6 Grundkomponenten von Firewalls

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1 109 Firewalls können aus einer Kombination von verschiedenen Grundkomponenten aufgebaut werden. Heute sind dies meist spezialisierte Hardware- und Softwareprodukte, alternativ können jedoch auch kostenlose Tools aus dem Internet verwendet werden, die dann meist auf Linux oder anderen Unix-Systemen installiert werden müssen. Dieses Kapitel beschreibt die Grundfunktionen dieser Komponenten und beispielhaft einige verbreitete kommerzielle Systeme 6.1 IP-Filter Eine der einfachsten und ältesten Techniken zum Aufbau von Firewalls sind IP-Filter. Ihre Funktion ist recht schnell erklärt: Aufgrund bestimmter Inhalte der IP-Pakete, üblicherweise die Felder des IP-Headers, entscheidet der Filter, ob ein Paket weitergeleitet wird oder nicht. Dabei ist jede Entscheidung für jedes einzelne Paket unabhängig von zuvor betrachteten Paketen. Neben der Entscheidung, ob ein Paket weitergeleitet wird oder nicht, können viele IP-Filter Log-Meldungen erzeugen, die dies protokollieren. Die Felder, nach denen die Filterentscheidung getroffen wird, sind meist folgende: Log-Meldungen Typ des Pakets (ICMP, TCP, UDP,...) IP-Adresse des Absenders IP-Adresse des Ziels Portnummer des Absenders (bei TCP-/UDP-Paketen) Portnummer des Ziels (bei TCP-/UDP-Paketen) Flags im TCP-Header (bei TCP-Paketen) IP-Filter werden meist mit Hilfe von Listen einzelner Regeln konfiguriert. Trifft eine Regel auf das Paket zu, so wird die Aktion der Regel ausgeführt und dies eventuell protokolliert. Dabei gibt es zwei prinzi- Regeln

2 110 pielle Ansätze: Entweder sind alle Pakete erlaubt, wenn sie nicht explizit verboten sind, oder alle Pakete sind zunächst verboten und nur, was explizit erlaubt ist, kann den Filter passieren. Bei Firewalls sollte natürlich die zweite Variante verwendet werden, da nur so ein hohes Sicherheitsniveau erreicht werden kann. Abb. 6 1 Konfiguration eines Paketfilters Hardware-Filter Kernel-Filter Implementiert werden einfache IP-Filter meist mit Hardware-Routern, die zusätzlich zu ihrer Router-Konfiguration Filterlisten enthalten. Fast alle Router-Hersteller, sei es Cisco, Bay Networks, Ascend oder ein anderer, bieten heute diese Möglichkeit. Je nach Implementierung des Filters werden die Filterregeln in ASCII-Konfigurationsdateien oder über ein grafisches Frontend definiert. Alternativ zu Hardware- Routern können auch Unix-Workstations mit diversen Kernel-Erweiterungen verwendet werden. Neben kommerziellen Lösungen bieten sich hier vor allem im Low-End-Bereich Linux bzw. BSD-Varianten an. In den aktuellen Versionen des Linux-Kernels ist die Unterstützung für IP-Filter bereits enthalten. Sie muss nur bei der Kompilation des Kernels aktiviert werden. Im kommerziellen Bereich gibt es verschiedene Systeme, die IP-Filterung unterstützen. Meist gehen sie jedoch über den Funktionsumfang eines einfachen IP-Filters weit hinaus. Probleme von IP-Filtern Generell kann man sagen, dass Firewalls, die nur aus einfachen IP-Filtern bestehen, heute nicht mehr zeitgemäß und auch nicht mehr sicher sind. Das Problem beginnt bei der Behandlung von Protokollen wie FTP, die nicht nur eine TCP-Verbindung verwenden, sondern mehrere. Im Fall von FTP wird für die eigentliche Datenübertragung eine zweite TCP-Verbindung vom Server zum Client geöffnet. Soll FTP von internen Benutzern über einen IP-Filter ins Internet erlaubt werden, so muss der gesamte Bereich von Portnummern größer oder gleich 1024 für eingehende Verbindungen geöffnet werden. Damit ist der Filter natürlich auch für viele andere Protokolle, die Ports in diesem Bereich benutzen, geöffnet. Die Alternative, anstelle von Standard-FTP-Clients

3 6.1 IP-Filter 111 abgeänderte FTP-Programme einzusetzen, die in der Lage sind, FTP im so genannten Passive-FTP-Modus zu verwenden, ist nicht immer durchführbar. FTP ist hier nur ein Beispiel für eine ganze Reihe von Protokollen, die zusätzliche Verbindungen vom Server zum Client öffnen und die mit einfachen IP-Filtern nicht sinnvoll filterbar sind. Viele der neuen Protokolle im Multimedia-Bereich, beispielsweise zur Übertragung von Audio- oder Videodaten, fallen in diese Kategorie. Einige IP-Filter lassen sich sogar durch geschickte Manipulation von IP-Fragmenten umgehen. Dabei werden IP-Fragmente versendet, deren Länge oder Offset geändert wurde, um so dem Filter falsche Portnummern vorzutäuschen. Aber auch viele andere Protokolle, beispielsweise RPCs, benutzen keine festen Portnummern und können so nicht mit einfachen IP-Filtern gefiltert werden. Generell ist das Problem der einfachen IP-Filter in ihrer fehlenden Kenntnis der inneren Vorgänge in einem Protokoll bzw. des Status eines Protokolls zu sehen. Wenn ein Filter in der Lage ist, den Inhalt von einzelnen Paketen zu erkennen und dies in die Filterentscheidung späterer Pakete einzubeziehen, so können viele der obigen Probleme gelöst werden. Dies stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da der Filter nahezu alle wichtigen Protokolle selbst implementieren muss, um bei der Filterung ihre Semantik auch vollständig berücksichtigen zu können. Dies kann soweit gehen, dass einzelne Befehle auf Applikationsebene oder einzelne Dateiinhalte die Filterentscheidung beeinflussen. Bei FTP beispielsweise wäre es oft sinnvoll, bestimmte FTP-Befehle wie DIR, CD oder GET zuzulassen, während andere wie PUT gesperrt sind. Um dies zu erreichen, müsste der IP-Filter die entsprechenden FTP-Protokollbefehle aus dem TCP-Datenstrom erkennen. Derzeit sind nur wenige dynamische Filter in der Lage, auch Informationen der Anwendungsschicht zu verarbeiten. Sie werden im nächsten Abschnitt beschrieben. Einfache IP-Filter versagen hier und bieten keine Kontrolle über den Inhalt der Kommunikation und damit auch keinen Schutz vor anwendungsspezifischen Angriffen. Um eine SMTP- Verbindung gegen sendmail-spezifische Angriffe abzusichern, reicht ein IP-Filter daher nicht aus. Das Argument, IP-Filter wären unzureichend, da sie kein Feedback über potenzielle Angriffe geben würden, ist jedoch nicht mehr haltbar. Es wird häufig von Herstellern kommerzieller Firewall-Pakete verwendet, um für ihr eigenes Produkt zu werben. Wie oben am Beispiel von Cisco gezeigt wurde, sind heutige Hardware-Router mit Filter-Optionen durchaus in der Lage, sehr genaue Informationen über unerlaubte Pakete zu erzeugen. Protokollierung alleine ist jedoch keine sehr praktikable Möglichkeit, Angriffe Fragmente können einfache Filter unterlaufen

4 112 aus dem Internet zu erkennen und womöglich sogar zu klassifizieren. Dafür sind weitergehende Mechanismen wie kontextbezogene oder sogar wissensbasierte Auswertung der Protokolle und Aktivierung von verschiedenen Alarmsystemen nötig. 6.2 Hardware-Router als Filter Abbildung 6-2 zeigt den Anfang einer Konfiguration eines IP-Filters am Beispiel eines Cisco-Routers mit einem ISDN- und einem Ethernet- Interface. Diese Konfiguration könnte die erste Stufe einer Firewall sein, die ein lokales Netzwerk über ISDN mit einem Internet-Provider verbindet. Abb. 6 2 Access-Liste eines Cisco-Routers! dns von und zu gate2 mit tcp und udp access-list 101 permit tcp any host gate2 eq domain access-list 101 permit udp any host gate2 eq domain access-list 102 permit tcp host gate2 any eq domain access-list 102 permit udp host gate2 any eq domain! http proxy nach aussen access-list 102 permit tcp host gate2 any eq www access-list 102 permit tcp host gate2 any eq gopher access-list 102 permit tcp host gate2 any eq ftp access-list 102 permit tcp host gate2 any eq ftp-data access-list 102 permit tcp host gate2 any gt 1023! der Rest wird blockiert und protokolliert access-list 101 deny ip any any log access-list 102 deny ip any any log! Interface Bindings (acls zu den Interfaces): interface bri 0 ip access-group 101 in interface ethernet 0 ip access-group 102 in BRI ISDN-Interfaces haben bei Cisco-Routern den Namen BRI für Basic Rate Interface. Jedem Interface kann für eingehende und für ausgehende IP-Verbindungen eine Access-Liste zugewiesen werden, die definiert, welche Pakete passieren können und welche abgewiesen werden. Zusätzlich kann bei jeder Regel angegeben werden, dass eine Syslog-Meldung erzeugt wird, wenn die Regel zutrifft. Das Beispiel benutzt Regeln, in denen ein Rechnername (gate2) verwendet wird. Dieser Rechner ist eine Art Bastion-Host, der hinter dem Cisco angeschlossen ist und sowohl DNS als auch Proxy-Dienste für interne Benutzer zur Verfügung stellt.

5 6.3 Linux-Kernel als Filter 113 Dieses Beispiel ist natürlich nicht vollständig. Neben einfachen Filterregeln sollten bei der Konfiguration des Filters auch andere Punkte beachtet werden. Dazu gehört beispielsweise, dass er keine Pakete mit Source-Routing akzeptiert oder selbst nicht über dynamisches Routing, ICMP-Redirects oder ähnliches manipuliert werden kann. Man sollte generell nicht in Versuchung kommen, irgendeine Konfiguration eines Filters zu übernehmen. Die korrekte Vorgehensweise ist, zunächst ein Konzept zu erstellen und dies dann schrittweise umzusetzen (siehe auch Abschnitt 5.1). Als erstes sollte klar sein, welche Dienste tatsächlich benötigt werden. Danach kann daraus eine Access- Liste für einen Router entwickelt werden. Im obigen Beispiel wird bei einigen Regeln das Schlüsselwort»log«verwendet. Es erzeugt eine Syslog-Meldung, die dann auf einem internen Unix-Rechner ausgewertet werden kann. Dazu muss natürlich zunächst generell die Adresse des Syslog-Servers im Router eingestellt werden. Dies zeigt Abbildung 6 3: logging facility local0 logging Vorgehensweise bei der Filterkonfiguration Abb. 6 3 Protokollierung bei einem Cisco-Router Hier wird nur die IP-Adresse des internen Servers sowie der Name der Syslog-Facility für das Logging angegeben. Das Protokoll, das bei entsprechenden Paketen erzeugt wird, ist in Abbildung 6 4 zu sehen. Apr 27 07:18:07 gate1.demo.de 5395: 15:17:02: %SEC-6-IPACCESSLOGP: list 101 denied udp (137) -> (137), 1 packet Apr 27 07:23:23 gate1.demo.de 5396: 15:22:19: %SEC-6-IPACCESSLOGP: list 101 denied udp (137) -> (137), 5 packets Apr 27 08:08:11 gate1.demo.de 5397: 16:07:07: %SEC-6-IPACCESSLOGP: list 101 denied udp (137) -> (137), 1 packet Apr 27 08:13:23 gate1.demo.de 5398: 16:12:19: %SEC-6-IPACCESSLOGP: list 101 denied udp (137) -> (137), 11 packets Abb. 6 4 Auszug aus einem Protokoll 6.3 Linux-Kernel als Filter Um einen IP-Filter mit einem PC unter Linux aufzubauen, benötigt man nur einen entsprechenden Rechner. Je nach Linux-Kernelversion ist zusätzlich noch das passende Tool notwendig, um die Filterregeln zu definieren.

6 114 Im Laufe der Jahre haben sich verschiedene IP-Filtermechanismen für Linux entwickelt. Der ursprüngliche Filtercode im Kernel der Versionen bis 2.0 basierte auf Mechanismen des BSD-Kernels. Er war eher unflexibel, konnte fragmentierte Pakete nicht sinnvoll behandeln und ist heute kaum noch verbreitet. Seit der Kernelversion 2.1 ist meist das IP-Chains System im Einsatz, das einige neue Features enthält. Dennoch war IP-Chains ein rein statisches Filtersystem. Statische Filter sind sehr umständlich, da für jede Kommunikationsbeziehung zwei Regeln benötigt werden. Sie gelten heute als unsicher und veraltet. Seit der Kernelversion 2.4 findet man die so genannten IP-Tables. Dieser Filtermechanismus ist statusbehaftet, ähnlich wie bei modernen kommerziellen Firewall-Produkten. Diese Art der Filterung nennt man auch dynamische Filterung. Sie wird im nächsten Kapitel am Beispiel der Check Point Firewall-1 erläutert. Wer genauere Details zur Konfiguration bzw. Syntax von IP-Tables sucht, der sei auf die entsprechende Dokumentation im Internet ( verwiesen. 6.4 Dynamische Filter Die Probleme der Statuslosigkeit bei einfachen IP-Filtern werden von so genannten dynamischen Filtern größtenteils behoben. Diese Filter speichern sich den Status jeder bestehenden Verbindung in einer Tabelle und beziehen diese Information in die weitere Filterung mit ein. Daher spricht man auch häufig von»stateful Inspection«. Einer der Hauptvorteile ist die Filterung der Rückwege bei einfachen TCPund UDP-Verbindungen. Während man bei einfachen Filtern immer an den Rückweg für die Antwortpakete denken und für diese auch immer einen recht großen Bereich freigeben musste, können dynami- Abb. 6 5 Dynamische Filterung

7 6.5 FireWall sche Filter Antwortpakete selbst den entsprechenden Verbindungen zuordnen und benötigen so keine zusätzlichen Regeln. Die Konfiguration wird so lesbarer, und die Filterung kann restriktiver durchgeführt werden. Unterstützt wird diese dynamische Filterung von einigen neueren kommerziellen Firewall-Systemen, vor allem von FireWall-1 von Check Point, die einen gewissen Vorsprung vor ihren Mitbewerbern verzeichnen kann. Für BSD-Unix-Systeme wie OpenBSD, FreeBSD und NetBSD sowie Sun Solaris und SunOS 4 kann man den kostenlosen IP-Filter der Universität von Berkeley verwenden. Er wird als Kernel-Modul kompiliert und arbeitet danach als IP-Filter, der in der Lage ist, den Status von TCP- und UDP-Verbindungen zu speichern. Das Problem von FTP ist damit zwar noch nicht gelöst, dennoch ist der Filter schon interessanter als einfache IP-Filter ohne diese Statusverwaltung. Auch der Firewall-Mechanismus der neueren Linux-Kernels (IP-Tables) ist statusbehaftet. Eine noch genauere und weitergehende Filterung bietet die bereits angeführte kommerzielle FireWall-1 von Check Point. Das Produkt verwendet eine Technik, die vom Hersteller»stateful multilayer inspection«genannt wird. Dabei wird nicht nur die oben erwähnte Information von einfachen TCP- und UDP-Sessions verwaltet, sondern auch die Information höherer Schichten bei vielen Protokollen. Dazu gehören neben FTP vor allem auch die Multimedia-Protokolle wie RealAudio, VDO-Live und viele mehr. Seit der Version 3.0 kann sogar der Inhalt auf Applikationsebene in die Filterung der IP-Pakete einbezogen werden. Erste Anwendung hierfür waren Virenchecker, die beispielsweise den FTP- und WWW-Datenstrom nur dann akzeptieren, wenn die übertragenen Dateien keine Viren enthalten. Dazu müssen zuerst nicht nur Fragmente, sondern auch alle TCP-Segmente zusammengesetzt werden, um danach auf FTP-Ebene Dateien zusammenzubauen, die dann gescannt werden können. Mit der Technik von Fire- Wall-1 können auch Angriffe wie der»ping of Death«oder Fragment Overlay abgewehrt werden. Hier verschwimmen die Grenzen zwischen IP-Filtern und Firewall-Techniken auf höheren Ebenen wie Application Gateways. Filter für BSD Analyse auf Anwendungsebene 6.5 FireWall-1 FireWall-1 von Check Point verfügt nach verschiedenen Untersuchungen über einen sehr hohen Marktanteil von über 30%, in einigen Ländern sogar über 50%, womit Check Point seit einigen Jahren mit großem Abstand vor den Mitbewerbern liegt. Marktführer

8 116 Modularer Aufbau Management-Server FireWall-1 basierte ursprünglich nur auf einem dynamischen Filter und bietet damit eine deutlich höhere Sicherheit als statische Filter und eine größere Flexibilität als reine Proxies. Für einige Protokolle gibt es zusätzlich so genannte Security-Server, die auf Anwendungsebene ablaufen und die Funktion von Proxies in anderen Firewall-Architekturen übernehmen. Sie ermöglichen auch eine Analyse der übertragenen Inhalte und integrieren Zusatzprodukte für Virensuche oder Schutz vor gefährlichem mobilem Code. FireWall-1 läuft derzeit auf verschiedenen Unix-Plattformen, Windows NT und einigen Appliance-Systemen wie Nokia, Intrusion oder RapidStream. Sie besteht aus Firewall-Modulen, die sich zwischen die Netzwerktreiber und die IP-Schicht eines Gateways einklinken und dort jedes Paket filtern können, bevor es vom eigenen Betriebssystem verarbeitet oder geroutet werden kann. Diese Firewall-Module sind unter Unix als Kernel-Module implementiert, die eine virtuelle Maschine enthalten und damit den so genannten Inspect-Code interpretieren. Die Implementierung ist sehr performant und erlaubt Datendurchsätze von mehr als 100 MBps. Firewall-Module kommunizieren mit einem Management-Server. Der Management-Server empfängt die Protokolle und Alarme des Firewall-Moduls. Die Kommunikation kann dabei verschlüsselt und authentifiziert auch über ein unsicheres Netz erfolgen. Eine FireWall- 1-Installation kann daher aus verschiedenen Rechnern mit Firewall- Modulen bestehen. Auf dem Management-Server läuft zusätzlich ein Management-Daemon (FWM), welcher die Schnittstelle zu der ebenfalls getrennten grafischen Oberfläche herstellt. Die grafische Oberfläche besteht aus mehreren Elementen: Dem Log-Viewer, der die Protokolle je Regel anzeigt. Dabei wird neben den üblichen Informationen wie Adressen und Ports auch der authentifizierte Benutzer, die umgeschriebenen Adressen sowie Accounting-Informationen angezeigt. Dem Policy-Editor, der eine tabellarische Ansicht der Filterregeln und der Adressumsetzungsregeln realisiert. In ihm können die Regeln, Objekte, Dienste und die Adressumsetzung definiert werden. Dem System-Status, der eine Zusammenfassung der Filter mit ihrem Status anzeigt. Falls die Firewall unter NT installiert wurde, gibt es zusätzlich eine Komponente, mit der die Grundeinstellungen definiert werden. Hier kann man auch die Lizenz-Keys, Namen der Administratoren, zugelas-

9 6.5 FireWall sene IP-Adressen für Remote GUIs sowie die Security-Server konfigurieren. Der Policy-Editor verwaltet die eigentlichen Filterregeln, die Adress-Translation sowie die Parameter für die Security-Server. Eine Filterregel definiert je nach Quelle, Ziel und Protokoll eines Pakets eine Aktion, eine Protokollierung und eventuell Verschlüsselung und Authentifizierung. Zusätzlich kann ein Zeitraum angegeben werden, in dem die Regel gültig ist. In einem Kommentarfeld können Erläuterungen zu einzelnen Regeln abgelegt werden. Seit der Version 4.0 können auch Regeln nach verschiedenen Kriterien gesucht, ausgeblendet oder deaktiviert werden, was die Verwaltung von großen Regelbasen wesentlich erleichtert. Noch detailliertere Einstellungen sind in Untermenüs zu finden. Hier können unter anderem die Aktionen für Alerts, die Texte der Security-Server sowie die möglichen Authentifizierungsverfahren und ihre Parameter angegeben werden. Abb. 6 6 GUI der Firewall-1

10 118 Firewall-Module Inspect-Code Zusatzmodul für Remote-Zugang Der interessanteste Teil der FireWall-1 sind die Firewall-Module. Sie implementieren die dynamische Filterung auf verschiedenen Ebenen von einer virtuellen Defragmentierung einzelner IP-Pakete, wodurch Angriffe über manipulierte Fragmente abgewehrt werden können, über TCP und UDP, um den Status von bestehenden Sessions prüfen zu können, bis zu RPCs und der Applikationsebene. Die Filtermodule implementieren eine virtuelle Maschine, die den so genannten Inspect- Code interpretiert. Alle Filterregeln und viele Methoden zur speziellen Behandlung bestimmter Protokolle sind in dieser Inspect-Sprache geschrieben oder werden aus den Definitionen der grafischen Oberfläche von einem Compiler erzeugt. Damit lassen sich im Bedarfsfall sehr schnell eigene kleine Inspect-Skripts schreiben, wenn ein neues Protokoll, das mit mehreren Verbindungen arbeitet, statusbehaftet gefiltert werden soll. Da die Behandlung der Protokolle bis auf die Anwendungsebene gehen kann, schließt FireWall-1 die Lücke zwischen filterbasierten Firewalls und Proxy-basierten Systemen. Auch die Adressumsetzung kann bei FireWall-1 über ein grafisches Frontend konfiguriert werden. Im Gegensatz zu einfachen Adress- Translation-Gateways kann hier die Umsetzung je nach Portnummer unterschiedlich sein. Damit lassen sich bestimmte Anwendungen auf die richtigen Server zwingen oder Proxies in Verbindungen einklinken, ohne dass der Benutzer die Adresse des Proxies kennen muss. Eine mehrstufige Adressumsetzung, wie es manchmal für inoffizielle interne IP-Adressen nötig ist, wird jedoch nicht angeboten. In diesem Fall müsste FireWall-1 zusammen mit einem zweiten Proxy-basierten System verwendet werden. Für VPNs werden verschiedene Verschlüsselungs- und Key-Management-Verfahren unterstützt. Nachdem kommerzielle Firewall- Systeme in der Vergangenheit oft nur proprietäre Verfahren kannten, scheint sich hier generell ein Wandel abzuzeichnen. FireWall-1 enthält seit der Version 3.0 auch IPSEC. Seit der Version 4.0 kam Unterstützung für IPSEC mit Internet Key Exchange (IKE) beziehungsweise ISAKMP/Oakley hinzu, was eine Interoperabilität mit anderen VPN- Herstellern ermöglicht, sofern diese auch schon die neuen IPSEC-Standards unterstützen. Zur Beschleunigung der Verschlüsselung kann eine PCI-Karte verwendet werden, die auch verschlüsselte Bandbreiten über 10 MBps ermöglicht. Für Mitarbeiter, die sich von unterwegs über das Internet mit der Firma verbinden wollen, oder für Heimarbeitsplätze gibt es von Check Point das kostenlose Zusatzmodul SecuRemote sowie eine kostenpflichtige Erweiterung namens Secure Client, die auch Filterregeln für den Remote-PC implementieren kann. Alle Daten, die dann vom PC zur Firewall übertragen werden, verschlüsselt das Modul.

11 6.6 Cisco PIX 119 Abb. 6 7 GUI des Zusatzmoduls Securemote FireWall-1 bietet derzeit sicherlich die größte Bandbreite an Funktionen und Schnittstellen auf dem Firewall-Markt. Viele Organisationen nutzen nur einen Bruchteil der möglichen Features. Für sichere und flexible Remote-Access-Firewalls gibt es wegen der dynamischen Filterung, der verschiedenen Authentifizierungsverfahren und der vielen Features des Remote-Produktes SecuRemote nur noch wenige Konkurrenten. 6.6 Cisco PIX Die High-End-Firewall von Cisco Systems ist die PIX-Firewall. Sie wird als Hardware-Firewall beziehungsweise Appliance im 19-Zoll- Gehäuse angeboten und basiert ähnlich wie die Check-Point-Firewall auf dynamischer Filterung. Die Konfiguration kann entweder über eine serielle Konsole oder Telnet mit einer Kommandooberfläche erfolgen oder über den grafischen Firewall-Manager. Die Kommandooberfläche hat dabei den Vorteil, dass sie an die Kommandos des Cisco IOS angepasst ist und sich daher ähnlich wie andere Cisco-Komponenten bedienen lässt. Für den Aufbau von VPNs bietet die PIX IPSEC, und durch den Einsatz von Hardware-Beschleunigung kann sie hier sogar sehr hohe Datenraten erreichen. Abb. 6 8 Cisco PIX

12 120 Die PIX kann mit der Vielzahl der Funktionen einer Check-Point-Firewall-1 nicht mithalten, was sie jedoch nicht weniger sicher macht. Wer primär einen soliden dynamischen Filter sucht und bei der Investition genau auf den Preis schaut, der wird mit der Firewall von Cisco zufrieden sein. Häufig ist auch das Argument, alle Netzwerkkomponenten von einem Hersteller zu verwenden, ausschlaggebend für die Auswahl der Cisco PIX, da Cisco im Bereich der Router und Switches sehr weit verbreitet ist. 6.7 Watchguard Firebox Ebenfalls schon relativ lange am Markt ist die Firebox der Firma Watchguard. Sie ist vor allem im Mittelstand und bei kleineren Firmen sehr beliebt, was an ihrem attraktiven Preis liegt. Wie Check Point und Cisco verwendet Watchguard dynamische Filterung als Grundfunktion der Firewall. Zusätzlich wird VPN-Verschlüsselung nach dem IPSEC-Standard für die Anbindung von Remote-Usern und Niederlassungen angeboten. Abb. 6 9 Watchguard Firebox Die Firebox wird nicht als reine Software, sondern als Appliance verkauft und basiert auf PC-typischer Hardware mit einem modifizierten Linux als Betriebssystem 6.8 Netscreen Netscreen könnte als»newcomer in der Champions-League«bezeichnet werden, da sie noch nicht so lange wie Check Point oder Cisco im Firewall-Business sichtbar sind. Netscreen bietet eine ganze Reihe von Firewalls an, die jedoch alle als spezialisierte Hardware-Boxen verkauft werden. Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Produkten basieren die Firewalls von Netscreen nicht auf einer Standard-Hardware, sondern auf einer Eigenentwicklung, bei der viele Funktionen in speziellen ASICs implementiert sind, so dass eine besonders hohe Performance sowohl bei der dynamischen Filterung als auch bei der VPN- Verschlüsselung erreicht wird.

13 6.9 TCP-/UDP-Relays 121 Abb Netscreen-Firewall Features, die eher die höheren Protokollebenen betreffen, sind dementsprechend weniger vorhanden. Die High-End-Box von Netscreen bietet Datendurchsätze von mehreren Gigabit, was sie besonders bei Firmen im Telekommunikationsbereich beliebt macht. 6.9 TCP-/UDP-Relays Auf einer höheren Ebene als IP-Filter arbeiten so genannte TCP- oder UDP-Relays. Programmiertechnisch betrachtet sind es kleine Programme, die mit Socket-Programmierung auf eine Verbindung auf einem bestimmten Port, meist sogar beschränkt auf eine bestimmte Absendermaschine, warten. Kommt diese Verbindung zustande, öffnen die Relays ihrerseits eine Verbindung zu einer vorher definierten Zielmaschine. Sie lesen danach aus der ersten Verbindung und schreiben die gelesenen Daten in die zweite Verbindung. Für den Anwender ist ein solches Relay eine Verbindungsweiterleitung. Man geht von einer Maschine ohne IP-Forwarding aus, die mit einem Netzwerk- Interface Kontakt zum lokalen Netz bzw. zum internen Teil einer Firewall besitzt und die mit einem zweiten Netzwerk-Interface mit dem externen Teil einer Firewall bzw. dem Internet verbunden ist. Über diese Maschine, die man auch als»dual-homed Gateway«bezeichnet, müssen alle Verbindungen weitergeleitet werden, da direkte Ver- Weiterleitung zu definierten Zielrechnern Abb Funktionsweise eines Relays

14 122 Socks bindungen zwischen den beiden Seiten aufgrund des fehlenden IP-Forwardings nicht möglich sind. TCP-/UDP-Relays schalten ganz bestimmte, vorher festgelegte Verbindungen zwischen definierten Maschinen weiter. Sie arbeiten höher als die Paketebene, aber dennoch nicht auf Applikationsebene. Man könnte sie also auf der Verbindungsebene bzw. der ISO/OSI-Ebene 4 einordnen. Ihre Anwendung ist damit sehr begrenzt. Für Protokolle wie HTTP, mit denen Benutzer direkt arbeiten, reichen sie in der Regel nicht aus, da bei diesen Protokollen Verbindungen von mehreren Benutzersystemen zu vielen verschiedenen Servern im Internet benötigt werden. TCP-Relays können aber im Normalfall nur eine Verbindung zu einem einzigen vorher konfigurierten Zielsystem aufbauen. Anwendungen von TCP-Relays sind beispielsweise die Verbindung eines internen News-Servers mit dem News-Server des Providers über eine Firewall. Dabei geht es nur um eine Verbindung zwischen genau zwei Rechnern mit dem Protokoll NNTP. UDP-Relays werden manchmal verwendet, um einen internen Nameserver mit einem definierten externen zu verbinden. Auch hier hat man eine definierte Punkt-zu-Punkt- Verbindung, in diesem Fall mit Port 53 UDP. Flexibler als reine TCPoder UDP-Relays, aber dennoch nicht auf Applikationsebene, arbeitet Socks. Socks existiert derzeit in der Version 5 und klinkt sich auf Client-Seite in die Socket-Aufrufe der Programme ein. Dazu muss jedes Client-Programm entweder neu kompiliert werden oder die Socks- Bibliothek muss vor die eigentliche Shared-C-Bibliothek geschaltet werden. In jedem Fall ist aber ein Eingriff auf allen Client-Maschinen nötig. Die Socks-Bibliothek leitet die ursprünglichen Socket-Aufrufe Abb Prinzip der Socks-Bibliothek

15 6.10 Application Gateways/Proxies 123 auf eigene Funktionen um, die dann mit einem Socks-Server auf einem Gateway kommunizieren. Dieser Socks-Server kann danach den Client authentifizieren und seine Berechtigung prüfen. Zugelassene Verbindungen werden vom Socks-Server zum angeforderten Zielsystem weitergeschaltet. Auf Client-Seite arbeitet Socks auf der Transportebene, während der Socks-Server durchaus in die Applikationsebene eingreifen kann. Dies ist in aktuellen Versionen jedoch nur ansatzweise implementiert. Socks bietet daher genauso wie IP-Filter keinen sinnvollen Schutz vor anwendungsspezifischen Angriffen Application Gateways/Proxies Vollständig auf Applikationsebene arbeiten die so genannten Application Gateways oder Proxies. Beide Begriffe werden meist synonym verwendet. Firewalls, die auf Proxies basieren, benutzen ebenfalls ein Dual-Homed Gateway, das keine IP-Pakete weiterleitet. Auf dem Gateway laufen Proxies als spezialisierte Programme ab. Sie sind in der Lage, Verbindungen für ein spezielles Protokoll entgegenzunehmen, die übertragenen Daten auf Applikationsebene zu verarbeiten und dann weiterzuleiten. Ein Proxy für kann beispielsweise ein vereinfachtes Mail- Relay sein, das alle s für interne Adressen aus dem Internet empfängt und die Mails dann an interne Mailserver weiterleitet. Am Beispiel von WWW funktioniert ein Proxy oder Application Gateway folgendermaßen: Ein Benutzer möchte eine Webseite aus dem Internet ansehen. Dazu gibt er in seinem Browser die URL ein. Der Browser ist so konfiguriert, dass er nicht selbst versucht, eine Verbindung zum gefragten Webserver im Internet aufzubauen. Stattdessen schickt er die URL zum WWW-Proxy und erwartet die gefragte Seite als Antwort von dort. Der Proxy empfängt die Anfrage des Benutzers und macht seinerseits diese Anfrage an den gefragten Server im Internet. Sobald er die Antwort vom Originalserver bekommen hat, schickt er diese Antwort seinerseits an den Benutzer zurück. Der Sinn eines Proxies ist die vollständige Trennung von Kommunikationsverbindungen zwischen dem externen und dem internen Teil einer Firewall bzw. dem Internet und dem internen Netz. Keine Verbindung kann direkt zwischen einem internen System und einem externen Rechner existieren. Während IP-Filter und TCP-Relays den Inhalt der Kommunikation nicht berühren und unverändert weiterleiten, kennt der Proxy die Semantik der Verbindung und kann auf der Applikationsebene eingreifen. Ein SMTP-Proxy kann beispielsweise alle Mails WWW-Proxy

16 124 Abb Anfrage über ein Application Gateway Filterung auf Applikationsebene Hoher Aufwand zunächst auf dem Gateway empfangen und dann die Mails über einen zweiten Prozess wieder versenden. Damit werden keine Protokollbefehle weitergeleitet, sondern nur die Daten selbst. WWW-Proxies werden in vielen Firmen ohnehin verwendet, da sie neben dem reinen Weiterleiten von WWW-Anfragen auch Webseiten zwischenspeichern können. Diese so genannten WWW-Cache-Proxies können einer Organisation viel Bandbreite und so auch Kosten sparen, da häufig abgerufene Seiten nicht mehrfach über das Internet geladen werden, sondern nach der ersten Übertragung nur noch aus dem Cache des Proxy abgerufen werden. Ein Proxy ist auch in der Lage, auf Applikationsebene zu filtern und zu protokollieren. Ein FTP-Proxy kann meist so konfiguriert werden, dass bestimmte Benutzer Dateien nur von einem FTP-Server laden, nicht aber eigene Dateien aus dem Firmennetz ins Internet stellen können. Im Protokoll eines Proxy kann meist sogar jeder Protokollbefehl nachgelesen werden. Anstelle der wenig aussagekräftigen Protokollinformation eines IP-Filters, der nur Auskunft über die IP-Adressen einer FTP-Verbindung gibt, kann im Protokoll des FTP-Proxy oft überwacht werden, welcher Benutzer welche Dateien in welche Richtung übermittelt hat. Der große Vorteil eines Application Gateways ist damit die Kenntnis der Anwendungsebene der jeweiligen Applikation. Ein Nachteil von Application Gateways ist dagegen der hohe Aufwand. Für jede Applikation, die über eine Firewall verwendet werden soll, muss ein spezialisierter Proxy vorhanden sein oder entwickelt werden. Damit gibt es immer eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem ein neues Protokoll benötigt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem ein Proxy für dieses Protokoll vorhanden ist.

17 6.10 Application Gateways/Proxies 125 Abb Kommunikationsschicht von Application Gateways Auch die Performance von Application Gateways kann zu einem Problem werden. Da für jede bestehende Verbindung ein eigener Proxy- Prozess gestartet wird, kann die Belastung der Gateway-Maschine sehr hoch werden, was wiederum die Kosten der hierfür benötigten Hardware erhöht. Ein weiterer Nachteil ist das Feedback von Proxies, wenn ein Angreifer aus dem Internet versucht, andere Protokolle anzusprechen, für die kein Proxy vorhanden ist. Während IP-Filter für unerlaubte Protokolle Protokollmeldungen erzeugen können, ignoriert ein Proxy normalerweise alle Anfragen, die ihn nicht direkt betreffen. Einfache Application Gateways erfordern genauso wie Socks eine Anpassung auf Client-Seite. Der Client muss so konfiguriert werden, dass er nicht versucht, direkte Verbindungen ins Internet aufzubauen, sondern dass er diese Anfragen an das entsprechende Gateway weiterleitet. Bei WWW-Clients ist dies meist schon vorgesehen, da WWW- Proxies neben ihrer Verwendung in Firewalls auch den Vorteil der Zwischenspeicherung bieten. Auch viele kommerzielle FTP-Clients sind bereits in der Lage, mit verschiedenen FTP-Proxies zusammenzuarbeiten. Kombiniert man Proxies mit Systemen zur Adressumsetzung (siehe Abschnitt 9.1.1), so kann man die Firewall bzw. das Routing im lokalen Netz so konfigurieren, dass alle Anfragen an Rechner im Internet zum Firewall-Gateway gelangen. Das Firewall-Gateway leitet jedoch die IP-Pakete nicht weiter, sondern schreibt die Zieladresse so um, dass die Pakete auf dem Gateway selbst ankommen und dort von den Proxies für die jeweilige Applikation verarbeitet werden können. In diesem Fall bemerkt der Anwender das Vorhandensein der Proxies nicht, es sei denn, der Proxy schaltet eine weitere Benutzerauthentifizierung dazwischen, so dass der Benutzer sich zunächst am Gateway mit seinem Benutzernamen und Passwort anmelden muss. Man Performance ist problematisch Transparente Proxies

18 126 spricht bei dieser Kombination aus Proxies und Adressumschreibung auch von transparenten Proxies HTTP-Proxies HTTP-Proxies, wie sie von Netscape, Microsoft oder kostenlos in verschiedenen Variationen im Internet verfügbar sind, können ebenfalls als Elemente von komplexeren Firewalls verwendet werden. Aus dem Open-Source-Umfeld kommen beispielsweise häufig die Produkte Squid und Apache zum Einsatz. Je nach Produkt bieten HTTP-Proxies zusätzlich zur eigentlichen Proxy-Funktionalität, die für die Firewall benötigt wird, weitere interessante Features wie Benutzerauthentifizierung, Beschränkung und Protokollierung der Zugriffe, Virenschutz etc. Neben Software-Proxies, die auf Standard-Betriebssystemen wie Windows oder Unix installiert werden, gibt es auch interessante Appliances, die häufig höhere Performance und weniger Wartungsaufwand bieten. Im Quelltext verfügbare Proxies 6.12 TIS FWTK und Gauntlet von Network Associates Von der Firma TIS, die von Network Associates gekauft wurde, gibt es das recht bekannte und kostenlose Firewall-Toolkit. Es besteht aus einer Reihe von Proxies für die wichtigsten Protokolle, die als C-Quellcode über das Internet bezogen werden können. Zur Installation des Toolkits sind daher Unix- und C-Kenntnisse nötig. Das TIS-Toolkit ist ein interessanter Baustein für Firewalls, die auf Basis von Unix-Maschinen und Proxy-Servern aufgebaut werden sollen. Der Installations-, Anpassungs- und Wartungsaufwand liegt dabei jedoch deutlich höher als bei den kommerziellen Firewall-Systemen, die mit grafischen Oberflächen ausgerüstet sind. Die kommerzielle Firewall von Network Associates heißt Gauntlet und überzeugt durch die große Anzahl an mitgelieferten Proxies. Unterstützt werden unter anderem Terminaldienste (Telnet und rlogin), FTP, -Dienste (SMTP und POP3), WWW-Dienste, X-Window, SQL- Dienste sowie Multimedia-Protokolle wie zum Beispiel Real Audio. Für die Protokolle SMTP, HTTP und FTP unterstützt die Gauntlet- Firewall Content Security, indem sie eine CVP-Schnittstelle (Content Vectoring Protocol) zur Kommunikation mit den Content Scanning Engines einschlägiger Content Security-Produkte bereitstellt. Bei der Gauntlet handelt es sich zunächst um eine reine Application-Gateway-Lösung. Für die unterstützen Proxies können einfache Filterregeln in Form von Quell- und Zielregeln definiert werden.

19 6.13 Symantec Enterprise Firewall/Velociraptor 127 Anhand einer Quellregel wird für einen bestimmten Proxy-Dienst festgelegt, welche Quell-IP-Adressen hierfür zulässig sind. Bei Zielregeln wird entsprechend die Ziel-IP-Adresse als Kriterium herangezogen. Darüber hinaus unterstützt die Gauntlet-Firewall Verfahren zur Benutzerauthentifizierung wie beispielsweise S/Key, SecurID oder RADIUS. Abb GUI der Gauntlet-Firewall Neben den oben aufgeführten Application-Proxies sind im Lieferumfang der Gauntlet zwei generische Proxies enthalten, der Plug-Proxy und der Circuit-Proxy. Hierbei handelt es sich nicht um Proxies im eigentlichen Sinne, sondern vielmehr um Relays auf TCP-Ebene. Neben der Proxy-Funktionalität bietet die Gauntlet-Firewall unter dem Namen»Paket Screening«auch einen einfachen statischen Paketfilter an, mit dem zum Beispiel der UDP- oder ICMP-Verkehr kontrolliert werden kann. Dessen Funktionalität reicht allerdings bei weitem nicht an die Filter anderer Firewall-Produkte heran. Generische Proxies 6.13 Symantec Enterprise Firewall/Velociraptor Die Raptor Firewall hat eine lange Geschichte von Fusionen und Namensänderungen hinter sich. Zunächst war Raptor eine eigenständige Firma mit einem Firewall-Produkt namens Eagle. Nach dem Aufkauf durch Axent wurde die Firewall in»raptor Firewall«umbenannt. Seit Axent von Symantec aufgekauft wurde, erinnert nur noch der Name der Appliance»Velociraptor«an die Herkunft des Produktes. Die Firewall ist zunächst ein reines Application-Gateway-System. Für die wichtigsten Internetdienste wie Telnet, FTP, SMTP und HTTP werden Proxies angeboten, die Verbindungen aus dem internen Netz Reines Application-Gateway

20 128 Verbindungen ins interne Netz auf die gewünschten Server im Internet weiterleiten. Auch Verbindungen aus dem Internet ins interne Netz können freigeschaltet werden, allerdings wird dann üblicherweise eine zusätzliche Authentifizierung abgefragt. Außerdem wird in neueren Versionen auch RealAudio, CIFS/SMB, SQL*Net und NNTP als Proxy unterstützt. Ein eigener DNS-Server ermöglicht den Aufbau eines externen Nameservers. Für Protokolle, für die kein Proxy vorhanden ist, kann ein TCP-Relay in zwei Variationen konfiguriert werden. Dazu stehen der»generic Service Passer«(GSP) und ein bidirektionaler Proxyd zur Verfügung. Auch Velociraptor ist keine reine Application-Gateway-Firewall mehr. Auf jedem Interface können IP-Filter definiert werden, und an den Proxies vorbei kann ein Tunnel aufgebaut werden, dem ebenfalls IP-Filter zugeordnet werden können BorderWare Integrierter DNS-Server FTP und WWW integriert BorderWare bietet einen Firewall-Server, auf dem sowohl Filter, Proxies als auch externe und interne Server gleichzeitig installiert sind. Das System basiert auf einem gehärteten BSD-Unix und wird so installiert, dass der Anwender nie direkten Kontakt zum darunter liegenden System bekommt. Die Administration erfolgt vollständig über einen Java-fähigen WWW-Browser oder ein eigenständiges GUI. Auch die BorderWare-Firewall bietet einen integrierten DNS-Server für externe Daten und sogar einen zweiten für interne Daten. Daneben sind Proxies für die wichtigsten Dienste enthalten. Für zusätzliche Anwendungen ist ein generischer Proxy-Agent vorgesehen, hinter dem sich wie bei den meisten Systemen ein TCP-Relay verbirgt. Eher bedenklich erscheint das Feature, dass auf der Firewall gleichzeitig auch noch ein extern zugänglicher Anonymous-FTP-Server und ein WWW-Server integriert sind. Eine derartige Häufung von Anwendungen auf einem einzigen Gateway widerspricht dem Sicherheitsgedanken. Ein vorsichtiger Administrator sollte hier nicht alle möglichen Features ausnutzen und Server eher auf zusätzlichen Maschinen installieren, die über einen separaten Netzwerkstrang an das Gateway angeschlossen werden. Bei BorderWare wird dieses Netzwerk Secure Server Network (SSN) genannt. Es entspricht der entmilitarisierten Zone (DMZ) bei Check Point und anderen Herstellern. Die Proxies bei BorderWare sind transparent. Der Benutzer muss keine speziellen Proxy-fähigen Clients verwenden. Als Hardware für BorderWare kann ein einfacher PC verwendet werden, wobei jedoch nur bestimmte Netzwerkkarten, Controller etc. zulässig sind. Ein interessantes Feature der BorderWare-Firewall ist die Art, wie Alarm-

21 6.15 Firewall-Überwachung 129 zustände definiert werden können. So kann man festlegen, dass z.b. ein Telnet-Versuch ins interne Netz erst dann geloggt wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zeitspanne der Regelverstoß mehrmals auftritt. Dies hilft, tatsächliche Angriffsversuche gegenüber Unachtsamkeiten oder»spielerischen«ausprobierversuchen abzugrenzen. Neben der Protokollierung derartiger Zustände können natürlich auch Mails versendet werden Firewall-Überwachung Eine wichtige Komponente eines Sicherheitssystems ist die Überwachung der Sicherheit und das Melden von kritischen Zuständen sowie von Angriffen auf die Sicherheit. Bei einer Firewall sollten alle Komponenten in die Überwachung einbezogen werden. Sofern die Firewall nur aus einem einzigen Produkt besteht, ist diese Überwachung technisch nicht besonders aufwändig. Bei mehrstufigen Firewalls fehlt jedoch häufig eine Instanz, die alle Informationen der beteiligten Komponenten sammelt und konsolidiert. Die Überwachung der Protokolle einer Firewall kann Informationen zu folgenden Bereichen liefern: Angriffe auf die Firewall bzw. das interne Netz. Fehlfunktionen der Firewall. Einzelne Komponenten könnten beispielsweise Fehlermeldungen erzeugen oder abstürzen. Festplatten könnten voll laufen oder eigentlich zugelassene Protokolle könnten in speziellen Fällen nicht funktionieren. Änderungen oder Manipulation an Firewall-Komponenten. Fehler der internen Benutzer bei der Konfiguration ihrer Clients. Falsche Adressen von Mailservern, Nameservern, Proxies etc. erzeugen meist Regelverletzungen von Filtern, die dann ausgewertet werden können. Fehler externer Partner bei der Konfiguration. Zugriffe auf eigentlich unerlaubte Adressen könnten auch Fehlkonfigurationen von Partnern sein, die eigentlich Zugriff zu bestimmten Systemen besitzen. Nutzung der Firewall bzw. des Internetzugangs. Diese Informationen können folgende Subsysteme liefern: Filter Proxies im Allgemeinen Mail-Daemons und Relays DNS-Server

22 130 Automatische Aufbereitung von Protokolldateien Ergebnisdatei mit wesentlichen Details Syslogs von verwendeten Unix-Rechnern Fallen bzw. Honeypots Spezielle Traffic-Analyse-Systeme bzw. Intrusion-Detection-Systeme. Die dadurch entstehenden Protokolldateien können durchaus auf mehrere Megabyte pro Tag anwachsen. Um die hier anfallenden Informationen sinnvoll interpretieren zu können, müssen sie zumindest halbautomatisch aufbereitet werden. Im einfachsten Fall können dabei die Protokolleinträge je nach Anwendung, mit der sie im Zusammenhang stehen, und je nach Sicherheitsrelevanz in verschiedene Kategorien eingeteilt werden, wobei jede Kategorie in einer separaten Datei gespeichert wird. Damit können zumindest in Bezug auf die Sicherheit unwichtige Meldungen von den interessanteren getrennt werden. Ein weiterer Schritt ist das Herstellen von Zusammenhängen innerhalb der Einträge. So entstehen durch den Empfang und die Zustellung einer unter Umständen mehrere Einträge, die von den verschiedenen am Mailtransport beteiligten Komponenten erzeugt wurden. In Frage kommen hier beispielsweise Filter, Relays und Mailserver. Anstelle von mehreren einzelnen Meldungen könnte ein halbautomatisches System eine einzige Meldung erzeugen, die direkt angibt, ob eine bestimmte Mail korrekt zugestellt wurde oder welche Komponente einen Fehler verursacht hat. Die Informationen über den korrekten Mailtransport können dann getrennt von den anderen Protokollen abgelegt werden. Für sicherheitsrelevante Informationen ist eine Ergebnisdatei anzustreben, in der nur noch Details zu Unregelmäßigkeiten und möglichen Angriffen stehen. In diesem Fall wäre es sogar denkbar, dass automatisch Daten zur Quelle eines Angriffs ermittelt werden. Quell-IP- Adressen können beispielsweise zu Domainnamen und über die Abfrage der Whois-Datenbank beim RIPE oder dem zuständigen Network Information Center sogar dem Namen der Organisation zugeordnet werden. Einige Angriffsmethoden werden von Filtern und den meisten kommerziell verfügbaren Firewall-Systemen nur unzureichend erkannt. Dazu gehören Manipulationen von IP-Fragmenten oder Angriffe mit verschiedenen Tools zum Analysieren der Netzwerkstruktur und vorhandener Sicherheitsschwächen. Spezialisierte Intrusion-Detection-Systeme wie RealSecure von ISS können diese Lücke schließen.

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