8.1.2. Базовые принципы проведения атак
Простейший способ рассмотрения вопросов безопасности системы сводится к тому, чтобы поставить себя на место злоумышленника. Поэтому теперь, ознакомившись с базовыми принципами безопасности, давайте рассмотрим базовые принципы проведения атак.
С точки зрения злоумышленника, безопасность системы представляет собой ряд задач, которые он должен решить для достижения своих целей. Существует множество способов нарушения конфиденциальности, целостности, доступности и других параметров безопасности. Например, чтобы нарушить конфиденциальность сетевого трафика, злоумышленник может взломать систему и считать данные напрямую, обманом заставить участников коммуникации отправлять данные без шифрования и перехватить их либо, в более амбициозном сценарии, взломать шифр. Каждый из этих способов используется на практике и включает в себя несколько шагов. Мы поговорим об этом подробнее в разделе 8.2, а пока лишь кратко перечислим эти шаги и возможные способы их реализации.
1. Разведка (reconnaissance). Александр Грэм Белл (Alexander Graham Bell)39 как-то сказал: «Подготовка — ключ к успеху». Проведение атак в компьютерных сетях здесь не является исключением. Первое, что должен сделать злоумышленник, — это собрать как можно больше сведений об объекте атаки. Если вы планируете атаковать кого-нибудь, используя спам или социальную инженерию, рекомендуем вам потратить некоторое время на ознакомление с профилями пользователей, у которых вы хотите выманить информацию, и даже изучить содержимое их мусорных корзин. Однако в этой главе мы ограничимся лишь техническими аспектами атак и соответствующих защитных мер. В сетевой безопасности этап разведки сводится к сбору информации, полезной для злоумышленника. С какими устройствами мы взаимодействуем? Какие протоколы при этом задействованы? Какова топология сети? На каких компьютерах работают те или иные службы? И так далее... Мы обсудим разведку в разделе 8.2.1.
2. Прослушивание (sniffing) и перехват (snooping). Важный этап многих сетевых атак — перехват сетевых пакетов. Очевидно, что возможность перехвата сетевого трафика полезна для злоумышленника, если конфиденциальная информация передается в незашифрованном виде. Однако даже из зашифрованного трафика часто можно извлечь полезные данные — MAC-адреса участников коммуникации, информацию о том, кто с кем и когда связывался, и т.д. Кроме того, злоумышленник может перехватывать такой трафик с целью взломать шифр. Если злоумышленник имеет доступ к сетевому трафику других пользователей и может его «прослушивать», это говорит о недостаточном соблюдении по крайней мере двух принципов безопасности — минимизации полномочий и полной опосредованности. Прослушивание трафика не представляет затруднений в широковещательных сетях (например, сети Wi-Fi), но как перехватить трафик, если вы даже не можете подключиться к каналу, по которому он передается? Тема прослушивания будет рассмотрена подробнее в разделе 8.2.2.
3. Подмена данных, спуфинг (spoofing). Еще одним базовым инструментом злоумышленников является выдача себя за кого-то другого. При этом подложный сетевой трафик имитирует трафик другого компьютера. Например, мы можем легко заменить адрес отправителя во фрейме Ethernet или IP-пакете для обхода защиты или проведения DoS-атаки, поскольку эти протоколы очень просты. А как насчет таких сложных протоколов, как TCP? Ведь при отправке TCP-сегмента SYN для установления соединения с сервером с использованием подложного IP-адреса сервер ответит на этот IP-адрес сегментом SYN/ACK (второй этап установки соединения), и если злоумышленник не находится в том же сегменте сети, то он не увидит этот ответ. Это значит, что он не узнает, какой порядковый номер использует сервер, и не сможет установить соединение. Подмена данных нарушает принцип полной опосредованности: не имея возможности определить источник запроса, мы не можем нормально осуществить для него посредничество. В разделе 8.2.3 мы поговорим о подмене данных более подробно.
4. Нарушение работы (disruption). Третий компонент из тройки базовых параметров безопасности, доступность, приобретает все большую важность для злоумышленников, учитывая то, насколько разрушительными могут быть атаки типа «отказ в обслуживании» (Denial of Service, DoS). Более того, в ответ на появление новых средств защиты эти атаки становятся все более изощренными. Можно утверждать, что DoS-атака происходит из-за нарушения принципа минимизации количества общих механизмов (то есть недостаточной изоляции компонентов). В разделе 8.2.4 мы подробно поговорим об эволюции этого вида атак.
Используя различные комбинации этих базовых компонентов, злоумышленники могут проводить целый ряд атак. Например, проведя разведку и прослушивание, они могут узнать адрес компьютера потенциальной жертвы и выяснить, что этот пользователь настолько доверяет серверу, что автоматически принимает от него любой запрос. С помощью DoS-атаки (направленной на нарушение работы) злоумышленники могут вывести из строя настоящий сервер, чтобы он больше не отвечал жертве, а затем отправить подложные запросы, имитирующие запросы сервера. Именно так была осуществлена одна из самых известных атак в истории интернета, которой подвергся Суперкомпьютерный центр Сан-Диего. Чуть позже мы обсудим эту атаку подробнее.
8.1.3. Методы борьбы с угрозами
Теперь, ознакомившись с методами злоумышленников, давайте обсудим, как с ними можно бороться. Поскольку большинство атак осуществляется через сеть, сообщество специалистов по безопасности быстро пришло к мысли о том, что сеть также может быть подходящим местом для отслеживания атак. В разделе 8.3 мы подробно поговорим о брандмауэрах, системах обнаружения вторжений и других подобных средствах защиты.
Разделы 8.2 и 8.3 посвящены системным вопросам относительно попыток злоумышленников получить конфиденциальную информацию, а в разделах 8.4–8.9 мы перейдем к более формальным аспектам сетевой безопасности и поговорим о криптографии и аутентификации. В компьютерных системах реализуется ряд криптографических примитивов, основанных на математической теории. Поэтому даже если сетевой трафик попадет в руки взломщиков, это не приведет к каким-либо тяжелым последствиям. К примеру, злоумышленники все равно не смогут нарушить конфиденциальность, модифицировать контент или успешно воспроизвести передаваемые по сети сообщения. Тема криптографии достаточно обширна, поскольку существуют различные типы примитивов самого разного назначения (для подтверждения подлинности, для шифрования с использованием открытых или симметричных ключей и т.д.). При этом у каждого типа, как правило, есть несколько реализаций. В разделе 8.4 представлены ключевые концепции криптографии, а в разделах 8.5 и 8.6 рассмотрены методы шифрования с симметричным и открытым ключами соответственно. Раздел 8.7 посвящен цифровым подписям, а раздел 8.8 — управлению ключами.
В разделе 8.9 поднимается важная проблема обеспечения безопасной аутентификации. Аутентификация призвана полностью устранить возможность подмены данных, позволяя процессу убедиться в том, что другой участник коммуникации является именно тем, за кого себя выдает. По мере того как безопасность приобретала все большую важность, специалисты разрабатывали различные протоколы аутентификации. Как мы увидим далее, такие протоколы обычно основаны на криптографии.
От аутентификации мы перейдем к конкретным примерам решений (как правило, криптографических) по обеспечению безопасности. В разделе 8.10 мы рассмотрим такие средства защиты сетевой коммуникации, как IPsec и VPN, и поговорим об обеспечении безопасности в беспроводных сетях. В разделе 8.11 обсудим средства защиты электронной почты, включая PGP и S/MIME. В разделе 8.12 речь пойдет о веб-безопасности в более широком смысле, и в частности о защищенном протоколе DNS (DNSSEC), исполняемых в браузерах скриптах и протоколе SSL. Мы убедимся, что в этих технологиях используются многие идеи, изложенные в предыдущих разделах.
Наконец, раздел 8.13 посвящен социальным аспектам. Каким образом сетевая безопасность затрагивает такие важные вопросы, как неприкосновенность частной жизни и свобода слова? А что насчет авторских прав и защиты интеллектуальной собственности? Поскольку тема безопасности крайне важна, мы должны тщательно рассмотреть все эти вопросы.
Перед тем как мы перейдем к подробному рассмотрению этой темы, следует еще раз напомнить, что в целом обеспечение безопасности является весьма обширной областью изучения. В этой главе мы сфокусируемся лишь на безопасности сетей и коммуникации, оставив без внимания вопросы, связанные с аппаратным обеспечением, операционными системами, приложениями или пользователями. Это значит, что мы не будем подробно рассматривать программные ошибки и касаться аутентификации пользователей с использованием биометрических данных, защиты с помощью паролей, атак переполнения буфера, применения троянских программ и вирусов, подмены входа в систему и изоляции процессов. Эти темы детально обсуждаются в главе 9 книги «Modern Operating Systems»40 Таненбаума и Боса (Tanenbaum and Bos, 2015). Все желающие узнать о вопросах обеспечения безопасности на уровне системы могут обратиться к этой книге. Итак, начнем.
38 Американский преступник XIX века, грабитель банков и поездов. — Примеч. ред.
39 Американский и канадский ученый, один из основоположников телефонии, основатель компании AT&T. — Примеч. ред.
40 Таненбаум Э., Бос Х. «Современные операционные системы». СПб., издательство «Питер».
8.2. Основные компоненты атаки
Прежде всего мы рассмотрим базовые компоненты, из которых состоит сетевая атака. Практически все они проводятся по определенному «рецепту», где эти «ингредиенты» ловко смешиваются в разных вариациях.
8.2.1. Разведка
Представьте, что вы — хакер, и в одно прекрасное утро вы решили взломать компьютерную систему организации X. С чего начать? Вы мало что знаете об этой организации и физически находитесь далеко от нее, что исключает изучение содержимого мусорных корзин или подсматривание через плечо. Конечно, вы всегда можете применить методы социальной инженерии и попытаться выманить конфиденциальную информацию у сотрудников, отправляя им электронные письма (спам) и общаясь с ними по телефону или в социальных сетях, но нас больше интересуют технические аспекты, связанные с компьютерными сетями. Например, сможете ли вы узнать, сколько компьютеров использует организация, как они подключены к сети и какие службы на них запущены?