Security Lab - Firewall mit Linux ipchains. Michael Rauch Simon Lukas Kocher Benjamin Hofstetter

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2 Security Lab - Firewall mit Linux ipchains von Michael Rauch, Simon Lukas Kocher und Benjamin Hofstetter

3 Inhaltsverzeichnis 1. Übersicht Sicherheitsstrategie Strategie anhand der Aufgabenstellung Zusätzliche Vorkehrungen Realisierung Aufteilung der Chains Beschreibung der Chains int_ext ext_int dmz_int int_dmz dmz_ext ext_dmz icmp_acc int_if ext_if dmz_if Verschiedenes Active FTP Clients : ip_masq_ftp Blocking Rules Der paranoide Administrator Test der Firewall Ping DNS Webserver Spoofing NMAP...7 A. Firewall Script...8 iii

4 Abbildungsverzeichnis 1-1. Netzstruktur für die Laborübung...1 iv

5 Kapitel 1. Übersicht Das Netzwerk für diese Übung sieht wie folgt aus: Abbildung 1-1. Netzstruktur für die Laborübung.103 DMZ Host Internet DMZ / eth1.115 External Net /24 eth0.115 Firewall eth2.1 Internal Net / External Server Internal Host Auf dem Firewall Rechner benützen wir IP masquerading, um die die privaten Adressen im internen Netzwerk zu übersetzen. In der DMZ arbeiten wir mit öffentlichen Adressen, da wir hier Serverdienste bereitstellen, welche auch vom Internet aus erreichbar sein sollen. 1

6 Kapitel 2. Sicherheitsstrategie 2.1. Strategie anhand der Aufgabenstellung Im folgenden ist die Strategie, welche in der Aufgabenstellung beschrieben ist, kurz zusammengefasst: Grundsätzlich sind wir jedem Paket gegenüber mistrauisch eingestellt und lassen Pakete nur passieren, wenn diese auch explizit von uns erlaubt werden. Pakete die wir mit unseren Regeln nicht abdecken, werden weggeworfen und protokolliert. Anti-Spoofing Vorkehrungen werden getroffen um Pakete vom Internet mit privaten Adressen oder Adressen aus unserer DMZ abzublocken. Weiter sollen auch die Benutzer hinter der Firewall keine Pakete mit gespooften Sourceadressen verschicken können. ICMP Pakete werden akzeptiert wenn sie für Fehlermeldungen oder für Ping benutzt werden. Benutzer im internen Netz sollen folgende Services in der DMZ oder im Internet benutzen können: HTTP (Web), Active FTP, DNS, POP3, SSH, Ping und Traceroute Benutzer in der DMZ können DNS Server im Internet ansprechen sowie SSH Verbindungen zu Rechnern im internen Netz aufbauen Benutzer im Internet können keine Services im internen Netz ansprechen, aber DNS, HTTP, SMTP und ICMP (error messages) Services in unserer DMZ Zusätzliche Vorkehrungen In einigen Punkten sind wir von der Aufgabenstellung abgewichen, oder haben zusätzliche Services erlaubt: FTP Als Erweiterung der Aufgabenstellung erlauben wir Zugriff auf einen FTP Server in der DMZ von Benutzern im internen Netz. Zugriff auf den FTP Service vom Internet ist nicht erlaubt. 2

7 Kapitel 3. Realisierung 3.1. Aufteilung der Chains Die meisten unserer Regeln sind in der FORWARD Chain eingehängt. Wir teilen die FORWARD Chain in sechs benutzerdefinierte Chains auf. Diese sechs Chains ergeben sich aus allen möglichen Kombinationen der Verbindungen zwischen drei Netzen, wobei die entsprechende Chain anhand des Destination-Interface und gegebenenfalls der Source IP Adresse ausgewählt wird. Zusätzlich haben wir eine separate Chain für die Behandlung von ICMP Paketen definiert. In der INPUT Chain finden sich weiter die Regeln fürs Anti-Spoofing und für die Pakete die für die Firewall Box selber bestimmt sind. Anhand der Ziel IP Adresse werden die Pakete in die entsprechende Interface Chain weitergeleitet Beschreibung der Chains int_ext Diese Chain kontrolliert die Pakete die vom internen ins externe Netz wollen. Da es sich im internen Netz um private IP Adressen handelt, müssen wir für die Pakete die wir annehmen wollen masquerading einsetzen. Pakete für die Dienste www (http), ssh, ftp und ftp-data werden zugelassen. Da wir Ping zulassen wollen, müssen diese Pakete auch maskiert werden. Alle anderen Pakete werden weggeworfen und der Sender wird mit einem REJECT benachrichtigt ext_int In diese Chain kommen die Pakete die vom externen ins interne Netz möchten. Da wir im internen Netzwerk private Adressen verwenden, sollte gar nie ein Paket in diese Chain kommen. Falls es doch einmal ein Paket in diese Chain schafft, wird es weggeworfen und der Sender wird mit einem REJECT benachrichtigt dmz_int Alle Pakete aus der DMZ die ins interne Netz wollen, kommen in diese Chain. 3

8 Kapitel 3. Realisierung Es werden alle Pakete die von den Diensten www, smtp, pop3, ssh und domain kommen zugelassen. Wobei diese Dienste keinen Verbindungsaufbau ins interne Netz machen können. Es werden also nur Antworten akzeptiert und solche Pakete die das SYN Flag gesetzt haben werden weggeworfen. Für den Dienst domain müssen auch noch die UDP Pakete akzeptiert werden, da für DNS TCP oder UDP benutzt werden kann. Weiter werden Pakete, die an einen ssh Service im internen Netz gehen, zugelassen. Da wir beschlossen haben aktives FTP in die DMZ zuzulassen, werden alle Pakete vom ftp und ftp-data Service akzeptiert. Pakete die das ICMP Protokoll betreffen, werden in einer separaten Chain, der icmp_acc Chain, behandelt. Allen sonstigen Pakete werden weggeworfen ohne den Absender zu benachrichtigen int_dmz Diese Chain filtert die Pakete die vom internen Netz in die DMZ wollen. Es werden alle Pakete akzeptiert die für die Dienste ssh, smtp, pop3, domain, www, ftp und ftp-data bestimmt sind. Da wir ssh aus der DMZ in das internen Netz zulassen, werden noch alle Pakete die von einem ssh Service stammen akzeptiert. Die einzigen UDP Pakete die angenommen werden, müssen für den domain Dienst bestimmt sein. Pakete die das ICMP Protokoll betreffen, werden in der icmp_acc Chain behandelt. Alle anderen Pakete werden weggeworfen ohne den Absender zu benachrichtigen dmz_ext In diese Chain kommen alle Pakete die von der DMZ ins externe Netz wollen. TCP Pakete vom www Service, bei denen das SYN Flag nicht gesetzt ist, werden angenommen. Somit kann der www Dienst nur auf Anfragen antworten. TCP Pakete die an einen www Dienst in der DMZ gehen werden auch akzeptiert. TCP und UDP Pakete von oder zum domain Service werden alle angenommen. Pakete für den smtp Service werden in beide Richtungen zugelassen. Wobei bei den Paketen mit dem Source Port smtp, keine SYN Flags erlaubt sind, damit kein Verbindungsaufbau, aus der DMZ heraus, etabliert werden kann. Pakete die das ICMP Protokoll betreffen, werden in der icmp_acc Chain behandelt ext_dmz Diese Chain filtert die Pakete die vom externen Netz in die DMZ wollen. 4

9 Kapitel 3. Realisierung Pakete mit Source oder Destination Port smtp, www und domain werden angenommen. Für den domain Service werden auch die UDP Pakete angenommen. Pakete die das ICMP Protokoll betreffen, werden in der icmp_acc Chain behandelt icmp_acc In dieser Chain stehen die Regel die das ICMP Protokoll betreffen. Fehlermeldungen wie destination-unreachable, source-quench, time-exceeded und parameter-problem werden zu gelassen. Auch Ping und Pong werden akzeptiert. Alle anderen ICMP Pakete werden nicht akzeptiert int_if Diese Chain entspricht der INPUT Chain für das Interface, das im internen Netz liegt. Pakete die nicht vom Interface eth2 stammen werden weggeworfen. In der icmp_acc Chain werden dann noch die ICMP Pakete behandelt ext_if Diese Chain entspricht der INPUT Chain für das Interface, das im externen Netz liegt. Hier werden alle Pakete, die nicht vom Interface eth0 stammen, weggeworfen. TCP und UDP Pakete für den domain Service werden akzeptiert. Wobei TCP Pakete, bei denen das SYN Flag gesetzt ist, weggeworfen werden, so dass kein Verbindungsaufbau aus dem externen Netz möglich ist. Wir lassen also nur Antworten auf DNS Anfragen der Firewall Box zu. Das externe Interface empfängt die Antworten von den maskierten TCP und UDP Paketen. Masquerading verwendet Ports von bis 65095, deswegen werden diese Pakete angenommen.icmp Pakete werden in der icmp_acc Chain behandelt dmz_if Diese Chain entspricht der INPUT Chain für das Interface, das in der DMZ liegt. Falls ein Paket nicht vom Interface eth1 stammen sollte, wird es weggeworfen. TCP und UDP Pakete die vom domain Dienst stammen, werden angenommen. Mit der Einschränkung, dass im Fall von TCP kein Verbindungsaufbau akzeptiert wird. Pakete die das ICMP Protokoll betreffen werden in der icmp_acc Chain behandelt. 5

10 Kapitel 4. Verschiedenes Hier finden sich weitere wichtige Punkte, die bis jetzt nicht speziell Erwähnung fanden Active FTP Clients : ip_masq_ftp Bei der Verwendung von Active FTP öffnet der FTP Server eine Vebindung zum FTP Client um Daten zu übertragen. Da wir masquerading für die Adressen im internen Netz verwenden, funktioniert dies nicht so ohne weiteres. Auf der Firewall muss also ein Dienst laufen, der die FTP Verbindungen überwacht und einen Verbindungsaufbau von einem FTP Server ausserhalb zu einem Client innerhalb entsprechend maskiert. Diese Aufgabe übernimmt das Modul ip_masq_ftp, welches am Anfang des Scripts geladen wird. Aus Sicherheitsgründen sollte man sich gut überlegen, ob man Active FTP überhaupt zulassen will. In den meisten Fällen kann ein FTP Transfer auch Passive durchgeführt werden, was weniger Sicherheitsprobleme bereitet. Da Active FTP in der Aufgabenstellung gefordert ist, haben wir uns entschieden unsere Firewall auch dementsprechend zu implementieren Blocking Rules Um die Firewall auch während der Konfiguration stets in einem wohldefinierten Zustand zu haben, werden ganz am Anfang Blockierregeln eingefügt die alles abblocken (ipchains -I input 1 -j DENY). Diese Regeln müssen am Schluss der Konfiguration natürlich wieder entfernt werden Der paranoide Administrator In einigen Regeln haben wir den Zusatz! -y verwendet. Damit erlauben wir nur Pakete, welche nicht das SYN Bit gesetzt haben, womit Pakete die eine Verbindung aufbauen wollen, nicht akzeptiert werden. Was erreichen wir damit? Hier ein Beispiel wo wir dies verwendet haben: ipchains -A ext_if -p tcp! -y --sport domain -j ACCEPT Diese Regel lässt Pakete zu, die eine DNS Anfrage der Firewall Box beantworten. Die Verbindung zum DNS Server im Internet muss aber vorgängig von der Firewall Box initiert worden sein. Es ist also nicht möglich, dass ein Dienst der auf Port 53 auf einem uns unbekannten Server im Internet läuft (was ja nicht zwingend ein DNS Server sein muss!) eine Verbindung zu unserer Firewall Box aufbauen kann. Wir haben diese erweiterte Restriktion an verschiedenen Orten eingesetzt um auf Nummer Sicher zu gehen. 6

11 Kapitel 5. Test der Firewall Um unsere Einstellungen überprüfen zu können, haben wir verschiedene Tests vorgenommen. Diese Tests haben bestätigt, dass unsere Firewall voll funktionsfähig ist und genau die Funktionseigenschaften aufweist, die wir gewollt haben. Nun eine kleine Übersicht von den Tests, die wir gemacht haben: 5.1. Ping Auf allen verschiedenen Netzwerkteile wurde Ping getestet DNS Auf den Rechnern im internen Netz und in der DMZ wurde DNS getestet (Internet). Dabei wurde auch darauf geachtet, dass der interne Rechner nur eine DNS Verbindung zur DMZ aufbauen kann und der DMZ Rechner auch nach aussen eine DNS Auflösung vornehmen kann. Ein DNS-Server wurde dazu in der DMZ gestartet. Vom internen Rechner aus benutzten wir dig um dies zu testen Webserver Ein Webserver in der DMZ wurde gestartet. Dann wurde die Erreichbarkeit von Intern und Extern getestet Spoofing Damit kein Spoofing funktionieren kann, haben wir alle verschiedenen Möglichkeiten anhand unseres Firewall-Skripts durchgetestet. Unsere Firewall sollte nun alle Spoofing-Möglichkeiten abfangen NMAP Mittels nmap haben wir überprüft, ob alles protokolliert wird (abgefangen wird). 7

12 Anhang A. Firewall Script!/bin/sh Security-Lab : IPCHAINS Author: Michael Rauch, Simon-Lukas Kocher, Benjamin Hofstetter Org: University of Applied Sciences Biel, CS Department ========================================================================== PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin Load all required IP MASQ modules NOTE: Only load the IP MASQ modules you need. All current IP MASQ modules are shown below but are commented from loading. Needed to initially load modules /sbin/depmod -a Supports the proper masquerading of FTP file transfers using the PORT method /sbin/modprobe ip_masq_ftp CRITICAL: Enable IP forwarding since it is disabled by default since FORWARD_IPV4=false to FORWARD_IPV4=true echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward CRITICAL: Enable automatic IP defragmenting since it is disabled by default in 2.2.x kernels This used to be a compile-time option but the behavior was changed in It should also be noted that some distributions have removed this option from the /proc table. If this entry isn t present in your /proc, don t worry about it. echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_always_defrag Dynamic IP users: If you get your IP address dynamically from SLIP, PPP, or DHCP, enable this following option. This enables dynamic-ip address hacking in IP MASQ, making the life with Diald and similar programs much easier. 8

13 Anhang A. Firewall Script echo "1" > /proc/sys/net/ipv4/ip_dynaddr Define useful constants for external-network, dmz and internal-network EXT_IP= EXT_NET= /24 DMZ_IP= DMZ_NET= /24 INT_IP= INT_NET= /24 Preparation echo "Preparation : flush chains, set default policy" flush all existing rules ipchains -F set default policy ipchains -P output ACCEPT ipchains -P input ACCEPT ipchains -P forward ACCEPT kill own user-defined chains, if there exist any ipchains -X ext_int ipchains -X ext_dmz ipchains -X dmz_ext ipchains -X dmz_int ipchains -X int_ext ipchains -X int_dmz ipchains -X icmp_acc ipchains -X ext_if ipchains -X int_if ipchains -X dmz_if set first rule to block all traffic while we are configuring the rules ipchains -I input 1 -j DENY ipchains -I output 1 -j DENY ipchains -I forward 1 -j DENY allow traffic on loopback interface ipchains -A input -i lo -j ACCEPT ipchains -A output -i lo -j ACCEPT User some user-defined chains echo "Create user defined chains" 9

14 Anhang A. Firewall Script ipchains -N int_dmz ipchains -N int_ext ipchains -N dmz_int ipchains -N dmz_ext ipchains -N ext_int ipchains -N ext_dmz ipchains -N icmp_acc ipchains -N int_if ipchains -N ext_if ipchains -N dmz_if Anti-spoofing Only care for spoofed source address that match internal or dmz network, the rest will end up in the ext_int or ext_dmz chain. ipchains -A input -s $INT_NET -i eth0 -j DENY ipchains -A input -s $DMZ_NET -i eth0 -j DENY Split-up the main chain (forward) into our own chains echo "Split-up forward chain" ipchains -A forward -s $INT_NET -i eth1 -j int_dmz ipchains -A forward -s $INT_NET -i eth0 -j int_ext ipchains -A forward -s $DMZ_NET -i eth2 -j dmz_int ipchains -A forward -s $DMZ_NET -i eth0 -j dmz_ext ipchains -A forward -i eth1 -j ext_dmz ipchains -A forward -i eth2 -j ext_int ipchains -A forward -j DENY -l echo "Split-up input chain" ipchains -A input -d $EXT_IP -j ext_if ipchains -A input -d $DMZ_IP -j dmz_if ipchains -A input -d $INT_IP -j int_if Rules from Internal to External User masquerading echo "internal -> external" ipchains -A int_ext -p tcp --dport www -j MASQ ipchains -A int_ext -p tcp --dport ssh -j MASQ ipchains -A int_ext -p tcp --dport ftp -j MASQ ipchains -A int_ext -p tcp --dport ftp-data -j MASQ ipchains -A int_ext -p icmp --icmp-type ping -j MASQ ipchains -A int_ext -j REJECT -l Rules from External to Internal 10

15 Anhang A. Firewall Script echo "external -> internal" ipchains -A ext_int -j REJECT -l Rules from DMZ to Internal echo "DMZ -> internal" ipchains -A dmz_int -p tcp -s $DMZ_NET --dport ssh -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport ssh -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport pop3 -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport smtp -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport www -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p udp -s $DMZ_NET --sport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp -s $DMZ_NET --sport ftp -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p tcp -s $DMZ_NET --sport ftp-data -j ACCEPT ipchains -A dmz_int -p icmp -j icmp_acc ipchains -A dmz_int -j DENY -l Rules from Internal to DMZ echo "internal -> dmz" ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport smtp -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --sport ssh -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport ssh -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport pop3 -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport domain -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport www -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p udp -d $DMZ_NET --dport domain -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport ftp-data -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport ftp -j ACCEPT ipchains -A int_dmz -p icmp -j icmp_acc ipchains -A int_dmz -j DENY -l Rules from DMZ to External echo "dmz -> external" ipchains -A dmz_ext -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport www -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p tcp -s $DMZ_NET --dport www -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p tcp --dport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p udp --dport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p udp --sport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p tcp --sport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport smtp -j ACCEPT ipchains -A dmz_ext -p tcp -s $DMZ_NET --dport smtp -j ACCEPT 11

16 Anhang A. Firewall Script ipchains -A dmz_ext -p icmp -j icmp_acc ipchains -A dmz_ext -j DENY -l Rules from External to DMZ echo "external -> dmz" ipchains -A ext_dmz -p udp -d $DMZ_NET --dport domain -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport domain -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p udp -d $DMZ_NET --sport domain -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --sport domain -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport smtp -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --sport smtp -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --sport www -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p tcp -d $DMZ_NET --dport www -j ACCEPT ipchains -A ext_dmz -p icmp -j icmp_acc ipchains -A ext_dmz -j DENY -l Rules for ICMP echo "icmp" ipchains -A icmp_acc -p icmp --icmp-type destination-unreachable -j ACCEPT ipchains -A icmp_acc -p icmp --icmp-type source-quench -j ACCEPT ipchains -A icmp_acc -p icmp --icmp-type time-exceeded -j ACCEPT ipchains -A icmp_acc -p icmp --icmp-type parameter-problem -j ACCEPT ipchains -A icmp_acc -p icmp --icmp-type pong -j ACCEPT ipchains -A icmp_acc -p icmp --icmp-type ping -j ACCEPT Rules Internal Interface echo "internal interface of firewall box" ipchains -A int_if -i! eth2 -j DENY -l ipchains -A int_if -j icmp_acc ipchains -A int_if -j DENY -l Rules External Interface echo "external interface of firewall box" ipchains -A ext_if -i! eth0 -j DENY -l ipchains -A ext_if -p tcp! -y --sport domain -j ACCEPT ipchains -A ext_if -p udp --sport domain -j ACCEPT ipchains -A ext_if -p tcp --dport 61000: j ACCEPT ipchains -A ext_if -p udp --dport 61000: j ACCEPT ipchains -A ext_if -p icmp -j icmp_acc ipchains -A ext_if -j DENY -l 12

17 Anhang A. Firewall Script Rules DMZ Interface echo "dmz interface of firewall box" ipchains -A dmz_if -i! eth1 -j DENY -l ipchains -A dmz_if -p tcp! -y -s $DMZ_NET --sport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_if -p udp -s $DMZ_NET --sport domain -j ACCEPT ipchains -A dmz_if -j icmp_acc ipchains -A dmz_if -j DENY -l Masquerading time-out ipchains -M -S echo "Remove blocking rules" ipchains -D input 1 ipchains -D forward 1 ipchains -D output 1 EOF 13

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