APM III FIREWALL. Herrmann Stephan, Schlicker Thomas Internet Architektur, Protokolle und Management -Firewall

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1 APM III FIREWALL Herrmann Stephan, Schlicker Thomas Internet Architektur, Protokolle und Management -Firewall 1

2 Inhaltsverzeichnis 1 Gefahren des Imternets Was wovor schützen Firewall Systeme Auswahlkriterien für eine Firewall Grundsätze einer Firewall Wovor hat man keinen Schutz Zielsetzung eines Firewall- System Sicherheitsmechanismen Vorteile des Common Point of Trust Konzeptes Bestandteile einer Firewall Packet-Filter Filterarten Beispiel Nachteile Application Gateway Proxy Beispiel Intelligente Proxys Nachteile Bauformen von Firewalls Dual Homed Host Screened Host peripheres Netzwerk Netzwerkstrukturen Ausblicke 12 7 Nachtrag 12 2

3 1 Gefahren des Imternets Der Anschluß an ein öffentliches Netz ist keine Einbahnstrasse, sondern öffnet eine Schleuse für potentielle Eindringlinge. Das Internet dringt in viele Öffentliche und private Lebensbereiche vor und eröffnet gleichzeitig neue rechtliche, soziale und ethische Probleme. Da politische und juristische Instrumente noch nicht zur Verfügung stehen, müssen für bewährte Sicherheitsmechanismen elktronische Äquivalente eingesetzt werden. 1.1 Was wovor schützen Das Risiko eines Angriffs im Internet ist sehr hoch. es können folgende Gefahren drohen: ˆ High-Tech-Spione stehlen fremdes Know-how oder Strategiepläne um sie lukrativ zu verrkaufen. ˆ Hacker/ Cracker brechen in lokale Firmen- bzw. Behördennetze, um Daten zu fälschen. ˆ Cracker können Rechnersysteme lahmlegen und so wirtschaftliche Schäden in Millionenhöhe verursachen. 1.2 Firewall Systeme Ein Firewall System sichert und kontrolliert die Schnittstellen zwischen einem zu schützenden Netz und einem öffentlichen unsicheren Netz. Dabei kann man ein Firewall System mit einer elektronischen Brandschutzmauer und einem elektronischen Pförtner vergleichen. Auf Kommunikationsnetze bezogen bedeutet dies: daß das Firewall System wie eine Brandschutzmauer das zu schützende Netz gegen Gefahren aus dem unsicheren Netz abschottet. Es wird nur ein einziger besonders sicherer Übergang (bewachte Tür durch einen Pförtner ) zwischen den beiden Teilnetzen realisiert. Es wird überprüft, wer aus dem unsicheren Netz auf das zu schützende Netz zugreifen darf. Außerdem wird kontrolliert über welche Protokolle und Dienste zugegriffen wird, und mit welchen Rechnersysteme kommuniziert werden darf. Je nach Anforderung des Nutzers stellt ein Firewall System die Sicherheitsmechanismen zur Verfügung, die gebraucht werden, um ein Netz gegen Angriffe zu schützen. 1.3 Auswahlkriterien für eine Firewall Generell sollte eine Firewall die folgenden Eigenschaften aufweisen: ˆ Sicherheit für die Daten und Ressourcen ˆ Komfortabilität für die Nutzer beim Zugang zum Internet ˆ Hohe Verläßlichkeit und Verfügbarkeit ˆ Einfache Wartbarkeit sowohl in bezug auf die Sicherheit als auch auf die Funktionalität ˆ Ausreichende Performance im Durchsatz der Daten ˆ Angemessene Preise für den Grad der Sicherheit und Funktionaltität 2 Grundsätze einer Firewall Um Schutz bieten zu können sollte eine Firewall mindestens folgende Anforderungen erfüllen: ˆ Minimalsystem ˆ Integritätstests 3

4 ˆ Minimalsystem ˆ Minimalsystem darf nur Software enthalten, die für die Funktionsfähig nötig sind. Unnötige oder überflüssige Prozesse im Hintergrund sind häufig die Ursachen von Sicherheitslücken. ˆ Integritätstests ˆ Dieser Sicherheitsmechanismus gewährleistet, das Veränderungen der Software (Betriebsystem, Firewall, etc.),des Regelwerks und des Logbuches erkannt werden. ˆ Realisiert wird dies durch eine spontante Checksummen Überbrüfung der Software und Daten. ˆ Integritätstests der eingesetzten Programme/Dateien (min. 1x täglich). Alles ist verboten, es sei denn, es ist explizit erlaubt. Prinzipiell sollte jedes Paket verworfen werden und jede Verbindung verboten sein, es sei denn, sie sind expliziet durch bestimmte Regeln erlaubt worden. 2.1 Wovor hat man keinen Schutz Angriffe durch Insider Eine Firewall schützt die Rechner des internen Netzes vor Angriffen von Außen. Sie schützt nicht vor Angriffen innerhalb des lokalen Netzes Umgehung durch weitere Datenleitungen Eine Firewall kann nur Datenpakete untersuchen, die durch sie geschickt werden. Ist neben der offiziellen (durch die Firewall überwachten) Verbindung noch eine andere, so kann die Firewall natürlich nicht überprüfen welche Daten dort über die Leitung gehen. Viren, Trojanische Pferde Eine Firewall verfügt über kein Verständnis für den Inhalt der Daten die durch sie fließen. Es gibt zu viele Protokolle, Kompressionsverfahren und Computertypen um automatisch zu erkennen wann ein Datenpaket Teil eines Programms ist, um einen Virenscanner zu starten. Unbekannte Gefahren Jede Aufzählung aller möglichen Gefahrenquellen ist am Tag ihrer Erstellung veraltet. Es werden stets neue Fehler in bekannten Programmen gefunden und neue Sicherheitslücken aufgedeckt. Keine einmal geschaffene Lösung kann alle zukünftig gefundenen Probleme vorausahnen und lösen. 3 Zielsetzung eines Firewall- System Ein Firewall- System wird als Schranke zwischen das zu schützende Netz und das unsichere Netz geschaltet. ˆ Datenverkehr zwischen den beiden Netzen nur über das Firewall-System möglich. 3.1 Sicherheitsmechanismen Auf dem Firewallsystem werden Sicherheitsmechanismen implementiert die den Übergang sicher und beherrschbar machen. Dazu werden: ˆ Kommunikationsdaten analysiert ˆ Kommunikationsbeziehungen kontrolliert ˆ Kommunikation reglementiert 4

5 ˆ sicherheitsrelevante Ereignisse protokolliert ˆ bei starken Verstößen, der Administrator alarmiert Ein Firewall System stellt den Common Point of Trust für den Übergang unterschiedlicher Netze dar, d.h., der einzige Weg ins interne Netz führt kontrolliert über das Firewall System. 3.2 Vorteile des Common Point of Trust Konzeptes ˆ Kosten ˆ Wirkung ˆ Möglichkeiten ˆ Sicherheit ˆ Überprüfbarkeit Kosten Realisierung von Sicherheitsmechanismen in einem zentralen Firewall- System sind billiger als die Realisierung von Sicherheitsmechanismen auf jedem einzelnen Rechnersystem, das im zu schützenden Netzsteht. Wirkung Mit Hilfe eines Zentralen Firewall- System kann die Organisation auf einfache Weise durchgesetzt werden. An zentraler Stelle werden alle Dienste und Protokolle für Benutzer definiert und überprüft. Möglichkeiten Eine kryptographische Authentikation von Benutzern ist nur auf einem Firewall- System zu realisieren und nicht auf jedem einzelnen Rechnersystem im zu schützenden Netz, damit die Benutzer sich identifiziert und authentisiert werden können. Sicherheit Durch die reduzierte Funktionalität, die ein Firewall- System anbietet, existieren weniger Angriffspunkte für Angreifer aus dem unsicheren Netz. Andere Rechnersysteme werden durch das Firewall- System abgeblockt. Alle Sicherheitsmechanismen sind in dem Firewall- System konzentriert realisiert. Überprüfbarkeit Durch den klaren Übergang (Common Point of Trust) zwischen zwei Netzen ist eine einfache vollständige protokolliermöglichkeit vorhanden, da die gesamte Kommunikation über das Firewall- System läuft. 4 Bestandteile einer Firewall Bei der Konstruktion einer Firewall muß man entscheiden, auf welcher Ebene man erlaubten von verbotenem Datenverkehr trennen will. Dabei stehen im wesentlichen zwei Möglichkeiten offen: ˆ Packet-Filter ˆ zustandsabhängige Packet - Filter ˆ Application - Gateway 5

6 Abbildung 1: Conntrack Entry 4.1 Packet-Filter auch Screening Router genannt, stellen das einfachste Firewall-Konzept dar, indem sie jedes einzelne IP-Paket untersuchen und nach bestimmten Kriterien weiterleiten oder abblocken. Dazu wird für jedes Paket folgende Informationen aus dem IP- und TCP-Header verwendet: ˆ Source IP-Adresse ˆ Destination IP-Adresse ˆ Portnummer ˆ Status-Bits Screening Router filtern IP-Pakete zwischen internem Netz und dem Internet. Die meisten kommerziellen Screening Router können mit (mehr oder minder komplexen) Regeln programmiert werden. Diese Regeln werden der Reihe nach bearbeitet. Damit wird es möglich, den Datenfluss von bzw. zu bestimmten Rechnern zu kontrollieren. Über die Portnummern können verschiedene Dienste/Programme berücksichtigt werden. Screening Router sind für den Anwender völlig transparent, d.h. im Normalfall merkt er nichts von einem solchen Filter. 4.2 Filterarten Filterung nach Adressen Pakete nach Quell- und/oder Zieladresse zu filtern ist die einfachste Methode. Nachteil Risiko durch gefälschte Quelladressen Filterung nach Diensten Durch zusätzliche Filterung der Dienste, kann den Risiken der Paketfilterung nach Adressen entgangen werden. 6

7 Abbildung 2: Conntrack Entry 4.3 Beispiel Abbildung 3: Conntrack Entry Regel A und B erlauben eingehende SMTP-Verbindungen (eintreffendes ). Regeln C und D ermöglichen hinausgehende SMTP-Verbindungen (hinausgehendes ). 4.4 Nachteile Screening Router bieten nur einen sehr einfachen Schutz. Sie erkennen keine flooding attacks (viele kurz aufeinander geschickte Pakete). Die Filterliste ist anfällig für Fehler und kann nur von Administratoren erstellt werden. Gewisse Dienste und Programme lassen sich nur für alle oder keinen Benutzer zugänglich machen. 4.5 Application Gateway Es kommunizieren nur die Proxy Server mit dem Internet. Alle internen Rechner arbeiten über den Proxy. 7

8 Abbildung 4: Conntrack Entry Ein Application Gateway verwendet zur Filterung in der Regel mehrere sogenannte Proxy Prozesse. Hierbei unterscheidet man zwischen Application Level Proxy Wird speziell für ein zu kontrollierendes Protokoll benutzt (z.b. HTTP-Proxy). Der Datenstrom wird auf Applikationsebene (Application Level) gefiltert. Circuit Level Proxy Eine Art generischer Proxy, die für alle Protokolle eingesetzt werden können. Es kann nicht mehr protokollspezifisch gefiltert bzw. protokolliert werden. 4.6 Proxy Ein Proxy ist ein Stellvertreter: des Servers gegenüber dem Client des Clients gegenüber dem Server Nach der Überprüfung der Echtheit/Identität einer Sache/Person des Client/Server gegenüber dem Proxy arbeitet dieser für beide Seiten transparent. Proxys existieren für Dienste HTTP, SMTP, FTP, usw. 4.7 Beispiel Wenn ein interner Rechner einen externen Server ansprechen will, so sendet er seine Daten nicht direkt dorthin, sondern an den Proxy. Dieser kommuniziert nun im eigenen Namen it dem externen Rechner und sendet das Ergebnis an den internen Rechner weiter. Dabei erscheint es dem externen Host so, als würde die Kommunikation vom Proxy ausgehen; die Existenz des internen Rechners wird so verschleiert. 4.8 Intelligente Proxys Viele Proxy Server können mehr, als nur Anfragen weiterzureichen. Sie können Daten im Cache behalten, sodaß Anfragen nach denselben Daten nicht jedesmal ins Internet gesendet werden müssen. Solche Server werden intelligente Proxies genannt. 8

9 4.9 Nachteile Dem größten Vorteil der Proxies, nämlich der Transparenz für die Benutzer, stehen einige Nachteile gegenüber. ˆ Proxies erfordern u.u. für jeden Dienst einen eigenen Server (Installation / Konfiguration sehr umständlich). ˆ Es müssen gewöhnlich Clients angepaßt und / oder geändert werden. ˆ Proxies schützen nicht vor Schwächen im Protokoll. ˆ Man kann nicht jeden Dienst über Proxies einsetzen Bauformen von Firewalls Es gibt viele Möglichkeiten eine Firewall aufzubauen. Man kann mittlerweile zwischen einer großen Zahl von Komponenten, sowohl aus dem kommerziellen als auch aus dem Public Domain Bereich wählen. Im folgenden sollen einige Möglichkeiten beispielhaft vorgeführt werden. 5 Dual Homed Host Ein Rechner mit zwei oder mehr Netzanschlüssen wird als Firewall einsetzt. Dabei wird ein Anschluß mit dem externen Netzwerk verbunden und der/die andere/n mit dem internen Netz. Abbildung 5: Conntrack Entry Der Rechner kann nun alle Pakete die zwischen internem und externen Netzwerk passieren sowohl auf IP-Paket Ebene als auch auf Applikationsebene filtern. Nachteile: ˆ der Rechner ist die einzige Verteidigung Somit hat er eine relativ komplizierte (und damit fehleranfällige) Aufgabe zu erfüllen. ˆ IP-Pakete werden auf sehr tiefer Ebene des BS geroutet Somit ist es nötig, in das BS einzugreifen um diese Funktion auszuschalten und einen Filter zu installieren. 9

10 5.1 Screened Host Zwischen das interne Netz und das Internet wird ein filternder Router installiert, der verhindert daß beliebige Knoten des internen Netzes direkt Daten nach außen senden. Abbildung 6: Conntrack Entry Nur der Bollwerksrechner darf Daten über den Router mit externen Rechnern austauschen. Alle anderen Knoten müßen sich an ihn wenden, so daß leicht auch auf Applikationsebene gefiltert werden kann. So entstehen automatisch zwei Verteidigungsebenen, womit der Bollwerksrechner selbst vor Angriffen geschützt ist. Nachteil: Ein Angreifer, der den Router unter seine Kontrolle bringt, kann auf dem Netzwerk internen Datenverkehr mithören, ohne den Bollwerksrechner zu überwinden. 5.2 peripheres Netzwerk Mit einem eigenen peripherem Netz, auf dem nur der/die Bollwerksrechner sitzen, kann eine klarere Trennung von internem und externem Datenverkehr erreicht werden. Abbildung 7: Conntrack Entry 10

11 Da Router relativ sichere Geräte sind können interne und externe Router in ein Gerät zusammen gefasst werden. Der Router muß sowohl eingehende als auch ausgehende Pakete filtern, um sicherzustellen, daß nie direkt Daten vom internen zum externen Netz fließen, sondern daß das periphere Netzwerk stets Quelle oder Ziel jedes Pakets ist. Abbildung 8: Conntrack Entry Alternativ ist es möglich einen Dual-Homed Host als Bollwerksrechner zu verwenden und dadurch den externen Router zu sparen. Das führt zwar zu etwas größerer Verwundbarkeit des Bollwerksrechners, doch sind die Sicherheitsverluste gering und die Datenrate im Internet wird oft mehr durch die Bandbreite des Netzzugangs als durch die Kapazität des Routers begrenzt. 5.3 Netzwerkstrukturen Es ist möglich mehrere interne Netze an den internen Router der Firewall anzuschliessen, somit gelangen die Daten nicht auf das periphere Netzwerk. Abbildung 9: Conntrack Entry Das Netzwerk hinter der Firewall muß nicht aus einem linearen Strang bestehen. Vielmehr ist es ohne Probleme möglich beliebig komplexe Topologien hinter der Firewall einzusetzen. Es ist möglich mehrere interne Netze an den internen Router der Firewall anzuschliessen, somit gelangen die Daten nicht auf das periphere Netzwerk. 11

12 Abbildung 10: Conntrack Entry Abbildung 11: Conntrack Entry Gibt es innerhalb des internen Netzwerkes Teile mit höherem und niedrigerem Sicherheitsniveau, kann auch hier eine Firewall als Trennlinie eingesetzt werden. 6 Ausblicke Firewalls sind zur Zeit eines der wichtigsten Hilfsmittel zur Absicherung eines TCP/IP-Netzes. Die technische Entwicklung des Internet aber, stellen für eine Firewall eine große Herausforderung dar. Mit Zunahme der Datenübertragungsrate können Firewalls in Zukunft einen Engpass bilden. Immer mehr Verschlüsselungsverfahren erschweren die Daten zu analysieren. Ausführbarer Inhalt (in immer mehr HTML-Seiten) erfordert einen hohen Kenntnisstand vom Anwender. 7 Nachtrag Sobald man einen Computer oder Netzwerk irgendwo anschließt, geht man ein Risiko ein. Gewöhnlich kann dieses Risiko reduziert werden,indem man grundlegende Sicherungsmaßnahmen wie Firewall - Systeme anwendet. Eine Firewall ist jedoch selbst im Idealfall lediglich ein das Risiko minderndes und nicht ein das Risiko ausschließendes Konzept. Es 12

13 Abbildung 12: Conntrack Entry besteht stets die Gefahr, daß mit Dingen, die von Menschenhand erschaffen wurden, irgendwas schiefgehen kann. 13

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