Раздел 5. Вопрос 8. (53) Межсетевые экраны.

Межсетевой экран (МЭ) - это локальное (однокомпонентное) или функционально - распределенное программное (программно-аппаратное) средство (комплекс), реализующее контроль за информацией, поступающей в АС и/или выходящей из АС. МЭ обеспечивает защиту АС посредством фильтрации информации, т.е. ее анализа по совокупности критериев и принятия решения о ее распространении в (из) АС на основе заданных правил, проводя таким образом разграничение доступа субъектов из одной АС к объектам другой АС. Каждое правило запрещает или разрешает передачу информации определенного вида между субъектами и объектами. Как следствие, субъекты из одной АС получают доступ только к разрешенным информационным объектам из другой АС. Интерпретация набора правил выполняется последовательностью фильтров, которые разрешают или запрещают передачу данных (пакетов) на следующий фильтр или уровень протокола.

(определение из РД МЭ)

Межсетевые экраны – комплексное программное или аппаратное обеспечение, позволяющее на должном уровне безопасности контролировать количество и качество сетевых пакетов, проходящих через него. Межсетевой экран осуществляет анализ сетевого трафика, исходя из определенного набора правил, в соответствии с которыми осуществляется фильтрация всех данных.

(определение упрощенное для запоминания, Хабр)

Таким образом, основная задача МЭ (файервола, сетевого экрана, брандмауэра) – защита автономных узлов или общих компьютерных сетей от несанкционированного постороннего доступа, который может использовать данные в своих целях либо нанести непоправимый вред владельцу сети. Именно поэтому межсетевые экраны еще называют фильтрами, которые не пропускают не подходящие под прописанные в конфигурации критерии пакеты данных. Фильтрация сетевого трафика может осуществляться на любом уровне модели OSI. В качестве критериев может быть использована информация с разных уровней: номера портов, содержимое поля данных, адрес отправителя/получателя.

Государственные органы контроля информационных технологий определяют межсетевой экран более конкретно — как один из компонентов обширной системы информационной безопасности, включающей в себя ряд дополнительных характеристик для обеспечения ее эффективной работы. Межсетевой экран не является обязательным для приобретения владельцем сети. Не смотря на то, что он в полной мере отвечает за сохранность конфиденциальной информации, в настоящий момент подобная система защиты в РФ не распространена на должном уровне. В идеале она должна быть внедрена в каждую внутреннюю сеть, чтобы круглосуточно контролировать входящие/исходящие потоки информации. Система мониторинга защиты информации в некоторой степени заменяет в настоящий момент дополнительные средства защиты сети, однако этого не достаточно для определения личной системы безопасности как совокупности аппаратных обеспечений высокого уровня.

(Хабр)

Для любопытных хорошо написано о проблемах сертификации http://habrahabr.ru/post/246193/

Межсетевой экран (МЭ) выполняет функции разграничения информационных потоков на границе защищаемой автоматизированной системы. Это позволяет:

- повысить безопасность объектов внутренней среды за счёт игнорирования неавторизованных запросов из внешней среды;

- контролировать информационные потоки во внешнюю среду;

- обеспечить регистрацию процессов информационного обмена.

Контроль информационных потоков производится посредством фильтрации информации, т.е. анализа её по совокупности критериев и принятия решения о распространении в АС или из АС.

В зависимости от принципов функционирования, выделяют несколько классов межсетевых экранов. Основным классификационным признаком является уровень модели ISO/OSI, на котором функционирует МЭ.

1.      Фильтры пакетов.

Простейший класс межсетевых экранов, работающих на сетевом и транспортном уровнях модели ISO/OSI. Фильтрация пакетов обычно осуществляется по следующим критериям:

- IP-адрес источника;

- IP-адрес получателя;

- порт источника;

- порт получателя;

- специфические параметры заголовков сетевых пакетов.

Фильтрация реализуется путём сравнения перечисленных параметров заголовков сетевых пакетов с базой правил фильтрации.

Межсетевые экраны с пакетной фильтрацией могут также быть программными пакетами, базирующимися на операционных системах общего назначения (таких как Windows NT и Unix) либо на аппаратных платформах межсетевых экранов. Межсетевой экран имеет несколько интерфейсов, по одному на каждую из сетей, к которым подключен экран. Аналогично межсетевым экранам прикладного уровня, доставка трафика из одной сети в другую определяется

набором правил политики. Если правило не разрешает явным образом определенный трафик, то соответствующие пакеты будут отклонены или аннулированы межсетевым экраном. Правила политики усиливаются посредством

использования фильтров пакетов. Фильтры изучают пакеты и определяют, является ли трафик разрешенным, согласно

правилам политики и состоянию протокола (проверка с учетом состояния). Если протокол приложения функционирует

через TCP, определить состояние относительно просто, так как TCP сам по себе поддерживает состояния. Это означает,

что когда протокол находится в определенном состоянии, разрешена передача только определенных пакетов.

Рассмотрим в качестве примера последовательность установки соединения. Первый ожидаемый пакет - пакет SYN. Межсетевой экран обнаруживает этот пакет и переводит соединение в состояние SYN. В данном состоянии ожидается один из двух пакетов - либо SYN ACK (опознавание пакета и разрешение соединения) или пакет RST (сброс соединения по причине отказа в соединении получателем). Если в данном соединении появятся другие пакеты, межсетевой экран аннулирует или отклонит их, так как они не подходят для данного состояния соединения, даже если соединение разрешено набором правил. Если протоколом соединения является UDP, межсетевой экран с пакетной фильтрацией не может использовать присущее протоколу состояние, вместо чего отслеживает состояние трафика UDP. Как правило, межсетевой экран принимает внешний пакет UDP и ожидает входящий пакет от получателя, соответствующий исходному пакету по адресу и порту, в течение определенного времени. Если пакет принимается в течение этого отрезка времени, его передача разрешается. В противном случае межсетевой экран определяет, что трафик UDP не является ответом на запрос, и аннулирует его. При использовании межсетевого экрана с пакетной фильтрацией соединения не прерываются на межсетевом экране, а направляются непосредственно к конечной системе. При поступлении пакетов межсетевой экран выясняет, разрешен ли данный пакет и состояние соединения правилами политики. Если это так, пакет передается по своему маршруту. В противном случае пакет отклоняется или аннулируется.

Межсетевые экраны с фильтрацией пакетов не используют модули доступа для каждого

протокола и поэтому могут использоваться с любым протоколом, работающим через IP. Некоторые протоколы требуют распознавания межсетевым экраном выполняемых ими действий. Например, FTP будет использовать одно соединение для начального входа и команд, а другое – для передачи файлов. Соединения, используемые для передачи файлов, устанавливаются как часть соединения FTP, и поэтому межсетевой экран должен уметь считывать трафик и определять порты, которые будут использоваться новым соединением. Если межсетевой экран не поддерживает эту

функцию, передача файлов невозможна. Межсетевые экраны с фильтрацией пакетов имеют возможность поддержки большего объема трафика, т. к. в них отсутствует нагрузка, создаваемая дополнительными процедурами настройки и вычисления, имеющими место в программных модулях доступа. Межсетевые экраны, работающие только посредством фильтрации пакетов, не используют модули доступа, и поэтому трафик передается от клиента непосредственно на сервер. Если сервер будет атакован через открытую службу, разрешенную правилами политики межсетевого экрана,

межсетевой экран никак не отреагирует на атаку. Межсетевые экраны с пакетной фильтрацией также позволяют видеть извне внутреннюю структуру адресации. Внутренние адреса скрывать не требуется, так как соединения не прерываются на межсетевом экране.

2.      Шлюзы сеансового уровня

Данные межсетевые экраны работают на сеансовом уровне модели ISO/OSI. В отличие от фильтров пакетов, они могут контролировать допустимость сеанса связи, анализируя параметры протоколов сеансового уровня. 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.

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 «Атака SYN-flooding»), 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).

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.

3.      Шлюзы прикладного уровня

Межсетевые экраны данного класса позволяют фильтровать отдельные виды команд или наборы данных в протоколах прикладного уровня. Для этого используются прокси-сервисы – программы специального назначения, управляющие трафиком через межсетевой экран для определённых высокоуровневых протоколов (http, ftp, telnet и т.д.).

Если без использование прокси-сервисов сетевое соединение устанавливается между взаимодействующими сторонами A и B напрямую, то в случае использования прокси-сервиса появляется посредник – прокси-сервер, который самостоятельно взаимодействует со вторым участником информационного обмена. Такая схема позволяет контролировать допустимость использования отдельных команд протоколов высокого уровня, а также фильтровать данные, получаемые прокси-сервером извне; при этом прокси-сервер на основании установленных политик может принимать решение о возможности или невозможности передачи этих данных клиенту A.

Межсетевые экраны прикладного уровня, или прокси-экраны, представляют собой программные пакеты, базирующиеся на операционных системах общего назначения (таких как Windows NT и Unix) или на аппаратной платформе межсетевых экранов.

В межсетевом экране прикладного уровня каждому разрешаемому протоколу должен соответствовать свой собственный модуль доступа. Лучшими модулями доступа считаются те, которые построены специально для разрешаемого протокола. Например, модуль доступа FTP предназначен для протокола FTP и может определять, соответствует ли проходящий трафик этому протоколу и разрешен ли этот трафик правилами политики безопасности.

Межсетевой экран принимает соединение, анализирует содержимое пакета и используемый протокол и определяет, соответствует ли данный трафик правилам политики безопасности. При соответствии межсетевой экран инициирует новое соединение между своим внешним интерфейсом и системой-сервером.

Модуль доступа в межсетевом экране принимает входящее подключение и обрабатывает команды перед отправкой трафика получателю, и таким образом защищает системы от атак, выполняемых посредством приложений.

Межсетевые экраны прикладного уровня содержат модули доступа для наиболее часто используемых протоколов, таких как HTTP, SMTP, FTP и telnet. Некоторые модули доступа могут отсутствовать, что запрещает конкретному протоколу использоваться для соединения через межсетевой экран.

4.      Межсетевые экраны экспертного уровня.

Наиболее сложные межсетевые экраны, сочетающие в себе элементы всех трёх приведённых выше категорий. Вместо прокси-сервисов в таких экранах используются алгоритмы распознавания и обработки данных на уровне приложений. Большинство используемых в настоящее время межсетевых экранов относятся к категории экспертных. Наиболее известные и распространённые МЭ – CISCO PIX и CheckPoint FireWall-1. Производители межсетевых экранов прикладного уровня, из-за быстрого развития IT-технологий, пришли к выводу, что необходимо разработать метод поддержки протоколов, для которых не существует определенных модулей доступа. Так появилась технология модуля доступа Generic Services Proxy (GSP), которая разработана для поддержки модулями доступа прикладного уровня других протоколов, необходимых системе безопасности и при работе сетевых администраторов. GSP обеспечивает работу межсетевых экранов прикладного уровня в качестве экранов с пакетной фильтрацией. Разновидность межсетевых экранов с пакетной фильтрацией уже поставляются с модулем доступа SMTP. На нынешнее время фактически невозможно найти межсетевой экран, функционирование которого построено исключительно на прикладном уровне или фильтрации пакетов, так как оно позволяет администраторам, отвечающим за безопасность, настраивать устройство для работы в конкретных условиях.

(источник Ответы прошлого года)

Основным нормативным документом по МЭ является «Руководящий документ. Средства вычислительной техники. Межсетевые экраны. Защита от несанкционированного доступа к информации. Показатели защищенности от несанкционированного доступа к информации» (Утв. Гостехкомиссией  от 25 июля 1997 г.)

По нему МЭ представляет собой локальное (однокомпонентное) или функционально-распределенное средство (комплекс), реализующее контроль за информацией, поступающей в АС и/или выходящей из АС, и обеспечивает защиту АС посредством фильтрации информации, т.е. ее анализа по совокупности критериев и принятия решения о ее распространении в (из) АС.

Устанавливается пять классов защищенности МЭ.

Каждый класс характеризуется определенной минимальной совокупностью требований по защите информации.

Самый низкий класс защищенности - пятый, применяемый для безопасного взаимодействия АС класса 1Д с внешней средой, четвертый - для 1Г, третий - 1В, второй - 1Б, самый высокий - первый, применяемый для безопасного взаимодействия АС класса 1А с внешней средой.

Требования, предъявляемые к МЭ, не исключают требований, предъявляемых к средствам вычислительной техники (СВТ) и АС в соответствии с руководящими документами Гостехкомиссии России “Средства вычислительной техники. Защита от несанкционированного доступа к информации. Показатели защищенности от несанкционированного доступа к информации” и “Автоматизированные системы. Защита от несанкционированного доступа к информации. Классификация автоматизированных систем и требования по защите информации”.

При включении МЭ в АС определенного класса защищенности, класс защищенности совокупной АС, полученной из исходной путем добавления в нее МЭ, не должен понижаться.

Для АС класса 3Б, 2Б должны применяться МЭ не ниже 5 класса.

Для АС класса 3А, 2А в зависимости от важности обрабатываемой информации должны применяться МЭ следующих классов:

- при обработке информации с грифом “секретно” - не ниже 3 класса;

- при обработке информации с грифом “совершенно секретно” - не ниже 2 класса;

- при обработке информации с грифом “особой важности” - не ниже 1 класса.

Требования к межсетевым экранам

(источник РД МЭ)