Секреты и ложь. Безопасность данных в цифровом мире

Частные виртуальные сети

Частная виртуальная сеть (VPN) является просто безопасным соединением через открытую сеть. В прежние времена, если Алиса и Боб хотели связаться, они должны были потратиться на частную линию и организовать свою собственную частную сеть. Сегодня Алисе и Бобу выгоднее использовать общедоступную сеть. Но Интернет не обеспечивает безопасность связи, Алисе и Бобу следует защитить это соединение. Им нужно создать виртуальную частную сеть на основе физической открытой сети. Это и есть VPN.

У виртуальных частных сетей есть два главных применения. Первое – соединить два удаленных отрезка одной и той же сети. У корпорации может быть два офиса в различных частях планеты. У каждого офиса есть собственная сеть, и две сети соединяются посредством организации VPN через Интернет. VPN более приватна, чем «частная линия», обеспеченная телефонной компанией.

Второе применение состоит в том, чтобы соединить мобильных пользователей – работающих из дома и из номеров отелей. Старый путь для введения этих пользователей в большую открытую сеть заключался в том, чтобы подсоединить их непосредственно к сети компании, часто при этом приходилось производить очень удаленное сетевое подключение. Это дорого и вынуждает компанию обслуживать огромный банк модемов. Современный путь – в том, чтобы пользователи дозванивались до местного интернет-провайдера и затем с его помощью через Интернет подключались к компании. Для защиты этого соединения организуется VPN.

Различные VPN обеспечивают защиту, используя различные протоколы шифрования. Наиболее распространен протокол IPsec, хотя вам будут попадаться и другие протоколы, в частности РРТР и L2TP. В некоторых VPN вообще не используется шифрование.

Можно считать, что виртуальная частная сеть образует брешь в брандмауэре. Кто-нибудь, обладающий доступом к VPN, имеет возможность проникнуть через брандмауэр в сеть. И многие взломщики пользуются данной уязвимостью. По этой причине большинство систем безопасности, прежде чем разрешить соединение с VPN, проверяют, с кем имеют дело.

Системы обнаружения вторжений

Системы обнаружения вторжений (IDS) – это сетевые контролеры. Они пристально наблюдают за вашей сетью, выискивая нечто подозрительное. Их можно сравнить с детективами, рыскающими по городу в поисках преступника: они знают, что должно вызывать подозрение – это может быть исследование возможности доступа к системе или попытки обнаружить и использовать ошибки, и они внимательно следят за этим. Они знают, как выглядит нападение. Они знают, как выглядит преступление. Маркус Ранум сравнивал брандмауэр со шлемом и бронежилетом, который вы носите в сражении, а систему обнаружения вторжений – с санитаром, который смотрит на ваше кровоточащее тело и говорит: «Видимо, это проникающее ранение грудной клетки. Это нужно проверить». IDS не являются заменой действенной защиты.

Что же делают системы обнаружения вторжений? Они информируют вас о свершившемся нападении или, возможно, даже о его развитии. Системы, которые работают хорошо, точны: они не воют волком и не заявляют о нападении там, где его нет, в то же время они не пропустят момент, когда оно случится. Хорошие системы реагируют своевременно: они предупреждают вас о нападении в то время, когда оно еще происходит. Они ставят диагноз: на что направлена атака, откуда она исходит, и предлагают лечебное средство.

Современные системы обнаружения вторжений имеют много недостатков, но они постоянно совершенствуются. Самая сложная проблема – ложная тревога. Для объяснения этого момента понадобится напомнить статистику и показать, как вычисляется вероятность ошибки.

Предположим, у врача есть тест определения болезни с точностью 99%. Таким образом, если кто-то болен, то есть вероятность в 99%, что тест определит это, а если кто-то здоров, то есть вероятность в 99%, что тест подтвердит это. Предположим, что в среднем один из десяти тысяч людей болен. Действительно ли этот тест хорош?

Нет. Если врач применяет тестирование к одному взятому наугад человеку и его тест положителен, то есть только однопроцентный шанс, что он на самом деле болен. Из-за того что здоровых людей намного больше, чем больных, тест дает ненадежные результаты, и поэтому бесполезен. (Это не столь просто понять, проще повторно протестировать человека. Но предположите, что ошибочный результат исследования повторится последовательно для этого человека.) Вывод кажется удивительным и противоречит интуиции, но он верен. Это означает, что если вы предположите, что сетевые нападения сравнительно редки, большая вероятность ошибки означает то, что ваши испытания должны быть действительно хороши, чтобы не заметить всех ложных тревог. Системы обнаружения вторжений, которые обычно сигнализируют вам в 3:00 утра о проблеме, которая в действительности не является проблемой, о ночной игре в Quake или о новом интернет-приложении, довольно быстро добьются того, что прекратят свое существование.

Есть и другие проблемы. Первая из них – это своевременное предупреждение. Я упомянул медленное нападение в предыдущем подразделе. Когда система обнаружения вторжений решит, что было произведено нападение, и уведомит вас об этом? Что, если она подумает, что это лишь отчасти выглядит как нападение? Уведомит ли она вас об этом? Когда? Опять-таки, вспомните о проблеме ложного срабатывания. Если система ошибается слишком часто, вы перестанете прислушиваться к ней.

И что вы будете делать, когда получите сигнал тревоги? Поучительные сообщения общего вида «вы подвергаетесь нападению» бесполезны, если у вас нет какого-нибудь способа защиты или даже нет времени, чтобы с этим разобраться. В 1999 году в eBay отключили электричество на 22 часа, и в течение всего этого времени система обнаружения вторжений постоянно подавала сигнал тревоги, но все были слишком заняты, чтобы ответить. В этом величайшая проблема IDS: разумно реагировать на их выводы.

Системы обнаружения вторжений еще находятся на ранней стадии своего развития, и авторы различных идей наперебой заявляют об их превосходстве. Я собираюсь только коснуться некоторых из них, в детали углубляются многие другие книги.

Для создания IDS есть два основных пути. Самый легкий – это обнаружение «неправильного» кода. IDS знают, на что похоже нападение, и ищут его. Подумайте о детекторе вирусов для сетевых пакетов. Как детекторы вирусов просматривают каждый файл, ища строки битов, указывающие на вирус, так и IDS просматривают каждый пакет, ища строки битов, которые свидетельствуют о несомненном нападении. Их легко привести в исполнение и использовать, у них низкая вероятность ложной тревоги, и они могут быть относительно быстры (принимая во внимание то, что они должны просмотреть каждый пакет).

С другой стороны, у них больше промахов. Как детекторы вирусов не в силах обнаружить вирусы, которых они никогда не видели прежде, так и подобная IDS не может обнаружить нападение, на нахождение которого она не запрограммирована. Ее легко обмануть. Иногда это можно сделать, изменив порядок следования команд в коде, предназначенном для проведения атаки. Иногда проще организовать нападение таким образом, чтобы взламывать пакеты выборочно. Так же как антивирусным компьютерным программам нужно постоянное обновление и пополнение новыми образцами кода, этому типу системы обнаружения вторжений необходимо постоянное обновление базы данных образцов нападения. Не ясно, сможет ли когда-нибудь такая база данных не отстать в соревновании с инструментом хакера.

Другим принципом работы системы обнаружения вторжений является обнаружение аномалии. IDS осуществляет некоторое статистическое моделирование вашей сети и вычисляет, что является нормой. Затем, если происходит какое-либо отклонение от нормы, она подает звуки тревоги. Здесь все может быть сделано по правилам (система знает, что нормально, и сигнализирует обо всем остальном), с использованием статистики (система статистически вычисляет, что нормально, и сигнализирует обо всем остальном) или с применением методов искусственного интеллекта.

Существует множество проблем и здесь. Что, если вас атакуют во время обучения системы? Тогда атака рассматривается как норма. Новые вещи случаются в компьютерных сетях постоянно. Знает ли система обнаружения вторжений разницу между безобидной аномалией и аномалией, указывающей на нападение? И если все, что она знает, является нормой, как же она тогда собирается категоризировать нападения? Для этого вида систем вероятность ложной тревоги намного выше, и нападение на такой вид IDS включает выяснение возможности не бить в набат.

В некоторых ранних детекторах вирусов использовался этот принцип, и они забили бы тревогу, если бы вы сделали что-нибудь наподобие установки нового программного обеспечения. Они потеряли свою популярность, так же как и основанные на выявлении подозрительного кода детекторы вирусов, требующие все более совершенных словарей образцов кода; я ожидаю, что то же самое случится и с системами обнаружения атак.

Другие идеи IDS так или иначе основываются на одном из описанных выше принципов. Система обнаружения вторжения непрерывного действия (inline) может работать с сетевыми данными в реальном времени, тогда как проверяющая система использует контрольную информацию, сохранившуюся после совершения нападения. Есть IDS, базирующиеся на хостах (host-based IDS), и есть распределенные по сети IDS (network-based IDS).

Это последнее различие было темой яростных обсуждений в сообществе IDS. В своей основе IDS, распределенные по сети, построены на концепции перехвата сообщений: датчики расположены в сети, они исследуют проходящие пакеты. У этих систем есть преимущество в скрытности – они могут быть развернуты без воздействия на остальную часть сети, и они в большей степени обеспечивают независимость от операционной системы. IDS, базирующиеся на узлах сети, исследуют систему, осуществляют контроль и регистрируют возможные нападения, помещаясь внутри отдельного компьютера. У этих систем имеется различный набор преимуществ и недостатков, составляющих их специфику.

То, что в конечном счете вы можете найти на рынке, – чаще всего гибридные системы: они являются комбинацией систем обнаружения вторжения, базирующихся на главной машине и распределенных по сети, производящих обнаружение аномалии, основанное на ожидании в совокупности с выявлением «неправильного» кода. Вы также можете найти компании, занимающиеся проверкой систем защиты, которые анализируют результаты использования этих продуктов и отвечают на подаваемые ими сигналы тревоги. Подобно брандмауэрам, системы обнаружения вторжения будут становиться все лучше и лучше, поскольку разработчики получают все больше опыта при их проектировании. И так же как у брандмауэров, их надежность в конечном итоге будет зависеть от того, насколько хорошо они конфигурированы и насколько современны их версии. И всегда будут существовать нападения, которые пройдут через них.

Приманки и сигнализации

Сетевые сигнализации и приманки – это разновидности систем обнаружения вторжения, но они заслуживают отдельного раздела. Сигнализации – это особые системы в вашей сети, предназначенные для срабатывания в случае атаки. Приманки – это замаскированные сигнализации, которые выглядят особенно привлекательно для хакеров. Легко понять, что представляют собой сигнализации: особую сетевую команду или фиктивную сеть, про которую никто не думает, что она включает звуковой сигнал тревоги. Маркус Ранум развил эту идею дальше и предположил, что если обнаружено уязвимое место в программе, необходимо также выдавать сигнал предупреждения об опасности.

Приманки используются чаще: целые фиктивные компьютеры и фрагменты сети проектируются для привлечения нападающих. Вы можете получить от этого большое удовольствие: присвойте компьютерам такие имена, как transactions bigcompany com или accounting bank com, маскируя их под производящие впечатление счета и файлы, и используйте их для защиты вашей сети. Когда хакер проникнет в сеть, приманка будет притягивать его, поскольку она выглядит как интересное место для исследования. Затем выдается сигнал тревоги, и приманка начинает следить за активностью хакера и собирать сведения для последующего обращения в суд. Некоторые компании продают заранее сделанные приманки, просто добавляя привлекательные имена.

Интересно, что в обоих этих средствах используется одно и то же преимущество сетевого администратора над хакером: знание сети. Администратор знает, как выглядит сеть и что в ней может произойти. Он может установить сигнализацию точно так же, как домовладелец устанавливает сигнализацию на окна, которые не собирается открывать, или датчики движения в комнате, в которую не предполагает заходить. Администратор использует приманки, зная, что ни один из зарегистрированных пользователей не получит доступа к этим системам. Он может использовать любые виды сигнализации, включая и выключая их несколько раз в день, меняя их, в общем, может делать все, что он хочет. Эти средства действуют наверняка, потому что хакер не имеет информации, где и когда они могут появиться. В отличие от брандмауэров или IDS, где хакер знает, какая защита установлена, сигнализации и приманки специально разработаны для сетей, подвергающихся нападению.

Сканеры уязвимостей

Назначение сканеров, определяющих слабые места защиты, – автоматически сканировать сеть (или компьютер) на предмет обнаружения известных недостатков. Они делают свое дело и затем выдают точный отчет о том, какие уязвимые точки имеет сеть. Обладая этой информацией, вы можете решить – усилить защиту или пользоваться сетью, несмотря на обнаруженные недостатки.

На самом деле с этими устройствами не все так ясно, и все сканеры, имеющиеся на рынке, действуют не совсем так. Если бы они работали так, как можно было бы предположить, то они испортили бы компьютеры и причинили ущерб сети. Никто не использует такие средства, поэтому приходится идти на ухищрения.

Представьте чувствительный сканер, определяющий уязвимые места в вашем доме. Он проверит, чувствительны ли ваши окна к атаке камнем. Очевидный способ сделать это – бросить камень в окно и посмотреть на результат. Но это причинит вред дому, и поэтому сканер ищет обходные пути для получения нужной информации. Он определит, одинарные или двойные стекла в окне. Возможно, постучит по ним для того, чтобы удостовериться, действительно ли это стекло или более прочный пластик. Может быть, он попытается прочитать часть номера на стекле и сделает выводы о качестве литья. Вот такие вещи приходится делать сканирующему устройству.

На самом деле все еще сложнее. Иногда трудно сказать, будет ли успешна исследуемая атака. Например, домашний сканер проверяет электробезопасность, пытаясь перерезать провод. Это ему удается, но свет не гаснет. Что это означает – что сканер на самом деле не смог перерезать линию, или что в доме имеется резервная электростанция? Или, например, сканер перерезает провод, и свет гаснет. Значит ли это, что сканер перерезал линию или сделал что-нибудь другое (несколько последовательных действий, в результате которых свет погас)? Сканер не знает об этом, и в большинстве случаев нет способа определить действительно повлиявший фактор. Сети ненадежны; чаще всего трудно понять, в чем причина неисправности.

Хотя сканирующие устройства недостаточно эффективны для обнаружения слабых мест, и они также не могут точно оценить результат своих действий, они небесполезны. Они могут исследовать, по крайней мере, окольными путями, системы на уязвимость. В результате создается список слабых мест, которые аккуратный системный администратор будет закрывать (а бесчестный хакер будет использовать). Вот тут они работают отлично.

Когда в 1995 году появился SATAN (Securuty Administrator Tool for Analyzing Networks), он произвел настоящий фурор. В средствах массовой информации он был изображен хуже, чем его тезка (сатана), и автор этой программы был уволен с работы. С тех пор отношение к сканирующим устройствам изменилось, и они стали использоваться как часть набора инструментов администратора безопасности. На рынке сейчас присутствуют несколько коммерческих продуктов подобного рода с известными именами. Их можно представлять себе как некую разновидность аудита: это похоже на то, что некоторое частное лицо исследует вашу сеть, и сообщает о слабых местах вашей системы безопасности. Вы можете нанять исследователя для проверки вашей системы, но хакер может нанять того же самого исследователя для проверки возможности атаки. Понятно, что это ограничения технологии.

Безопасность электронной почты

Сейчас электронная почта широко распространена. Любой, кто присутствует в киберпространстве, имеет электронный адрес и, вероятно, получает много сообщений каждый день. Почтовые программы не имеют встроенной системы безопасности.

Любой узел сети по пути следования сообщений между отправителем и получателем способен прочитать электронную почту, так же как и любой другой сетевой пакет. (Вы можете даже увидеть имена некоторых из этих машин в заголовке полученной почты.) Интернет-сообщение можно сравнить с почтовой открыткой: любой – почтальон, сортировщик почты, любопытные перевозчики, – в общем, те, кто соприкасаются с почтовой открыткой, могут прочитать сообщение на обратной стороне. Также нет способа проверки подписи или обратного адреса (знаете ли вы, что написанное в заголовке письма имя отправителя можно легко сфальсифицировать?), поэтому мы не можем знать наверняка, откуда пришло это письмо. (Распространители спама[38] используют это для сокрытия истинных адресов массовых рассылок.) Если хакер хочет все красиво обставить, он может связаться с машиной, которая должна явиться отправителем его сообщения, и действительно послать сообщение с нее. Если ему все равно, то он просто подделывает имя в заголовке письма.

Хотелось бы, чтобы электронная почта обеспечивала две вещи. Во-первых, мы должны быть уверены, что никто не сможет прочитать сообщение, кроме того, кому оно действительно предназначается. Во-вторых, мы должны твердо знать, что сообщение на самом деле пришло от того человека, имя которого указано в заголовке, и что никто не мог его подделать.

С помощью криптографии легко защитить электронную почту, и на рынке имеются десятки продуктов, призванных обеспечить решение этой проблемы. Вот основная последовательность действий.

1. Алиса получает открытый ключ Боба.

2. Алиса подписывает сообщение своим закрытым ключом.

3. Алиса шифрует сообщение с помощью открытого ключа Боба.

4. Алиса отсылает Бобу зашифрованное и подписанное сообщение.

5. Боб расшифровывает сообщение при помощи своего закрытого ключа.

6. Боб проверяет подпись Алисы, используя открытый ключ Алисы.

У вас, скорее всего, возникают вопросы относительно открытых ключей: как их получить, где хранить, как проверять. Я расскажу об этом подробно в главе 15.

Шифрование и сетевая защита

Защиту от сетевых атак нельзя свести просто к применению криптографии в системах. Часто особенности системы не позволяют использовать криптографию. Например, одна часть записи системы доменных имен постоянно изменяется, поэтому непрактично использовать цифровые подписи в этой системе. Подтверждение подлинности с помощью криптографии в данном случае просто не будет работать.

Или представьте себе виртуальный мир, в котором каждый пакет зашифрован с помощью IPsec. Как только пакеты будут зашифрованы, их нельзя будет анализировать. Сетевые инженеры не смогут больше делать анализ трафика. Системы перевода адреса не смогут работать с пакетами. Системы, которые оптимизируют размер пакета для передачи через спутник, тоже не будут работать.

Другой пример: множество сетевых защит рассчитаны на проверку пакетов. Шифрование может препятствовать такой защите.

Рассмотрим антивирусное программное обеспечение, используемое в брандмауэрах, которое автоматически сканирует все входящие электронные сообщения. В больших корпорациях эти программы, просматривая почту, могут находить более 1000 вирусов в день. Если эти корпорации будут шифровать все сообщения, то подобные программы никакой опасности не обнаружат (если они не имеют ключа).

Рассмотрим брандмауэр, который просматривает входящие пакеты на предмет выявления возможного нападения. Если в этой сети везде используется IPsec, то брандмауэры ничего не смогут проверить.

Нет хорошего решения этой проблемы. Один из возможных путей – это снабдить брандмауэр ключом, с помощью которого можно осуществить дешифрацию сообщений. Он несет в себе множество потенциальных проблем безопасности. Другой вариант – это распределенный брандмауэр: распределить защиту по всему сетевому пространству через каждый узел сети. И это решение имеет свой комплекс проблем, но, вероятно, за ним будущее брандмауэров.

Исследователи Интернета бьются над этой проблемой; у меня тоже нет готового ответа.

Глава 13

Надежность программного обеспечения

Системные меры безопасности (ядра безопасности, меры контроля доступа, криптография и т. д.) в комплексе с хорошими сетевыми мерами безопасности (брандмауэрами, системами обнаружения вторжения, механизмами проверки) создают впечатление достаточной компьютерной безопасности. Почему же тогда и компьютеры, и сети так ненадежны? Почему мы так часто становимся свидетелями уязвимости компьютеров и почему не происходит изменение в лучшую сторону?

Проблема в том, что такие меры безопасности, как шифрование, ядра безопасности, брандмауэры и прочие, лучше работают в теории, нежели на практике. Другими словами, изъяны системы безопасности значительно чаще случаются при вводе ее в действие, и они намного более серьезны, чем те, что возникают при ее разработке. До сих пор во второй части данной книги говорилось о разработке. В этой главе речь пойдет о вводе в действие.

Дефектный код

В июле 1996 года вследствие ошибки в программе вскоре после запуска взорвалась ракета «Ариан 5» Европейского космического агентства: программа пыталась поместить 64-разрядное число в 16-разрядное пространство, вызвав переполнение. Этот урок особенно важен для понимания проблем компьютерной безопасности. По существу, проблема была связана с фрагментом кода, обрабатывавшего данные о скорости бокового ветра, написанного еще для ракеты «Ариан 4». Через 36,7 секунды после запуска управляющий компьютер попытался преобразовать значение скорости из 64-разрядного формата в 16-разрядный. Число оказалось слишком большим, что и вызвало ошибку. Обычно используется дополнительный код, который отслеживает ошибки такого рода и исправляет их. Но в данном случае программисты-разработчики решили не беспокоиться о подобном коде, так как величина скорости никогда не достигала таких больших значений, чтобы создавать проблемы. Возможно, это было верно для «Ариан 4», но «Ариан 5» – более быстрая ракета. Но хуже всего то, что эти вычисления, содержащие ошибку, не имели смысла с того момента, когда ракета оказывалась в воздухе. Программа, их производящая, была нужна лишь для того, чтобы отладить систему перед запуском, и после этого ее надо было бы сразу отключить. Но инженеры еще при разработке более ранней модели ракеты решили использовать эту функцию в течение первых 40 секунд полета, чтобы облегчить перезапуск системы в случае задержки запуска в последний момент перед стартом. Была резервная система, предназначенная дублировать основную в случае ее отказа, но она работала с тем же самым программным обеспечением, содержавшим те же самые ошибки.

В результате всех этих событий работа системы управления, полностью запутавшей бортовой компьютер «Ариан 5», была прекращена. Это привело к ненужной корректировке курса ракеты и повлекло ее самоуничтожение.

Три года спустя во время сложных маневров исчез искусственный спутник планеты Марс, запущенный NASA. Это не было делом рук марсианской противовоздушной обороны, а произошло вследствие ошибки преобразования данных. Инженеры NASA неудачно перевели значение силы сопротивления из английской системы мер в метрическую. Значения различаются в 4,45 раза: этого оказалось достаточно, чтобы научно-исследовательская станция опустилась на 50 миль ниже и сгорела в марсианской атмосфере.

Эти две катастрофы не связаны с компьютерной безопасностью, но они могут служить для пояснения того, насколько сложно разработать и ввести в действие код без ошибок. И Европейское космическое агентство, и NASA располагают достаточно большими средствами и сильно заинтересованы в том, чтобы обеспечить качество программного обеспечения. Но они до сих пор не в состоянии сделать это.

У других дела обстоят не лучше. В 1999 году eBay потеряла 22 часа из-за связанных с программным обеспечением ошибок в коде, полученном от Sun Microsystems. Выявление ошибки задержало выпуск карманных компьютеров Visor. А в 1998 году дефект в коммутаторах, произведенных компанией Cisco Systems, привел в нерабочее состояние передающую сеть компании AT&T Interspan, что отразилось на работе 6600 клиентов.