Seminararbeit zu: Seminar Grundlagen methodischen Arbeitens SS Thema: Intrusion Detection. Von Mathias Bernhard Mat. Nr.

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1 Seminararbeit zu: Seminar Grundlagen methodischen Arbeitens SS 2007 Thema: Intrusion Detection Von Mathias Bernhard Mat. Nr.: Datum: 25. Mai 2007

2 Inhaltsverzeichnis 1. Kurzfassung Einleitung Allgemeines IDS / IPS Rechtliche Aspekte Aufbau eines IDS Ereigniskomponente und Audit Analysekomponente Missbrauchserkennung Anomalieerkennung Strict Anomaly Detection Datenbankkomponente Reaktionskomponente Architekturen Host basierte IDS Netzwerk basierte IDS Hybride IDS Honeypots IDS Software Zusammenfassung Referenzen Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 2 von 11

3 1. Kurzfassung Diese Seminararbeit soll einen kurzen Überblick über das Thema der Intrusion Detection verschaffen. Unter Intrusion Detection versteht man Methoden, welche Angriffe auf IT Systeme erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen ergreifen. Nach einer kurzen Einleitung wird der Aufbau eines IDS (Intrusion Detection System) beschrieben. Dazu gehören die einzelnen Komponenten eines IDS sowie die derzeit verwendeten Verfahren zur Erkennung von Sicherheitsattacken (Missbrauchserkennung, Anomalieerkennung, Strict Anomaly Detection) mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen. Weiters werden mögliche Architekturen von IDS beschrieben. Dazu gehören Host basierte IDS, Netzwerk basierte IDS und hybride IDS. Auch hier werden die einzelnen Vor- und Nachteile der jeweiligen Architekturen behandelt. Auch die Funktion von Honeypots, also Rechner zur Ablenkung von Angreifern, wird beschrieben. Zum Abschluss werden noch Beispiele für derzeit verfügbare Software auf dem Gebiet der Intrusion Detection gezeigt. 2. Einleitung 2.1 Allgemeines In den letzten Jahren hat sich die moderne Kommunikations- und Informationstechnologie in vielen gesellschaftlichen Bereichen sehr stark entwickelt. Insbesondere durch das das Internet werden viele gesellschaftliche Prozesse von IT Systemen abhängig. Gleichzeitig steigt damit auch der Bedarf an Sicherheit. Vor allem Firmennetzwerke sind zahlreichen Angriffsversuchen ausgesetzt. Nach Informationen vom US-amerikanischen CERT/CC (Computer Emergence Response Team / Coordination Center) ist die Anzahl von Angriffen auf IT Systeme in den letzten Jahren jährlich um mehr als 50% gestiegen. Sicherheitsvorfälle nach CERT Anzahl Jahr Um einen Schaden verhindern oder zumindest reduzieren zu können, ist es notwendig, diese Angriffe zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 3 von 11

4 Die verwendeten Sicherheitsmechanismen werden in präventive und reaktive Verfahren unterteilt. Präventive (= vorbeugend) Verfahren verhindern eine Beeinträchtigung von informationstechnischen Ressourcen. Dazu gehören z. B. Verschlüsselungsverfahren, Zugriffskontrollverfahren und Firewalls. Sie bieten allerdings keinen Schutz vor missbräuchlichen Aktionen von autorisierten Benutzern, also von Angriffen innerhalb des Netzwerkes, und können außerdem aufgrund von fehlerhaften Implementierungen oder Konfigurationen in Systemen umgangen werden. Außerdem besteht hierbei nur ein Schutz für bekannte Probleme, neue Angriffe werden nicht bemerkt. Bisher wurden hauptsächlich präventive Sicherheitsmaßnahmen benutzt. Es zeigt sich aber zunehmend, dass durch diese Mechanismen alleine kein zuverlässiger Schutz vor Sicherheitsverletzungen gewährleistet wird. Somit ist es notwendig, zusätzlich reaktive Verfahren zu verwenden. Reaktive Verfahren können bereits entstandene Schäden beseitigen oder zumindest begrenzen. Außerdem ist eine Identifizierung der verantwortlichen Person möglich. Für diese Verfahren ist eine zuverlässige Erkennung von Sicherheitsverletzungen notwendig. Dazu verwendet man sogenannte Intrusion Detection Systeme (IDS), welche bereits seit Mitte der 80er Jahre erforscht werden. 2.2 IDS / IPS Eine Intrusion (=Eindringen) wird folgendermaßen beschrieben: Eine Menge von Handlungen, deren Ziel es ist, die Integrität, die Verfügbarkeit oder die Vertraulichkeit eines Betriebsmittels zu kompromittieren. [Heberlein, Levitt und Mukherjee, 1991] Intrusion Detection kann man somit wie folgt interpretieren: Intrusion Detection ist die Gesamtheit aller Methoden, um gegen ein System oder Netzwerk gerichtete Aktionen herauszufinden." Als Intrusion Detection System (IDS) bezeichnet man ein Rechnersystem, welches den Prozess der Intrusion Detection automatisiert. Das Ziel des Einsatzes von IDS ist somit eine möglichst frühzeitige Erkennung von Angriffen, um den entstandenen Schaden möglichst gering zu halten und die verantwortliche Person zu identifizieren. Mithilfe der Informationen, welche durch ein IDS erzeugt werden, ist es wiederum möglich, auch die präventiven Sicherheitsmechanismen zu verbessern. IDS sind prinzipiell passive Systeme, welche aber zunehmend aktive Funktionen, also Funktionen zur Einbruchsabwehr, aufweisen. Diese Systeme werden dann als Intrusion Prevention System (IPS) bezeichnet. IPS sind in der Lage, Angriffe zu stoppen und Schwachstellen zu blockieren. 2.3 Rechtliche Aspekte Folgende rechtliche Aspekte sind für die Benutzung von IDS relevant: (1) Personenbezogene Daten dürfen nur in pseudonymisierter Form gespeichert werden. (2) Die Daten, die man durch ein IDS erhält, sind nach 416 der Zivilprozessordnung kein rechtsverbindliches Beweismittel. Sie haben den gleichen Wert wie z.b. eine Zeugenaussage. Die Beurteilung des Beweiswertes wird durch das Gericht bestimmt. Der Grund hierfür besteht darin, dass Daten eines IDS nicht als manipulationssicher gelten. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 4 von 11

5 3. Aufbau eines IDS CIDF (Common Intrusion Detection Framework) ist ein von der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) entwickelter Standard, welcher IDS in 4 Hauptkomponenten unterteilt: (1) Ereigniskomponente (2) Analysekomponente (3) Datenbankkomponente (4) Reaktionskomponente 3.1 Ereigniskomponente und Audit Um Sicherheitsverletzungen erkennen zu können, müssen sicherheitsrelevante Informationen des zu schützenden Systems aufgezeichnet werden. Verfahren zur Protokollierung dieser Informationen werden als Audit bezeichnet. Man unterscheidet zwischen dem zustandsbasierten Audit und dem aktionsbasierten Audit. Beim zustandsbasierten Audit werden in regelmäßigen Abständen Informationen über den Zustand des IT- Systems aufgezeichnet. Eine konstante Aufzeichnung des gesamten IT Systems führt allerdings sehr schnell zu einer unübersichtlichen Menge an Daten. Aus diesem Grund werden in der Praxis nur Informationen über Teilsysteme aufgezeichnet, was man als aktionsbasierten Audit bezeichnet. Die nötigen Audit Daten werden aus Logfiles (= automatisch durch das Betriebssystem erstelltes Protokoll, welches sämtliche System- und Benutzeraktivitäten beinhaltet), Betriebssystemereignissen und aus dem Netzwerkverkehr erhalten. 3.2 Analysekomponente Anhand der von den Ereigniskomponenten protokollierten Informationen kann die Analysekomponente Angriffe erkennen und analysieren. Es gibt drei Verfahren zur Einbruchserkennung, nämlich die Missbrauchserkennung bzw. Signaturanalyse, die Anomalieerkennung und noch ein sehr junges Verfahren, die Strict Anomaly Detection Missbrauchserkennung Die Missbrauchserkennung (= Signaturanalyse) ist die älteste Methode zur Einbruchserkennung. Sie verwendet definierte Angriffsmuster (= Signaturen), welche mit den Audit Daten verglichen werden. Stimmen die Audit Daten mit einer Signatur überein, so liegt eine Sicherheitsverletzung vor. Signaturen sind z.b. bestimmte Datenpakete, die durch einen Angriff über ein Netzwerk erzeugt werden. Durch eine ungenaue Spezifikation entsteht unter Umständen eine hohe Anzahl an Fehlalarmen. Eine korrekte Spezifikation eines Angriffes erfordert sehr komplexe Methoden, welche hier allerdings nicht genauer betrachtet werden. Die großen Vorteile dieser Methode sind die Erkennungsgenauigkeit und die eindeutigen Ergebnisse. Der Nachteil bei dieser Methode ist, dass nur bekannte Angriffsarten erkannt werden, da zur Erkennung einer Sicherheitsverletzung die entsprechende Signatur vorliegen muss. Beispiele für IDS Systeme, welche diesem Ansatz folgen, sind EMERALD (Event Monitoring Enabling Responses to Anomalous Live Disturbances), CMDS (Computer Misuse Detection System) und AID (Adaptive Intrusion Detection System). Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 5 von 11

6 Die Missbrauchserkennung ist eine unverzichtbare Basismethode von IDS, welche durch die Anomalieerkennung erweitert werden kann Anomalieerkennung Bei der Anomalieerkennung wird davon ausgegangen, dass Abweichungen von Normen (= Anomalien) auf Sicherheitsverletzungen hindeuten. Es werden also Referenzinformationen über normales Verhalten mit den in den Audit Daten dokumentierten Ereignissen verglichen. Stimmen diese nicht überein, so wird von einer Sicherheitsverletzung ausgegangen. Um diesen Ansatz zu verwirklichen, ist eine Lernphase des Systems notwendig, um normales Verhalten zu spezifizieren. Diese Lernphase wird von den meisten IDS Systemen regelmäßig oder kontinuierlich wiederholt, da sich das normale Verhalten über die Zeit verändern kann (z. B. Nutzerbezogenes Verhalten). Dieses System hat den großen Vorteil, dass es möglich ist, neue und unbekannte Sicherheitsverletzungen zu erkennen. Diesem Vorteil stehen allerdings zahlreiche Nachteile gegenüber: (1) Liefert teilweise sehr ungenaue Ergebnisse, vor allem, da nicht jede Anomalie auf eine Sicherheitsverletzung hindeutet. (2) Die Implementierung der Anomalieerkennung ist komplexer als bei der Missbrauchserkennung und benötigt auch einen höheren administrativen Aufwand. (3) Während der Lernphase muss die Sicherheit durch andere Systeme sichergestellt werden. Würden bereits in der Lernphase Sicherheitsverletzungen auftreten, würden diese als normal betrachtet werden. (4) Viele Sicherheitsverletzungen werden nicht erkannt, da sich nicht alle Angriffe durch Abweichungen zum normalen Verhalten repräsentieren. Beispiel für Anomalieerkennung: Schwellwerterkennung Die Schwellwerterkennung ist eine quantitative Analyse. Hierbei werden Benutzer- und Systemaktivitäten durch Zähler dargestellt. Bis zu gewissen Schwellwerten stehen die Zähler für normales Verhalten. Wird einer dieser Schwellwerte überschritten, wird ein Angriff gemeldet. Versucht ein Benutzer zum Beispiel sich öfters als 3-mal (3 = angenommener Schwellwert) mit falschen Passwörtern an einem System anzumelden, wird der Account durch das IDS gesperrt Strict Anomaly Detection In der Praxis zeigt sich, dass alle diese Ansätze unterschiedliche Sicherheitsverletzungen anzeigen. Deshalb wird zunehmend eine Kombination aus diesen Methoden verwendet. Ein Beispiel dafür ist die Strict Anomaly Detection. Die Strict Anomaly Detection (= Buglar Alarm, Passive Traps) ist ein noch sehr junges Verfahren. Es wird der gleiche Ansatz wie bei der Anomalieerkennung verwendet, also dass alles was nicht normal ist, eine Sicherheitsverletzung darstellt. Aber es wird zusätzlich ein Mustererkennungsverfahren wie bei der Missbrauchserkennung verwendet: Das normale Verhalten wird nicht erlernt sondern als spezifizierte Signatur in der Datenbank gespeichert. Jede Aktivität, die nicht dem Muster entspricht, wird als Sicherheitsverletzung interpretiert. Der Vorteil dieser Methode ist, dass nur relativ wenige Signaturen im Vergleich zur Missbrauchserkennung in der Datenbank gespeichert werden müssen. Auch der Verwaltungsaufwand ist geringer als bei der Missbrauchserkennung, da die Signaturen nicht regelmäßig aktualisiert werden müssen. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 6 von 11

7 Das Hauptproblem ist allerdings, eine fehlerfreie und vollständige Spezifikation eines normalen Verhaltens zu entwickeln. Beispiele für IDS, die diesem Ansatz folgen, sind DPEM (Distributed Program Execution) und ANIDA (Aachen Network Intrusion Detection Architecture). 3.3 Datenbankkomponente Die Datenbankkomponente wird benötigt, um Zwischenergebnisse und weitere erforderliche Informationen für die Analyse zu speichern. Die Datenbankkomponente muss vor fremden Zugriff geschützt werden, da sie wichtige Informationen enthält und damit ein Angreifer seine Spuren nicht löschen kann. 3.4 Reaktionskomponente Die Reaktionskomponente ist zuständig für eventuelle Gegenmaßnahmen nach einer erkannten Sicherheitsverletzung. Man unterscheidet hier zwischen den aktiven und den passiven Reaktionen. Bei einer passiven Reaktion wird der Nutzer des IDS über den Angriff informiert. Bei einer aktiven Reaktion werden zusätzlich gezielte Aktionen gegen den Angreifer ausgelöst (= IPS). 4. Architekturen Man unterscheidet drei Arten von IDS: (1) Host-basierte IDS (HIDS) (2) Netzwerk basierte IDS (NIDS) (3) Hybride IDS 4.1 Host basierte IDS Host basierte IDS (HIDS) wurden ursprünglich vom Militär entwickelt um die Sicherheit von Großrechnern zu garantieren. Sie überwachen nicht, wie der Name vermuten lässt nur einen Rechner, sondern können auch für ganze Netzwerke verwendet werden. Host basierte IDS bedeutet nur, dass sie auf jedem zu überwachenden Rechner in einem IT-System installiert sein müssen. Sie bekommen ihre Audit Daten also von den einzelnen Hosts. Vorteile: (1) Jeder Host ist geschützt. (2) Qualitativ hochwertiger als NIDS, da Audit Daten mehr Informationen enthalten. Nachteile: (1) HIDS sind auf jeden einzelnen Rechner aktiv und wirken sich durch die Analyse der gesammelten Daten negativ auf die Performance aus. (2) HIDS benötigen einen gesonderten Schutz, um nicht selbst manipuliert zu werden. (3) Es können nur schon geschehene Angriffe ausgewertet werden (ist aber nützlich für Präventivmaßnahmen) 4.2 Netzwerk basierte IDS Netzwerk-basierte IDS (NIDS) überwachen die Sicherheit eines Netzwerkes durch die Überprüfung sämtlicher Datenpakete an bestimmten Punkten im Netzwerk. Durch die ständige Überwachung arbeiten NIDS in Echtzeit, d. h. Angriffsversuche können bereits im Vorhinein erkannt werden. Für den Einsatz eines Netzsensors wird typischerweise ein separater Rechner verwendet. Somit wird vermieden, dass andere Applikationen beeinflusst werden. Moderne NIDS arbeiten kooperativ mit Firewalls zusammen. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 7 von 11

8 Mögliche Positionen von NIDS-Sensoren in einem Netzwerk: (1) IDS Sensor vor einer Firewall Dies hat den Vorteil, dass man die Aktivitäten von außen am besten beobachten kann, da der Sensor alle Datenpakete ungefiltert erhält. (2) IDS Sensor hinter einer Firewall Hierbei dient das IDS als Kontrolle der Firewall und kann auch Aktivitäten innerhalb des LANs erkennen. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 8 von 11

9 (3) IDS Sensor zwischen zwei Firewalls Dies ist eine sehr effiziente Variante, da sich das IDS nicht mit allen belanglosen Aktivitäten befassen muss, da diese bereits von der Firewall abgeblockt werden. Dies wirkt sich positiv auf die Reaktionszeit des IDS aus. (4) Netzwerk mit mehreren Sensoren In größeren Netzwerken können durchaus auch mehrere Sensoren verwendet werden, welche durch einen zentralen Rechner gesteuert werden. Vorteile: (1) Installation nicht so aufwendig, da sich NIDS an zentralen Stellen im Netzwerk befinden. (2) Leistungsfähigkeit des Netzwerks wird nicht beeinflusst. (3) Reaktion erfolgt in Echtzeit, d. h. Angriffe können bereits während ihres Auftretens erkannt werden. Ein Problem ist allerdings, dass die Ressourcen von NIDS begrenzt sind. Bei einer Überlastung der Bandbreite ist keine lückenfreie Überwachung mehr möglich. 4.3 Hybride IDS HIDS sind Mischformen aus HIDS und NIDS. Sie werden hier nur kurz erwähnt und es wird nicht genauer auf sie eingegangen. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 9 von 11

10 Arten: (1) Per Host Network IDS (PH IDS) Auf jedem Host befindet sich ein eigenes NIDS, welches die passierenden Datenpakete überprüft. Vorteil: Entlastung eines zentralen NIDS Nachteil: Jeder Host generiert eigene Log Files (Überprüfung wird unübersichtlich) (2) Load Balanced Network IDS (LB NIDS) Wie PH NIDS, jedoch mit Loadbalancer, welcher die PH NIDS koordiniert. (3) Firewall IDS (FW IDS) AddOn einer Firewall 5. Honeypots Ein Honeypot kann als weiterer Teil eines IDS betrachtet werden. Honeypots versuchen, IT Systeme zu schützen, indem sie die Angreifer ablenken. Es handelt sich hierbei um Rechner, welche keine kritischen Daten enthalten. Diese Rechner weisen bewusst Sicherheitsschwachstellen auf, damit ein Angriff auf sie leichter erscheint als auf die anderen Rechner. Prinzipiell sollte jede Verbindung zu einem Honeypot verdächtig erscheinen, da diese Systeme normalerweise nicht kontaktiert werden dürften. Dies hat folgende Vorteile: (1) Ablenkung des Angreifers (2) Sammeln von Informationen über Angriffe Es gibt allerdings auch einen Nachteil: Ein Honeypot könnte unter Umständen als Eintrittspunkt für einen Hacker dienen, über welchen weitere Angriffe durchgeführt werden können. 6. IDS Software Es gibt zahlreiche Softwarepakete für IDS Systeme, sowohl als Freeware als auch als kommerzielle Software. Hier sind einige Beispiele aufgelistet: Freeware: (1) Tripwire Hierbei handelt es sich um ein freies Open-Source-HIDS. Ist allerdings nur für Linux eine Freeware. Für andere Betriebssysteme wird die Software kommerziell vertrieben. (2) Snort Hierbei handelt es sich um ein von Marty Roesch entwickeltes NIDS. Ist aber mittlerweile ein Open-Source-Projekt, an dessen Entwicklung mehrere Gruppen arbeiten. Ist für UNIX / LINUX und Windows als Freeware erhältlich. (3) Prelude Dies ist ein Beispiel für ein hybrides IDS, welches als Open-Source-Projekt von Yoann Vandoorselaere gestartet wurde. Ist erhältlich für LINUX, BSD, Solaris und OSX. Kommerzielle Software: (1) RealSecure Ist eines der ersten kommerziellen IDS und wurde von Internet Security Systems entwickelt. Ist ursprünglich ein NIDS, wobei zusätzlich ein HIDS Modul (Real Secure Server Sensor) erhältlich ist. Ist kompatibel mit WindowsNT / 2000, Sun Solaris und mit Red Hat Linux. Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 10 von 11

11 7. Zusammenfassung In dieser Seminararbeit wurde nach einer kurzen Einleitung (Kapitel 2) in Kapitel 3 der Aufbau eines IDS beschrieben. Dazu gehören die Ereigniskomponente, die Analysekomponente, die Datenbankkomponente und die Reaktionskomponente. Die Ereigniskomponente ist verantwortlich für die Aufzeichnung von Informationen über den Zustand des IT Systems. Die Analysekomponente ist dafür verantwortlich, zu erkennen ob eine Sicherheitsverletzung vorliegt oder nicht. Dafür gibt es unterschiedliche Verfahren. Zum einen die Missbrauchserkennung, bei der Sicherheitsverletzungen durch Vergleich mit Angriffssignaturen erkannt werden. Weiters gibt es die Anomalieerkennung, welche das normale Verhalten eines IT Systems erlernt und von einer Sicherheitsverletzung ausgeht, sobald eine Abweichung von diesem Verhalten auftritt. Das letzte Verfahren ist die Strict Anomaly Detection, welche eine Kombination der beiden anderen Varianten ist. Hierbei erfolgt die Definition eines normalen Verhaltens nicht durch eine Lernphase sondern wird durch eine Signatur spezifiziert. Die Datenbankkomponente ist die 3. Komponente eines IDS. Sie ist für das Abspeichern von den notwendigen Informationen notwendig. Die Reaktionskomponente führt entsprechende Aktionen bei einer erkannten Sicherheitsverletzung aus. Anschließend wurden in Kapitel 4 die verschiedenen Architekturen eines IDS beschrieben. Dazu gehören HIDS (hostbasierte IDS), welche auf den zu überwachenden Rechnern installiert sind. Weiters gibt es NIDS (Netzwerkbasierte IDS), welche Netzwerke an zentralen Stellen auf Sicherheitsangriffe untersuchen. Außerdem gibt es noch hybride IDS, welche eine Kombination aus HIDS und NIDS sind. In Kapitel 5 wurden Honeypots erklärt, welche als zusätzliche Bestandteile eines IDS betrachtet werden können. Es handelt sich hierbei um Rechner mit bewussten Sicherheitsschwachstellen, um Angreifer abzulenken. In Kapitel 6 wurden Beispiele für mögliche Softwareprodukte eines IDS gezeigt. IDS sind ein effizientes Mittel, um Netzwerke zusätzlich zu schützen. Es ist jedoch anzunehmen, dass die Leistungsfähigkeit von IT Systemen weiter steigen wird. Dadurch werden die aktuellen IDS bald an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit geführt. Deshalb wird es notwendig sein, leistungsstärkere IDS zu entwickeln. Ein möglicher Ansatz wäre zum Beispiel, mehrere unterschiedliche Analysekomponenten in einem Netzwerk zu verwenden. Somit würden die Audit-Daten durch unterschiedliche Verfahren überprüft werden und es wäre zumindest theoretisch möglich, mehrere Sicherheitsverletzungen zu erkennen und die Anzahl der Fehlalarme zu verringern. Für den Einsatz von IDS sind eine genaue Analyse der vorhandenen IT Infrastruktur und eine gut überlegte Planung für die Art und Position von IDS Komponenten notwendig. 8. Referenzen Buch: Autor: Meier Michael Titel: Intrusion Detection effektiv! Modellierung und Analyse von Angriffsmustern Verlag: Springer Verlag, 2007 ISBN: ISBN Websites: (1) (2) (3) (4) (5) net,sprache=de,rwb=true.pdf (6) (7) (8) Mathias Bernhard Matrikelnummer: Seite 11 von 11

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