При рассмотрении любого вопроса, касающегося сетевых технологий, основой служит семиуровневая эталонная модель ISO/OSI. Межсетевые экраны также целесообразно классифицировать по уровню фильтрации – канальному, сетевому, транспортному или прикладному. Соответственно, можно говорить об экранирующих концентраторах (мостах, коммутаторах) (уровень 2), маршрутизаторах (уровень 3), о транспортном экранировании (уровень 4) и о прикладных экранах (уровень 7). Существуют также комплексные экраны, анализирующие информацию на нескольких уровнях.
Фильтрация информационных потоков осуществляется межсетевыми экранами на основе набора правил, являющихся выражением сетевых аспектов политики безопасности организации. В этих правилах, помимо информации, содержащейся в фильтруемых потоках, могут фигурировать данные, полученные из окружения, например, текущее время, количество активных соединений, порт, через который поступил сетевой запрос, и т.д. Таким образом, в межсетевых экранах используется очень мощный логический подход к разграничению доступа.
Возможности межсетевого экрана непосредственно определяются тем, какая информация может использоваться в правилах фильтрации и какова может быть мощность наборов правил. Вообще говоря, чем выше уровень в модели ISO/OSI, на котором функционирует МЭ, тем более содержательная информация ему доступна и, следовательно, тем тоньше и надежнее он может быть сконфигурирован.
Экранирующие маршрутизаторы (и концентраторы) имеют дело с отдельными пакетами данных, поэтому иногда их называют пакетными фильтрами. Решения о том, пропустить или задержать данные, принимаются для каждого пакета независимо, на основании анализа адресов и других полей заголовков сетевого (канального) и, быть может, транспортного уровней. Еще один важный компонент анализируемой информации – порт, через который поступил пакет.
Экранирующие концентраторы являются средством не столько разграничения доступа, сколько оптимизации работы локальной сети за счет организации так называемых виртуальных локальных сетей. Последние можно считать важным результатом применения внутреннего межсетевого экранирования.
Современные маршрутизаторы позволяют связывать с каждым портом несколько десятков правил и фильтровать пакеты как на входе, так и на выходе. В принципе, в качестве пакетного фильтра может использоваться и универсальный компьютер, снабженный несколькими сетевыми картами.
Основные достоинства экранирующих маршрутизаторов – доступная цена (на границе сетей маршрутизатор нужен практически всегда, вопрос лишь в том, как задействовать его экранирующие возможности) и прозрачность для более высоких уровней модели OSI. Основной недостаток – ограниченность анализируемой информации и, как следствие, относительная слабость обеспечиваемой защиты.
Транспортное экранирование позволяет контролировать процесс установления виртуальных соединений и передачу информации по ним. С точки зрения реализации экранирующий транспорт представляет собой довольно простую, а значит, надежную программу.
По сравнению с пакетными фильтрами, транспортное экранирование обладает большей информацией, поэтому соответствующий МЭ может осуществлять более тонкий контроль за виртуальными соединениями (например, он способен отслеживать количество передаваемой информации и разрывать соединения после превышения определенного порога, препятствуя тем самым несанкционированному экспорту информации). Аналогично, возможно накопление более содержательной регистрационной информации. Главный недостаток – сужение области применения, поскольку вне контроля остаются датаграммные протоколы. Обычно транспортное экранирование применяют в сочетании с другими подходами, как важный дополнительный элемент.
Межсетевой экран, функционирующий на прикладном уровне, способен обеспечить наиболее надежную защиту. Как правило, подобный МЭ представляет собой универсальный компьютер, на котором функционируют экранирующие агенты, интерпретирующие протоколы прикладного уровня (HTTP, FTP, SMTP, telnet и т.д.) в той степени, которая необходима для обеспечения безопасности.
При использовании прикладных МЭ, помимо фильтрации, реализуется еще один важнейший аспект экранирования. Субъекты из внешней сети видят только шлюзовой компьютер; соответственно, им доступна только та информация о внутренней сети, которую он считает нужным экспортировать. Прикладной МЭ на самом деле экранирует, то есть заслоняет, внутреннюю сеть от внешнего мира. В то же время, субъектам внутренней сети кажется, что они напрямую общаются с объектами внешнего мира. Недостаток прикладных МЭ – отсутствие полной прозрачности, требующее специальных действий для поддержки каждого прикладного протокола.
Если организация располагает исходными текстами прикладного МЭ и в состоянии эти тексты модифицировать, перед ней открываются чрезвычайно широкие возможности по настройке экрана с учетом собственных нужд. Дело в том, что при разработке систем клиент/сервер в многозвенной архитектуре появляются специфические прикладные протоколы, нуждающиеся в защите не меньше стандартных. Подход, основанный на использовании экранирующих агентов, позволяет построить такую защиту, не снижая безопасности и эффективности других приложений и не усложняя структуру связей в межсетевом экране.
Комплексные межсетевые экраны, охватывающие уровни от сетевого до прикладного, соединяют в себе лучшие свойства "одноуровневых" МЭ разных видов. Защитные функции выполняются комплексными МЭ прозрачным для приложений образом, не требуя внесения каких-либо изменений ни в существующее программное обеспечение, ни в действия, ставшие для пользователей привычными.
Комплексность МЭ может достигаться разными способами: "снизу вверх", от сетевого уровня через накопление контекста к прикладному уровню, или "сверху вниз", посредством дополнения прикладного МЭ механизмами транспортного и сетевого уровней.
Помимо выразительных возможностей и допустимого количества правил, качество межсетевого экрана определяется еще двумя очень важными характеристиками – простотой использования и собственной защищенностью. В плане простоты использования первостепенное значение имеют наглядный интерфейс при определении правил фильтрации и возможность централизованного администрирования составных конфигураций. В свою очередь, в последнем аспекте хотелось бы выделить средства централизованной загрузки правил фильтрации и проверки набора правил на непротиворечивость. Важен и централизованный сбор и анализ регистрационной информации, а также получение сигналов о попытках выполнения действий, запрещенных политикой безопасности.
Собственная защищенность межсетевого экрана обеспечивается теми же средствами, что и защищенность универсальных систем. Имеется в виду физическая защита, идентификация и аутентификация, разграничение доступа, контроль целостности, протоколирование и аудит. При выполнении централизованного администрирования следует также позаботиться о защите информации от пассивного и активного прослушивания сети, то есть обеспечить ее (информации) целостность и конфиденциальность. Крайне важно оперативное наложение заплат, ликвидирующих выявленные уязвимые места МЭ.
Хотелось бы подчеркнуть, что природа экранирования как сервиса безопасности очень глубока. Помимо блокирования потоков данных, нарушающих политику безопасности, межсетевой экран может скрывать информацию о защищаемой сети, тем самым затрудняя действия потенциальных злоумышленников. Мощным методом сокрытия информации является трансляция "внутренних" сетевых адресов, которая попутно решает проблему расширения адресного пространства, выделенного организации.
Отметим также следующие дополнительные возможности межсетевых экранов:
Особенно важным представляется последний из перечисленных аспектов. ПО промежуточного слоя, как и традиционные межсетевые экраны прикладного уровня, скрывает информацию о предоставляемых услугах. За счет этого оно может выполнять такие функции, как маршрутизация запросов и балансировка нагрузки. Представляется вполне естественным, чтобы эти возможности были реализованы в рамках межсетевого экрана. Это существенно упрощает действия по обеспечению высокой доступности экспортируемых сервисов и позволяет осуществлять переключение на резервные мощности прозрачным для внешних пользователей образом. В результате к услугам, традиционно предоставляемым межсетевыми экранами, добавляется поддержка высокой доступности сетевых сервисов.
Пример современного межсетевого экрана представлен в статье "Z-2 – универсальный межсетевой экран высшего уровня защиты" (Jet Info, 2002, 5).
Сервис анализа защищенности предназначен для выявления уязвимых мест с целью их оперативной ликвидации. Сам по себе этот сервис ни от чего не защищает, но помогает обнаружить (и устранить) пробелы в защите раньше, чем их сможет использовать злоумышленник. В первую очередь, имеются в виду не архитектурные (их ликвидировать сложно), а "оперативные" бреши, появившиеся в результате ошибок администрирования или из-за невнимания к обновлению версий программного обеспечения.
Системы анализа защищенности (называемые также сканерами защищенности), как и рассмотренные выше средства активного аудита, основаны на накоплении и использовании знаний. В данном случае имеются в виду знания о пробелах в защите: о том, как их искать, насколько они серьезны и как их устранять.