Firewalls und Virtuelle Private Netze

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1 s und Virtuelle Private Netze Jürgen Quittek Institut für Informatik Freie Universität Berlin C&C Research Laboratories NEC Europe Ltd., Berlin Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-1 s Eine ist ein Vermittlungsrechner zwischen dem und einem geschützten Bereich Die beschränkt den Datenverkehr zwischen dem und dem geschützten Bereich Zwei Arten Paketfilter Proxies s arbeiten richtungsabhängig s für in den geschützten Bereich eingehenden Verkehr s für aus dem geschützten Bereich ausgehenden Verkehr Oft mehrere s für verschachtelte geschützte Bereiche Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-2 1

2 Paketfilter Die Aufgabe des Paketfilterns wird meist von einem Router übernommen. Filtert eingehende und ausgehende Pakete Er verwirft Pakete abhängig von IP Adresse des Senders IP-Adresse des Empfängers Protokoll (TCP, UDP, ICMP) TCP/UDP Port des Senders TCP/UDP Port des Empfängers ICMP-Typ Eingangsnetzwerkkarte Ausgangsnetzwerkkarte Filternder Router Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-3 Proxy Wird zwischen Client und eingefügt Arbeitet als und als Client Ist protokollspezifisch Ist weitgehend transparent Ist (sicherheitstechnisch) nur dann sinnvoll, wenn er nicht umgangen werden kann Für jeden Dienst ist ein eigener Proxy erforderlich, z.b. http, SMTP, NNTP Auch TCP-Proxies Proxy- Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-4 2

3 Sparversion Nicht sehr sicher: Nach Einbruch in -Rechner sind alle Tore offen -Entwurf 1: Zweiarmige Filternder Router und Proxy- Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-5 -Entwurf 2: Router und geschützter Rechner im internen Netz Sparversion II Filternder Router und Proxy- Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-6 3

4 -Entwurf 3: Entmilitarisierte Zone () Standardentwurf Externer Web- und ftp- in Internes Netz mit privaten Adressen Web- Proxy- Externer Router ftp- Interner Router Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-7 -Entwurf 4: mit mehreren Proxies Sicherer als Standardentwurf Web- SMTP DNS WWW Proxy Externer Router ftp- Interner Router Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-8 4

5 -Entwurf 5: mit nur einem Router Etwas unhandlicher als Standardentwurf, aber kaum weniger sicher Web- ftp- Proxy- Interner/ Externer Router Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-9 -Entwurf 6: Externer Router mit Proxy- Nicht ganz so sicher wie Standardentwurf, aber akzeptabel Web- Externer Router und Proxy- ftp- Interner Router Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

6 -Entwurf 7: Interner Router mit Proxy- Etwas unsicherer als Standard Manchmal jedoch sinnvoll Web- Externer Router ftp- Interner Router und Proxy- Internes Netz Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin Entwurf 8: 2 interne Netze mit 2 internen Routern Ungeschickt, nicht zu empfehlen Web- Proxy- Externer Router ftp- Interner Router 1 Internes Netz 1 Interner Router 2 Internes Netz 2 Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

7 -Entwurf 9: 2 interne Netze mit 1 internen Router Deutlich sicherer als Entwurf 8 Web- ftp- Proxy- Internes Netz 1 Interner Router Externer Router Internes Netz 2 Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-13 Wrapper-Programme Ein Wrapper-Programm kontrolliert den Zugang zu einem oder mehreren anderen Programmen. Es kann benutzt werden, um die Sicherheit des eingehüllten Programms zu erhöhen. Gründe für den Einsatz von Wrapper-Programmen Zugeschnittene Erhöhung der Sicherheit ohne Veränderung des originalen Programms Konzeptionelle Trennung von Zugriffskontrolle und Funktion Konfiguration und Update von Wrapper-Programm und eingehülltem Programm sind unabhängig voneinander Dasselbe Wrapper-Programm kann mehrere verschiedene andere Programme einhüllen Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

8 Sendmail wrapper smap und smapd smap arbeitet als SMTP server und schreibt alle empfangenen s als Dateien in ein Verzeichnis smapd scannt regelmäig dieses Verzeichnis und filtert neu eingetroffene s bevor es sie an den echten SMTP weiterleitet Die Programme verhindern die direkte Verbindung zwischen externem Client und SMTP Die Zugriffskontrolle kann unabhängig von der Konfiguration des SMTP s erfolgen SMTP-Befehle VRFY und EXPN sind nicht mehr verfügbar Keine Benutzung des ident-dienstes Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-15 Nachtrag: ident-dienst (TCP Port 113) Liefert auf Anfrage einen Verweis auf den Benutzer, der einen bestimmten TCP oder UDP Port benutzt Keine wirkliche Authentisierung Der Verweis kann der Name des Benutzers sein, aber auch verschlüsselt, um nur bei Bedarf entschlüsselt zu werden Der Verweis kann richtig sein, aber auch falsch oder nicht aussagekräftig ( Hillary Clinton, Bill Gates ) Konflikt zwischen Authentisierung/Protokollierung und Vertraulichkeit Wird hauptsächlich innerhalb eines Systems von vertrauenswürdigen Rechnern benutzt, um den Eintrittspunkt eines Eindringlings zurückverfolgen zu können Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

9 tcpwrapper Umhüllt TCP programme Anstelle der programme wird bei einem Verbindungsaufbau der tcpwrapper aufgerufen. sendet eine Meldung an den Client, führt rückwärts- und vorwärts-dns Anfragen durch, vergleicht den Client-Rechner und den gewünschten Dienst mit Zugangskontrolllisten (/etc/hosts.allow, /etc/hosts.deny), versucht den anfragenden Benutzer mit dem ident-dienst zu bestimmen, schreibt einen Eintrag in die Logdateien des Systems, benachrichtigt den Systemadministrator ruft den eigentlich gewünschten auf oder eine Labor für die Verhaltensforschung Je nach Ergebnis der Tests schließt tcpwrapper die Verbindung ohne den gewünschten aufzurufen. Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-17 SOCKS (TCP Port 1080) SOCKS gibt Rechnern auf einer Seite eines SOCKS servers Zugang zu Rechnern auf der anderen Seite ohne dass direkte IP Erreichbarkeit vorliegt. Der SOCKS verbindet zwei Netzwerke, z.b. agiert er als. Socks Clients nehmen Verbindungen mit dem auf, um mit Rechnern auf der anderen Seite zu kommunizieren. SOCKS arbeitet mit TCP-Verbindungen und UDP-Datagrammen. SOCKS clients ersetzen die Systemaufrufe zur Socket-Bibliothek. Die Ersatzaufrufe stellen eine Verbindung zum her, der dann die gewünschte Verbindung mit dem Rechner auf der anderen Seite herstellt. Bei der Anmeldung des Clienten kann eine Authentisierung verlangt werden. Socksifying von Anwendungen durch Austausch gemeinsam genutzter Bibliotheken. Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

10 Virtuelle Private Netze Virtual Private Networks (VPN) Begriffsbestimmungen privates Netz öffentliches Netz virtuelles privates Netz Intranet Extranet Access VPN (virtuelles privates Zugangsnetz) Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-19 Begriffsbestimmung Privates Netz (WAN) Virtuelles Privates Netz Hauptniederlassung Hauptniederlassung Standleitungen Öffentl. Netz Zweigstelle Zweigstelle Zweigstelle Zweigstelle Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

11 Ausgangspunkt: Privates Netz mit anbindung ISP Gateway Remote Office Home Office Security NAS Corporate Intranet Dialup Users 1999, Cisco Systems, Inc. Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-21 VPN Grundlagen: Adressen Öffentliches Netz () großer gemeinsamer Adressraum (Virtuelles) Privates Netz eigener unabhängiger Adressraum Privates Netz A C B A C D J G F H Privates Netz E F D Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

12 VPN Grundlagen: Tunnel Private Adressen werden durch öffentliches Netz getunnelt. Komplettes Paket des privaten Netzes (inklusive Kopf) wird als Nutzlast eines IP-Pakets durch das öffentliche Netz transportiert. Transport beliebiger privater Netzprotokolle über das Protokoll des öffentlichen Netzes. priv. Netz Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf Kopf Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf Kopf priv. Netz neue Nutzlast Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-23 VPN Grundlagen: Verschlüsselung Inhalt der getunnelten Pakete soll im geschützt sein. Verschlüsselung von Nutzlast und privatem Kopf priv. Netz Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf priv. Netz neue Nutzlast Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

13 Intranet: VPN zur Anbindung von Zweigstellen Remote Office ISP Gateway Remote Office ISP Network Security 1999, Cisco Systems, Inc. Corporate Intranet Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-25 Extranet: VPN zur Anbindung von Geschäftspartnern Supplier ISP Gateway Security Supplier ISP Network 1999, Cisco Systems, Inc. Corporate Intranet Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

14 Access VPN: Einwahldienst in s Intranet Home Office: Dial ISDN, xdsl, Cable ISP Gateway POP Security ISP Network 1999, Cisco Systems, Inc. Corporate Intranet Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-27 Privates WAN contra VPN: Kosten WAN VPN Festes WAN Feste VPN-Anbindung Standleitungen: entferungsabhängiger Preis + ISDN: Ortstarif + Kurze Standleitung zum nächsten POP Mobiler Zugang Ferngespräche zur Hauptniederlassung Mobiler Zugang + Ortspräche zum ISP Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

15 Privates WAN contra VPN: Sicherheit WAN + Weitgehend gewährleistet durch Standleitungs- und Telefon- Dienstanbieter VPN Zahlreiche potentielle Sicherheitslücken Beobachtung des Datenverkehrs (sniffing) Lesen von Paketen (snooping) Abfangen von Paketen Ermitteln von Adressen Datenfälschung Session hijacking Einbruch in s Intranet Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-29 Privates WAN contra VPN: Erweiterbarkeit WAN VPN Aufwendig Skalierbarkeit begrenzt + Problemlos Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

16 Privates WAN contra VPN: Weitere Unterschiede WAN VPN + Fehleranfälligkeit gering Fehlertoleranz gering + Kontrolle vollständig bis auf Stand- und Telefonleitungen weitgehend Unkritisch + QoS Gewährleistung zwischen Benutzerpaaren Fehleranfälligkeit hoch + Fehlertoleranz hoch Kontrolle vollständig bis auf -Tunnel Kontrolle des kritischsten Teils nicht gegeben bei IP: QoS Gewährleistung nur in Ausnahmen und nur sehr beschränkt (zumindest bisher) Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-31 Sicherheit Verschlüsselung symmetrisch (private key) asymmetrisch (public key) Authentisierung digitale Unterschrift Password Authentication Protocol (PAP) Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP) Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

17 Authentisierung für VPN-Zugangskontrolle Verfahren PAP (Password Authentication Protocol) CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol) Systeme RADIUS (Remote Authentication and Dial-In User Service) RADIUS client handles encrypted PAP, optional CHAP directly with RADIUS server TACACS (proprietary to Cisco) Kerberos also key manager, passes tickets to users Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-33 Password Authentication Protocol (PAP) Authentisierung durch Benutzername und Passwort Anna ISP Benutzername, Passwort Zugang ISP NAS Datenbank für Benutzer und Zugangsberechtigungen VPN () ISP Benutzername, Passwort Zugang Datenbank für Benutzer und Zugangsberechtigungen Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

18 Challenge Handshake Authentication Protocol (CHAP) Überprüfung durch zusätzliche Abfrage geheimen Wissens Anna ISP Benutzername, Passwort Challenge Response Zugang ISP NAS / VPN Datenbank für Benutzer und Zugangsberechtigungen Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-35 Tunnel ISP realisiert Tunnel (meist paketorientiert) Anna ISP1 NAS Tunnel Protokoll VPN Tunnel Protokoll Benutzer realisiert Tunnel (meist anwendungsorientiert) Anna ISP1 NAS VPN Tunnel Protokoll Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

19 Tunnel-Protokolle (Protokollpakete) Paketorientiert PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) AltaVista Tunneling Protocol IPSec Anwendungsorientiert SSH - Secure SHell SOCKS Sun.NET Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-37 PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) PPTP setzt auf PPP (Point-to-Point Protocol) auf. PPP ist ein Standard für Einwählverbindungen. PPTP realisiert ein PPP vom Einwählenden direkt zum VPN. Anna PPTP / PPP ISP1 NAS PPTP VPN PPTP Anna PPP erscheint wie VPN PPP Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

20 PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol) PPTP verschlüsselt PPP-Pakete (keine IP Pakete). Dadurch auch für IPX, AppleTalk, u.a. geeignet. priv. Netz Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf Nutzlast Kopf priv. Netz neue Nutzlast Verschlüsselung mit DES (Microsoft) oder RC4 Produkte: Windows 95/98, NT4.0,... Probleme AOL und Compuserve filtern PPTP-Pakete heraus Sicherheitsbedenken bei Microsoft-Version hohe Rechenlast für Ver- und Entschlüsselung Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-39 L2TP und AltaVista TP L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol) ersetzt PPTP. L2TP ist standardisiert. Arbeitet nicht nur über IP-Netze, sondern auch über ATM, SONET/SDH, und Frame Relay. Akzeptiert von Microsoft. Die Kombination mit IPSec wird in Zukunft vermutlich der dominierende Standard. AltaVista Tunneling Protocol Proprietäres System von Digital Equipment Corporation Vergleichbar mit L2TP, PPTP, aber komplett spezifiziert Verschlüsselung mit RSA für Authentisierung und RC4 für Datenübertragung Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

21 IPSec Großes Bündel von Standards und Protokollen Erweiterung von IPv4, integriert in IPv6 Encapsulating Security Payload (ESP) Authentication Header (AH) Authentication Header (kann entfallen) enthält digitale Unterschrift gibt dafür Schlüssel und Methode an IP Header Encapsulating Security Payload enthält verschlüsselte Daten gibt dafür Schlüssel und Methode an enthält Authentisierung fuer Daten (kann entfallen) Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-41 Anwendungsorientierte Tunnel-Protokolle SSH (Secure SHell) Kein Tunnel, nur Verschlüsselung RSA für Authentisierung Schlüsselübertragung und digitale Unterschrift, Triple-DES und andere für Daten SOCKS Tunnel auf Socket-Ebene (Sitzungsschicht) verhandelbare Verschlüsselung im Unterschied zu IPSec auch ohne Verschlüsselung Auch als nutzbar Sun.NET Access VPN Java-basiert, plattformunabhängig Vorlesung Datensicherheit Institut für Informatik Freie Universität Berlin

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