Cистемы обнаружения атак

Введение
До сих пор нет точного определения термина "атака" (вторжение, нападение). Каждый специалист в области безопасности трактует его по-своему. Например, "вторжение - это любое действие, переводящее систему из безопасного состояния в опасное". Данный термин может трактоваться и так: "вторжение - это любое нарушение политики безопасности" или "любое действие, приводящее к нарушению целостности, конфиденциальности и доступности системы и информации, в ней обрабатываемой". Однако я считаю более правильным применение нижеприведенного термина, которое тесно увязано с термином "уязвимость".

 

 

Атакой (attack, intrusion) на информационную систему (ИС) называется действие или последовательность связанных между собой действий нарушителя, которые приводят к реализации угрозы путем использования уязвимостей этой информационной системы. Т.е. можно видеть, что если бы можно было устранить уязвимости ИС, то, тем самым, мы устранили бы и возможность реализации атак.

На сегодняшний день неизвестно, сколько существует методов атак. Связано это в первую очередь с тем, что до сих пор отсутствуют какие-либо серьезные математические исследования в этой области. Из близких к этой области исследований можно привести работу, написанную в 1996 году Фредом Коэном, в которой описывались математические основы вирусной технологии. Как один из результатов этой работы было приведено доказательство бесконечности числа вирусов. Эти же результаты можно перенести и на область атак, поскольку вирусы - это нечто иное, как одно из подмножеств атак.

Модели атак

Традиционная модель атаки строится по принципу "один к одному" (Рис.1.) или "один ко многим" (Рис.2.), т.е. атака исходит из одного источника. Разработчики сетевых средств защиты (межсетевых экранов, систем обнаружения атак и т.д.) ориентированы именно на традиционную модель атаки. В различных точках защищаемой сети устанавливаются агенты (сенсоры) системы защиты, которые передают информацию на центральную консоль управления. Это облегчает масштабирование системы, простоту удаленного управления и т.д. Однако такая модель не справляется с относительно недавно (в 1998 году) обнаруженной угрозой - распределенными атаками.


Рисунок 1. Отношение "один к одному"

Рисунок 2. Отношение "один ко многим"

В модели распределенной или скоординированной (distributed или coordinated attack) атаки используются иные принципы. В отличие от традиционной модели, использующей отношения "один к одному" и "один ко многим", в распределенной модели используются отношения "много к одному" и "много ко многим" (рис.3 и 4 соответственно).


Рисунок 3. Отношение "многие к одному"


Рисунок 4. Отношение "многие ко многим"

Распределенные атаки основаны на "классических" атаках типа "отказ в обслуживании", которые будут рассмотрены ниже, а точнее на их подмножестве, известном как Flood- или Storm-атаки (указанные термины можно перевести как "шторм", "наводнение" или "лавина"). Смысл данных атак заключается в посылке большого количества пакетов на заданный узел или сегмент сети (цель атаки), что может привести к выведению этого узла или сегмента из строя, поскольку он "захлебнется" в лавине посылаемых пакетов и не сможет обрабатывать запросы авторизованных пользователей. По такому принципу работают атаки SYN-Flood, Smurf, UDP Flood, Targa3 и т.д. Однако в том случае, если пропускная способность канала до цели атаки превышает пропускную способность атакующего или целевой узел некорректно сконфигурирован, то к "успеху" такая атака не приведет. Например, с помощью этих атак бесполезно пытаться нарушить работоспособность своего провайдера. В случае же распределенной атаки ситуация коренным образом меняется. Атака происходит уже не из одной точки Internet, а сразу из нескольких, что приводит к резкому возрастанию трафика и выведению атакуемого узла из строя. Например, по данным России-Онлайн в течение двух суток, начиная с 9 часов утра 28 декабря 2000 г. крупнейший Internet-провайдер Армении "Арминко" подвергался распределенной атаке. В данном случае к атаке подключились более 50 машин из разных стран, которые посылали по адресу "Арминко" бессмысленные сообщения. Кто организовал эту атаку, и в какой стране находился хакер - установить было невозможно. Хотя атаке подвергся в основном "Арминко", перегруженной оказалась вся магистраль, соединяющая Армению с всемирной паутиной. 30 декабря благодаря сотрудничеству "Арминко" и другого провайдера - "АрменТел" - связь была полностью восстановлена. Несмотря на это компьютерная атака продолжалась, но с меньшей интенсивностью.

Этапы реализации атак

Можно выделить следующие этапы реализации атаки: предварительные действия перед атакой или "сбор информации" (information gathering), "реализация атаки" (exploitation) и завершение атаки. Обычно, когда говорят об атаке, то подразумевают именно второй этап, забывая о первом и последнем. Сбор информации и завершение атаки ("заметание следов") в свою очередь также могут являться атакой и могут быть разделены на три этапа (Рис.5).



Рисунок 5. Этапы реализации атаки

Основной этап - это сбор информации. Именно эффективность работы злоумышленника на данном этапе является залогом "успешности" атаки. В первую очередь выбирается цель атаки и собирается информация о ней (тип и версия операционной системы, открытые порты и запущенные сетевые сервисы, установленное системное и прикладное программное обеспечение и его конфигурация и т.д.). Затем идентифицируются наиболее уязвимые места атакуемой системы, воздействие на которые приводит к нужному злоумышленнику результату.

На первом этапе злоумышленник пытается выявить все каналы взаимодействия цели атаки с другими узлами. Это позволит не только выбрать тип реализуемой атаки, но и источник ее реализации. Например, атакуемый узел взаимодействует с двумя серверами под управлением ОС Unix и Windows NT. С одним сервером атакуемый узел имеет доверенные отношения, а с другим - нет. От того, через какой сервер злоумышленник будет реализовывать нападение, зависит, какая атака будет задействована, какое средство реализации будет выбрано и т.д. Затем, в зависимости от полученной информации и преследуемого результата, выбирается атака, дающая наибольший эффект. Например, для нарушения функционирования узла можно использовать SYN Flood, Teardrop, UDP Bomb и т.д., а для проникновения на узел и кражи информации - CGI-скрипт PHF для кражи файла паролей, удаленный подбор пароля и т.п. Затем наступает второй этап - реализация выбранной атаки.

Традиционные средства защиты, такие как межсетевые экраны или механизмы фильтрации в маршрутизаторах, вступают в действие на втором этапе, совершенно "забывая" о первом и третьем. Это приводит к тому, что зачастую совершаемую атаку очень трудно остановить даже при наличии мощных и дорогих средств защиты. Пример тому - распределенные атаки. Логично было бы, чтобы средства защиты начали работать еще на первом этапе, т.е. предотвращали возможность сбора информации об атакуемой системе. Это позволит если и не полностью предотвратить атаку, то существенно усложнить работу злоумышленника. Также традиционные средства не позволяют обнаружить уже совершенные атаки и оценить ущерб после их реализации (третий этап) и, следовательно, невозможно определить меры по предотвращению таких атак впредь. В зависимости от достигаемого результата нарушитель концентрируется на том или ином этапе. Например, для отказа в обслуживании он в первую очередь подробно анализирует атакуемую сеть и выискивает в ней лазейки и слабые места для атаки на них и выведению узлов сети из строя. Для хищения информации злоумышленник основное внимание уделяет незаметному проникновению на анализируемые узлы при помощи обнаруженных ранее уязвимостей.

Рассмотрим основные механизмы реализации атак. Это необходимо для понимания методов обнаружения этих атак. Кроме того, понимание принципов действий злоумышленников - залог успешной обороны вашей сети.

Сбор информации

Первый этап реализации атак - это сбор информации об атакуемой системе или узле. Он включает такие действия как, определение сетевой топологии, типа и версии операционной системы атакуемого узла, а также доступных сетевых и иных сервисов и т.п. Эти действия реализуются различными методами.

Изучение окружения

На этом этапе нападающий исследует сетевое окружение вокруг предполагаемой цели атаки. К таким областям, например, относятся узлы Internet-провайдера "жертвы" или узлы удаленного офиса атакуемой компании. На этом этапе злоумышленник может пытаться определить адреса "доверенных" систем (например, сеть партнера) и узлов, которые напрямую соединены с целью атаки (например, маршрутизатор ISP) и т.д. Такие действия достаточно трудно обнаружить, поскольку они выполняются в течение достаточно длительного периода времени и снаружи области, контролируемой средствами защиты (межсетевыми экранами, системами обнаружения атак и т.п.).

Идентификация топологии сети

Можно назвать два метода определения топологии сети (network topology detection), используемых злоумышленниками: "изменение TTL" ("TTL modulation") и "запись маршрута" ("record route"). Программы traceroute для Unix и tracert для Windows используют первый способ определения топологии сети. Они используют для этого поле Time to Live ("время жизни") в заголовке IP-пакета, которое изменяется в зависимости от числа пройденных сетевым пакетом маршрутизаторов. Утилита ping может быть использована для записи маршрута ICMP-пакета. Зачастую сетевую топологию можно выяснить при помощи протокола SNMP, установленного на многих сетевых устройствах, защита которых неверно сконфигурирована. При помощи протокола RIP можно попытаться получить информацию о таблице маршрутизации в сети и т.д.

Многие из этих методов используются современными системами управления (например, HP OpenView, Cabletron SPECTRUM, MS Visio и т.д.) для построения карт сети. И эти же методы могут быть с успехом применены злоумышленниками для построения карты атакуемой сети.

Идентификация узлов

Идентификация узла (host detection), как правило, осуществляется путем посылки при помощи утилиты ping команды ECHO_REQUEST протокола ICMP. Ответное сообщение ECHO_REPLY говорит о том, что узел доступен. Существуют свободно распространяемые программы, которые автоматизируют и ускоряют процесс параллельной идентификации большого числа узлов, например, fping или nmap. Опасность данного метода в том, что стандартными средствами узла запросы ECHO_REQUEST не фиксируются. Для этого необходимо применять средства анализа трафика, межсетевые экраны или системы обнаружения атак.

Это самый простой метод идентификации узлов. Однако эта легкость имеет ряд недостатков. Во-первых, многие сетевые устройства и программы блокируют ICMP-пакеты и не пропускают их во внутреннюю сеть (или наоборот не пропускают их наружу). Например, MS Proxy Server 2.0 не разрешает прохождение пакетов по протоколу ICMP. В результате возникает неполная картина. С другой стороны, блокировка ICMP-пакета говорит злоумышленнику о наличии "первой линии обороны" - марщрутизаторов, межсетевых экранов и т.д. Во-вторых, использование ICMP-запросов позволяет с легкостью обнаружить их источник, что, разумеется, не может входить в задачу злоумышленника.

Существует еще один метод определения узлов сети - использование "смешанного" ("promiscuous") режима сетевой карты, который позволяет определить различные узлы в сегменте сети. Но он не применим в тех случаях, в которых трафик сегмента сети недоступен нападающему со своего узла, т.е. этот метод применим только в локальных сетях. Другим способом идентификации узлов сети является так называемая разведка DNS, которая позволяет идентифицировать узлы корпоративной сети при помощи обращения к серверу службы имен.

Идентификация сервисов или сканирование портов

Идентификация сервисов (service detection), как правило, осуществляется путем обнаружения открытых портов (port scanning). Такие порты очень часто связаны с сервисами, основанными на протоколах TCP или UDP. Например, открытый 80-й порт подразумевает наличие Web-сервера, 25-й порт - почтового SMTP-сервера, 31337-й - серверной части троянского коня BackOrifice, 12345 или 12346 - серверной части троянского коня NetBus и т.д. Для идентификации сервисов и сканирования портов могут быть использованы различные программы, в т.ч. и свободно распространяемые. Например, nmap или netcat.

Идентификация операционной системы

Основной механизм удаленного определения ОС (OS detection) - анализ ответов на запросы, учитывающие различные реализации TCP/IP-стека в различных операционных системах. В каждой ОС по-своему реализован стек протоколов TCP/IP, что позволяет при помощи специально запросов и ответов на них определить, какая ОС установлена на удаленном узле.

Другой, менее эффективный и крайне ограниченный, способ идентификации ОС узлов - анализ сетевых сервисов, обнаруженных на предыдущем этапе. Например, открытый 139 порт позволяет сделать вывод, что удаленный узел вероятнее всего работает под управлением ОС семейства Windows. Для определения ОС могут быть использованы различные программы. Например, nmap или queso.

Определение роли узла

Предпоследним шагом на этапе сбора информации об атакующем узле является определение его роли, например, выполнении функций межсетевого экрана или Web-сервера. Выполняется этот шаг на основе уже собранной информации об активных сервисах, именах узлов, топологии сети и т.п. Например, открытый 80-й порт может указывать на наличие Web-сервера, блокировка ICMP-пакета указывает на потенциальное наличие межсетевого экрана, а DNS-имя узла proxy.domain.ru или fw.domain.ru говорит само за себя.

Определение уязвимостей узла

Последний шаг - поиск уязвимостей (searching vulnerabilities). На этом шаге злоумышленник при помощи различных автоматизированных средств или вручную определяет уязвимости, которые могут быть использованы для реализации атаки. В качестве таких автоматизированных средств могут быть использованы ShadowSecurityScanner, nmap, Retina и т.д.

Реализация атаки

С этого момента начинается попытка доступа к атакуемому узлу. При этом доступ может быть как непосредственный, т.е. проникновение на узел, так и опосредованный, например, при реализации атаки типа "отказ в обслуживании". Реализация атак в случае непосредственного доступа также может быть разделена на два этапа:

-Проникновение;
-Установление контроля;

Проникновение

Проникновение подразумевает под собой преодоление средств защиты периметра (например, межсетевого экрана). Реализовываться это может быть различными путями. Например, использование уязвимости сервиса компьютера, "смотрящего" наружу или путем передачи враждебного содержания по электронной почте (макровирусы) или через апплеты Java. Такое содержание может использовать так называемые "туннели" в межсетевом экране (не путать с туннелями VPN) через которые затем и проникает злоумышленник. К этому же этапу можно отнести подбор пароля администратора или иного пользователя при помощи специализированной утилиты (например, L0phtCrack или Crack).

Установление контроля

После проникновения злоумышленник устанавливает контроль над атакуемым узлом. Это может быть осуществлено путем внедрения программы типа "троянский конь" (например, NetBus или BackOrifice). После установки контроля над нужным узлом и "заметания" следов, злоумышленник может осуществлять все необходимые несанкционированные действия дистанционно без ведома владельца атакованного компьютера. При этом установление контроля над узлом корпоративной сети должно сохраняться и после перезагрузки операционной системы. Это может быть реализовано путем замены одного из загрузочных файлов или вставка ссылки на враждебный код в файлы автозагрузки или системный реестр. Известен случай, когда злоумышленник смог перепрограммировать EEPROM сетевой карты и даже после переустановки ОС он смог повторно реализовать несанкционированные действия. Более простой модификацией этого примера является внедрение необходимого кода или фрагмента в сценарий сетевой загрузки (например, для ОС Novell Netware).

Цели реализации атак

Необходимо отметить, что злоумышленник на втором этапе может преследовать две цели. Во-первых, получение несанкционированного доступа к самому узлу и содержащейся на нем информации. Во-вторых, получение несанкционированного доступа к узлу для осуществления дальнейших атак на другие узлы. Первая цель, как правило, осуществляется только после реализации второй. То есть, сначала злоумышленник создает себе базу для дальнейших атак и только после этого проникает на другие узлы. Это необходимо для того, чтобы скрыть или существенно затруднить нахождение источника атаки.

Завершение атаки

Этапом завершения атаки является "заметание следов" со стороны злоумышленника. Обычно это реализуется путем удаления соответствующих записей из журналов регистрации узла и других действий, возвращающих атакованную систему в исходное, "предатакованное" состояние.

Классификация атак

Существуют различные типа классификации атак. Например, деление на пассивные и активные, внешние и внутренние атаки, умышленные и неумышленные. Однако дабы не запутать читателя большим разнообразием классификаций, мало применимыми на практике, хотелось бы предложить более "жизненную" классификацию:

-Удаленное проникновение (remote penetration). Атаки, которые позволяют реализовать удаленное управление компьютером через сеть. Примером такой программы является NetBus или BackOrifice.
-Локальное проникновение (local penetration). Атака, которая приводит к получению несанкционированного доступа к узлу, на котором она запущена. Примером такой программы является GetAdmin.
-Удаленный отказ в обслуживании (remote denial of service). Атаки, которые позволяют нарушить функционирование или перегрузить компьютер через Internet. Примером такой атаки является Teardrop или trin00.
-Локальный отказ в обслуживании (local denial of service). Атаки, которые позволяют нарушить функционирование или перегрузить компьютер, на котором они реализуются. Примером такой атаки является "враждебный" апплет, который загружает центральный процессор бесконечным циклом, что приводит к невозможности обработки запросов других приложений.
-Сетевые сканеры (network scanners). Программы, которые анализируют топологию сети и обнаруживают сервисы, доступные для атаки. Примером такой программы можно назвать систему nmap.
-Сканеры уязвимостей (vulnerability scanners). Программы, которые ищут уязвимости на узлах сети и которые могут быть использованы для реализации атак. Примером такого сканера можно назвать систему SATAN или ShadowSecurityScanner.
-Взломщики паролей (password crackers). Программы, которые "подбирают" пароли пользователей. Примером взломщика паролей можно назвать L0phtCrack для Windows или Crack для Unix.
-Анализаторы протоколов (sniffers). Программы, которые "прослушивают" сетевой трафик. При помощи этих программ можно автоматически искать такую информацию, как идентификаторы и пароли пользователей, информацию о кредитных картах и т.д. Таким анализатором протоколов можно назвать Microsoft Network Monitor, NetXRay компании Network Associates или LanExplorer.

Компания Internet Security Systems, Inc. еще больше сократила число возможных категорий, доведя их до 5:

-Сбор информации (Information gathering);
-Попытки несанкционированного доступа (Unauthorized access attempts);
-Отказ в обслуживании (Denial of service);
-Подозрительная активность (Suspicious activity);
-Системные атаки (System attack).

Первые 4 категории относятся к удаленным атакам, а последняя - к локальным, реализуемом на атакуемом узле. Можно заметить, что в данную классификацию не попал целый класс так называемых "пассивных" атак. Помимо "прослушивания" трафика, в эту категорию также попадают такие атаки, как "ложный DNS-сервер", "подмена ARP-сервера" и т.п.

Классификация атак, реализованная во многих системах обнаружения атак, не может быть категоричной. Например, атака, реализация которой для ОС Unix (например, переполнение буфера statd) может иметь самые плачевные последствия (самый высокий приоритет), для ОС Windows NT может быть вообще не применима или иметь очень низкую степень риска. Кроме того, существует неразбериха и в самих названиях атак и уязвимостей. Например, одна и та же атака, может иметь совершенно различные наименования у разных производителей.

Mitre CVE

Для устранения описанной неразберихи с именованием уязвимостей и атак в 1999 году компания MITRE Corporation предложила решение, независимое от производителя средств анализа защищенности, обнаружения атак и т.д. Это решение было реализовано в виде базы данных CVE (Common Vulnerability Enumeration), которая затем была переименована в Common Vulnerabilities and Exposures. Это позволило всем специалистам и производителям разговаривать на одном языке. Так, например, описанные в таблице 3 различные названия одной и той же атаки получили единый код CVE-1999-0067. В разработке базы данных CVE помимо экспертов MITRE принимали участие специалисты многих известных компаний и организаций. Например, ISS, Cisco, BindView, Axent, NFR, L-3, CyberSafe, CERT, Carnegie Mellon University, институт SANS, UC Davis Computer Security Lab, CERIAS и т.д.

Несмотря на столь привлекательную инициативу база данных CVE в момент создания не получила широкого распространения среди производителей коммерческих продуктов. Однако с начала 2000 года, свою базу данных уязвимостей, используемую в системах анализа защищенности Internet Scanner и System Scanner, с соответствие с CVE привела компания ISS. Компания Internet Security Systems была первой компанией, которая стала ссылаться на унифицированные коды CVE. Это дало толчок и всем остальным производителям. В июне 2000 года о своей поддержке CVE заявили компании Cisco, Axent, BindView, IBM и другие.

X-Force

В 1994 году один из организаторов CERT - Кристофер Клаус основал компанию Internet Security Systems, Inc., которая является лидером в области разработки средств анализа защищенности и обнаружения атак. В компании ISS существует научно-исследовательская группа X-Force, объединяющая экспертов в области обеспечения информационной безопасности. Эта группа не только постоянно отслеживает все публикуемые другими группами реагирования сообщения об обнаруженных уязвимостях, но и сама проводит тестирование программных и аппаратных средств. Результаты этих исследований помещаются в базу данных уязвимостей и угроз (ISS X-Force Threat and Vulnerability Database).

База данных X-Force, находящаяся по адресу: /redir.php?url=xforce.iss.net%2F%2C является одной из лучших баз уязвимостей и атак. Доступ к ней может осуществляться как путем подписки на свободно распространяемый список рассылки X-Force Alert, так и путем интерактивного поиска в базе данных на Web-сервере компании ISS. Поиск уязвимостей в базе данных может быть осуществлен по нескольким параметрам:

-по операционной системе или платформе, подверженной уязвимости;
-по имени уязвимости;
-по дате обнаружения;
-по степени риска (высокая, средняя, низкая).

Также существует возможность вывода всех уязвимостей за последний, предпоследний или все предыдущие месяцы. Все обнаруженные уязвимости сразу же заносятся в базу данных уязвимостей системы анализа защищенности на уровне сети Internet Scanner, систем анализа защищенности серверов и рабочих станций System Scanner и Desktop Scanner, системы анализа защищенности баз данных Database Scanner и системы обнаружения атак RealSecure.

Другие базы данных

Из других менее известных баз данных уязвимостей и атак можно назвать:

-advICE компании NetworkICE, приобретенной компанией ISS в начале 2001 г.;
-The All.Net Security Database;
-Insecure.org;
-Security Bugware.

Заключение

В этой статье я попытался систематизировать имеющиеся данные об атаках и этапах их реализации. Эта систематизация дает необходимый базис для понимания технологий обнаружения атак, которые будут описаны в одной из следующих статей. Как было показано, не будь уязвимостей в компонентах ИС, то нельзя было бы реализовать многие атаки и, следовательно, традиционные системы защиты вполне эффективно справлялись бы с возможными атаками. Однако программы пишутся людьми, которым свойственно делать ошибки. Вследствие чего и появляются уязвимости, которые используются злоумышленниками для реализации атак. Однако это только полбеды. Если бы все атаки строились по модели "один к одному", то с некоторой натяжкой, но межсетевые экраны и другие защитные системы смогли бы противостоять и им. Но… появились скоординированные атаки, против которых традиционные средства уже не так эффективны. И тут на сцене и появляются новые технологии - технологии обнаружения атак, о которых и начнется рассказ в следующей статье