Обнаружение атак. 
Поиск уязвимостей компонентов информационной системы

Обнаружение атак. Поиск уязвимостей компонентов информационной системы

• СОДЕРЖАНИЕ
• ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. КОНЦЕПЦИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ
• 1.1 Этапы осуществления атаки
• 1.2 Адаптивное управление безопасностью
• 2. ТЕХНОЛОГИЯ АНАЛИЗА ЗАЩИЩЕННОСТИ
• 2.1 Средства анализа защищенности сетевых протоколов и сервисов
• 2.2 Средства анализа защищенности ОС
• 3. ТЕХНОЛОГИИ ОБНАРУЖЕНИЯ АТАК
• 3.1 Методы анализа сетевой информации
• 3.2 Классификация систем обнаружения атак IDS
• 3.3 Поиск уязвимостей в современных системах IDS
• 3.3.1 Метод поиска различий
• 3.3.2 Проведение тестирования
• 3.3.3 Результаты исследований
• 3.3.4 Поиск уязвимостей в IDS
• 3.4 Компоненты и архитектура IDS
• 3.5 Методы реагирования на атаки
• ВЫВОДЫ
• ЛИТЕРАТУРА
• ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
• КИС — корпоративные информационные системы
• СИБ — система информационной безопасности
• ОС — операционная система
• ПО — программное обеспечение
• СУБД — системы управления базы данных
• ИС — информационная система
• БД — база данных
• IDS — Intrusion Detection System
• ВВЕДЕНИЕ

Интернет сегодня — это технология, кардинально меняющая весь уклад нашей жизни: темпы научно-технического прогресса, характер работы, способы общения. Эффективное применение информационных технологий является общепризнанным стратегическим фактором роста конкурентоспособности компании. Многие предприятия в мире переходят к использованию широких возможностей Интернета и электронного бизнеса, неотъемлемый элемент которого — электронные транзакции (по интернету и другим публичным сетям).

Электронная коммерция, продажа информации в режиме on-line и многие другие услуги становятся основными видами деятельности для многих компаний, а их корпоративные информационные системы (КИС) — главным инструментом управления бизнесом и, фактически, важнейшим средством производства.

Важным фактором, влияющим на развитие КИС предприятия, является поддержание массовых и разнообразных связей предприятия через Интернет с одновременным обеспечением безопасности этих коммуникаций. Поэтому решение проблем информационной безопасности, связанных с широким распространением Internet, Intranet и Extranet — одна из самых актуальных задач, стоящих перед разработчиками и поставщиками информационных технологий.

Задача обеспечения информационной безопасности КИС традиционно решается построением системы информационной безопасности (СИБ), определяющим требованием к которой является сохранение вложенных в построение КИС инвестиций. Иначе говоря, СИБ должна функционировать абсолютно прозрачно для уже существующих в КИС приложений и быть полностью совместимой с используемыми в КИС сетевыми технологиями.

Создаваемая СИБ предприятия должна учитывать появление новых технологий и сервисов, а также удовлетворять общим требованиям, предъявляемым сегодня к любым элементам КИС, таким как:

применение открытых стандартов',

использование интегрированных решений;

обеспечение масштабирования в широких пределах. Переход на открытые стандарты составляет одну из главных тенденций развития средств информационной безопасности. Такие стандарты как IPSec и PKI обеспечивают защищенность внешних коммуникаций предприятий и совместимость с соответствующими продуктами предприятий-партнеров или удаленных клиентов. Цифровые сертификаты Х.509 также являются на сегодня стандартной основой для аутентификации пользователей и устройств. Перспективные средства защиты безусловно должны поддерживать эти стандарты сегодня.

Под интегрированными решениями понимается как интеграция средств защиты с остальными элементами сети (ОС, маршрутизаторами, службами каталогов, серверами QoS-политики и т. п.), так и интеграция различных технологий безопасности между собой для обеспечения комплексной защиты информационных ресурсов предприятия, например интеграция межсетевого экрана с VPN-шлюзом и транслятором IP-адресов.

По мере роста и развития КИС система информационной безопасности должна иметь возможность легко масштабироваться без потери целостности и управляемости. Масштабируемость средств защиты позволяет подбирать оптимальное по стоимости и надежности решение с возможностью постепенного наращивания системы защиты. Масштабирование обеспечивает эффективную работу предприятия при наличии у него многочисленных филиалов, десятков предприятий-партнеров, сотен удаленных сотрудников и миллионов потенциальных клиентов.

Для того чтобы обеспечить надежную защиту ресурсов КИС, в СИБ должны быть реализованы самые прогрессивные и перспективные технологии информационной защиты. К ним относятся:

криптографическая защита данных для обеспечения конфиденциальности, целостности и подлинности информации;

технологии аутентификации для проверки подлинности пользователей и объектов сети;

технологии межсетевых экранов для защиты корпоративной сети от внешних угроз при подключении к общедоступным сетям связи;

технологии виртуальных защищенных каналов и сетей VPN для защиты информации, передаваемой по открытым каналам связи;

гарантированная идентификация пользователей путем применения токенов (смарт-карт, touch-memory, ключей для USB-портов и т. п.) и других средств аутентификации;

управление доступом на уровне пользователей и защита от несанкционированного доступа к информации;

поддержка инфраструктуры управления открытыми ключами PKI;

технологии обнаружения вторжений (Intrusion Detection) для активного исследования защищенности информационных ресурсов;

технологии защиты от вирусов с использованием специализированных комплексов антивирусной профилактики и защиты;

централизованное управление СИБ на базе единой политики безопасности предприятия;

комплексный подход к обеспечению информационной безопасности, обеспечивающий рациональное сочетание технологий и средств информационной защиты.

1. КОНЦЕПЦИЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ

1.1 Этапы осуществления атаки

Атакой на КИС считается любое действие, выполняемое нарушителем для реализации угрозы путем использования уязвимостей КИС. Под уязвимостью КИС понимается любая характеристика или элемент КИС, использование которых нарушителем может привести к реализации угрозы.

Архитектура КИС включает в себя четыре уровня.

ѕ уровень прикладного программного обеспечения (ПО), отвечающий за взаимодействие с пользователем. Примером элементов ИС, работающих на этом уровне, можно назвать текстовый редактор WinWord, редактор электронных таблиц Excel, почтовую программу Outlook и т. д.

ѕ уровень системы управления базами данных (СУБД), отвечающий за хранение и обработку данных ИС. Примером элементов ИС, работающих на этом уровне, можно назвать СУБД Oracle, MS SQL Server, Sybase и MS Access.

ѕ уровень операционной системы (ОС), отвечающий за обслуживание СУБД и прикладного ПО. Примером элементов ИС, работающих на этом уровне, можно назвать ОС Microsoft Windows NT/2000/XP, Sun Solaris, Novell Netware.

ѕ уровень сети, отвечающий за взаимодействие узлов ИС. Примером элементов ИС, работающих на этом уровне, можно назвать стеки протоколов TCP/IP, IPS/SPX и SMB/NetBIOS.

Злоумышленник располагает широким спектром возможностей для нарушения безопасности КИС. Эти возможности могут быть реализованы на всех четырех перечисленных выше уровнях КИС. Например, для получения НСД к финансовой информации в СУБД MS SQL Server злоумышленник может реализовать одну из следующих возможностей:

a) перехватить передаваемые по сети данные (уровень сети);

b) прочитать файлы БД, обращаясь непосредственно к файловой системе (уровень ОС);

c) прочитать нужные данные средствами самой СУБД (уровень СУБД);

d) прочитать записи БД при помощи SQL-запросов через программу MS Query, которая позволяет получать доступ к записям СУБД (уровень прикладного ПО).

При построении большинства традиционных компьютерных средств защиты использовались классические модели разграничения доступа, разработанные еще в 1970—80-е гг. Недостаточная эффективность таких традиционных механизмов защиты, как разграничение доступа, аутентификация, фильтрация и другие, обусловлена тем, что при их создании не учтены многие аспекты, связанные с современными атаками.

Рассмотрим этапы осуществления атаки на КИС (рис. 1.1).

Первый, подготовительный этап, заключается в поиске злоумышленником предпосылок для осуществления той или иной атаки. На этом этапе злоумышленник ищет уязвимости в системе Рис. 1.1 Этапы осуществления атаки На втором, основном этапе — реализации атаки — осуществляется использование найденных уязвимостей. На третьем, заключительном этапе, злоумышленник завершает атаку и старается скрыть следы вторжения. В принципе первый и третий этапы сами по себе могут являться атаками. Например, поиск злоумышленником уязвимостей при помощи сканеров безопасности сам по себе считается атакой.

Следует отметить, что существующие механизмы защиты, реализованные в МЭ, серверах аутентификации, системах разграничения доступа, работают только на этапе реализации атаки. Более эффективным было бы упреждение атак, т. е. предотвращение самих предпосылок реализации вторжения. Комплексная система обеспечения информационной безопасности должна эффективно работать на всех трех этапах осуществления атаки.

В организациях часто не учитывается тот факт, что администраторы и пользователи регулярно изменяют конфигурацию ИС. В результате этих изменений могут появляться новые уязвимости, связанные с ОС и приложениями. Кроме того, очень быстро изменяются информационные и сетевые технологии, регулярно появляется новое ПО. Непрерывное развитие сетевых технологий при отсутствии постоянно проводимого анализа их безопасности и нехватке ресурсов для обеспечения защиты приводит к тому, что с течением времени защищенность КИС падает, так как появляются новые неучтенные угрозы и уязвимости системы.

1.2 Адаптивное управление безопасностью

В большинстве случаев для решения возникающих проблем с защитой в организациях используются частичные подходы. Эти подходы обычно обусловлены прежде всего текущим уровнем доступных ресурсов. Кроме того, администраторы безопасности имеют тенденцию реагировать только на те риски безопасности, которые им понятны. Только строгий текущий контроль защищенности КИС и комплексный подход, обеспечивающий единую политику безопасности, позволяют существенно снизить риски безопасности.

Адаптивный подход к безопасности позволяет контролировать, обнаруживать и реагировать в реальном режиме времени на риски безопасности, используя правильно спроектированные и хорошо управляемые процессы и средства.

Адаптивная безопасность сети состоит из трех основных элементов [1]:

ѕ технологии анализа защищенности (security assessment);

ѕ технологии обнаружения атак (intrusion detection);

ѕ технологии управления рисками (risk management).

Оценка риска состоит в выявлении и ранжировании уязвимостей (по степени серьезности ущерба потенциальных воздействий), подсистем сети (по степени критичности), угроз (исходя из вероятности их реализации) и т. д. Поскольку конфигурация сети постоянно изменяется, то и процесс оценки риска должен проводиться постоянно. С оценки рисков должно начинаться построение системы защиты КИС.

Анализ защищенности — это поиск уязвимых мест в сети. Сеть состоит из соединений, узлов, хостов, рабочих станций, приложений и БД. Все они нуждаются как в оценке эффективности их защиты, так и в поиске неизвестных уязвимостей в них.

Перечислим некоторые из проблем, идентифицируемых технологией анализа защищенности:

a) «люки» в системах (back door) и программы типа «троянский конь»;

b) слабые пароли;

c) восприимчивость к проникновению из незащищенных систем и атакам типа «отказ в обслуживании»;

d) отсутствие необходимых обновлений (patch, hotfix) ОС;

e) неправильная настройка МЭ, Web-серверов и БД и многие другие.

Обнаружение атак является процессом оценки подозрительных действий, которые происходят в корпоративной сети. Обнаружение атак реализуется посредством анализа или журналов регистрации ОС и приложения или сетевого трафика в реальном времени. Компоненты обнаружения атак, размещенные на узлах или сегментах сети, оценивают различные события и действия, в том числе и действия, использующие известные уязвимости (рис. 1.2)

Адаптивный компонент модели адаптивного управления безопасностью (ANS) отвечает за модификацию процесса анализа защищенности, предоставляя ему самую последнюю информацию о новых уязвимостях. Он также модифицирует компонент обнаружения атак, дополняя его последней информацией об атаках.

Рис. 1.2. Взаимодействие систем анализа защищенности и обнаружения атак В качестве примера адаптивного компонента можно указать механизм обновления БД антивирусных программ для обнаружения новых вирусов. Управляющий компонент должен быть способен к генерации отчетов и анализу тенденций, связанных с формированием системы защиты организации.

Адаптация данных может заключаться в различных формах реагирования, которые могут включать:

1. отправление уведомлений системам сетевого управления по протоколу SNMP, по электронной почте или на пейджер администратору;

2. автоматическое завершение сессии с атакующим узлом или пользователем, реконфигурация МЭ или иных сетевых устройств (например, маршрутизаторов);

3. выработка рекомендаций администратору, позволяющих своевременно устранить обнаруженные уязвимости в сетях, приложениях или иных компонентах ИС организации.

Модель адаптивной безопасности сети (рис. 1.3) позволяет контролировать практически все угрозы и своевременно реагировать на них высокоэффективным способом, также позволяет уменьшить злоупотребления в сети, повысить осведомленность пользователей, администраторов и руководства компании о событиях безопасности в сети. Следует отметить, что эта модель не отбрасывает уже используемые механизмы защиты (разграничение доступа, аутентификация и т. д.). Она расширяет их функциональность за счет новых технологий.

Рис. 1.3 Модель адаптивной безопасности Для того чтобы привести свою систему обеспечения информационной безопасности в соответствие современным требованиям, организациям необходимо дополнить имеющиеся решения компонентами, отвечающими за анализ защищенности, обнаружение атак и управление рисками.

2. ТЕХНОЛОГИЯ АНАЛИЗА ЗАЩИЩЕННОСТИ

В организации, использующей КИС, приходится регулярно проверять, насколько реализованные или используемые механизмы защиты информации соответствует положениям принятой в организации политики безопасности. Такая задача периодически возникает при изменении и обновлении компонентов ИС, изменении конфигурации ОС и т. п. [1,2].

Однако администраторы сетей не имеют достаточно времени на проведение такого рода проверок для всех узлов корпоративной сети. Поэтому специалисты отделов защиты информации нуждаются в средствах, облегчающих анализ защищенности используемых механизмов обеспечения информационной безопасности. Этот процесс помогают автоматизировать средства анализа защищенности, часто называемые сканерами безопасности (, security scanners).

Средства анализа защищенности работают на первом этапе осуществления атаки. Обнаруживая и своевременно устраняя уязвимости, они тем самым предотвращают саму возможность реализации атаки, что позволяет снизить затраты на эксплуатацию средств защиты.

Наибольшее распространение получили средства анализа защищенности сетевых сервисов и протоколов. Обусловлено это, в первую очередь, универсальностью используемых протоколов. Изученность и повсеместное использование таких протоколов, как IP, TCP, HTTP, FTP, SMTP и т. п., позволяют с высокой степенью эффективности проверять защищенность ИС, работающей в сетевом окружении.

Вторыми по распространенности являются средства анализа защищенности ОС. Обусловлено это также универсальностью и распространенностью некоторых ОС (например, UNIX и Windows NT).*

Средства анализа защищенности приложений пока существуют только для широко распространенных прикладных систем типа Web-браузеры и СУБД.

Применение средств анализа защищенности позволяет быстро определить все узлы корпоративной сети, доступные в момент проведения тестирования, выявить все используемые в сети сервисы и протоколы, их настройки и возможности для несанкционированного воздействия (как изнутри корпоративной сети, так и снаружи). По результатам сканирования эти средства вырабатывают рекомендации и пошаговые меры, позволяющие устранить выявленные недостатки.

2.1 Средства анализа защищенности сетевых протоколов и сервисов

Взаимодействие абонентов в любой сети базируется на использовании сетевых протоколов и сервисов, определяющих процедуру обмена информацией между двумя и более узлами. При разработке сетевых протоколов и сервисов к ним предъявлялись требования (обычно явно недостаточные) по обеспечению безопасности обрабатываемой информации.

При помощи средств анализа защищенности на уровне сети можно тестировать не только возможность НСД в корпоративную сеть из сети Internet. Эти средства могут быть использованы как для оценки уровня безопасности организации, так и для контроля эффективности настройки сетевого программного и аппаратного обеспечения.

В настоящее время известно более десятка различных средств, автоматизирующих поиск уязвимостей сетевых протоколов и сервисов. Среди коммерческих систем анализа защищенности можно назвать Internet Scanner компании Internet Security Systems, Inc., NetSonar компании Cisco, CyberCop Scanner компании Network Associates и ряд других.

Типичная схема проведения анализа защищенности (на примере системы Internet Scanner) приведена на рис. 2.1

InternetScanner

Рис. 2.1. Схема проведения анализа защищенности (на примере системы Internet Scanner)

Средства анализа защищенности данного класса анализируют не только уязвимость сетевых сервисов и протоколов, но и системного и прикладного ПО, отвечающего за работу с сетью. К такому обеспечению можно отнести Web-, FTPи почтовые серверы, МЭ, браузеры и т. п.

2.2 Средства анализа защищенности ОС

Средства этого класса предназначены для проверки настроек ОС, влияющих на ее защищенность. К таким настройкам можно отнести:

ѕ учетные записи пользователей (account), например длину пароля и срок его действия;

ѕ права пользователей на доступ к критичным системным файлам;

ѕ уязвимые системные файлы;

ѕ установленные патчи (patch) и т. п.

Системы анализа защищенности на уровне ОС могут быть использованы также для контроля конфигурации ОС.

В отличие от средств анализа защищенности сетевого уровня данные системы проводят сканирование не снаружи, а изнутри анализируемой системы, т. е. они не имитируют атакивнешних злоумышленников. Кроме возможностей по обнаружению уязвимостей, некоторые системы анализа защищенности на уровне ОС (например, System Scanner компании Internet Security Systems) позволяют автоматически устранять часть обнаруженных проблем или корректировать параметры системы, не удовлетворяющие политике безопасности, принятой в организации.

3. ТЕХНОЛОГИИ ОБНАРУЖЕНИЯ АТАК

Сетевые и информационные технологии меняются настолько быстро, что статичные защитные механизмы, к которым относятся системы разграничения доступа, МЭ, системы аутентификации во многих случаях не могут обеспечить эффективной защиты. Поэтому требуются динамические методы, позволяющие оперативно обнаруживать и предотвращать нарушения безопасности. Одной из технологий, позволяющей обнаруживать нарушения, которые не могут быть идентифицированы при помощи традиционных моделей контроля доступа, является технология обнаружения атак.

По существу, процесс обнаружения атак является процессом оценки подозрительных действий, которые происходят в корпоративной сети. Иначе говоря, обнаружение атак (intrusion detection) — это процесс идентификации и реагирования на подозрительную деятельность, направленную на вычислительные или сетевые ресурсы.

3.1 Методы анализа сетевой информации

Эффективность системы обнаружения атак во многом зависит от применяемых методов анализа полученной информации. В первых системах обнаружения атак, разработанных в начале 1980;х гг., использовались статистические методы обнаружения атак. В настоящее время к статистическому анализу добавился ряд новых методик, начиная с экспертных систем и нечеткой логики и заканчивая использованием нейронных сетей [1,2].

Статистический метод. Основные преимущества статистического подхода — использование уже разработанного и зарекомендовавшего себя аппарата математической статистики и адаптация к поведению субъекта.

Сначала для всех субъектов анализируемой системы определяются профили. Любое отклонение используемого профиля от эталонного считается несанкционированной деятельностью. Статистические методы универсальны, поскольку для проведения анализа не требуется знания о возможных атаках и используемых ими уязвимостях. Однако при использовании этих методик возникают и проблемы:

a) «статистические» системы не чувствительны к порядку следования событий; в некоторых случаях одни и те же события в зависимости от порядка их следования могут характеризовать аномальную или нормальную деятельность;

b) трудно задать граничные (пороговые) значения отслеживаемых системой обнаружения атак характеристик, чтобы адекватно идентифицировать аномальную деятельность;

c) «статистические» системы могут быть с течением времени «обучены» нарушителями так, чтобы атакующие действия рассматривались как нормальные.

Следует также учитывать, что статистические методы не применимы в тех случаях, когда для пользователя отсутствует шаблон типичного поведения или когда для пользователя типичны несанкционированные действия.

Экспертные системы состоят из набора правил, которые охватывают знания человека-эксперта. Использование экспертных систем представляет собой распространенный метод обнаружения атак, при котором информация об атаках формулируется в виде правил. Эти правила могут быть записаны, например, в виде последовательности действий или в виде сигнатуры. При выполнении любого из этих правил принимается решение о наличии несанкционированной деятельности. Важным достоинством такого подхода является практически полное отсутствие ложных тревог.

БД экспертной системы должна содержать сценарии большинства известных на сегодняшний день атак. Для того чтобы оставаться постоянно актуальными, экспертные системы требуют постоянного обновления БД. Хотя экспертные системы предлагают хорошую возможность для просмотра данных в журналах регистрации, требуемые обновления могут либо игнорироваться, либо выполняться администратором вручную. Как минимум, это приводит к экспертной системе с ослабленными возможностями. В худшем случае отсутствие надлежащего сопровождения снижает степень защищенности всей сети, вводя ее пользователей в заблуждение относительно действительного уровня защищенности.

Основным недостатком является невозможность отражения неизвестных атак. При этом даже небольшое изменение уже известной атаки может стать серьезным препятствием для функционирования системы обнаружения атак.

Нейронные сети. Большинство современных методов обнаружения атак используют некоторую форму анализа контролируемого пространства на основе правил или статистического подхода. В качестве контролируемого пространства могут выступать журналы регистрации или сетевой трафик. Анализ опирается на набор заранее определенных правил, которые создаются администратором или самой системой обнаружения атак.

Любое разделение атаки во времени или среди нескольких злоумышленников является трудным для обнаружения при помощи экспертных систем. Из-за большого разнообразия атак и хакеров даже специальные постоянные обновления БД правил экспертной системы никогда не дадут гарантии точной идентификации всего диапазона атак.

Использование нейронных сетей является одним из способов преодоления указанных проблем экспертных систем. В отличие от экспертных систем, которые могут дать пользователю определенный ответ о соответствии рассматриваемых характеристик заложенным в БД правилам, нейронная сеть проводит анализ информации и предоставляет возможность оценить, согласуются ли данные с характеристиками, которые она научена распознавать. В то время как степень соответствия нейросетевого представления может достигать 100%, достоверность выбора полностью зависит от качества системы в анализе примеров поставленной задачи.

Сначала нейросеть обучают правильной идентификации на предварительно подобранной выборке примеров предметной области. Реакция нейросети анализируется и система настраивается таким образом, чтобы достичь удовлетворительных результатов. В дополнение к начальному периоду обучения, нейросеть набирается опыта с течением времени, по мере того, как она проводит анализ данных, связанных с предметной областью.

Важным преимуществом нейронных сетей при обнаружении злоупотреблений является их способность «изучать» характеристики умышленных атак и идентифицировать элементы, которые не похожи на те, что наблюдались в сети прежде.

Каждый из описанных методов обладает рядом достоинств и недостатков, поэтому сейчас практически трудно встретить систему, реализующую только один из описанных методов. Как правило, эти методы используются в совокупности.

3.2 Классификация систем обнаружения атак IDS

Механизмы, применяемые в современных системах обнаружения атак IDS (Intrusion Detection System), основаны на нескольких общих методах, которые не являются взаимоисключающими. Во многих системах используются их комбинации.

Классификация IDS может быть выполнена:

ѕ по способу реагирования;

ѕ способу выявления атаки;

ѕ способу сбора информации об атаке.

По способу реагирования различают пассивные и активные IDS. Пассивные IDS просто фиксируют факт атаки, записывают данные в файл журнала и выдают предупреждения. Активные IDS пытаются противодействовать атаке, например, путем реконфигурации МЭ или генерации списков доступа маршрутизатора.

По способу выявления атаки системы IDS принято делить на две категории:

a) обнаружение аномального поведения (anomaly-based);

b) обнаружение злоупотреблений (misuse detection или signature-based).

Технология обнаружения аномального поведения основана на следующем. Аномальное поведение пользователя (т. е. атака или какое-нибудь враждебное действие) часто проявляется как отклонение от нормального поведения. Примером аномального поведения может служить большое число соединений за короткий промежуток времени, высокая загрузка центрального процессора и т. п.

Если можно было бы однозначно описать профиль нормального поведения пользователя, то любое отклонение от него можно идентифицировать как аномальное поведение. Однако аномальное поведение не всегда является атакой. Например, одновременную посылку большого числа запросов от администратора сети система обнаружения атак может идентифицировать как атаку типа «отказ в обслуживании» («denial of service»).

При использовании системы с такой технологией возможны два случая:

1. обнаружение аномального поведения, которое не является атакой, и отнесение его к классу атак;

2. пропуск атаки, которая не подпадает под определение аномального поведения. Этот случай более опасен, чем ложное отнесение аномального поведения к классу атак.

Технология обнаружения аномалий ориентирована на выявление новых типов атак. Однако недостаток ее — необходимость постоянного обучения. Пока эта технология не получила широкого распространения. Связано это с тем, что она трудно реализуема на практике.

Обнаружение злоупотреблений заключается в описании атаки в виде сигнатуры (signature) и поиска данной сигнатуры в контролируемом пространстве (сетевом трафике или журнале регистрации). В качестве сигнатуры атаки может выступать шаблон действий или строка символов, характеризующие аномальную деятельность. Эти сигнатуры хранятся в БД, аналогичной той, которая используется в антивирусных системах. Данная технология обнаружения атак очень похожа на технологию обнаружения вирусов, при этом система может обнаружить все известные атаки. Однако системы данного типа не могут обнаруживать новые, еще неизвестные виды атак.

Подход, реализованный в таких системах, достаточно прост и именно на нем основаны практически все предлагаемые сегодня на рынке системы обнаружения атак.

Наиболее популярна классификация по способу сбора информации об атаке:

a) обнаружение атак на уровне сети (network-based);

b) обнаружение атак на уровне хоста (host-based);

c) обнаружение атак на уровне приложения (application-based).

Система network-based работает по типу сниффера, «прослушивая» трафик в сети и определяя возможные действия злоумышленников. Такие системы анализируют сетевой трафик, используя, как правило, сигнатуры атак и анализ «на лету». Метод анализа «на лету» заключается в мониторинге сетевого трафика в реальном или близком к реальному времени и использовании соответствующих алгоритмов обнаружения.

Системы host-based предназначены для мониторинга, детектирования и реагирования на действия злоумышленников на определенном хосте. Располагаясь на защищаемом хосте, они проверяют и выявляют направленные против него действия. Эти системы анализируют регистрационные журналы ОС или приложения.

Как правило, анализ журналов регистрации является дополнением к другим методам обнаружения атак, в частности к обнаружению атак «на лету». Использование этого метода позволяет проводить «разбор полетов» уже после того, как была зафиксирована атака, для того чтобы выработать эффективные меры предотвращения аналогичных атак в будущем.

Система application-based основана на поиске проблем в определенном приложении.

Каждый из этих типов систем обнаружения атак (на уровне сети, на уровне хоста и на уровне приложения) имеет свои достоинства и недостатки. Гибридные IDS, представляющие собой комбинацию различных типов систем, как правило, включают в себя возможности нескольких категорий.

3.3 Поиск уязвимостей в современных системах IDS

Еще совсем недавно считалось, что сетевые системы обнаружения атак, построенные по классической архитектуре, позволяют остановить множество сетевых атак. Но оказалось, что они могут быть легко скомпрометированы и имеется вероятность сокрытия факта проведения некоторых типов атак — особенно, если злоумышленнику известны определенные нюансы работы атакуемой системы.

Сетевые системы обнаружения атак (IDS — Intrusion Detection System), построенные по классической архитектуре, могут быть легко скомпрометированы, хотя ранее считалось, что их использование позволяет остановить многие сетевые атаки.

Среди множества сетевых атак можно выделить класс сигнатурных атак, в процессе которых передается неизменяемый блок данных заданного уровня сетевого взаимодействия. Большинство современных инструментов IDS используют сигнатурный метод поиска вторжений; он прост в использовании и при корректной реализации механизмов поиска сигнатур позволяет достичь высоких результатов обнаружения. Следует подчеркнуть: методы сокрытия атак, предложенные Томасом Птачеком и Тимоти Ньюшемом [3], позволяют скрыть от IDS факт проведения только сигнатурных атак.

Успешное использование методов сокрытия основано на предположении о том, что стеки протоколов, реализованные в IDS и в атакуемой (целевой) системе, различаются. Подобные различия могут быть вызваны несколькими причинами:

· отсутствует единый стандарт для сетевых протоколов; существующие стандарты не описывают все возможные состояния сетевого взаимодействия, и разработчики вольны выбирать те решения поставленной задачи, которые покажутся им оправданными;

· как и любые программные продукты, IDS содержит ошибки, внесенные на стадии разработки или реализации;

· возможно неправильное конфигурирование IDS во время установки или администрирования;

· IDS и атакуемые системы решают различные задачи.

Передаваемая по сети информация может быть по-разному обработана IDS и целевой системой, а из-за различий в стеках протоколов появляется возможность создать последовательность пакетов, которая будет принята IDS, но отвергнута целевой системой. В таком случае IDS не знает, что целевая система не приняла пакет, и атакующий может воспользоваться этим для сокрытия факта проведения атаки, посылая специально созданные пакеты. Создавая ситуацию, когда целевая система отбрасывает пакеты, а система обнаружения атак их принимает, нарушитель как бы «вставляет» данные в анализатор событий IDS (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Метод вставки В общем случае можно сказать, что метод вставки применим, когда стек протоколов в IDS реализован менее строго, чем в целевой системе. Естественное решение данной проблемы — создать стек протоколов настолько строгим, насколько возможно. Однако в этом случае появляется возможность использовать другой метод сокрытия — метод уклонения, при котором целевая система примет, а сетевая система обнаружения вторжений отбросит пакеты (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Метод уклонения

3.3.1 Метод поиска различий

Итак, для успешного использования методов сокрытия необходимо найти различия в реализации стеков TCP/IP. Для этого используются специально подготовленные тестирующие сетевые пакеты, позволяющие анализировать реакцию IDS и целевых систем.

Чтобы понять, каким образом необходимо подготавливать тестирующую последовательность сетевых пакетов, следует более подробно рассмотреть использование методов сокрытия атак. Так, для проведения метода вставки надо подобрать такую последовательность тестирующих пакетов, чтобы целевая система ее не восприняла. Причины, по которым целевая система не обработает последовательность, могут быть различными — либо стек протоколов целевой системы решит, что последовательность не корректна, либо произойдет перезапись передаваемого блока данных, например, после обработки перекрывающихся IPили TCP-фрагментов [4, 5].

После обнаружения последовательностей сетевых пакетов, которые не воспринимает целевая система, переходят ко второй фазе тестирования — исследование реакции IDS на прием этих последовательностей. Какие последовательности сетевых пакетов будут восприняты как правильные и обработаны? В случае, если найдена одна или несколько таких последовательностей, можно считать, что данная комбинация целевой системы и IDS имеет уязвимость, позволяющую использовать метод вставки. С методом уклонения все наоборот: требуется найти последовательности пакетов, которые целевая система воспримет, а IDS не станет обрабатывать.

Для метода поиска различий, прежде всего, были выделены уровни сетевого взаимодействия, на которых проводится поиск. При проведении исследований рассматривались средства IDS, работающие в сетях TCP/IP. Для данного стека протоколов принята четырехуровневая модель: канальный, сетевой, транспортный и прикладной. Для создания полной картины существующих различий методика поиска затрагивала все 4 уровня. Кроме того, необходимо выявить признаки сетевых пакетов, по которым система принимает решение, что пришедший пакет некорректный и его следует отбросить.

TCP-фрагментом будем называть TCP-сегмент, являющийся частью одного сеанса. (Спецификация протокола TCP не оперирует этим понятием; нам же оно необходимо для описания нашей методики.) Пример TCP-фрагмента: в процессе работы через telnet-соединение в рамках одного сеанса передается множество TCP-сегментов, содержащих всего один символ, введенный пользователем. В нашей методике поиска уязвимостей возможные различия искались в следующих аспектах реализации стека протоколов;

· обработка некорректных заголовков кадров канального уровня (Ethernet);

· обработка некорректных пакетов сетевого уровня (IP);

· обработка некорректных заголовков сегментов транспортного уровня (TCP);

· обработка IP-фрагментов;

· обработка TCP-фрагментов;

· обработка различных комбинаций TCP-флагов;

· обработка пакетов с неправильными порядковыми номерами протокола TCP;

· обработка некорректного HTTP-сеанса.

Перечисленные аспекты реализации могут существенно различаться в разных системах. Особенный интерес представляют вопросы, связанные с обработкой фрагментированного трафика: в стандартах вообще нет рекомендаций, которых должны придерживаться разработчики при обработке аномального фрагментированного трафика (частично или полностью перекрывающиеся фрагменты), поэтому именно на этой детали реализации стеков необходимо акцентировать внимание.

Для поиска различий были разработаны специальные последовательности тестирующих пакетов.

a) Обработка заголовков. Назначение данных тестов — определить, каким образом происходит обработка заголовков сетевых пакетов, и какие заголовки система считает некорректными. Тестирование проводится в четыре этапа:

ѕ обработка некорректных пакетов канального уровня;

ѕ обработка некорректного IP-заголовка;

ѕ обработка некорректного TCP-заголовка;

ѕ посылка TCP-сегмента с неправильным номером очереди.

b) Обработка фрагментов. Данный класс тестов предназначен для определения той стороны реализации стека, которая связана с обработкой TCPи IP-фрагментов. Проведение тестов проходило в четыре этапа:

ѕ посылка IP-фрагментов с некорректным заголовком канального и сетевого уровней;

ѕ посылка TCP-фрагментов с некорректным заголовком канального, сетевого и транспортного уровней;

ѕ посылка IPи TCP-фрагментов в различной последовательности (произвольный порядок, обратный порядок, посылка повторяющихся пакетов);

ѕ посылка частично и полностью перекрывающихся IPи TCP-пакетов.

c) Обработка флагов TCP. Эти тесты предназначены для определения того, как система обработает различные комбинации флагов TCP-сегмента при передаче потока данных. Рассматривались восемь комбинаций флагов ACK, SYN, FIN. Интересовало новое состояние TCP-соединения, реакция целевой системы (какие TCP-сегменты система пошлет в ответ) и поведение системы обнаружения вторжений.

d) Обработка HTTP-сеанса. При проведении этого теста проверялась обработка некорректного HTTP-запроса, начинающегося с двух символов начала строки (0x0D, 0x0A, 0x0D, 0x0A). По спецификации данными символами должен заканчиваться запрос к Web-серверу. Проведение теста тесно связано с логикой обработки TCP-сегментов с неправильными номерами очередей, результаты по которым были получены ранее.

3.3.2 Проведение тестирования

Тестирование реализации стеков операционной системы и IDS проводилось на макете, состоящем из двух компьютеров, объединенных сетью Ethernet. Хост, с которого проводилось тестирование, назывался «атакующей системой», а тестируемый хост — «целевой системой» (рис. 3). На хосте имелся файл с названием PHF. Доступ к данному файлу моделировал доступ к уязвимому сценарию phf (В случае HTTP-запроса с атакующей системы к этому файлу Web-сервер передавал его содержимое атакующему, что говорило об успехе атаки. Совсем необязательно выполнять сам сценарий на Web-сервере: если Web-сервер выдал содержимое файла, можно считать, что атака состоялась. Атакующий мог видеть результат атаки на экране с помощью запущенного сетевого анализатора Snort. В случае успеха Snort перехватывал содержимое файла PHF. Обращение к файлу PHF выбрано не случайно. Во-первых, в рассматривали также обращение к PHF. Во-вторых, данная уязвимость была обнаружена в 1996 году и все рассмотренные IDS имели правила для поиска такой сигнатуры.

Рис. 3.3 Тестовый макет Создание тестирующей последовательности пакетов проводилось при помощи специально разработанной программы NetStuff, которая является

расширенным генератором пакетов, позволяющим выполнять следующие действия.

ѕ Установка связи. Программу можно использовать для установления TCP-соединения с удаленным сервером. В качестве параметров трехэтапного квитирования пользователь может выбрать IP-адреса отправителя и получателя, номера портов отправителя и получателя, а также задать начальный номер ISN.

ѕ Разрыв связи. Для разрыва ранее установленного соединения предусмотрена специальная функция. Пользователю предоставляется возможность определить IP-адреса и номера портов отправителя и получателя, а также текущий номер последовательности.

ѕ Посылка пакетов. Основная функция программы — посылка данных в пакетах TCP/IP. Программа имеет возможность посылки данных как в одном пакете, так и в нескольких TCPили IP-фрагментах. При посылке пакетов имеется возможность настроить все известные поля протоколов канального, сетевого и транспортного уровней. Автоматически высчитывается контрольная сумма TCP-сегментов и IP-пакетов.

Для посылки данных в виде фрагментов можно выбрать протокол, в рамках которого проводится фрагментация и количество фрагментов. При необходимости можно сделать так, что сигнатура атаки будет разбита и передана в нескольких фрагментах. Разбив данные на фрагменты, можно настроить каждый фрагмент, изменяя при этом поля заголовков. Также можно модифицировать полезные данные, которые несут фрагменты.

Особое внимание уделялось выбору систем для тестирования: необходимо было рассмотреть как коммерческие, так и свободно распространяемые средства IDS.

В качестве исследуемых систем IDS были выбраны Snort 1.8.4. beta for Linux [4], Snort 1.8. for Win32 [4], eTrust Intrusion Detection 1.0 от Computer Associates [5], Dragon 5.0 от Enterasys Networks [6], RealSecure 6.0 от Internet Security Systems. Первые две системы распространяются свободно, для работы остальных понадобился демо-ключ, не ограничивающий функциональные возможности. Операционные системы, защищенные IDS: Windows 98 SE v4.10.2222; Windows 2000 SP2 v5.00.2195; Windows NT 4.0 SP3; Linux Red Hat 7.2 на ядре 2.4.7−10.

Поиск уязвимостей проходил по следующему сценарию.

ѕ исследовалась реализация стека протоколов сетевого взаимодействия целевой системы. Для этого использовался генератор пакетов NetStuff и ранее подготовленные тестирующие последовательности сетевых пакетов. Инициировался запрос к файлу PHF, хранящемуся на Web-сервере целевой системы. В случае, если Web-сервер обработал запрос и выдавал содержимое файла, можно говорить о том, что конкретная реализация стека целевой системы восприняла текущую тестирующую последовательность, в противном случае, — что стек целевой системы не смог обработать запрос.

ѕ аналогично проводилось тестирование IDS. Если IDS смогла обнаружить сигнатуру атаки «phf» и выдала сообщение об атаке, то можно говорить о том, что IDS восприняла тестирующую последовательность.

ѕ после изучения особенностей реализации стеков рассматривались полученные результаты и искались различия в работе стеков систем. Так, если конкретная целевая система оставляет новые данные при обработке перекрывающихся IP-фрагментов, а IDS оставляет старые, можно говорить о том, что найдено различие.

ѕ последний этап поиска — попытка проведения скрытой атаки методом вставки или сокрытия. Для этого использовались результаты, полученные в предыдущем пункте. В том случае, если удавалось незаметно для IDS получить содержимое файла PHF, можно говорить о том, что найдена новая уязвимость.

3.3.3 Результаты исследований

Действительно существуют различия в реализации стеков протоколов целевых систем и IDS. Эти различия, прежде всего, основаны на неполном описании межсетевого взаимодействия и ошибках проектирования. Большинство таких различий основывается на разном порядке обработки фрагментированного трафика. Также встречались явные недоработки в IDS, например, IDS Snort и Dragon принимают IP-пакеты с неправильной контрольной суммой, а IDS RealSecure 6.0 и eTrust 1.0 — с неправильной версией протокола IP.

Очень много различий основано на некорректной реализации стеков. Это приводит к тому, что одни и те же ситуации обрабатываются по-разному различными системами. В качестве примера можно привести недостатки в работе IDS Dragon при анализе трафика, направленного ОС Linux RedHat. (Таблица 1)

Таблица 1. Методы сокрытия. Dragon 5.0

a) Прием пакетов, направленных на неправильный Ethernet-адрес.

b) Прием пакетов с неправильной контрольной суммой IP.

c) Прием TCP-сегментов со смещением данных меньше 20 октетов или равным 0.

d) Отсутствие обработки данных, если они пришли в TCP-сегменте, с установленным флагом FIN.

e) Прием данных полностью, если они пришли в пакете с неправильным номером очереди. (Согласно спецификации протокола TCP, место полезной информации, передаваемой конкретным TCP-сегментом, строго определяется его номером очереди; в случае неправильного номера, целевая система «отрезала» лишние данные.)

f) Прием IP-фрагментов, направленных на неверный Ethernet-адрес.

g) Прием IP-фрагментов с неправильной контрольной суммой IP.

h) IDS не обрабатывает поток TCP-фрагментов, в случае посылки в потоке повторяющихся фрагментов. После проведения таких действий, IDS выходит из строя и уже не в состоянии обработать любые TCP-фрагменты.

i) IDS не обрабатывает поток TCP-фрагментов, пришедших в обратном порядке.

j) IDS оставляет новые данные при посылке частично перекрывающихся TCP-фрагментов, тогда как операционная система оставляет старые.

Также интересны результаты работы IDS RealSecure 6.0, анализирующей трафик для Windows 2000.(Таблица 2)

Таблица 2. Методы сокрытия. eTrust ID 1.0

ѕ RealSecure 6.0 принимает пакеты, направленные на неправильный Ethernet-адрес.

ѕ IDS принимает пакеты с неправильной версией IP-протокола.

ѕ IDS принимает данные полностью в случае посылки их в TCP-сегменте с неправильным номером очереди, тогда как операционная система «отрезает» лишние данные.

ѕ IDS принимает IP-фрагменты, направленные на неправильный Ethernet-адрес.

ѕ IDS принимает IP-фрагменты с неправильной версией IP-протокола.

ѕ IDS принимает TCP-фрагменты, направленные на неверный Ethernet-адрес.

ѕ IDS принимает TCP-фрагменты с неправильной версией IP-протокола.

ѕ IDS не в состоянии обработать поток TCP-фрагментов в случае посылки их в произвольном порядке.

Много различий в обработке было связано с решением о том, какие данные оставить. Это достаточно интересный факт, так как при разработке IDS, необходимо по максимуму приблизить реализацию стека к стеку той операционной системы, на которой будет работать IDS. Если использование различий в обработке заголовков для проведения атаки не всегда очевидно для разработчиков, то различия в обработке фрагментов должны быть учтены в первую очередь. В противном случае проведение скрытой атаки существенно упрощается.

Это же относится и к обработке потока TCP-фрагментов, например Dragon 5.0 и RealSecure 6.0 были не в состоянии обработать некоторые случаи: Dragon 5.0 просто выходил из строя после получения повторяющихся TCP-фрагментов и не обрабатывал поток TCP-фрагментов, пришедших в обратном порядке; RealSecure 6.0 не смог обработать TCP-фрагменты, пришедшие в произвольном порядке. Получается, что для нарушения работы IDS можно просто послать сигнатуру атаки в различной последовательности TCP-фрагментов. Dragon 5.0 не рассматривал TCP-сегменты с установленным флагом FIN, даже если они несли полезную информацию.

Таблица 3. Методы сокрытия. Snort 1.8 for Win32