рис.2):

Можно заметить, что это деление  соответствует уровням информационной системы предприятия.

Рисунок 2. Классификация  систем обнаружения атак по принципу реализации

Системы контроля целостности

Системы контроля целостности работают по замкнутому циклу, обрабатывая файлы, системные объекты и атрибуты системных объектов с целью получения  контрольных сумм; затем они сравнивают их с предыдущими контрольными суммами, отыскивая изменения. Когда изменение обнаружено, система посылает сообщение администратору, фиксируя время, соответствующее вероятному времени изменения. Если вновь вернуться к этапам реализации атаки, то системы этого класса функционируют на третьем этапе, т.е. они могут однозначно сказать, происходила атака (точнее изменение контролируемого объекта) или нет.

Обманные системы

Обычно, когда речь заходит об обмане в области информационной безопасности, то здесь используются методы, которые применяют злоумышленники, т.е. лазейки для обхода используемых средств защиты, будь то кража паролей и работа от имени авторизованного пользователя или несанкционированное использование модемов. Обман может сослужить хорошую службу не только для злоумышленников, но и для защиты корпоративных ресурсов. Существует множество различных вариантов использования обмана в благих целях:

1. Сокрытие
2. Камуфляж
3. Дезинформация

В той или иной мере эти механизмы  используются в практике работ отделов  безопасности. Однако, как правило, эти механизмы используются не для информационной, а для иных областей обеспечения безопасности (физическая, экономическая и т.д.).

В области информационной безопасности наибольшее распространение получил  первый метод - сокрытие. Ярким примером использования этого метода в целях обеспечения информационной безопасности можно назвать сокрытие сетевой топологии при помощи межсетевого экрана. Примером камуфляжа является следующий пример: каждая операционная система обладает присущим только ей представлением механизма идентификации пользователя, отличающимся цветом и типом шрифта, которым выдается приглашение, текстом приглашения и местом его расположения. И, наконец, в качестве примера дезинформации можно назвать использование заголовков (banner), которые бы давали понять злоумышленнику, что атакуемая им система якобы уязвима.

Работа систем 2 и 3 их реализующих заключается в том, что эти системы эмулируют те или иные известные уязвимости, которых в реальности не существует. Использование средств (deception systems), реализующих камуфляж и дезинформацию, приводит к следующему:

1. Увеличение числа выполняемых  нарушителем операций и действий. Так как заранее определить  является ли обнаруженная нарушителем  уязвимость истинной или нет,  злоумышленнику приходится выполнять  много дополнительных действий, чтобы выяснить это. И даже дополнительные действия не всегда помогают в этом. Например, попытка запустить программу подбора паролей (например, Crack для Unix или L0phtCrack(LC) для Windows) на сфальсифицированный и несуществующий в реальности файл, приведет к бесполезной трате времени без какого-либо видимого результата. Нападающий будет думать, что он не смог подобрать пароли, в то время как на самом деле программа "взлома" была просто обманута.

2. Получение возможности отследить  нападающих. За тот период времени, когда нападающие пытаются проверить все обнаруженные уязвимости, в т.ч. и фиктивные, администраторы безопасности могут проследить весь путь до нарушителя или нарушителей и предпринять соответствующие меры.

Например, в информационной системе используются от 5 до 10 зарезервированных портов (с номерами от 1 до 1024). К ним можно отнести порты, отвечающие за функционирование сервисов HTTP, FTP, SMTP, NNTP, NetBIOS, Echo, Telnet и т.д. Если обманные системы (например, RealSecure компании ISS) эмулируют использование еще 100 и более портов, то работа нападающего резко увеличивается и злоумышленник обнаружит не 5-10, а 100 открытых портов. При этом мало обнаружить открытый порт, надо еще попытаться использовать уязвимости, связанные с этим портом. И даже если нападающий автоматизирует эту работу путем использования соответствующих программных средств (Nmap, SATAN и т.д.), то число выполняемых им операций все равно существенно увеличивается, что приводит к быстрому снижению производительности его работы.

Средства анализа защищенности

Обнаружением уязвимостей занимаются системы анализа защищенности - сканеры безопасности или системы поиска уязвимостей. Они проводят всесторонние исследования заданных систем с целью обнаружения уязвимостей, которые могут привести к нарушениям политики безопасности. Результаты, полученные от средств анализа защищенности, представляют "мгновенный снимок" состояния защиты системы в данный момент времени. Несмотря на то, что эти системы не могут обнаруживать атаку в процессе ее развития, они могут определить потенциальную возможность реализации атак.

Технология анализа защищенности является действенным методом реализации политики сетевой безопасности прежде, чем осуществится попытка ее нарушения  снаружи или изнутри организации.

Одним из вариантов классификации  уязвимостей может служить классификация, отражающая этапы жизненного цикла  информационной системы (Таблица 1).

Таблица 1. Категории уязвимостей 

Наиболее опасны уязвимости проектирования, которые обнаруживаются и устраняются  с большим трудом. В этом случае, уязвимость свойственна проекту или алгоритму и, следовательно, даже совершенная его реализация (что в принципе невозможно) не избавит от заложенной в нем уязвимости. Например, уязвимость стека протоколов TCP/IP.

Смысл уязвимостей второй категории (уязвимости реализации) заключается в появлении ошибки на этапе реализации в программном или аппаратном обеспечении корректного с точки зрения безопасности проекта или алгоритма. Обнаруживаются и устраняются такого рода уязвимости относительно легко - путем обновления исполняемого кода или изменения исходного текста уязвимого ПО.

Последняя причина возникновения  уязвимостей - ошибки конфигурации программного или аппаратного обеспечения. К  их числу можно отнести, например, доступный, но не используемый на узле сервис Telnet, использование "слабых" паролей или паролей менее 6 символов, учетные записи (accounts) и пароли, остановленные по умолчанию (например, SYSADM или DBSNMP в СУБД Oracle), и т.д. Обнаружить и исправить такие уязвимости проще всего.

Системы анализа защищенности могут быть классифицированы по типам обнаруживаемых ими уязвимостей (Рис.3), описанных выше.

Системы анализа защищенности второго  и третьего классов получили наибольшее распространение среди конечных пользователей. Существует несколько  дополнительных классификаций этих систем. Например, системы анализа исходного текста и исполняемого кода тестируемого программно-аппаратного обеспечения и т.д. Первые также применяются обычно при сертификации программного обеспечения по требованиям безопасности. В большинстве случаев программное обеспечение поставляется в организации без исходных текстов. Кроме того, анализ исходных текстов требует высокой квалификации от обслуживающего их персонала. Отсутствие эффективных систем анализа исходных текстов не позволяет проводить такой анализ на качественном уровне. Именно поэтому большой интерес вызывают системы поиска уязвимостей в исполняемом коде, самым распространенным подклассом которых являются системы имитации атак, которые моделируют различные несанкционированные воздействия на компоненты информационной системы. Именно эти системы получили широкую известность во всем мире ввиду своей относительной простоты и дешевизны. Посредством таких имитаторов обнаруживаются уязвимости еще до того, как они будут использованы нарушителями для реализации атак. К числу систем данного класса можно отнести SATAN, Internet Scanner, Cisco Secure Scanner и т.д.

Системы имитации атак с одинаковым успехом обнаруживают не только уязвимости реализации, но и уязвимости эксплуатации. Функционировать системы анализа защищенности, в частности системы поиска уязвимостей реализации и эксплуатации, могут на всех уровнях информационной инфраструктуры любой компании, то есть на уровне сети, операционной системы, СУБД и прикладного программного обеспечения. Наибольшее распространение получили средства анализа защищенности сетевых сервисов и протоколов. Связано это, в первую очередь, с универсальностью используемых протоколов. Изученность и повсеместное использование таких стеков протоколов, как TCP/IP и т.п. позволяют с высокой степенью эффективности проверять защищенность корпоративной сети, работающей в данном сетевом окружении, независимо от того, какое программное обеспечение функционирует на более высоких уровнях. Примером такой системы является Internet Scanner компании ISS. Вторыми по распространенности являются средства анализа защищенности операционных систем. Связано это также с универсальностью и распространенностью некоторых операционных систем (например, UNIX и Windows). Однако, из-за того, что каждый производитель вносит в операционную систему свои изменения (ярким примером является множество разновидностей ОС UNIX), средства анализа защищенности ОС анализируют в первую очередь параметры, характерные для всего семейства одной ОС. И лишь для некоторых систем анализируются специфичные для нее параметры. Примером такой системы является System Scanner компании ISS.