У других дела обстоят не лучше. В 1999 году eBay потеряла 22 часа из-за связанных с программным обеспечением ошибок в коде, полученном от Sun Microsystems. Выявление ошибки задержало выпуск карманных компьютеров Visor. А в 1998 году дефект в коммутаторах, произведенных компанией Cisco Systems, привел в нерабочее состояние передающую сеть компании AT&T Interspan, что отразилось на работе 6600 клиентов.
Печальная действительность состоит в том, что подобные ошибки программного обеспечения возникают везде. Большинство из них не приводит к таким разрушительным последствиям (перезагрузка электронной таблицы после аварийного отказа вызывает всего лишь незначительное раздражение), но так как сложное программное обеспечение во многих случаях функционирует внутри жизненно важных систем (например, в системах уклонения от автокатастрофы, взлета и посадки самолетов, управления атомной электростанцией), мы, вероятно, станем свидетелями увеличения количества подобных случаев. Проводится большая работа по исправлению ошибок, устранению недостатков, это получило название отказоустойчивой стратегии: например, если в автомобиле откажет система уклонения от автокатастрофы, предполагается, что водитель будет вести себя, как в машине без компьютера, вместо того чтобы позволить ей врезаться в ближайшее дерево. Идея в том, чтобы была уверенность, что небольшие недостатки не приведут к потере контроля над ситуацией, как было в случае с «Ариан 5».
Трудно обнаружить ошибки в программном обеспечении, влияющие на правильное выполнение задачи; обнаружить ошибки в системе безопасности еще труднее.
Надежность означает, что компьютер, в первую очередь программное обеспечение, но также и любые специализированные технические средства должны работать даже при появлении случайных ошибок. Они могут возникать при проектировании (использование одинакового программного обеспечения в основной и резервной системах), при вводе в действие (отсутствие проверки наличия ошибок при преобразовании данных), это могут быть ошибки программирования (вспомните математическую ошибку в чипе Intel Pentium[39]) или ошибки пользователя. Время от времени такие ошибки появляются. Это похоже на компьютер Мерфи: сбои происходят… редко, но постоянно. Если компьютер ошибается время от времени, пусть даже редко, это заметно любому пользователю.
Основная проблема состоит в том, что в любой сложной системе, программном обеспечении, применяемом в ракетной технике, большой базе данных, операционной системе, сетевом программном обеспечении, сложном микропроцессоре очень многие вещи могут работать со сбоями. И это определяет предел сложности. Невозможно предусмотреть или проверить абсолютно все. Неизбежно где-нибудь произойдет сбой.
Компьютерная защита более всего похожа на программирование для компьютера Сатаны. (Росс Андерсон ответствен за этот красивый оборот.) Чтобы быть безопасным, программное обеспечение должно работать, несмотря на появление неуловимых и опасных ошибок, которые могут быть преднамеренно внедрены способным нападающим с целью нанести поражение системе. Надежное программное обеспечение должно пережить и случайные ошибки, которыми может воспользоваться сообразительный хакер. (Представьте себе, что это некий хакер вызвал ошибку переполнения в программном обеспечении «Ариан 5» в самое неподходящее время.) Ошибки происходят случайно, и большинство из них редко встречается при обычном использовании. Но нападающие разыщут потенциальные ошибки и непременно воспользуются ими для достижения своих целей.
Широко применяемая стратегия для обнаружения случайных ошибок – предварительное тестирование: предоставить программное обеспечение большой группе пользователей (бета-тестирование). Люди будут пользоваться программами во всевозможных конфигурациях, на различных типах персональных компьютеров и с различными целями (о некоторых из них проектировщики даже не думали). Если они не смогут сломать систему, возможно, в ней нет ошибок. Сложно проводить предварительное тестирование программного обеспечения ракетной техники, но любое крупное коммерческое программное приложение, которое покупает пользователь, прошло тысячи часов предварительного тестирования для нахождения и исправления ошибок программирования.
Возможно, только что приведенные рассуждения позволили вам расслабиться. Тем не менее, зная, что большинство коммерческих программ содержат большое количество ошибок, трудно доверять подобным испытаниям. Испытания происходят, но сложности остаются. Основную роль играет необходимость быстрого продвижения программных продуктов на рынке. Некоторые компании в связи с этим выпускают в широкую продажу плохо проверенные программы. (Большая часть программного обеспечения Интернета выпущена в предварительных версиях; некоторые даже доказывают, что сам Интернет все еще находится в предварительной версии.) Кроме того, такой натиск на рынок означает, что некоторые компании выпускают программное обеспечение в продажу раньше, чем будут исправлены все ошибки, которые уже установлены. (И если ошибки, найденные в бета-версии, были исправлены, часто не производится повторный цикл предварительных тестов для проверки исправленного кода.)
Большинство проблем, связанных с компьютерной безопасностью, которые нам приходится наблюдать, являются результатом дефектов в программном коде. Вот некоторые примеры:
• В 1988 году червь Морриса использовал ошибку в UNIX для получения полного доступа к компьютерам, выполняющим программы. Это привело к переполнению буфера, о чем будет рассказано в следующем подразделе.
• В 1999 году некто обнаружил ошибку в сценарии Hotmail CGI, позволяющую пользователю получить доступ к записям электронной почты другого пользователя. Дефекты такого рода обсуждались в главе 10.
Традиционно дефектный код был орудием, используемым для взлома компьютеров. Например, недостатки программ, отсылающих почту, повлекли за собой огромное количество незаконных проникновений в компьютеры с операционной системой UNIX. Цель подобных нападений состоит в использовании погрешностей таким образом, чтобы нападающий мог взять в свои руки контроль над системой. Нападения незаметны, они могут использовать настройку параметров для получения доступа или лазейки в заголовке сообщения об ошибках для прочтения защищенных файлов, количество таких нападений огромно. Временами кажется, что каждый день происходит новое нападение на почтовые программы, после которого в очередной раз исправляются не найденные до того ошибки. (Производятся ли после этого исправления у пользователей коммерческих программ – это другой вопрос.)
Более недавний пример – это модель безопасности Java. В Java используется модель комплексной безопасности для защиты компьютеров от вредоносных апплетов Java. Ошибка в любом месте программного кода, ответственного за работу защитных механизмов, может сделать все эти механизмы бесполезными, и, если такая ошибка случится, характерные для Java нападения хлынут широким потоком, используя любые недостатки системы.
Эти примеры вызывают больше беспокойства, чем проблема «Ариан» (несмотря на меньшую степень накала страстей), поскольку недостатки, которые могут быть использованы для взлома защиты, обычно не влияют на выполнение программ. Они незаметно присутствуют там до тех пор, пока кто-либо не воспользуется ими. Это очень важно и потому создание защиты сложнее, чем обеспечение надежности. Ошибка, повлекшая за собой катастрофу «Ариан», – это единственный случай, который затронул выполнение. Как только ошибка при выполнении найдена – и предварительное тестирование сможет обнаружить ее – она может быть исправлена. Дефекты защиты не влияют на выполнение и не проявляются в результатах предварительного тестирования. Подробнее о надежности тестирования будет рассказано в главе 22, но мораль в том, что люди постоянно спотыкаются о недостатки в системах безопасности, и только опытные эксперты на самом деле способны отыскать их.
Такое случается постоянно. Когда квалифицированный специалист производит анализ защиты программного обеспечения, он всегда обнаружит случайные недостатки, подрывающие систему безопасности. Всегда. Чем сложнее код, тем больше несовершенства в его защите.
Огрехи защиты, однажды обнаруженные, будут использоваться до тех пор, пока не будут устранены. Предположим, что нападающий нашел брешь в защите торгового протокола, что позволило ему украсть номер кредитной карты или, что еще хуже деньги. Если его действия мотивировались желанием создать саморекламу, он известит о своем достижении прессу и эта ошибка будет исправлена. (Хотелось бы надеяться, что сначала он предупредит компанию.) Если его действиями управляет желание получить деньги, нападающий станет использовать эту возможность снова и снова. Он украдет столько, сколько сможет, пока еще кто-нибудь не обнаружит этот недостаток и не исправит его. В этом основное отличие: недостатки, влияющие на выполнение, заметны, в то время как недочеты защиты могут оставаться невидимыми в течение долгого времени.
Эти недостатки не обязательно находятся в коде, относящемся к системе безопасности. Они могут присутствовать повсюду: в интерфейсе пользователя, в программах обработки ошибок, в любом другом месте. И как мы видели в главе 10, даже программы, не имеющие никакого отношения к компьютерной безопасности, могут повлиять на защищенность компьютеров, работающих в сети. Недостатки в текстовом процессоре, драйвере принтера или мультимедийном проигрывателе могут полностью подорвать систему безопасности вашего компьютера.
Еще один вывод состоит в том, что ошибки в программном обеспечении (и, следовательно, недостатки защиты) неминуемы. Предположение, что огромное пространство Интернета может быть свободно от ошибок, настолько же невероятно, как, то, что программное обеспечение «Ариан 5» было полностью защищено от сбоев и лишь несчастливое стечение обстоятельств привело к таким катастрофическим последствиям.