Предотвращение сетевых атак: технологии и решения

  Системы предотвращения атак (IPS) сегодня очень популярны. Они объединяют целый ряд технологий безопасности и достаточно далеко шагнули от своих предков - систем обнаружения вторжений. Тем не менее, некоторые аналитики критикуют IPS за объективные недостатки и даже предсказывают скорую смерть таких систем. Рассмотрению современных технологий предотвращения атак, анализу их сильных и слабых сторон, а также перспектив их существования посвящена данная статья.

  Раньше было всего два класса защитных средств, устанавливаемых на периметре, - межсетевые экраны (firewall) и системы обнаружения вторжений (IDS). Межсетевые экраны (далее МСЭ) пропускали трафик через себя, но не "заглядывали" внутрь пересыла емых данных, фокусируясь только на заголовке IP-пакета. Системы IDS (Intrusion Detection System), напротив, анализировали то, что упускалось из виду межсетевыми экранами, но не были способны блокировать атаки, так как трафик через них не проходил. Поэтому на стыке двух технологий родился новый класс защитных средств - системы предотвращения вторжений (IPS).

  IPS (Intrusion Prevention System) оказались настолько популярными, что многие производители стали рекламировать свои классические IDS как системы предотвращения атак, то есть IPS. Не меняя сути своих продуктов, но подставив букву P вместо D, эти поставщики открыли для себя новые рынки и новых клиентов. Но признаками настоящей системы IPS эти решения не обладали. Во-первых, IPS функционирует в режиме inline (пропускает трафик через себя) на скорости канала. Другими словами, решение не становится "бутылочным горлышком" и не снижает скорость передачи данных. Во-вторых, система IPS обеспечивает сборку передаваемых пакетов в правильном порядке и анализирует эти пакеты с целью обнаружения следов несанкционированной активности. В-третьих, во время анализа используются различные методы обнаружения атак: сигнатурный и поведенческий, а также идентификация аномалий в протоколах. Наконец, в-четвертых, система IPS в состоянии блокировать вредоносный трафик (но не путем разрыва соединения с помощью команды RESET протокола TCP). Таким образом, чтобы получить систему IPS из IDS, надо сделать не один шаг (заменить букву в названии), а целых четыре - добавить новые технологии и изменить принципы работы решения.

Четыре к одному

  Современные системы IPS развивались в нескольких направлениях. Некоторые производители развили имеющиеся у них IDS, оснастив их гораздо более эффективными механизмами предотвращения атак. Например, в системах IDS использовалась простая посылка TCP-пакетов с флагом RST или реконфигурация МСЭ и сетевого оборудования. Эффективность этой "защиты" для классических IDS составляет всего около 30 - ведь трафик через устройство не проходит и о реагировании в реальном времени говорить не приходится (существует хоть и минимальная, но задержка). Однако было найдено простое решение: поместить систему IDS между защищаемыми и незащищаемыми ресурсами (весь трафик между ними проходит через IDS). Так появились системы под названием inline-IDS, позже переименованные в IPS. По этому пути пошли компании ISS, Cisco, NFR и Sourcefire.

  Однако технологии IPS не ограничивались только эволюцией систем IDS. Современные МСЭ, оснащенные механизмом глубокого анализа трафика, также могут быть отнесены к разряду IPS. Нехватка расширенных механизмов анализа в МСЭ привела к тому, что их стали оснащать функциями не только анализа заголовка пакета, но и глубокого проникновения в тело данных и "понимания" передаваемых протоколов. Производители по-разному называют эту функциональность: Deep Packet Inspection, Application Intelligence и т. д., но суть ее от этого не меняется. МСЭ с такими функциями способны обнаруживать многие нарушения политики безопасности, например скрытие в протоколе HTTP запрещенных приложений (ICQ, P2P и т. п.), отклонение от стандартов RFC и т. д. Разумеется, современные МСЭ не обладают такими же механизмами обнаружения атак, что и IDS, но со временем слияние этих систем все же произойдет. По пути оснащения своих МСЭ новыми возможностями пошли компании Check Point, Cisco, Fortinet и iPolicy Networks.

  Существует еще третье направление, которое послужило толчком к становлению современных систем предотвращения атак, - создание антивирусов. Начавшие свой путь как средства лечения загрузочных, файловых и макровирусов, эти средства защиты "нарастили мышцы" за счет обнаружения троянцев, червей и других вредоносных программ. В итоге, читая описания современных антивирусов, очень сложно понять, о чем идет речь - об антивирусной программе или системе IPS.

  Четвертым витком эволюции стало создание "чистых" систем IPS, которые изначально были ориентированы на предотвращение атак. По такому пути пошли компании OneSecure и IntruShield, выпустившие в 2000-2001 годах первые IPS. В эту же категорию попали такие пионеры отрасли, как Network ICE и Tipping Point. Но, как говорится, иных уж нет, а те далече - все названные компании были куплены более крупными игроками: McAfee, NetScreen, ISS и т. п.

  Сейчас в сегменте собственно IPS появились новые "ростки" - V-Secure, Reflex Security, DeepNines Technologies и другие.

Варианты внедрения

  Обычно при упоминании систем IPS в голову приходят выделенные устройства, которые могут быть установлены на периметре корпоративной сети и, в ряде случаев, внутри нее. Внедрение в качестве систем защиты таких аппаратных устройств (security appliance) - наиболее распространенный вариант, но далеко не единственный. Такие шлюзы безопасности, несмотря на хорошую краткосрочную и среднесрочную перспективу, в дальнейшем постепенно уйдут в тень, и их место займут решения, интегрированные в инфраструктуру, что гораздо эффективнее со многих точек зрения.

  Во-первых, стоимость интегрированного решения ниже стоимости автономного (stand-alone) устройства. Во-вторых, ниже и стоимость внедрения (финансовая и временная) такого решения - можно не менять топологию сети. В-третьих, надежность выше, так как в цепочке прохождения трафика отсутствует дополнительное звено, подверженное отказам. Наконец, в-четвертых, интегрированные решения предоставляют более высокий уровень защиты за счет более тесного взаимодействия с защищаемыми ресурсами.

  Сама интеграция может быть выполнена различными путями. Самым распространенным способом в настоящий момент является использование маршрутизатора (router). В этом случае система IPS становится составной частью данного устройства и получает доступ к анализируемому трафику сразу после поступления его на определенный интерфейс. Интегрированная в сетевое оборудование система IPS может быть реализована в виде отдельного модуля, вставляемого в шасси маршрутизатора, или в виде неотъемлемой части операционной системы маршрутизатора. Первой в данном направлении развития систем IPS стала компания Cisco Systems, имеющая как отдельные модули для своих маршрутизаторов, так и подсистему Cisco IOS IPS, входящую в состав операционной системы Cisco IOS. Примеру Cisco последовали и другие сетевые производители: Extreme, 3Com и т. д.

  Но система IPS, интегрированная в маршрутизатор, умеет отражать атаки только на периметре сети, оставляя внутренние ресурсы без защиты. Поэтому второй точкой интеграции являются коммутаторы локальной сети (switch), в которые с успехом могут быть внедрены механизмы предотвращения атак, причем как в виде части ОС, так и в виде отдельного аппаратного модуля. Первое слово в данной области сказала компания ODS Networks, предложившая коммутаторы с встроенной системой IPS. Позже ODS была куплена компанией SAIC, а технология интеграции IPS в коммутаторы на время забыта, пока ее не возродила Cisco Systems в своем семействе Cisco Catalyst.

  Третий тип устройств, через которые может проходить трафик, нуждающийся в анализе, представлен точками беспроводного доступа (wireless access point). Сегодня это направление активно развивается, что связано со всплеском интереса к беспроводным технологиям (Wi-Fi, WiMAX, RFID). По пути интеграции пошли такие производители, как Cisco Systems и Aruba, оснастившие свое оборудование необходимыми функциями. Такого рода системы, помимо обнаружения и предотвращения различных атак, умеют определять местонахождение несанкционированно установленных беспроводных точек доступа и клиентов. Другие производители (например, Trapeze Networks) не имеют собственных решений, поэтому интегрируются с производителями самостоятельных систем предотвращения атак в беспроводных сетях - AirDefense, AirMagnet, AirTight, Network Chemistry и Newbury Networks.

  Последним рубежом обороны, где может быть установлена система IPS, является рабочая станция или сервер. В этом случае IPS реализуется несколькими путями. Во-первых, как программное обеспечение, интегрированное в операционную систему. Пока таких решений немного и все они ограничиваются системами семейства UNIX, поскольку их ядро можно скомпилировать вместе с подсистемой отражения атак. Во-вторых, система IPS на рабочей станции или сервере может представлять собой прикладное ПО, устанавливаемое "поверх" операционной системы. Выпускается большим числом производителей: Cisco Systems, ISS, McAfee, Star Force и другими. Эти системы называются Host IPS (HIPS). Кроме отражения сетевых атак, они обладают еще большим количеством полезных функций: контроль доступа к USB, создание замкнутой программной среды, контроль утечки информации, контроль загрузки с посторонних носителей и т. д. В-третьих, система IPS может представлять собой отдельную подсистему отражения атак, реализованную в сетевой карте. Некоторые производители (в частности, D-Link) выпускают такого рода устройства, однако их распространенность оставляет желать лучшего. Ситуация может измениться только в том случае, когда такой функционал будет базовым для любой сетевой карты.

  Если же вернуться к выделенным средствам предотвращения атак, то основными игроками этого рынка являются компании Cisco Systems, ISS, Juniper; из малоизвестных в России - 3Com, McAfee, Sourcefire, Top Layer, NFR и другие. И уж совсем неизвестны такие производители, как V-Secure, StillSecure, DeepNines, NitroSecurity и Reflex Security.

  Особняком стоит технология обнаружения и блокирования аномалий в сетевом трафике, которую поддерживают Arbor Networks, Cisco Systems, Lancope, Mazu Networks и Q1 Labs. Однако данные решения отличаются от классических систем IPS. Прежде всего, они работают не в режиме inline, они имеют дело не с самим трафиком, а, например, с Netflow. Кроме того, продукты данного класса не автономны, а тесно связаны с другими решениями (как правило, с сетевым оборудованием). Наконец, системы обнаружения и блокирования аномалий не предот вращают атаки, а действуют реактивно - изменяют списки контроля доступа (ACL, Access Control Lists) уже после обнаружения атаки.

Почему проекты внедрения IPS проваливаются, или Что нас ждет в будущем?

  В начале XXI века некоторые эксперты предрекали системам IDS скорую смерть, ссылаясь на три основные проблемы при их внедрении: высокий процент ложных срабатываний, большое число управленческих задач и автоматизация реагирования. Системы IPS справились только с последней. Какие же действия предпринимают производители для решения проблем, способных похоронить эту технологию защиты?

  Прежде всего рассмотрим проблему ложных срабатываний. Представьте, что мимо вас в детскую комнату летит комар. Вы его обнаружили, но этого мало. Вы не знаете, находится ли ваш ребенок в детской, а если находится, то намазался ли он средством против комаров. В результате вы сломя голову бежите в комнату и убиваете комара. За эти секунды на плите убегает и выплескивается на плиту варенье-"пятиминутка", а нет ничего страшнее для керамической варочной панели, чем засохший сахар. С системами обнаружения и предотвращения атак ситуация похожая: обратив внимание на первый сигнал тревоги и не зная, насколько реальна опасность, вы можете упустить из виду более серьезное событие, поступившее на консоль администратора вторым. Более того, существуют специальные утилиты, которые генерируют потоки ложных событий, чтобы ввести администратора в заблуждение. Поэтому первое, на что надо обращать внимание при выборе систем защиты описываемого класса, - борьба с ложными срабатываниями (false positive).

  Для решения этой проблемы применяются системы корреляции событий, которые в состоянии определить, что скрывается за атаку емыми IP-адресами, и сделать вывод, подвержена ли цель такой атаке. Если нет, то событием можно пренебречь и оставить его <на потом>. Однако, чтобы принять решение о реальности атаки, необходимо знать, какие ОС и ПО установлены на атакуемом узле. Если, например, червь SQL Slammer атакует Linux-сервер, то последнему ничего не угрожает, так как SQL Slammer наносит ущерб только серверам с СУБД MS SQL Server без соответствующих заплаток. Информация о ПО и ОС может быть добыта двумя путями (ручное задание этих параметров для всех атакуемых узлов вряд ли можно рассматривать как перспективный способ). Например, с помощью дистанционного сканирования и получения необходимой информации от самого атакуемого узла. Этот способ наиболее прост в реализации - достаточно просканировать сеть и связать информацию об атаках с конкретными версиями ОС, ПО и уязвимостями (это и есть процесс корреляции). Однако у данного метода есть серьезное ограничение - системы корреляции стоят немалых денег.

  Решение указанной проблемы заключается в использовании облегченных и интегрированных в системы предотвращения атак подсистем корреляции. Такая система регулярно проводит сканирование сети и запоминает состояние составляющих ее узлов. В момент атаки происходит связывание сведений об атаке с информацией об атакуемом узле. Если связь есть, то атака не ложная; если связь не обнаружена, то приоритет атаки снижается и администратор не тратит на нее время и энергию. Этот способ отсеивания ложных срабатываний появился недавно и пока не получил широкого распространения. В принципе, установленная на узле система персональной защиты (например, HIPS) сама сигнализирует сетевому сенсору, какая атака может нанести ущерб, а какая нет.

  Другая, пока не до конца решенная проблема - большое число управленческих задач, к которым относятся обновление сигнатур, интерпретация сигналов тревоги, настройка системы и т. д. Каждый производитель решает их по-своему, единых стандартов и рекомендаций еще не существует. Если же этому аспекту должного внимания не уделить, то система IPS из средства защиты сама может превратиться в источник проблем. К примеру, неграмотно настроенная функция блокирования вторже- ния может стать причиной отказа в обслужи- вании (denial of service) для какого-либо узла или приложения.

  Между тем существует еще целый ряд проблем, ожидающих своего решения. Первая заключается в отказоустойчивости системы IPS. Ведь если решение выйдет из строя, то в канале связи образуется затор и трафик не сможет дойти до адресата. Рекомендации, даваемые на заре использования IPS ("лучше не допустить проникновения или утечки и блокировать доступ в сеть в случае выхода IPS из строя, чем оставить сеть открытой и незащищенной"), сегодня уже устарели. Многие бизнес-приложения являются более приоритетными, нежели системы защиты, и снижение доступности первых недопустимо, даже в ущерб защищенности. Поэтому теперь большинство систем IPS оснащаются различными механизмами отказоустойчивости (программными или аппаратными bypass-системами).

  Второй проблемой стало предотвращение атак в коммутируемых сетях. Когда речь заходит о применении IDS в коммутируемых сетях, то особых проблем это уже не вызывает. Можно использовать различные механизмы и технологии, самая распространенная из которых - использование SPAN-порта на коммутаторе, куда подключается сенсор системы обнаружения. Однако как только от обнаружения мы переходим к предотвращению, ситуация коренным образом меняется. Мы уже не можем просто подключить IPS к SPAN-порту и блокировать все атаки, ведь трафик должен проходить через само устройство защиты. Первый вариант решения проблемы сегодня доступен только в решениях компании Cisco (в коммутаторе Cisco Catalyst 6500), которые имеют интегрированный модуль, способный блокировать проходящий через него трафик. А если ваша сеть построена на коммутаторах другого производителя? Устанавливать сенсоры IPS между коммутатором и защищаемым узлом слишком дорого - число сенсоров будет равно числу защищаемых ресурсов, что сделает инфраструктуру отражения атак поистине золотой.

  Использование многоинтерфейсных сенсоров (например, с четырьмя или восьмью портами) ситуацию кардинально не меняет - инфраструктура все равно получается очень дорогой. Выходом может стать метод, появившийся совсем недавно и получивший название Inline-on-a-Stick. Суть его проста: на интерфейс устройства IPS поступает трафик одной из VLAN и после обработки через этот же интерфейс уходит обратно. Если учесть возможность поддержки до 255 пар VLAN-соединений на одном порту сенсора, то можно контролировать очень большие локальные сети (с восьмьюпортовой картой число контролируемых соединений составляет примерно 2000).

  Третья - кооперация с IPS других производителей. Некоторые заказчики, имея финансовые ресурсы и следуя пословице "не кладите все яйца в одну корзину", строят инфраструктуру предотвращения атак на решениях разных производителей. При этом компании хотят контролировать разнородные сенсоры с одной консоли управления. Вариантов решения задачи два: применение внешних систем управления информационной безопасности (SIMS, Security Information Management System, или SEMS, Security Event Management System) и поддержка стандарта SDEE (Security Device Event Exchange). Второй путь более экономичен и позволяет передавать сигналы тревоги, полученные сенсором одного производителя, на консоль другого производителя.

  Четвертая проблема - это увеличение пропускной способности. Лучшие с точки зрения производительности системы IPS работают на скоростях 2-5 Гбит/с, чего более чем достаточно для периметра корпоративной сети, но не хватает для локальной сети. Например, 5-Гбит система IPS может защитить только пять серверов с 1-Гбит сетевыми картами или 50 рабочих станций с 100-Мбит сетевыми интерфейсами. Поэтому сейчас многие производители пошли по пути сетевых лидеров и начали использовать технологии ASIC или FPGA для реализации логики работы системы предотвращения атак. Это может существенно ускорить работу IPS.

  Пятая проблема скрывается в поддержке новых приложений. Ранее атаки концентрировались на сетевом уровне, и возможностей IPS было достаточно для их отражения. В последнее время фокус атак сместился на прикладной уровень - на веб-сервисы, XML, SOAP, ERP, CRM, СУБД, IP-телефонию и прочее. Сетевые системы IPS перестали справляться с атаками, так как они не работают на уровне их реализации. Поэтому одним из направлений развития IPS станет поддержка новых технологий и протоколов.

Заключение

  Мы рассмотрели современные технологии и решения в области предотвращения сетевых атак. Из обзора становится понятно, что до предрекаемой смерти систем IPS еще очень много времени. Разумеется, если их развитие продолжится вместе с информационными технологиями. Сама по себе технология IPS не является панацеей, и ее эффективность зависит от грамотного применения имеющихся инструментов и их интеграции с другими защитными и сетевыми технологиями. Только в случае построения комплексной инфраструктуры защиты системы IPS будут надежным кирпичиком в неприступной стене, опоясывающей вашу организацию.