Алгоритм работы межсетевого экрана программные модули. Межсетевые экраны. Вместо применения связанных с приложениями программ-посредников, брандмауэры экспертного уровня используют специальные алгоритмы распознавания и обработки данных на уровне приложени

Firewall (Межсетевой экран)

Межсетевой экран (Брандмауэр или Firewall) – это средство фильтрации пакетного трафика, поступающего из внешней сети по отношению к данной локальной сети или компьютеру. Рассмотрим причины появления и задачи выполняемые Firewall. Современная сеть передачи данных – это множество удаленных высокопроизводительных устройств, взаимодействующих друг с другом на значительном расстоянии. Одними из наиболее крупномасштабных сетей передачи данных являются компьютерные сети, такие как сеть Интернет. В ней одновременно работают миллионы источников и потребителей информации по всему миру. Широкое развитие данной сети позволяет использовать ее не только частным лицам, но и крупным компаниям для объединения своих разрозненных устройств по всему миру в единую сеть. Вместе с этим, общий доступ к единым физическим ресурсам открывает доступ мошенникам, вирусам и конкурентам возможность причинить вред конечным пользователям: похитить, исказить, подбросить или уничтожить хранимую информацию, нарушить целостность программного обеспечения и даже вывести аппаратную часть конечной станции. Для предотвращения данных нежелательных воздействий необходимо предотвратить несанкционированный доступ, для чего часто применяется Firewall. Само название Firewall (wall – от англ. стена) кроет в себе его назначение, т.е. он служит стеной между защищаемой локальной сетью и Интернетом либо любой другой внешней сетью и предотвращать любые угрозы. Кроме вышеуказанной межсетевой экран также может выполнять и другие функции, связанные с фильтрацией трафика от/к какому-либо ресурсу сети Интернет.

Принцип действия Firewall основан на контроле поступающего извне трафика. Могут быть выбраны следующие методы контроля трафика между локальной и внешней сетью:

1. Фильтрация пакетов – основан на настройке набора фильтров. В зависимости от того удовлетворяет ли поступающий пакет указанным в фильтрах условиям он пропускается в сеть либо отбрасывается.

2. Proxy-сервер – между локальной и внешней сетями устанавливается дополнительное устройство proxy-сервер, который служит «воротами», через который должен проходить весь входящий и исходящий трафик.

3. Stateful inspection – инспектирование входящего трафика – один из самых передовых способов реализации Firewall. Под инспекцией подразумевается анализ не всего пакета, а лишь его специальной ключевой части и сравнении с заранее известными значениями из базы данных разрешенных ресурсов. Данный метод обеспечивает наибольшую производительность работы Firewall и наименьшие задержки.

Межсетевой экран может быть выполнен аппаратно или программно. Конкретная реализация зависит от масштаба сети, объема трафика и необходимых задач. Наиболее распространенным типом Брандмауэров является программный. В этом случае он реализован в виде программы, запущенной на конечном ПК, либо пограничном сетевом устройстве, например . В случае аппаратного исполнения Firewall представляет собой отдельный сетевой элемент, обладающий обычно большими производительными способностями, но выполняющий аналогичные задачи.

Firewall позволяет настраивать фильтры, отвечающие за пропуск трафика по следующим критериям:

1. IP-адрес . Как известно, любое конечное устройство, работающее по протоколу должно иметь уникальный адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон можно запретить получать из них пакеты, либо наоборот разрешить доступ только с данных IP адресов.

2. Доменное имя . Как известно, сайту в сети Интернет, точнее его IP-адресу может быть поставлено в соответств ие буквенно-цифровое имя, которое гораздо проще запомнить чем набор цифр. Таким образом, фильтр может быть настроен на пропуск трафика только к/от одного из ресурсов, либо запретить доступ к нему.

3. Порт . Речь идет о программных портах, т.е. точках доступа приложений к услугам сети. Так, например, ftp использует порт 21, а приложения для просмотра web-страниц порт 80. Это позволяет запретить доступ с нежелательных сервисов и приложений сети, либо наоборот разрешить доступ только к ним.

4. Протокол . Firewall может быть настроен на пропуск данных только какого-либо одного протокола, либо запретить доступ с его использованием. Обычно тип протокола может говорить о выполняемых задачах, используемого им приложения и о наборе параметров защиты. Таким образом, доступ может быть настроен только для работы какого-либо одного специфического приложения и предотвратить потенциально опасный доступ с использованием всех остальных протоколов.

Выше перечислены только основные параметры, по которым может быть произведена настройка. Также могут применяться другие параметры для фильтров, специфичные для данной конкретной сети, в зависимости от выполняемых в ней задач.

Таким образом, Firewall предоставляет комплексны набор задач по предотвращению несанкционированного доступа, повреждения или хищения данных, либо иного негативного воздействия, которое может повлиять на работоспособность сети. Обычно межсетевой экран используется в совокупности с другими средствами защиты, например, антивирусное ПО.

Число инцидентов, связанных с информационной безопасностью, по данным ведущих аналитических агентств постоянно возрастает. Специалисты, отвечающие за защиту информации, отмечают возрастающую активность внешних злоумышленников, использующих последние разработки в области нападения, пытающихся проникнуть в корпоративные сети для совершения своих «черных» дел.

Число инцидентов, связанных с информационной безопасностью, по данным ведущих аналитических агентств постоянно возрастает. Специалисты, отвечающие за защиту информации, отмечают возрастающую активность внешних злоумышленников, использующих последние разработки в области нападения, пытающихся проникнуть в корпоративные сети для совершения своих «черных» дел. Они не ограничиваются кражей информации или выведением узлов сети из строя. Нередки случаи, когда взломанные сети использовались для совершения новых атак. Поэтому защита периметра информационной системы является обязательным элементом системы информационной безопасности организации.

При этом для определения состава компонентов защиты периметра, обеспечивающих минимальный (начальный) уровень информационной безопасности, необходимо произвести анализ наиболее распространенных угроз информационным ресурсам организации:
сетевые атаки, направленные на недоступность информационных ресурсов (к примеру, web-серверов, сервисов электронной почты и т.д.) - атаки класса DoS и DDoS;
компрометация информационных ресурсов и эскалация привилегий как со стороны инсайдеров, так и внешних злоумышленников, как с целью использования ваших ресурсов, так и с целью нанесения ущерба;
действия вредоносного программного кода (вирусы, сетевые черви, трояны, программы-шпионы и т.д.);
утечка конфиденциальной информации и похищение данных как через сеть (e-mail, FTP, web и пр.), так и через внешние носители;
различные сетевые атаки на приложения.

Для минимизации угроз информационной безопасности необходимо внедрение межсетевых экранов в разных уровнях модели OSI, как показано в таблице.

Таблица. Межсетевые экраны и модели OSI

Работа всех межсетевых экранов основана на использовании информации разных уровней модели OSI (табл.). Модель OSI, разработанная Международной организацией по стандартизации, определяет семь уровней, на которых компьютерные системы взаимодействуют друг с другом, - начиная с уровня физической среды передачи данных и заканчивая уровнем прикладных программ, используемых для коммуникаций. В общем случае, чем выше уровень модели OSI, на котором брандмауэр фильтрует пакеты, тем выше и обеспечиваемый им уровень защиты.

Могут быть выбраны следующие методы контроля трафика между локальной и внешней сетью:
1. Фильтрация пакетов - основан на настройке набора фильтров. В зависимости от того, удовлетворяет ли поступающий пакет указанным в фильтрах условиям, он пропускается в сеть либо отбрасывается.
2. Данный класс маршрутизаторов представляет собой транслятор TCP-соединения. Шлюз принимает запрос авторизованного клиента на конкретные услуги и после проверки допустимости запрошенного сеанса устанавливает соединение с местом назначения (внешним хостом). После этого шлюз копирует пакеты в обоих направлениях, не осуществляя их фильтрации. Как правило, пункт назначения задается заранее, в то время как источников может быть много. Используя различные порты, можно создавать разнообразные конфигурации соединений. Данный тип шлюза позволяет создать транслятор TCP-соединения для любого определенного пользователем сервиса, базирующегося на ТСР, осуществлять контроль доступа к этому сервису и сбор статистики по его использованию.
3. Proxy-сервер - между локальной и внешней сетями устанавливается дополнительное устройство proxy-сервер, который служит «воротами», через которые должен проходить весь входящий и исходящий трафик. Statefulinspection - инспектирование входящего трафика - один из самых передовых способов реализации межсетевого экрана. Под инспекцией подразумевается анализ не всего пакета, а лишь его специальной ключевой части и сравнение с заранее известными значениями из базы данных разрешенных ресурсов. Данный метод обеспечивает наибольшую производительность работы межсетевого экрана и наименьшие задержки.

Принцип действия межсетевого экрана основан на контроле поступающего извне трафика.

Межсетевой экран может быть выполнен аппаратно или программно. Конкретная реализация зависит от масштаба сети, объема трафика и необходимых задач. Наиболее распространенным типом брандмауэров является программный. В этом случае он реализован в виде программы, запущенной на конечном ПК, либо пограничном сетевом устройстве, например, маршрутизаторе. В случае аппаратного исполнения межсетевой экран представляет собой отдельный сетевой элемент, обладающий обычно большими производительными способностями, но выполняющий аналогичные задачи.

Межсетевой экран позволяет настраивать фильтры, отвечающие за пропуск трафика по следующим критериям:
1. IP-адрес. Как известно, любое конечное устройство, работающее по протоколу IP, должно иметь уникальный адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон, можно запретить получать из них пакеты, либо, наоборот, разрешить доступ только с данных IP-адресов.
2. Доменное имя. Как известно, сайту в сети Интернет, точнее его IP-адресу, может быть поставлено в соответствие буквенно-цифровое имя, которое гораздо проще запомнить, чем набор цифр. Таким образом, фильтр может быть настроен на пропуск трафика только к/от одного из ресурсов, либо запретить доступ к нему.
3. Порт. Речь идет о программных портах, т.е. точках доступа приложений к услугам сети. Так, например, ftp использует порт 21, а приложения для просмотра web-страниц порт 80. Это позволяет запретить доступ с нежелательных сервисов и приложений сети, либо, наоборот, разрешить доступ только к ним.
4. Протокол. Межсетевой экран может быть настроен на пропуск данных только какого-либо одного протокола, либо запретить доступ с его использованием. Обычно тип протокола может говорить о выполняемых задачах используемого им приложения и о наборе параметров защиты. Таким образом, доступ может быть настроен только для работы какого-либо одного специфического приложения и предотвратить потенциально опасный доступ с использованием всех остальных протоколов.

Выше перечислены только основные параметры, по которым может быть произведена настройка. Также могут применяться другие параметры для фильтров, специфичные для данной конкретной сети, в зависимости от выполняемых в ней задач.

Таким образом, межсетевой экран предоставляет комплексный набор задач по предотвращению несанкционированного доступа, повреждения или хищения данных, либо иного негативного воздействия, которое может повлиять на работоспособность сети. Обычно межсетевой экран используется в совокупности с другими средствами защиты, например, антивирусное ПО.

Создание политики фильтрации для межсетевых экранов
Существует два основных способа создания наборов правил межсетевого экрана: «включающий» и «исключающий». Исключающий межсетевой экран позволяет прохождение всего трафика, за исключением трафика, соответствующего набору правил. Включающий межсетевой экран действует прямо противоположным образом. Он пропускает только трафик, соответствующий правилам, и блокирует все остальное.

Включающий межсетевой экран обеспечивает гораздо большую степень контроля исходящего трафика. Поэтому включающий межсетевой экран является лучшим выбором для систем, предоставляющих сервисы в сети Интернет. Он также контролирует тип трафика, порождаемого вне и направляющегося в вашу приватную сеть. Трафик, не попавший в правила, блокируется, а в файл протокола вносятся соответствующие записи. Включающие межсетевые экраны обычно более безопасны, чем исключающие, поскольку они существенно уменьшают риск пропуска межсетевым экраном нежелательного трафика.

Безопасность может быть дополнительно повышена с использованием «межсетевого экрана с сохранением состояния». Такой межсетевой экран сохраняет информацию об открытых соединениях и разрешает только трафик через открытые соединения или открытие новых соединений. Недостаток межсетевого экрана с сохранением состояния в том, что он может быть уязвим для атак DoS (Denial of Service, отказ в обслуживании), если множество новых соединений открывается очень быстро. Большинство межсетевых экранов позволяют комбинировать поведение с сохранением состояния и без сохранения состояния, что позволяет создавать оптимальную конфигурацию для каждой конкретной системы.

В качестве примера можно рассмотреть создание правил фильтрации в простом пакетном фильтре. Существуют несколько возможных параметров при фильтрации пакетов. Наиболее простым является адресная фильтрация; она состоит в сравнении адресов в пакете с адресами, прописанными в правилах. Если адреса совпадают, пакет пропускается. Это сравнение производится следующим образом:

1. Можно рассмотреть следующее правило: все хосты сети 10.1.x.x могут взаимодействовать с хостами сети 10.2.x.x. Пишется это правило следующем образом:

10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0
——- Источник —— —— Назначение ——

Теперь можно применить правило к пакету, который отправлен от хоста 10.1.1.2 к хосту 10.3.7.7. Наложим маску к обоим адресам - адресу в правиле и адресу в пакете. Затем проверяется, одинаковы ли адреса источника и назначения. В результате будем иметь:

Для адреса источника:

10.1.0.0 & 255.255.0.0 = 10.1.0.0 (для правила)
10.1.1.2 & 255.255.0.0 = 10.1.0.0 (для пакета)

После применения маски оба адреса совпадают. Проверим теперь адрес назначения:

10.2.0.0 & 255.255.0.0 = 10.2.0.0 (для правила)
10.3.7.7 & 255.255.0.0 = 10.3.0.0 (для пакета)

Так как адреса назначения пакета и правила после применения маски не совпадают, то это правило не должно применяться к данному пакету.

Эта операция выполняется по всему списку адресов и масок источника и назначения до достижения конца списка или до тех пор, пока пакет не будет удовлетворять одному из правил. Список правил имеет следующий формат:

10.1.1.2 & 255.255.255.255 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0
10.3.3.2 & 255.255.255.255 — 10.1.2.1 & 255.255.255.255
10.1.1.0 & 255.0.0.0 — 10.2.3.0 & 255.255.255.0
10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0

Кроме адресов источника и назначения, каждый IP-пакет заключает в себе информацию об используемых протоколе и сервисе. Ее можно использовать как дополнительный параметр фильтрации.

Например, сервисы в протоколе TCP всегда связаны с портом. В результате можно привести в соответствие список портов с адресами.

Воспользуемся для примера двумя хорошо знакомыми сервисами - POP3 и HTTP. POP3 использует порт 110, а HTTP - порт 80. Следовательно, мы можем добавить эти порты в описание правила. В результате получим:

10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0 TCP 80 110
—— Источник —— —— Назначение —— Протокол – Порты —

Это правило разрешает каждому пакету, следующему от сети 10.1.x.x к сети 10.2.x.x и использующему сервисы HTTP и POP3, проходить через межсетевой экран.

Сначала адреса из правила сравниваются с адресами пакета. Если после наложения маски оба адреса совпадают, протокол и порт назначения в пакете будут сравниваться с протоколом и списком портов, описанных в правиле. Если протокол совпадает, а порт в правиле одинаков с портом пакета, то такой пакет удовлетворяет правилу. В противном случае поиск будет продолжен в списке правил.

С учетом этой новой информации набор правил будет иметь следующий формат:

10.1.1.2 & 255.255.255.255 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0 UDP 53
10.3.3.2 & 255.255.255.255 — 10.1.2.1 & 255.255.255.255 TCP 80
10.1.1.0 & 255.0.0.0 — 10.2.3.0 & 255.255.255.0 TCP 21 20 113
10.1.0.0 & 255.255.0.0 — 10.2.0.0 & 255.255.0.0 ICMP 0 8

Кроме этих основных параметров фильтрации можно добавить еще несколько. Одним из них является сетевой интерфейс источника; используя имя сетевого интерфейса в качестве параметра фильтрации можно разрешить прохождение пакетов с определенными адресами только от заданного интерфейса.

Цель такой процедуры состоит в блокировании атаки, известной как IP-спуфинг, суть которой состоит в том, что во внутреннюю сеть посылается пакет с фальшивым адресом источника (из внутренней сети). При использовании в качестве параметра имени сетевого интерфейса можно легко блокировать этот вид атаки. Например, если внутренняя сеть взаимодействует с межсетевым экраном через интерфейс de0, то необходимо лишь установить в правилах, что пакеты с адресом источника из внутренней сети следует принимать, только если они пришли от данного интерфейса; во всех других случаях они будут отбрасываться.

В Одноклассники

Интенсивное развитие глобальных компьютерных сетей, появление новых технологий поиска информации привлекают все большее внимание к сети Интернет со стороны частных лиц и различных организаций. Многие организации принимают решения по интеграции своих локальных и корпоративных сетей в Интернет. Использование Интернета в коммерческих целях, а также при передаче информации, содержащей сведения конфиденциального характера, влечет за собой необходимость построения эффективной системы защиты данных. Использование глобальной сети Интернет обладает неоспоримыми достоинствами, но, как и многие другие новые технологии, имеет и свои недостатки. Развитие глобальных сетей привело к многократному увеличению количества не только пользователей, но и атак на компьютеры, подключенные к Интернету. Ежегодные потери из-за недостаточного уровня защищенности компьютеров оцениваются десятками миллионов долларов. Поэтому при подключении к Интернету локальной или корпоративной сети необходимо позаботиться об обеспечении ее информационной безопасности.

лобальная сеть Интернет создавалась как открытая система, предназначенная для свободного обмена информации. В силу открытости своей идеологии Интернет предоставляет злоумышленникам значительно большие возможности по проникновению в информационные системы. Через Интернет нарушитель может:

• вторгнуться во внутреннюю сеть предприятия и получить несанкционированный доступ к конфиденциальной информации;
• незаконно скопировать важную и ценную для предприятия информацию;
• получить пароли, адреса серверов, а подчас и их содержимое;
• войти в информационную систему предприятия под именем зарегистрированного пользователя и т.д.

Посредством получения злоумышленником информации может быть серьезно подорвана конкурентоспособность предприятия и доверие его клиентов.

Ряд задач по отражению наиболее вероятных угроз для внутренних сетей способны решать межсетевые экраны. Межсетевой экран — это система межсетевой защиты, позволяющая разделить каждую сеть на две и более части и реализовать набор правил, определяющих условия прохождения пакетов с данными через границу из одной части общей сети в другую. Как правило, эта граница проводится между корпоративной (локальной) сетью предприятия и глобальной сетью Интернет, хотя ее можно провести и внутри корпоративной сети предприятия. Использование межсетевых экранов позволяет организовать внутреннюю политику безопасности сети предприятия, разделив всю сеть на сегменты. Это позволяет сформулировать основные принципы архитектуры безопасности корпоративной сети:

1. Введение N категорий секретности и создание соответственно N выделенных сетевых сегментов пользователей. При этом каждый пользователь внутри сетевого сегмента имеет одинаковый уровень секретности (допущен к информации одного уровня секретности). Данный случай можно сравнить с секретным заводом, где все сотрудники в соответствии со своим уровнем доступа имеют доступ только к определенным этажам. Эта структура объясняется тем, что ни в коем случае нельзя смешивать потоки информации разных уровней секретности. Не менее очевидным объяснением подобного разделения всех пользователей на N, изолированных сегментов является легкость осуществления атаки внутри одного сегмента сети.
2. Выделение в отдельный сегмент всех внутренних серверов компании. Эта мера также позволяет изолировать потоки информации между пользователями, имеющими различные уровни доступа.
3. Выделение в отдельный сегмент всех серверов компании, к которым будет предоставлен доступ из Интернета (создание демилитаризованной зоны для внешних ресурсов).
4. Создание выделенного сегмента административного управления.
5. Создание выделенного сегмента управления безопасностью.

Межсетевой экран пропускает через себя весь трафик, принимая относительно каждого проходящего пакета решение: дать ему возможность пройти или нет. Для того чтобы межсетевой экран мог осуществить эту операцию, ему необходимо определить набор правил фильтрации. Решение о том, фильтровать ли с помощью межсетевого экрана конкретные протоколы и адреса, зависит от принятой в защищаемой сети политики безопасности. Межсетевой экран представляет собой набор компонентов, настраиваемых для реализации выбранной политики безопасности.

Политика сетевой безопасности каждой организации должна включать две составляющие:

1. Политика доступа к сетевым сервисам.
2. Политика реализации межсетевых экранов.

Политика доступа к сетевым сервисам должна быть уточнением общей политики организации в отношении защиты информационных ресурсов в организации. Для того чтобы межсетевой экран успешно защищал ресурсы организации, политика доступа пользователей к сетевым сервисам должна быть реалистичной. Таковой считается политика, при которой найден гармоничный баланс между защитой сети организации от известных рисков и необходимостью доступа пользователей к сетевым сервисам. В соответствии с принятой политикой доступа к сетевым сервисам определяется список сервисов Интернета, к которым пользователи должны иметь ограниченный доступ. Задаются также ограничения на методы доступа, необходимые для того, чтобы пользователи не могли обращаться к запрещенным сервисам Интернета обходными путями.

Межсетевой экран может реализовать ряд политик доступа к сервисам. Но обычно политика доступа к сетевым сервисам основана на одном из следующих принципов:

1. Запретить доступ из Интернета во внутреннюю сеть и разрешить доступ из внутренней сети в Интернет.
2. Разрешить ограниченный доступ во внутреннюю сеть из Интернета, обеспечивая работу только отдельных авторизованных систем, например информационных и почтовых серверов.

В соответствии с политикой реализации межсетевых экранов определяются правила доступа к ресурсам внутренней сети. Прежде всего необходимо установить, насколько «доверительной» или «подозрительной» должна быть система защиты. Иными словами, правила доступа к внутренним ресурсам должны базироваться на одном из следующих принципов:

1. Запрещать все, что не разрешено в явной форме.
2. Разрешать все, что не запрещено в явной форме.

Эффективность защиты внутренней сети с помощью межсетевых экранов зависит не только от выбранной политики доступа к сетевым сервисам и ресурсам внутренней сети, но и от рациональности выбора и использования основных компонентов межсетевого экрана.

Функциональные требования к межсетевым экранам охватывают следующие сферы:

• фильтрация на сетевом уровне;
• фильтрация на прикладном уровне;
• настройка правил фильтрации и администрирование;
• средства сетевой аутентификации;
• внедрение журналов и учет.

Классификация межсетевых экранов

Настоящее время не существует единой и общепризнанной классификации межсетевых экранов. Выделим следующие классы межсетевых экранов:

1. Фильтрующие маршрутизаторы.
2. Шлюзы сеансового уровня.
3. Шлюзы уровня приложений.

Эти категории можно рассматривать как базовые компоненты реальных межсетевых экранов. Лишь немногие межсетевые экраны включают лишь одну из перечисленных категорий. Тем не менее эти компоненты отражают ключевые возможности, отличающие межсетевые экраны друг от друга.

Фильтрующие маршрутизаторы

Фильтрующий маршрутизатор представляет собой маршрутизатор или работающую на сервере программу, сконфигурированные таким образом, чтобы фильтровать входящие и исходящие пакеты. Фильтрация пакетов осуществляется на основе информации, содержащейся в TCP- и IP-заголовках пакетов.

Фильтрующий маршрутизатор обычно может фильтровать IP-пакеты на основе группы следующих полей заголовка пакета:

• IP-адрес отправителя;
• IP-адрес получателя;
• порт отправителя;
• порт получателя.

Некоторые маршрутизаторы проверяют, с какого сетевого интерфейса маршрутизатора пришел пакет, и затем используют эту информацию как дополнительный критерий фильтрации.

Фильтрация может быть реализована различными способами для блокирования соединений с определенными компьютерами или портами. Например, можно блокировать соединения, идущие от конкретных адресов тех компьютеров и сетей, которые считаются враждебными или ненадежными.

Правила фильтрации пакетов формулируются сложно, к тому же обычно не существует средств для проверки их корректности, кроме медленного ручного тестирования. При этом в отсутствие фильтрующего маршрутизатора средств протоколирования (если правила фильтрации пакетов все-таки позволят опасным пакетам пройти через маршрутизатор) такие пакеты не смогут быть выявлены до обнаружения последствий проникновения. Даже если администратору сети удастся создать эффективные правила фильтрации, их возможности останутся ограниченными. Например, администратор задает правило, в соответствии с которым маршрутизатор будет отбраковывать все пакеты с неизвестным адресом отправителя. Однако в данном случае хакер для проникновения внутрь защищенной сети может осуществить атаку, которую называют подменой адреса. В таких условиях фильтрующий маршрутизатор не сумеет отличить поддельный пакет от настоящего и пропустит его.

К положительным качествам фильтрующих маршрутизаторов можно отнести следующие:

• сравнительно невысокая стоимость;
• гибкость в определении правил фильтрации;
• небольшая задержка при прохождении пакетов.

Недостатки фильтрующих маршрутизаторов:

• внутренняя сеть видна (маршрутизируется) из сети Интернет;
• правила фильтрации пакетов трудны в описании и требуют очень хороших знаний технологий TCP и UDP;
• при нарушении работоспособности межсетевого экрана с фильтрацией пакетов все компьютеры за ним становятся полностью незащищенными либо недоступными;
• отсутствует аутентификация на пользовательском уровне.

Шлюзы сеансового уровня

Данный класс маршрутизаторов представляет собой транслятор TCP-соединения. Шлюз принимает запрос авторизованного клиента на конкретные услуги и после проверки допустимости запрошенного сеанса устанавливает соединение с местом назначения (внешним хостом). После этого шлюз копирует пакеты в обоих направлениях, не осуществляя их фильтрации. Как правило, пункт назначения задается заранее, в то время как источников может быть много. Используя различные порты, можно создавать разнообразные конфигурации соединений. Данный тип шлюза позволяет создать транслятор TCP-соединения для любого определенного пользователем сервиса, базирующегося на ТСР, осуществлять контроль доступа к этому сервису и сбор статистики по его использованию.

Шлюз следит за подтверждением (квитированием) связи между авторизованным клиентом и внешним хостом, определяя, является ли запрашиваемый сеанс связи допустимым. Чтобы выявить допустимость запроса на сеанс связи, шлюз выполняет следующую процедуру. Когда авторизованный клиент запрашивает некоторый сервис, шлюз принимает этот запрос, проверяя, удовлетворяет ли данный клиент базовым критериям фильтрации. Затем, действуя от имени клиента, шлюз устанавливает соединение с внешним хостом и следит за выполнением процедуры квитирования связи по протоколу ТСР. Эта процедура состоит из обмена ТСР-пакетами, которые помечаются флагами SYN (синхронизировать) и АСК (подтвердить).

Первый пакет сеанса ТСР, помеченный флагом SYN и содержащий произвольное число, например 500, является запросом клиента на открытие сеанса. Внешний хост, получивший этот пакет, посылает в ответ другой, помеченный флагом АСК и содержащий число на единицу большее, чем в принятом пакете (в нашем случае 501), подтверждая тем самым прием пакета SYN от клиента.

Далее осуществляется обратная процедура: хост посылает клиенту пакет SYN с исходным числом, например 700, а клиент подтверждает его получение передачей пакета АСК, содержащего число 701. На этом процесс квитирования связи завершается.

Шлюз сеансового уровня признает завершенное соединение допустимым только в том случае, если при выполнении процедуры квитирования связи флаги SYN и АСК, а также числа, содержащиеся в ТСР-пакетах, оказываются логически связанными между собой.

После того как шлюз определил, что доверенный клиент и внешний хост являются авторизованными участниками сеанса ТСР, и проверил его допустимость, он устанавливает соединение. Начиная с этого момента шлюз копирует и перенаправляет пакеты туда и обратно, не проводя никакой фильтрации. Он поддерживает таблицу установленных соединений, пропуская данные, которые относятся к одному из сеансов связи, зафиксированных в данной таблице. Когда сеанс завершается, шлюз удаляет соответствующий элемент из таблицы и разрывает сеть, использовавшуюся в текущем сеансе.

Недостатком шлюзов сеансового уровня является отсутствие проверки содержимого передаваемых пакетов, что дает возможность нарушителю проникнуть через такой шлюз.

Шлюзы уровня приложений

С целью защиты ряда уязвимых мест, присущих фильтрующим маршрутизаторам, межсетевые экраны должны использовать прикладные программы для фильтрации соединений с такими сервисами, как Telnet и FTP. Подобное приложение называется proxy-службой, а хост, на котором работает proxy-служба, — шлюзом уровня приложений. Такой шлюз исключает прямое взаимодействие между авторизованным клиентом и внешним хостом. Шлюз фильтрует все входящие и исходящие пакеты на прикладном уровне.

Обнаружив сетевой сеанс, шлюз приложений останавливает его и вызывает уполномоченное приложение для оказания завершаемой услуги. Для достижения более высокого уровня безопасности и гибкости шлюзы уровня приложений и фильтрующие маршрутизаторы могут быть объединены в межсетевом экране.

Шлюзы прикладного уровня позволяют обеспечить надежную защиту, поскольку взаимодействие с внешним миром реализуется через небольшое число уполномоченных приложений, полностью контролирующих весь входящий и исходящий трафик. Следует отметить, что шлюзы уровня приложений требуют отдельного приложения для каждого сетевого сервиса.

По сравнению с работающими в обычном режиме, при котором прикладной трафик пропускается непосредственно к внутренним хостам, шлюзы прикладного уровня имеют ряд преимуществ:

• невидимость структуры защищаемой сети из глобальной сети Интернет. Имена внутренних систем можно не сообщать внешним системам через DNS, поскольку шлюз прикладного уровня может быть единственным хостом, имя которого будет известно внешним системам;
• надежная аутентификация и регистрация. Прикладной трафик может быть аутентифицирован, прежде чем он достигнет внутренних хостов, и зарегистрирован более эффективно, чем с помощью стандартной регистрации;
• приемлемое соотношение цены и эффективности. Дополнительные программные или аппаратные средства аутентификации или регистрации нужно устанавливать только на шлюзе прикладного уровня;
• простые правила фильтрации. Правила на фильтрующем маршрутизаторе оказываются менее сложными, чем на маршрутизаторе, который самостоятельно фильтрует прикладной трафик и отправляет его большому числу внутренних систем. Маршрутизатор должен пропускать прикладной трафик, предназначенный только для шлюза прикладного уровня, и блокировать весь остальной;
• возможность организации большого числа проверок. Защита на уровне приложений позволяет осуществлять большое количество дополнительных проверок, что снижает вероятность взлома с использованием «дыр» в программном обеспечении.

Недостатками шлюзов уровня приложений являются:

• относительно низкая производительность по сравнению с фильтрующими маршрутизаторами. В частности, при использовании клиент-серверных протоколов, таких как Telnet, требуется двухшаговая процедура для входных и выходных соединений;
• более высокая стоимость по сравнению с фильтрующими маршрутизаторами.

Одним из важных элементов концепции межсетевых экранов является аутентификация (проверка подлинности пользователя), то есть пользователь получает право воспользоваться тем или иным сервисом только после того, как будет установлено, что он действительно тот, за кого себя выдает. При этом считается, что сервис для данного пользователя разрешен (процесс определения, какие сервисы разрешены конкретному пользователю, называется авторизацией).

При получении запроса на использование сервиса от имени какого-либо пользователя межсетевой экран проверяет, какой способ аутентификации определен для данного субъекта, и передает управление серверу аутентификации. После получения положительного ответа от сервера аутентификации межсетевой экран осуществляет запрашиваемое пользователем соединение. Как правило, большинство коммерческих межсетевых экранов поддерживает несколько различных схем аутентификации, предоставляя администратору сетевой безопасности возможность сделать выбор наиболее приемлемой в сложившихся условиях схемы.

Основные способы развертывания межсетевых экранов в корпоративных сетях

ри подключении корпоративной или локальной сети к глобальным сетям администратор сетевой безопасности должен решать следующие задачи:

• защита корпоративной или локальной сети от несанкционированного удаленного доступа со стороны глобальной сети;
• скрытие информации о структуре сети и ее компонентов от пользователей глобальной сети;
• разграничение доступа в защищаемую сеть из глобальной и из защищаемой сети в глобальную.

Необходимость работы с удаленными пользователями требует установления жестких ограничений доступа к информационным ресурсам защищаемой сети. При этом в организации часто возникает потребность иметь в составе корпоративной сети несколько сегментов с разными уровнями защищенности:

• свободно доступные сегменты;
• сегменты с ограниченным доступом;
• закрытые сегменты.

Для защиты корпоративной или локальной сети применяются следующие основные схемы организации межсетевых экранов:

1. Межсетевой экран, представленный как фильтрующий маршрутизатор.
2. Межсетевой экран на основе двухпортового шлюза.
3. Межсетевой экран на основе экранированного шлюза.
4. Межсетевой экран с экранированной подсетью.

Межсетевой экран, представленный как фильтрующий маршрутизатор

Межсетевой экран, основанный на фильтрации пакетов, является самым распространенным и наиболее простым в реализации, представляя собой фильтрующий маршрутизатор, расположенный между защищаемой сетью и Интернетом.

Фильтрующий маршрутизатор сконфигурирован для блокирования или фильтрации входящих и исходящих пакетов на основе анализа их адресов и портов.

Компьютеры, находящиеся в защищаемой сети, имеют прямой доступ в Интернет, в то время как большая часть доступа к ним из Интернета блокируется. В принципе, фильтрующий маршрутизатор может реализовать любую из политик безопасности, описанных ранее. Однако если маршрутизатор не фильтрует пакеты по порту источника и номеру входного и выходного порта, то реализация политики «запрещено все, что не разрешено» в явной форме может быть затруднена.

Межсетевые экраны, основанные на фильтрации пакетов, имеют те же недостатки, что и фильтрующие маршрутизаторы.

Межсетевой экран на основе двухпортового шлюза

Межсетевой экран на базе двухпортового прикладного шлюза представляет собой хост с двумя сетевыми интерфейсами. При передаче информации между этими интерфейсами и осуществляется основная фильтрация. Для обеспечения дополнительной защиты между прикладным шлюзом и Интернетом размещают фильтрующий маршрутизатор. В результате между прикладным шлюзом и маршрутизатором образуется внутренняя экранированная подсеть. Ее можно использовать для размещения доступного извне информационного сервера. Размещение информационного сервера увеличивает безопасность сети, поскольку даже при проникновении на него злоумышленник не сможет получить доступ к системам сети через шлюз с двумя интерфейсами.

В отличие от схемы межсетевого экрана с фильтрующим маршрутизатором, прикладной шлюз полностью блокирует трафик IP между Интернетом и защищаемой сетью. Только уполномоченные приложения, расположенные на прикладном шлюзе, могут предоставлять услуги и доступ пользователям.

Данный вариант межсетевого экрана реализует политику безопасности, основанную на принципе «запрещено все, что не разрешено в явной форме»; при этом пользователю доступны только те службы, для которых определены соответствующие полномочия. Такой подход обеспечивает высокий уровень безопасности, поскольку маршруты к защищенной подсети известны лишь межсетевому экрану и скрыты от внешних систем.

Рассматриваемая схема организации межсетевого экрана относительно проста и достаточно эффективна. Поскольку межсетевой экран использует хост, то на нем могут быть установлены программы для усиленной аутентификации пользователей. Межсетевой экран может также протоколировать доступ, попытки зондирования и атак системы, что позволяет выявить действия злоумышленников.

Межсетевой экран на основе экранированного шлюза

Межсетевой экран на основе экранированного шлюза обладает большей гибкостью по сравнению с межсетевым экраном, построенным на основе шлюза с двумя интерфейсами, однако эта гибкость достигается ценой некоторого уменьшения безопасности. Межсетевой экран состоит из фильтрующего маршрутизатора и прикладного шлюза, размещаемого со стороны внутренней сети. Прикладной шлюз реализуется на хосте и имеет только один сетевой интерфейс.

В данной схеме первичная безопасность обеспечивается фильтрующим маршрутизатором, который фильтрует или блокирует потенциально опасные протоколы, чтобы они не достигли прикладного шлюза и внутренних систем. Пакетная фильтрация в фильтрующем маршрутизаторе может быть реализована одним из следующих способов:

• внутренним хостам позволяется открывать соединения с хостами в сети Интернет для определенных сервисов (доступ к ним разрешается среде пакетной фильтрации);
• запрещаются все соединения от внутренних хостов (им надлежит использовать уполномоченные приложения на прикладном шлюзе).

В подобной конфигурации межсетевой экран может использовать комбинацию двух политик, соотношение между которыми зависит от конкретной политики безопасности, принятой во внутренней сети. В частности, пакетная фильтрация на фильтрующем маршрутизаторе может быть организована таким образом, чтобы прикладной шлюз, используя свои уполномоченные приложения, обеспечивал для систем защищаемой сети сервисы типа Telnet, FTP, SMTP.

Основной недостаток схемы межсетевого экрана с экранированным шлюзом заключается в том, что если атакующий нарушитель сумеет проникнуть в хост, перед ним окажутся незащищенными системы внутренней сети. Другой недостаток связан с возможной компрометацией маршрутизатора. Если маршрутизатор окажется скомпрометированным, внутренняя сеть станет доступна атакующему нарушителю.

Межсетевой экран с экранированной подсетью

Межсетевой экран, состоящий из экранированной подсети, представляет собой развитие схемы межсетевого экрана на основе экранированного шлюза. Для создания экранированной подсети используются два экранирующих маршрутизатора. Внешний маршрутизатор располагается между Интернетом и экранируемой подсетью, а внутренний — между экранируемой подсетью и защищаемой внутренней сетью. В экранируемую подсеть входит прикладной шлюз, а также могут включаться информационные серверы и другие системы, требующие контролируемого доступа. Эта схема межсетевого экрана обеспечивает высокий уровень безопасности благодаря организации экранированной подсети, которая еще лучше изолирует внутреннюю защищаемую сеть от Интернета.

Внешний маршрутизатор защищает от вторжений из Интернета как экранированную подсеть, так и внутреннюю сеть. Внешний маршрутизатор запрещает доступ из Глобальной сети к системам внутренней сети и блокирует весь трафик к Интернету, идущий от систем, которые не должны являться инициаторами соединений.

Этот маршрутизатор может быть использован также для блокирования других уязвимых протоколов, которые не должны передаваться к хост-компьютерам внутренней сети или от них.

Внутренний маршрутизатор защищает внутреннюю сеть от несанкционированного доступа как из Интернета, так и внутри экранированной подсети. Кроме того, он осуществляет большую часть пакетной фильтрации, а также управляет трафиком к системам внутренней сети и от них.

Межсетевой экран с экранированной подсетью хорошо подходит для защиты сетей с большими объемами трафика или с высокими скоростями обмена.

К его недостаткам можно отнести то, что пара фильтрующих маршрутизаторов нуждается в большом внимании для обеспечения необходимого уровня безопасности, поскольку из-за ошибок в их конфигурировании могут возникнуть провалы в системе безопасности всей сети. Кроме того, существует принципиальная возможность доступа в обход прикладного шлюза.

Недостатки применения межсетевых экранов

ежсетевые экраны используются при организации защищенных виртуальных частных сетей. Несколько локальных сетей, подключенных к глобальной, объединяются в одну защищенную виртуальную частную сеть. Передача данных между этими локальными сетями является невидимой для пользователей, а конфиденциальность и целостность передаваемой информации должны обеспечиваться при помощи средств шифрования, использования цифровых подписей и т.п. При передаче данных может шифроваться не только содержимое пакета, но и некоторые поля заголовка.

Межсетевой экран не в состоянии решить все проблемы безопасности корпоративной сети. Помимо описанных выше достоинств межсетевых экранов имеется ряд ограничений в их использовании, а также существуют угрозы безопасности, от которых межсетевые экраны не могут защитить. Отметим наиболее существенные ограничения в применении межсетевых экранов:

• большое количество остающихся уязвимых мест. Межсетевые экраны не защищают от черных входов (люков) в сети. Например, если можно осуществить неограниченный доступ по модему в сеть, защищенную межсетевым экраном, атакующие могут эффективно обойти межсетевой экран;
• неудовлетворительная защита от атак сотрудников компании. Межсетевые экраны обычно не обеспечивают защиты от внутренних угроз;
• ограничение в доступе к нужным сервисам. Самый очевидный недостаток межсетевого экрана заключается в том, что он может блокировать ряд сервисов, которые применяют пользователи, — Telnet, FTP и др. Для решения подобных проблем требуется проведение хорошо продуманной политики безопасности, в которой будет соблюдаться баланс между требованиями безопасности и потребностями пользователей;
• концентрация средств обеспечения безопасности в одном месте. Это позволяет легко осуществлять администрирование работы межсетевого экрана;
• ограничение пропускной способности.

Организация комплексной защиты корпоративной сети

ля защиты информационных ресурсов и обеспечения оптимальной работы распределенных корпоративных информационных систем необходимо применение комплексной системы информационной безопасности, которая позволит эффективно использовать достоинства межсетевых экранов и компенсировать их недостатки с помощью других средств безопасности.

Полнофункциональная защита корпоративной сети должна обеспечить:

• безопасное взаимодействие пользователей и информационных ресурсов, расположенных в экстранет- и интранет-сетях, с внешними сетями, например с Интернетом;
• технологически единый комплекс мер защиты для распределенных и сегментированных локальных сетей подразделений предприятия;
• наличие иерархической системы защиты, предоставляющей адекватные средства обеспечения безопасности для различных по степени закрытости сегментов корпоративной сети.

Характер современной обработки данных в корпоративных системах Интернет/интранет требует наличия у межсетевых экранов следующих основных качеств:

• мобильность и масштабируемость относительно различных аппаратно-программных платформ;
• возможность интеграции с аппаратно-программными средствами других производителей;
• простота установки, конфигурирования и эксплуатации;
• управление в соответствии с централизованной политикой безопасности.

В зависимости от масштабов организации и принятой на предприятии политики безопасности могут применяться различные межсетевые экраны. Для небольших предприятий, использующих до десятка узлов, подойдут межсетевые экраны с удобным графическим интерфейсом, допускающие локальное конфигурирование без применения централизованного управления. Для крупных предприятий предпочтительнее системы с консолями и менеджерами управления, которые обеспечивают оперативное управление локальными межсетевыми экранами, поддержку виртуальных частных сетей.

Увеличение потоков информации, передаваемых по Интернету компаниями и частными пользователями, а также потребность в организации удаленного доступа к корпоративным сетям являются причинами постоянного совершенствования технологий подключения корпоративных сетей к Интернету.

Следует отметить, что в настоящее время ни одна из технологий подключения, обладая высокими характеристиками по производительности, в стандартной конфигурации не может обеспечить полнофункциональной защиты корпоративной сети. Решение данной задачи становится возможным только при использовании технологии межсетевых экранов, организующей безопасное взаимодействие с внешней средой.

Рассмотрим более подробно технологии межсетевого экранирования.

Защита корпоративной сети от несанкционированного доступа из Интернет

При подключении сети предприятия к Интернету можно защитить корпоративную сеть от несанкционированного доступа с помощью одного из следующих решений:

• аппаратно-программный или программный межсетевой экран;
• маршрутизатор со встроенным пакетным фильтром;
• специализированный маршрутизатор, реализующий механизм защиты на основе списков доступа;
• операционная система семейства UNIX или, реже, MS Windows, усиленная специальными утилитами, реализующими пакетную фильтрацию.

Защита корпоративной сети на основе межсетевого экрана позволяет получить высокую степень безопасности и реализовать следующие возможности:

• семантическая фильтрация циркулирующих потоков данных;
• фильтрация на основе сетевых адресов отправителя и получателя;
• фильтрация запросов на транспортном уровне на установление виртуальных соединений;
• фильтрация запросов на прикладном уровне к прикладным сервисам;
• локальная сигнализация попыток нарушения правил фильтрации;
• запрет доступа неизвестного субъекта или субъекта, подлинность которого при аутентификации не подтвердилась;
• обеспечение безопасности от точки до точки: межсетевой экран, авторизация маршрута и маршрутизатора, туннель для маршрута и криптозащита данных и др.

Следует отметить, что межсетевые экраны позволяют организовать комплексную защиту корпоративной сети от несанкционированного доступа, основанную как на традиционной синтаксической (IP-пакетной) фильтрации контролируемых потоков данных, осуществляемой большинством ОС семейства Windows и UNIX, так и на семантической (контентной), доступной только коммерческим специальным решениям.

В настоящее время все выпускаемые межсетевые экраны можно классифицировать по следующим основным признакам:

• по исполнению:
  • - аппаратно-программный,
  • - программный;
• по функционированию на уровнях модели OSI:
  • - шлюз экспертного уровня,
  • - экранирующий шлюз (прикладной шлюз),
  • - экранирующий транспорт (шлюз сеансового уровня),
  • - экранирующий маршрутизатор (пакетный фильтр);
• по используемой технологии:
  • - контроль состояния протокола,
  • - на основе модулей-посредников (proxy);
• по схеме подключения:
  • - схема единой защиты сети,
  • - схема с защищаемым закрытым и не защищаемым открытым сегментами сети,
  • - схема с раздельной защитой закрытого и открытого сегментов сети.

Довольно распространенная на сегодня защита корпоративной сети на основе маршрутизатора со списком доступа основывается на использовании специализированных маршрутизаторов. Данная схема обладает высокой эффективностью и достаточной степенью безопасности. В качестве такого решения получили широкое распространение маршрутизаторы компании Cisco серий 12000, 7600. Для подключения сети предприятия к Интернету можно также использовать предшествующие серии маршрутизаторов этой фирмы.

Защита корпоративной сети на основе операционных систем, усиленных функциями пакетной фильтрации, построена на том, что системное программное обеспечение выполняет функции маршрутизации, фильтрации, сервисного обслуживания и др. По уровню надежности, безопасности и производительности наиболее предпочтительны решения на основе UNIX-подобной операционной системы.

Организация внутренней политики безопасности корпоративной сети

В современных условиях более 50% различных атак и попыток доступа к информации осуществляется изнутри локальных сетей. Корпоративную сеть можно считать действительно защищенной от несанкционированного доступа только при наличии в ней как средств защиты точек входа со стороны Интернета, так и решений, обеспечивающих безопасность отдельных компьютеров, корпоративных серверов и фрагментов локальной сети предприятия. Безопасность отдельных компьютеров, корпоративных серверов и фрагментов локальной сети наилучшим образом обеспечивают решения на основе распределенных или персональных межсетевых экранов.

Внутренние корпоративные серверы компании, как правило, представляют собой приложения под управлением операционной системы Windows NT/2000, NetWare или, реже, семейства UNIX. По этой причине корпоративные серверы становятся потенциально уязвимыми к различного рода атакам.

Простейший способ защиты серверов — установка между серверами и Интернетом межсетевого экрана, например Firewall-1 компании Checkpoint. При правильной конфигурации большинство межсетевых экранов может защитить внутренние серверы от внешних злоумышленников, а некоторые выявляют и предотвращают атаки типа «отказ в обслуживании». Тем не менее этот подход не лишен некоторых недостатков. Когда корпоративные серверы защищены одним-единственным межсетевым экраном, все правила контроля доступа и данные оказываются сосредоточенными в одном месте. Таким образом, межсетевой экран становится узким местом и по мере нарастания нагрузки значительно теряет в производительности.

Альтернатива предыдущей схеме — приобретение дополнительных серверов и установка межсетевого экрана Firewall-1 компании Checkpoint или Cisco PIX компании Cisco перед каждым сервером. В результате того, что межсетевой экран становится выделенным ресурсом сервера, решается проблема узкого места и уменьшается влияние отказа отдельного межсетевого экрана на общее состояние сети. Однако и данный подход нельзя назвать идеальным, поскольку резко увеличиваются затраты компании на приобретение оборудования. К тому же возрастают трудозатраты на администрирование и обслуживание сети.

Наиболее удачным решением проблемы защиты корпоративных серверов представляется размещение средств безопасности на одной платформе с сервером, который они будут защищать. Эта задача выполняется путем использования распределенных или персональных межсетевых экранов, например CyberwallPLUS компании Network-1 Security Solution. Данные решения существенно дополняют функциональные возможности традиционных (периметровых) межсетевых экранов и могут использоваться для защиты как внутренних, так и Интернет-серверов.

В отличие от традиционных межсетевых экранов, представляющих собой, как правило, локальные «контрольные точки» контроля доступа к критическим информационным ресурсам корпорации, распределенные межсетевые экраны являются дополнительным программным обеспечением, которое надежно защищает корпоративные серверы, например Интернет-сервер.

Сравним традиционный и распределенный межсетевые экраны по нескольким показателям.

Эффективность. Традиционный межсетевой экран часто располагается по периметру, обеспечивая лишь один слой защиты. Персональный межсетевой экран функционирует на уровне ядра операционной системы и надежно защищает корпоративные серверы, проверяя все входящие и исходящие пакеты.

Простота установки. Традиционный межсетевой экран должен устанавливаться как часть конфигурации корпоративной сети. Распределенный межсетевой экран представляет собой программное обеспечение, которое устанавливается и удаляется в считанные минуты.

Управление. Традиционный межсетевой экран управляется сетевым администратором. Распределенный межсетевой экран может управляться либо сетевым администратором, либо пользователем локальной сети.

Производительность. Традиционный межсетевой экран является устройством обеспечения межсетевого обмена с фиксированным ограничением производительности по пакетам в секунду и не подходит для растущих серверных парков, соединенных друг с другом коммутированными местными сетями. Распределенный межсетевой экран позволяет наращивать серверные парки без ущерба принятой политике безопасности.

Стоимость. Традиционные межсетевые экраны, как правило, являются системами с фиксированными функциями и достаточно высокой стоимостью. Распределенные межсетевые экраны представляют собой программное обеспечение, стоимость которого, как правило, составляет от 20 до 10% от стоимости традиционных экранов. К примеру, распределенный межсетевой экран CyberwallPLUS компании Network-1 Security Solution стоит 6 тыс. долл., в то время как цена межсетевого экрана Cisco PIX 535 компании Cisco составляет порядка 50 тыс. долл.

Распределенные межсетевые экраны сочетают в себе средства контроля сетевого доступа со встроенными средствами выявления несанкционированного доступа и работают в режиме ядра, проверяя каждый пакет информации по мере его поступления из сети. Такие виды деятельности, как попытки взлома и несанкционированного доступа, блокируются этим экраном до перехода на уровень приложений сервера.

К основным преимуществам распределенных межсетевых экранов относятся:

• обеспечение безопасности входящего и исходящего трафика;
• обеспечение масштабируемой архитектуры путем распространения защиты с помощью межсетевого экрана на многочисленные серверы;
• устранение традиционного межсетевого экрана как единственного места сбоев;
• обеспечение недорогого, простого в реализации и управлении решения безопасности.

Таким образом, межсетевые экраны CyberwallPLUS обеспечивают дополнительный уровень защиты платформ под управлением операционной системы Windows NT/2000, на которых установлены корпоративные приложения, например Интернет-сервер. Кроме того, межсетевой экран CyberwallPLUS может предотвратить применение известных типов атак для вторжений на критичные серверы компании и сообщить администратору безопасности о подозрительной деятельности в сети.

Итак, межсетевой экран:

• защищает передаваемую информацию независимо от средств и среды передачи данных (спутниковые каналы, оптические линии связи, телефонные соединения, радиорелейные линии);
• выполняет защиту любых приложений, не требуя их изменений;
• прозрачен для конечных пользователей;
• позволяет реализовать масштабируемые системы защиты с возможностью дальнейшего их наращивания и усложнения по мере роста организаций и совершенствования требований политики безопасности;
• защищает отдельные сетевые информационные системы и приложения независимо от топологии сетей, которые они используют;
• защищает информационную систему предприятия от атак из внешней среды;
• защищает информацию от перехвата и изменения не только на внешних открытых соединениях, но и во внутренних сетях корпорации;
• может быть легко переконфигурирован по мере развития корпоративной политики информационной безопасности, добавления ресурсов, обновления технологий, роста сети корпорации.

Реализации межсетевых экранов

Настоящее время большое количество как иностранных, так и отечественных компаний предлагают различные аппаратно-программные и программные реализации межсетевых экранов. Ниже приводится краткое описание некоторых выпускаемых сегодня продуктов ведущих иностранных производителей.

Компания NetScreen Technologies предлагает широкий спектр продуктов, начиная от устройств, обеспечивающих доступ отдельных пользователей к корпоративной сети предприятия по защищенному каналу, и заканчивая моделями, предназначенными для внедрения в структуры больших предприятий и создания систем безопасности с высокой пропускной способностью. Каждый продукт серии NetScreen представляет собой комбинацию межсетевого экрана и устройства VPN (virtual private network).

Серия продуктов NetScreen-5 позволяет создавать межсетевой экран с пропускной способностью 70 Мбит/с для модели NetScreen-5XT и 20 Мбит/с для модели NetScreen-5XP, а также VPN с пропускной способностью 20 и 13 Мбит/с соответственно. В отличие от NetScreen-5XP, поддерживающей до пяти портов 10Base-T, модель NetScreen-5XT обеспечивает пять интерфейсов Fast Ethernet.

Оба продукта способны поддерживать до 2 тыс. туннелей VPN и до 2 тыс. одновременных соединений TCP. Они комплектуются операционной системой NetScreen ScreenOS 4.0, которая используется для настройки физических и виртуальных интерфейсов в соответствии с требованиями безопасности.

Продукты серии NetScreen-5 идеальным образом подходят для установки между домашним компьютером пользователя и Web или для обеспечения защищенного доступа к локальной сети предприятия.

Для внедрения на мелких и средних предприятиях компанией NetScreen Technologies разработаны продукты серий NetScreen-25, -50, -100, -200. Они позволяют создавать межсетевые экраны с пропускной способностью от 100 до 550 Мбит/с. К тому же данные при шифровании по протоколу Triple DES со 168-битным ключом передаются между узлами по туннелю виртуальной частной сети на скоростях от 20 до 200 Мбит/с. Эти серии продуктов поддерживают от четырех до восьми портов Fast Ethernet.

Семейство устройств NetScreen-500, NetScreen-1000 и NetScreen-5000 отличается исключительной пропускной способностью, поэтому является наилучшим решением для внедрения на крупных предприятиях. Модель NetScreen-500 обеспечивает пропускную способность почти 750 Мбит/с, а также VPN со скоростью 240 Мбит/с.

Модель NetScreen-5200 позволяет реализовать межсетевой экран с пропускной способностью 4 Гбит/с и VPN с 2 Гбит/с. Она поддерживает до восьми портов Gigabit Ethernet или два порта Gigabit Ethernet и 24 Fast Ethernet. Модель NetScreen-5400 обеспечивает скорость в 12 Гбит/с для межсетевого экрана и 6 Гбит/с для VPN. Она поддерживает до 78 портов Gigabit Ethernet и Fast Ethernet.

Оба продукта способны поддерживать до 25 тыс. туннелей VPN и до миллиона одновременных соединений TCP. Они комплектуются операционной системой NetScreen ScreenOS 3.1. Кроме того, продукты компании NetScreen Technologies поддерживают протокол RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service — служба дистанционной аутентификации пользователей по коммутируемым линиям) и имеют собственную базу данных для аутентификации пользователей, подающих запрос на удаленный доступ.

Компания WatchGuard Technologies предлагает модели, предназначенные для внедрения как на мелких и средних, так и на крупных предприятиях. Для использования на предприятиях малого и среднего бизнеса предлагаются продукты серии Firebox III (4500, 2500, 1000, и 700). Модели Firebox 4500 и 2500 представляют собой аппаратные межсетевые экраны под управлением ОС Linux с защищенным ядром. Пропускная способность межсетевых экранов составляет 197 Мбит/с в режиме пакетной фильтрации и 60 Мбит/с — в режиме посредника (прозрачный proxy) на прикладном уровне. Каждый межсетевой экран имеет три сетевых интерфейса 10/100 Мбит/с Fast Ethernet.

Оба межсетевых экрана могут поддерживать до 3 тыс. туннелей VPN, но модель FireBox 4500 позволяет достичь более высоких по сравнению с FireBox 2500 скоростей шифрования информации по алгоритму TripleDES — 100 и 55 Мбит/с соответственно.

Для небольших и средних предприятий и удаленных офисов компания выпускает продукты Firebox SOHO 6, Firebox SOHO 6/tc и Firebox 700.

Firebox 700 способен обслуживать одновременно до 250 пользователей. Это межсетевой экран, поддерживающий как пакетную фильтрацию, так и фильтры — посредники приложений. Специалисты WatchGuard оценивают производительность Firebox 700 в 131 Мбит/с в режиме пакетной фильтрации и в 43 Мбит/с в режиме посредника. Firebox 700 позволяет создавать виртуальную частную сеть с 150 туннелями одновременно и выполнять шифрование TripleDES со скоростью 5 Мбит/с.

Firebox SOHO 6 поддерживает функционирование пакетных фильтров с пропускной способностью 75 Мбит/с. Он также поддерживает виртуальную частную сеть с пятью туннелями и пропускной способностью 20 Мбит/с (модификация SOHO/tc) при использовании шифрования TripleDES.

Для обеспечения высокоскоростной пропускной способности крупных информационных компаний разработана модель Firebox Vclass, позволяющая получить пропускную способность до 600 Мбит/с. Продукт способен поддерживать до 20 тыс. туннелей VPN. В режиме шифрования достигается скорость 300 Мбит/с.

Компания Cisco Systems предлагает серию межсетевых экранов Cisco PIX Firewall, обеспечивающих высокий уровень безопасности, производительности и надежности. Модельный ряд межсетевых экранов представлен следующими продуктами: PIX 506E, 515E, 525 и 535.

Межсетевые экраны Cisco PIX 506E и 515Е являются модернизациями моделей Cisco PIX 506 и 515 соответственно. Данные модели предназначены для использования в корпоративных сетях небольших компаний, а также для обеспечения безопасности удаленных клиентов корпоративных сетей предприятий. Модель 506Е имеет производительность 20 Мбит/с, а 515Е — 188 Мбит/с. Шифрование потока данных может осуществляться как с использованием алгоритма DES с 56-битным ключом, так и TripleDES с 168-битным ключом. Пропускная способность Cisco PIX 506E при шифровании DES — 20 Мбит/с, TripleDES — 16 Мбит/с. Скорость шифрования для модели 515Е на алгоритме TripleDES равна 63 Мбит/с. Модель 515Е поддерживает до 2 тыс. туннелей VPN.

Для использования на предприятиях среднего и крупного масштаба компания Cisco выпускает модели 525 и 535. Пропускная способность модели 525 составляет 370 Мбит/с. Данная модель может одновременно обслуживать до 280 тыс. сеансов. Модель Cisco PIX 535 имеет производительность 1 Гбит/с и поддерживает VPN с пропускной способностью 100 Мбит/с. Кроме того, эта модель поддерживает до 2 тыс. туннелей VPN и до 500 тыс. одновременных соединений TCP.

В качестве метода защиты в межсетевых экранах компании Cisco используются разновидность алгоритма контекстной проверки Adaptive Security Algorithm (ASA) и внутренняя операционная система PIX OS, позволяющие обеспечить высокую надежность и безопасность со стороны возможных Интернет-атак.

Компанией eSoft, Inc. в ноябре 2002 года представлена новая серия продуктов InstaGate xSP, которая пришла на смену более ранним моделям InstaGate EX2 и InstaGate PRO. Под маркой InstaGate xSP компанией eSoft выпускаются InstaGate xSP Branch Office для небольших и распределенных офисов и InstaGate xSP Business для средних и больших офисов. Продукты серии xSP поставляются с пакетом приложений SoftPak, что позволяет пользователям быстро и легко создавать надежную систему безопасности всего периметра корпоративной сети. Серия продуктов xSP полностью совместима с существующими моделями InstaGate и позволяет создавать виртуальные частные сети на базе IPSec и PPTP. InstaGate xSP Branch Office поддерживает до 10 пользователей и 10 туннелей VPN, а InstaGate xSP Business до 100 пользователей и 100 туннелей VPN. Продукты этой серии отличаются относительно невысокой стоимостью.

Компания 3Com предлагает на рынок два типа межсетевых экранов: SuperStack 3, предназначенные для штаб-квартир корпораций и крупных офисов, а также для клиентов, которым требуется высокопроизводительный доступ к виртуальной частной сети, и OfficeConnect — для небольших офисов с числом сотрудников менее ста, домашних офисов и работающих на дому специалистов.

По оценкам производителей, SuperStack 3 поддерживает неограниченное число пользователей корпоративной сети и обеспечивает до 1000 туннелей VPN. Пропускная способность данной модели при шифровании алгоритмом TripleDES составляет 45 Мбит/с.

Модельный ряд OfficeConnect представлен моделями OfficeConnect Internet Firewall 25 и OfficeConnect Internet Firewall DMZ. Модель OfficeConnect Internet Firewall DMZ, используя порт DMZ, позволяет обеспечить безопасный внешний доступ к ресурсам сети. OfficeConnect Internet Firewall DMZ поддерживает до 100 пользователей, а OfficeConnect Internet Firewall 25 — 25 пользователей. Совместно с межсетевыми экранами OfficeConnect Internet Firewall DMZ и OfficeConnect Internet Firewall 25 используется фильтр Web-сайтов OfficeConnect Web Site Filter, обеспечивающий фильтрацию доступа к нежелательным Web-сайтам. Все межсетевые экраны компании 3Com имеют сертификат ICSA. Семейство межсетевых экранов компании 3Com сочетает исключительную простоту в использовании с гибкостью выбора решений. Межсетевые экраны компании 3Com легко устанавливаются и обеспечивают чрезвычайно высокий уровень защиты. Установка в режиме plug-and-play исключает сложные и длительные процедуры настройки и администрирования без ущерба для строгости, полноты и детальности стратегии безопасности.

Таким образом, применение межсетевых экранов является ключевым элементом в построении высокопроизводительных, безопасных и надежных информационно-аналитических систем и систем автоматизации предприятий, финансовых систем, распределенных баз данных, систем удаленного доступа работников к внутренним ресурсам корпоративных сетей, сегментов корпоративной сети и корпоративной сети в целом.

Еще несколько лет назад для надежной защиты ПК достаточно было установить хорошую антивирусную программу и следить за регулярным обновлением баз. Однако изобретательность злоумышленников порождает все новые и новые способы нанесения ущерба. Зачастую основным путем проникновения на компьютер пользователя оказываются его сетевые подключения, точнее связанные с ними системные уязвимости. Антивирусный пакет может лишь определить вредоносный код, однако далеко не каждый антивирус способен обнаружить несанкционированный доступ к данным.

С развитием рыночных отношений информация всё более и более приобретает качества товара, то есть её можно купить, продать, передать и, к сожалению, украсть. Поэтому проблема обеспечения безопасности информации с каждым годом становится всё более актуальной. Одним из возможных направлений решения данной проблемы является использование межсетевых экранов.

Современные технологии сетевой защиты являются одним из наиболее динамичных сегментов современного рынка обеспечения безопасности. Средства сетевой защиты настолько стремительно развиваются, что в настоящее время общепринятая терминология в данном направлении ещё окончательно не установилась. Эти средства защиты в литературе и средствах массовой информации фигурируют как firewall, брандмауэры и даже информационные мембраны. Но наиболее часто используется термин “межсетевые экраны” (МЭ).

В общем случае, для обеспечения сетевой защиты между двумя множествами информационных систем (ИС) ставится экран или информационная мембрана, которые являются средством разграничения доступа клиентов из одного множества систем к информации, хранящейся на серверах в другом множестве. В этом смысле МЭ можно представить как набор фильтров, анализирующих проходящую через них информацию и принимающих решение: пропустить информацию или её заблокировать. Одновременно с этим производится регистрация событий и тревожная сигнализация в случае обнаружения угрозы. Обычно экранирующие системы делаются несимметричными. Для экранов определяются понятия “внутри” и “снаружи”, причём, в задачу экрана входит защита внутренней сети от потенциально враждебного окружения. Кроме того, МЭ может использоваться в качестве корпоративной открытой части сети, видимой со стороны Internet. Так, например, во многих организациях МЭ используются для хранения данных с открытым доступом, как, например, информации о продуктах и услугах, файлах из баз FTP, сообщений об ошибках и так далее.

Межсетевой экран или сетевой экран -- комплекс аппаратных или программных средств, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящих через него сетевых пакетов в соответствии с заданными правилами .

Основной задачей сетевого экрана является защита компьютерных сетей или отдельных узлов от несанкционированного доступа. Также сетевые экраны часто называют фильтрами, так как их основная задача -- не пропускать (фильтровать) пакеты, не подходящие под критерии, определённые в конфигурации.

Некоторые сетевые экраны также позволяют осуществлять трансляцию адресов -- динамическую замену внутрисетевых (серых) адресов или портов на внешние, используемые за пределами локальной вычислительной сети.

Рисунок 4. Общая структура брандмауэра

Другие названия

Брандмауэр (нем. Brandmauer) -- заимствованный из немецкого языка термин, являющийся аналогом английского firewall в его оригинальном значении (стена, которая разделяет смежные здания, предохраняя от распространения пожара). Интересно, что в области компьютерных технологий в немецком языке употребляется слово «Firewall».

Файрволл -- образовано транслитерацией английского термина firewall.

Разновидности сетевых экранов

Сетевые экраны подразделяются на различные типы в зависимости от следующих характеристик:

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

на уровне каких сетевых протоколов происходит контроль потока данных;

отслеживаются ли состояния активных соединений или нет.

В зависимости от охвата контролируемых потоков данных сетевые экраны делятся на:

традиционный сетевой (или межсетевой) экран -- программа (или неотъемлемая часть операционной системы) на шлюзе (сервере, передающем трафик между сетями) или аппаратное решение, контролирующие входящие и исходящие потоки данных между подключенными сетями.

персональный сетевой экран -- программа, установленная на пользовательском компьютере и предназначенная для защиты от несанкционированного доступа только этого компьютера.

Вырожденный случай -- использование традиционного сетевого экрана сервером, для ограничения доступа к собственным ресурсам.

В зависимости от уровня, на котором происходит контроль доступа, существует разделение на сетевые экраны, работающие на :

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

сеансовом уровне (также известные как stateful) -- отслеживающие сеансы между приложениями, не пропускающие пакеты нарушающих спецификации TCP/IP, часто используемых в злонамеренных операциях -- сканировании ресурсов, взломах через неправильные реализации TCP/IP, обрыв/замедление соединений, инъекция данных.

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

Некоторые решения, относимые к сетевым экранам уровня приложения, представляют собой прокси-серверы с некоторыми возможностями сетевого экрана, реализуя прозрачные прокси-серверы, со специализацией по протоколам. Возможности прокси-сервера и многопротокольная специализация делают фильтрацию значительно более гибкой, чем на классических сетевых экранах, но такие приложения имеют все недостатки прокси-серверов (например, анонимизация трафика).

В зависимости от отслеживания активных соединений сетевые экраны бывают:

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

stateful, stateful packet inspection (SPI) (фильтрация с учётом контекста), с отслеживанием текущих соединений и пропуском только таких пакетов, которые удовлетворяют логике и алгоритмам работы соответствующих протоколов и приложений. Такие типы сетевых экранов позволяют эффективнее бороться с различными видами DoS-атак и уязвимостями некоторых сетевых протоколов. Кроме того, они обеспечивают функционирование таких протоколов, как H.323, SIP, FTP и т. п., которые используют сложные схемы передачи данных между адресатами, плохо поддающиеся описанию статическими правилами, и, зачастую, несовместимых со стандартными, stateless сетевыми экранами.

Необходимо отметить, что в настоящее время наряду с одноуровневыми межсетевыми экранами все большую популярность приобретают комплексные экраны, охватывающие уровни от сетевого до прикладного, поскольку подобные продукты соединяют в себе лучшие свойства одноуровневых экранов разных видов. На схеме 1 представлена структура информационного экранирования между двумя системами при использовании эталонной модели ISO/OSI.

Рисунок 5. Структура информационного экранирования с использованием эталонной модели

Современные требования к межсетевым экранам

Основное требование -- это обеспечение безопасности внутренней (защищаемой) сети и полный контроль над внешними подключениями и сеансами связи.

Экранирующая система должна обладать мощными и гибкими средствами управления для простого и полного проведения в жизнь политики безопасности организации.

Межсетевой экран должен работать незаметно для пользователей локальной сети и не затруднять выполнение ими легальных действий.

Процессор межсетевого экрана должен быть быстродействующим, работать достаточно эффективно и успевать обрабатывать весь входящий и исходящий поток в пиковых режимах, чтобы его нельзя было блокировать большим количеством вызовов и нарушить его работу.

Система обеспечения безопасности должна быть сама надежно защищена от любых несанкционированных воздействий, поскольку она является ключом к конфиденциальной информации в организации.

Система управления экранами должна иметь возможность централизованно обеспечивать проведение единой политики безопасности для удаленных филиалов.

Особенности современных межсетевых экранов

Как видно из таблицы 3 межсетевой экран является наиболее распространенным средством усиления традиционных средств защиты от несанкционированного доступа и используется для обеспечения защиты данных при организации межсетевого взаимодействия .

Конкретные реализации МЭ в значительной степени зависят от используемых вычислительных платформ, но, тем не менее, все системы этого класса используют два механизма, один из которых обеспечивает блокировку сетевого трафика, а второй, наоборот, разрешает обмен данными.

При этом некоторые версии МЭ делают упор на блокировании нежелательного трафика, а другие -- на регламентировании разрешенного межмашинного обмена.

Таблица 3 - Особенности межсетевых экранов

Тип межсетевого экрана	Принцип работы	Достоинства	Недостатки
Экранирующие маршрутизаторы (брандмауэры с фильтрацией пакетов)	Фильтрация пакетов осуществляется в соответствии с IP- заголовком пакета по критерию: то, что явно не запрещено, является разрешенным. Анализируемой информацией является:- адрес отправителя; - адрес получателя; - информация о приложении или протоколе; - номер порта источника; - номер порта получателя	Низкая стоимость · Минимальное влияние на производительность сети · Простота конфигурации и установки · Прозрачность для программного обеспечения	Уязвимость механизма защиты для различных видов сетевых атак, таких как подделка исходных адресов пакетов, несанкционированное изменение содержимого пакетов · Отсутствие в ряде продуктов поддержки журнала регистрации событий и средств аудита
Экранирующий шлюз (ЭШ)	Информационный обмен происходит через хост-бастион, установленный между внутренней и внешней сетями, который принимает решения о возможности маршрутизации трафика. ЭШ бывают двух типов: сеансового и прикладного уровня	· Отсутствие сквозного прохождения пакетов в случае сбоев · Усиленные, по сравнению с ЭМ, механизмы защиты, позволяющие использовать дополнительные средства аутентификации, как программные, так и аппаратные · Использование процедуры трансляции адресов, позволяющей скрытие адресов хостов закрытой сети	· Использование только мощных хостов-бастионов из-за большого объема вычислений · Отсутствие “прозрачности” из-за того, что ЭШ вносят задержки в процесс передачи и требуют от пользователя процедур аутентификации
Экранирующие подсети (ЭП)	Создается изолированная подсеть, расположенная между внутренней и открытой сетями. Сообщения из открытой сети обрабатываются прикладным шлюзом и попадают в ЭП. После успешного прохождения контроля в ЭП они попадают в закрытую сеть. Запросы из закрытой сети обрабатываются через ЭП аналогично. Фильтрование осуществляется из принципа: то, что не разрешено, является запрещенным	Возможность скрытия адреса внутренней сети · Увеличение надежности защиты · Возможность создания большого трафика между внутренней и открытой сетями при использовании нескольких хостов-бастионов в ЭП · “прозрачность” работы для любых сетевых служб и любой структуры внутренней сети	Использование только мощных хостов-бастионов из-за большого объема вычислений · Техническое обслуживание (установка, конфигурирование) может осуществляться только специалистами

Типовые варианты включения межсетевых экранов

Рисунок 6. Включение МЭ по схеме двухпортового шлюза

Рисунок 7. Включение МЭ непосредственно на защищаемом сервере

Рисунок 8. Включение МЭ в системе Интернет-Интранет

Сравнительные характеристики современных межсетевых экранов

Таблица 4 - Сравнительные характеристики современных межсетевых экранов

		Платформа	Компания	Особенности
Solstice Firewall	Комплексный	SunOS, UNIX, Solaris	Sun Microsystems	Реализует политику безопасности: все данные, не имеющие явного разрешения - отбрасываются. В процессе работы фильтры пакетов на шлюзах и серверах генерируют записи обо всех событиях, запускают механизмы тревоги, требующие реакции администратора.
			Milkyway Networks Corporation	Не использует механизм фильтрации пакетов. Принцип действия: то, что явно не разрешено, является запрещенным. Регистрирует все действия сервера, предупреждает о возможных нарушениях. Может использоваться как двунаправленный шлюз.
BorderWare Firewall Server	Экранирующий шлюз прикладного уровня	UNIX, Windows, DOS	Secure Computing Corporation	Программное средство защиты, обеспечивающее работу под управлением ОС (собственная разработка). Позволяет фиксировать адреса, время, попытки, используемый протокол.
ALF (Application Layer Filter)	Экранирующий шлюз прикладного уровня			Может фильтровать IP-пакеты по адресам, диапазонам портов, протоколам и интерфейсам. Приходящий пакет может пропустить, ликвидировать или отослать по его адресу.
ANS InterLock Service	Экранирующий шлюз прикладного уровня		ANS CO + RE Systems	Использует программы-посредники для служб Telnet, FTR, HTTR. Поддерживает шифрование соединения точка-точка, причем, в качестве средств аутентификации могут использоваться аппаратные.
	Комплексный экран	SunOS, BSDI на Intel, IRIX на INDY и Challenge		Для анализа использует время, дату, адрес, порт и т.д. Включает программы-посредники прикладного уровня для служб Telnet, FTR, SMTP, X11, HTTP, Gopher и др. Поддерживает большинство пакетов аппаратной аутентификации.
	Экранирующий шлюз прикладного уровня	SunOS, BSDI, Solaris, HP- UX, AIX		Закрытая сеть видится извне как единственный хост. Имеет программы-посредники для служб: электронной почты, протокола FTR и др. Регистрирует все действия сервера, предупреждает о нарушениях.
	Экранирующий шлюз прикладного уровня		Sterling Software	Является программным продуктом, обеспечивающим защиту информации от НСД при соединении закрытой и открытой сетей. Позволяет регистрировать все действия сервера и предупреждать о возможных нарушениях.
CyberGuard Firewall	Двунаправленный шлюз комплексного типа (хост-бастион как фильтр, шлюз прикладного уровня или комплексный экран)	Платформа RISC, OS UNIX	Harris Computer Systems Corporation	Использованы комплексные решения, включающие механизмы защиты ОС UNIX и интегрированные сетевые средства, предназначенные для RISC-компьютеров. Для анализа используется исходный адрес, адрес назначения и др.
Digital Firewall for UNIX	Комплексный экран		Digital Equipment Corporation	Предустанавливается на системы Digital Alpha и представляет возможности экранирующего фильтра и шлюза прикладного уровня.
Eagle Enterprise	Экранирующий шлюз прикладного уровня	Реализация технологии Virtual Private Networking		Включает в себя программы-посредники прикладного уровня для служб FTR, HTTP, Telnet. Регистрирует все действия сервера и предупреждает о нарушениях.
Firewall IRX Router	Экранирующий маршрутизатор			Позволяет произвести анализ сети в целях оптимизации сетевого трафика, безопасно связать локальную сеть с удаленными сетями на основе открытых сетей.
	Комплексный межсетевой экран	Intel x86, Sun Sparc и др		Обеспечивает защиту от хакерских нападений типа address-spoofing (подделка адресов пакетов) и представляет комбинацию средств защиты сетевого и прикладного уровней.
Firewall-1/ VPN-1	Комплексный межсетевой экран	Intel x86, Sun Sparc и др	Check Point Software Technologies	Представляет открытый интерфейс приложения OPSEC API. Обеспечивает: - выявление компьютерных вирусов; - сканирование URL; - блокирование Java и ActiveX; - поддержку протокола SMTP; - фильтрацию HTTP; - обработку протокола FTP
TIS Firewall Toolkit	Набор программ для создания и управления системами firewall		Trusted Information Systems	Распространяется в исходном коде, все модули написаны на языке С. Набор предназначен для программистов- экспертов.
Gauntlet Internet Firewall	Экранирующий шлюз прикладного уровня	UNIX, Secured BSD	Trusted Information Systems	Поддерживает сервисы: электронная почта, Web-сервис, терминальные сервисы и др. Возможности: шифрование на сетевом уровне, защита от хакерских нападений типа address-spoofing, защита от попыток изменения маршрутизации.
	Мульти-протокольный межсетевой экран	Различные аппаратные платформы	Network-1 Software and Technology	Контроль реализован на уровне кадров, пакетов, каналов и приложений (для каждого протокола). Позволяет работать с более чем 390 протоколами, дает возможность описать любые условия фильтрации для последующей работы.
Застава-Джет	Комплексный межсетевой экран	SPARC, Solaris, UNIX		Реализует политику безопасности: все данные, не имеющие явного разрешения - отбрасываются.

Межсетевой экран сам по себе не панацея от всех угроз для сети. В частности, он :

не защищает узлы сети от проникновения через «люки» (англ. back doors) или уязвимости ПО;

не обеспечивает защиту от многих внутренних угроз, в первую очередь -- утечки данных;

не защищает от загрузки пользователями вредоносных программ, в том числе вирусов;

Для решения последних двух проблем используются соответствующие дополнительные средства, в частности, антивирусы. Обычно они подключаются к файрволу и пропускают через себя соответствующую часть сетевого трафика, работая как прозрачный для прочих сетевых узлов прокси, или же получают с файрвола копию всех пересылаемых данных. Однако такой анализ требует значительных аппаратных ресурсов, поэтому обычно проводится на каждом узле сети самостоятельно.

1. Симметричное шифрование

Симметри́чные криптосисте́мы (также симметричное шифрование , симметричные шифры ) (англ. symmetric - key algorithm ) - способ шифрования, в котором для шифрования и расшифровывания применяется один и тот же криптографический ключ. До изобретения схемы асимметричного шифрования единственным существовавшим способом являлось симметричное шифрование. Ключ алгоритма должен сохраняться в секрете обеими сторонами. Алгоритм шифрования выбирается сторонами до начала обмена сообщениями.

В симметричных криптосистемах для шифрования и расшифровывания используется один и тот же ключ. Отсюда название - симметричные . Алгоритм и ключ выбирается заранее и известен обеим сторонам. Сохранение ключа в секретности является важной задачей для установления и поддержки защищённого канала связи. В связи с этим, возникает проблема начальной передачи ключа (синхронизации ключей). Кроме того существуют методы криптоатак, позволяющие так или иначе дешифровать информацию не имея ключа или же с помощью его перехвата на этапе согласования. В целом эти моменты являются проблемой криптостойкости конкретного алгоритма шифрования и являются аргументом при выборе конкретного алгоритма.

Симметричные, а конкретнее, алфавитные алгоритмы шифрования были одними из первых алгоритмов . Позднее было изобретено асимметричное шифрование, в котором ключи у собеседников разные .

Основные сведения[править | править код]

Алгоритмы шифрования данных широко применяются в компьютерной технике в системах сокрытия конфиденциальной и коммерческой информации от злонамеренного использования сторонними лицами. Главным принципом в них является условие, что передатчик и приемник заранее знают алгоритм шифрования , а также ключ к сообщению, без которых информация представляет собой всего лишь набор символов, не имеющих смысла.

Классическими примерами таких алгоритмов являются симметричные криптографические алгоритмы , перечисленные ниже:

Простая перестановка

Одиночная перестановка по ключу

Двойная перестановка

Перестановка "Магический квадрат"

Простая перестановка [править | править код]

Простая перестановка без ключа - один из самых простых методов шифрования. Сообщение записывается в таблицу по столбцам. После того, как открытый текст записан колонками, для образования шифртекста он считывается по строкам. Для использования этого шифра отправителю и получателю нужно договориться об общем ключе в виде размера таблицы. Объединение букв в группы не входит в ключ шифра и используется лишь для удобства записи несмыслового текста.

Одиночная перестановка по ключу [править | править код]

Более практический метод шифрования, называемый одиночной перестановкой по ключу, очень похож на предыдущий. Он отличается лишь тем, что колонки таблицы переставляются по ключевому слову, фразе или набору чисел длиной в строку таблицы.

Двойная перестановка [править | править код]

Для дополнительной скрытности можно повторно шифровать сообщение, которое уже было зашифровано. Этот способ известен под названием двойная перестановка. Для этого размер второй таблицы подбирают так, чтобы длины её строк и столбцов отличались от длин в первой таблице. Лучше всего, если они будут взаимно простыми. Кроме того, в первой таблице можно переставлять столбцы, а во второй строки. Наконец, можно заполнять таблицу зигзагом, змейкой, по спирали или каким-то другим способом. Такие способы заполнения таблицы если и не усиливают стойкость шифра, то делают процесс шифрования гораздо более занимательным.

Перестановка «Магический квадрат» [править | править код]

Магическими квадратами называются квадратные таблицы со вписанными в их клетки последовательными натуральными числами от 1, которые дают в сумме по каждому столбцу, каждой строке и каждой диагонали одно и то же число. Подобные квадраты широко применялись для вписывания шифруемого текста по приведенной в них нумерации. Если потом выписать содержимое таблицы по строкам, то получалась шифровка перестановкой букв. На первый взгляд кажется, будто магических квадратов очень мало. Тем не менее, их число очень быстро возрастает с увеличением размера квадрата. Так, существует лишь один магический квадрат размером 3 х 3, если не принимать во внимание его повороты. Магических квадратов 4 х 4 насчитывается уже 880, а число магических квадратов размером 5 х 5 около 250000. Поэтому магические квадраты больших размеров могли быть хорошей основой для надежной системы шифрования того времени, потому что ручной перебор всех вариантов ключа для этого шифра был немыслим.

В квадрат размером 4 на 4 вписывались числа от 1 до 16. Его магия состояла в том, что сумма чисел по строкам, столбцам и полным диагоналям равнялась одному и тому же числу - 34. Впервые эти квадраты появились в Китае, где им и была приписана некоторая «магическая сила».

Шифрование по магическому квадрату производилось следующим образом. Например, требуется зашифровать фразу: «ПриезжаюСегодня.». Буквы этой фразы вписываются последовательно в квадрат согласно записанным в них числам: позиция буквы в предложении соответствует порядковому числу. В пустые клетки ставится точка.

После этого шифрованный текст записывается в строку (считывание производится слева направо, построчно): .ирдзегюСжаоеянП

При расшифровывании текст вписывается в квадрат, и открытый текст читается в последовательности чисел «магического квадрата». Программа должна генерировать «магические квадраты» и по ключу выбирать необходимый. Размер квадрата больше чем 3х3.

Общая схема[править | править код]

В настоящее время симметричные шифры - это:

блочные шифры. Обрабатывают информацию блоками определённой длины (обычно 64, 128 бит), применяя к блоку ключ в установленном порядке, как правило, несколькими циклами перемешивания и подстановки, называемыми раундами. Результатом повторения раундов является лавинный эффект - нарастающая потеря соответствия битовмежду блоками открытых и зашифрованных данных.

поточные шифры, в которых шифрование проводится над каждым битом либо байтом исходного (открытого) текста с использованием гаммирования. Поточный шифр может быть легко создан на основе блочного (например, ГОСТ 28147-89 в режиме гаммирования), запущенного в специальном режиме.

Большинство симметричных шифров используют сложную комбинацию большого количества подстановок и перестановок. Многие такие шифры исполняются в несколько (иногда до 80) проходов, используя на каждом проходе «ключ прохода». Множество «ключей прохода» для всех проходов называется «расписанием ключей» (key schedule). Как правило, оно создается из ключа выполнением над ним неких операций, в том числе перестановок и подстановок.

Типичным способом построения алгоритмов симметричного шифрования является сеть Фейстеля. Алгоритм строит схему шифрования на основе функции F(D, K), где D - порция данных размером вдвое меньше блока шифрования, а K - «ключ прохода» для данного прохода. От функции не требуется обратимость - обратная ей функция может быть неизвестна. Достоинства сети Фейстеля - почти полное совпадение дешифровки с шифрованием (единственное отличие - обратный порядок «ключей прохода» в расписании), что значительно облегчает аппаратную реализацию.

Операция перестановки перемешивает биты сообщения по некоему закону. В аппаратных реализациях она тривиально реализуется как перепутывание проводников. Именно операции перестановки дают возможность достижения «эффекта лавины». Операция перестановки линейна - f(a) xor f(b) == f(a xor b)

Операции подстановки выполняются как замена значения некоей части сообщения (часто в 4, 6 или 8 бит) на стандартное, жестко встроенное в алгоритм иное число путём обращения к константному массиву. Операция подстановки привносит в алгоритм нелинейность.

Зачастую стойкость алгоритма, особенно к дифференциальному криптоанализу, зависит от выбора значений в таблицах подстановки (S-блоках). Как минимум считается нежелательным наличие неподвижных элементов S(x) = x, а также отсутствие влияния какого-то бита входного байта на какой-то бит результата - то есть случаи, когда бит результата одинаков для всех пар входных слов, отличающихся только в данном бите.

Параметры алгоритмов[править | править код]

Существует множество (не менее двух десятков) алгоритмов симметричных шифров, существенными параметрами которых являются:

стойкость

длина ключа

число раундов

длина обрабатываемого блока

сложность аппаратной/программной реализации

сложность преобразования

Виды симметричных шифров[править | править код]

блочные шифры

AES (англ. Advanced Encryption Standard ) - американский стандарт шифрования

ГОСТ 28147-89 - советский и российский стандарт шифрования, также является стандартом СНГ

DES (англ. Data Encryption Standard ) - стандарт шифрования данных в США

3DES (Triple-DES, тройной DES)

RC2 (Шифр Ривеста (Rivest Cipher или Ron’s Cipher))

IDEA (International Data Encryption Algorithm, международный алгоритм шифрования данных)

CAST (по инициалам разработчиков Carlisle Adams и Stafford Tavares)

потоковые шифры

RC4 (алгоритм шифрования с ключом переменной длины)

SEAL (Software Efficient Algorithm, программно-эффективный алгоритм)

WAKE (World Auto Key Encryption algorithm, всемирный алгоритм шифрования на автоматическом ключе)

Сравнение с асимметричными криптосистемами[править | править код]

Достоинства [править | править код]

скорость

простота реализации (за счёт более простых операций)

меньшая требуемая длина ключа для сопоставимой стойкости

изученность (за счёт большего возраста)

Недостатки [править | править код]

сложность управления ключами в большой сети

сложность обмена ключами. Для применения необходимо решить проблему надёжной передачи ключей каждому абоненту, так как нужен секретный канал для передачи каждого ключа обеим сторонам

Для компенсации недостатков симметричного шифрования в настоящее время широко применяется комбинированная (гибридная) криптографическая схема, где с помощью асимметричного шифрования передаётся сеансовый ключ, используемый сторонами для обмена данными с помощью симметричного шифрования.

Важным недостатком симметричных шифров является невозможность их использования в механизмах формирования электронной цифровой подписи и сертификатов, так как ключ известен каждой стороне.

2. Межсетевой экран. Firewall. Brandmauer

Межсетево́й экра́н , сетево́й экра́н - программный или программно-аппаратный элемент компьютерной сети , осуществляющий контроль и фильтрацию проходящего через него сетевого трафика в соответствии с заданными правилами .

Другие названия :

Брандма́уэр (нем. Brandmauer - противопожарная стена ) - заимствованный из немецкого языка термин;

Файрво́л (англ. Firewall - противопожарная стена) - заимствованный из английского языка термин.

Firewall (Межсетевой экран)

Межсетевой экран (Брандмауэр или Firewall) – это средство фильтрации пакетного трафика, поступающего из внешней сети по отношению к данной локальной сети или компьютеру. Рассмотрим причины появления и задачи выполняемые Firewall. Современная сеть передачи данных – это множество удаленных высокопроизводительных устройств, взаимодействующих друг с другом на значительном расстоянии. Одними из наиболее крупномасштабных сетей передачи данных являются компьютерные сети, такие как сеть Интернет. В ней одновременно работают миллионы источников и потребителей информации по всему миру. Широкое развитие данной сети позволяет использовать ее не только частным лицам, но и крупным компаниям для объединения своих разрозненных устройств по всему миру в единую сеть. Вместе с этим, общий доступ к единым физическим ресурсам открывает доступ мошенникам, вирусам и конкурентам возможность причинить вред конечным пользователям: похитить, исказить, подбросить или уничтожить хранимую информацию, нарушить целостность программного обеспечения и даже вывести аппаратную часть конечной станции. Для предотвращения данных нежелательных воздействий необходимо предотвратить несанкционированный доступ, для чего часто применяется Firewall. Само название Firewall (wall – от англ. стена) кроет в себе его назначение, т.е. он служит стеной между защищаемой локальной сетью и Интернетом либо любой другой внешней сетью и предотвращать любые угрозы. Кроме вышеуказанной межсетевой экран также может выполнять и другие функции, связанные с фильтрацией трафика от/к какому-либо ресурсу сети Интернет.

Принцип действия Firewall основан на контроле поступающего извне трафика. Могут быть выбраны следующие методы контроля трафика между локальной и внешней сетью:

1. Фильтрация пакетов – основан на настройке набора фильтров. В зависимости от того удовлетворяет ли поступающий пакет указанным в фильтрах условиям он пропускается в сеть либо отбрасывается.

2. Proxy-сервер – между локальной и внешней сетями устанавливается дополнительное устройство proxy-сервер, который служит «воротами», через который должен проходить весь входящий и исходящий трафик.

3. Stateful inspection – инспектирование входящего трафика – один из самых передовых способов реализации Firewall. Под инспекцией подразумевается анализ не всего пакета, а лишь его специальной ключевой части и сравнении с заранее известными значениями из базы данных разрешенных ресурсов. Данный метод обеспечивает наибольшую производительность работы Firewall и наименьшие задержки.

Принцип действия Firewall

Межсетевой экран может быть выполнен аппаратно или программно. Конкретная реализация зависит от масштаба сети, объема трафика и необходимых задач. Наиболее распространенным типом Брандмауэров является программный. В этом случае он реализован в виде программы, запущенной на конечном ПК, либо пограничном сетевом устройстве, например маршрутизаторе. В случае аппаратного исполнения Firewall представляет собой отдельный сетевой элемент, обладающий обычно большими производительными способностями, но выполняющий аналогичные задачи.

Firewall позволяет настраивать фильтры, отвечающие за пропуск трафика по следующим критериям:

1. IP-адрес . Как известно, любое конечное устройство, работающее по протоколу IP должно иметь уникальный адрес. Задав какой-то адрес либо определенный диапазон можно запретить получать из них пакеты, либо наоборот разрешить доступ только с данных IP адресов.

2. Доменное имя . Как известно, сайту в сети Интернет, точнее его IP-адресу может быть поставлено в соответств ие буквенно-цифровое имя, которое гораздо проще запомнить чем набор цифр. Таким образом, фильтр может быть настроен на пропуск трафика только к/от одного из ресурсов, либо запретить доступ к нему.

3. Порт . Речь идет о программных портах, т.е. точках доступа приложений к услугам сети. Так, например, ftp использует порт 21, а приложения для просмотра web-страниц порт 80. Это позволяет запретить доступ с нежелательных сервисов и приложений сети, либо наоборот разрешить доступ только к ним.

4. Протокол . Firewall может быть настроен на пропуск данных только какого-либо одного протокола, либо запретить доступ с его использованием. Обычно тип протокола может говорить о выполняемых задачах, используемого им приложения и о наборе параметров защиты. Таким образом, доступ может быть настроен только для работы какого-либо одного специфического приложения и предотвратить потенциально опасный доступ с использованием всех остальных протоколов.

Выше перечислены только основные параметры, по которым может быть произведена настройка. Также могут применяться другие параметры для фильтров, специфичные для данной конкретной сети, в зависимости от выполняемых в ней задач.

Таким образом, Firewall предоставляет комплексны набор задач по предотвращению несанкционированного доступа, повреждения или хищения данных, либо иного негативного воздействия, которое может повлиять на работоспособность сети. Обычно межсетевой экран используется в совокупности с другими средствами защиты, например, антивирусное ПО.