Функциональные компоненты и архитектура

Протоколирование и аудит

Основные понятия

Под протоколированием понимается сбор и накопление информации о событиях, происходящих в информационной системе. У каждого сервиса свой набор возможных событий, но в любом случае их можно разделить на внешние (вызванные действиями других сервисов), внутренние (вызванные действиями самого сервиса) и клиентские (вызванные действиями пользователей и администраторов).

Аудит – это анализ накопленной информации, проводимый оперативно, в реальном времени или периодически (например, раз в день).

Реализация протоколирования и аудита решает следующие задачи:

• обеспечение подотчетности пользователей и администраторов;
• обеспечение возможности реконструкции последовательности событий;
• обнаружение попыток нарушений информационной безопасности;
• предоставление информации для выявления и анализа проблем.

При протоколировании события рекомендуется записывать, по крайней мере, следующую информацию:

• дата и время события;
• уникальный идентификатор пользователя – инициатора действия;
• тип события;
• результат действия (успех или неудача);
• источник запроса (например, имя терминала);
• имена затронутых объектов (например, открываемых или удаляемых файлов);
• описание изменений, внесенных в базы данных защиты (например, новая метка безопасности объекта).

Характерная особенность протоколирования и аудита – зависимость от других средств безопасности.Идентификация и аутентификация служат отправной точкой подотчетности пользователей, логическое управление доступом защищает конфиденциальность и целостность регистрационной информации. Возможно, для защиты привлекаются и криптографические методы.

Возвращаясь к целям протоколирования и аудита, стоит отметить, что обеспечение подотчетности важно в первую очередь как сдерживающее средство. Если пользователи и администраторы знают, что все их действия фиксируются, они, возможно, воздержатся от незаконных операций. Очевидно, если есть основания подозревать какого-либо пользователя в нечестности, можно регистрировать все его действия, вплоть до каждого нажатия клавиши. При этом обеспечивается не только возможность расследования случаев нарушения режима безопасности, но и откат некорректных изменений (если в протоколе присутствуют данные до и после модификации). Тем самым защищается целостность информации.

Реконструкция последовательности событий позволяет выявить слабости в защите сервисов, найти виновника вторжения, оценить масштабы причиненного ущерба и вернуться к нормальной работе.

Обнаружение попыток нарушений информационной безопасности – функция активного аудита, о котором пойдет речь в следующем разделе. Обычный аудит позволяет выявить подобные попытки с опозданием, но и это оказывается полезным. В свое время поимка немецких хакеров, действовавших по заказу КГБ, началась с выявления подозрительного расхождения в несколько центов в ежедневном отчете крупного вычислительного центра.

Выявление и анализ проблем могут помочь улучшить такой параметр безопасности, как доступность. Обнаружив узкие места, можно попытаться переконфигурировать или перенастроить систему, снова измерить производительность и т.д.

Непросто осуществить организацию согласованного протоколирования и аудита в распределенной разнородной системе. Во-первых, некоторые компоненты, важные для безопасности (например, маршрутизаторы), могут не обладать своими ресурсами протоколирования; в таком случае их нужно экранировать другими сервисами, которые возьмут протоколирование на себя. Во-вторых, необходимо увязывать между собой события в разных сервисах.

Активный аудит

Основные понятия

Под подозрительной активностью понимается поведение пользователя или компонента информационной системы, являющееся злоумышленным(в соответствии с заранее определенной политикой безопасности) или нетипичным (согласно принятым критериям).

Задача активного аудита – оперативно выявлять подозрительную активностьи предоставлять средства для автоматического реагирования на нее.

Активность целесообразно разделить на атаки, направленные на незаконное получение полномочий, и на действия, выполняемые в рамках имеющихся полномочий, но нарушающие политику безопасности.

Атаки нарушают любую осмысленную политику безопасности. Иными словами, активность атакующего является разрушительной независимо от политики. Следовательно, для описания и выявления атак можно применятьуниверсальные методы, инвариантные относительно политики безопасности, такие как сигнатуры и их обнаружение во входном потоке событий с помощью аппарата экспертных систем.

Сигнатура атаки – это совокупность условий, при выполнении которых атака считается имеющей место, что вызывает заранее определенную реакцию. Простейший пример сигнатуры – "зафиксированы три последовательные неудачные попытки входа в систему с одного терминала", пример ассоциированной реакции – блокирование терминала до прояснения ситуации.

Действия, выполняемые в рамках имеющихся полномочий, но нарушающие политику безопасности, следует называть злоупотреблением полномочиями. Злоупотребления полномочиями возможны из-за неадекватности средств разграничения доступа выбранной политике безопасности. Простейшим примером злоупотреблений является неэтичное поведение пользователя, просматривающего личные файлы других пользователей. Анализируя регистрационную информацию, можно обнаружить подобные события и сообщить о них администратору безопасности.

Выделение злоупотреблений полномочиями в отдельную группу неправомерных действий, выявляемых средствами активного аудита, не является общепринятым, однако, подобный подход имеет право на существование и будем его придерживаться, хотя наиболее радикальным решением было бы развитие средств разграничения доступа

Нетипичное поведение выявляется статистическими методами. В простейшем случае применяют систему порогов, превышение которых является подозрительным. (Впрочем, "пороговый" метод можно трактовать и как вырожденный случай сигнатуры атаки, и как тривиальный способ выражения политики безопасности.) В более развитых системах производится сопоставление долговременных характеристик работы (называемых долгосрочным профилем ) с краткосрочными профилями

Средства активного аудита могут располагаться на всех линиях обороны информационной системы. На границе контролируемой зоны они могут обнаруживать подозрительную активность в точках подключения к внешним. В корпоративной сети, в рамках информационных сервисов и сервисов безопасности, активный аудит в состоянии обнаружить и пресечь подозрительную активность внешних и внутренних пользователей, выявить проблемы в работе сервисов, вызванные как нарушениями безопасности, так и аппаратно-программными ошибками. Важно отметить, что активный аудит, в принципе, способен обеспечить защиту от атак на доступность.

К сожалению, формулировка "в принципе, способен обеспечить защиту" не случайна. Активный аудит развивается более десяти лет, и первые результаты казались весьма многообещающими. Довольно быстро удалось реализовать распознавание простых типовых атак, однако затем было выявлено множество проблем, связанных с обнаружением заранее неизвестных атак, атак распределенных, растянутых во времени и т.п.

Функциональные компоненты и архитектура

В составе средств активного аудита можно выделить следующие функциональные компоненты:

• компоненты генерации регистрационной информации. Они находятся на стыке между средствами активного аудита и контролируемыми объектами;
• компоненты хранения сгенерированной регистрационной информации;
• компоненты извлечения регистрационной информации ( сенсоры ). Обычно различают сетевые и хостовые сенсоры, имея в виду под первыми выделенные компьютеры, сетевые карты которых установлены в режим прослушивания, а под вторыми – программы, читающие регистрационные журналы операционной системы. С развитием коммутационных технологий это различие постепенно стирается, так как сетевые сенсоры приходится устанавливать в активном сетевом оборудовании и, по сути, они становятся частью сетевой ОС;
• компоненты просмотра регистрационной информации. Могут помочь при принятии решения о реагировании на подозрительную активность;
• компоненты анализа информации, поступившей от сенсоров. В соответствии с данным выше определением средств активного аудита, выделяют пороговый анализатор, анализатор нарушений политики безопасности, экспертную систему, выявляющую сигнатуры атак, а также статистический анализатор, обнаруживающий нетипичное поведение;
• компоненты хранения информации, участвующей в анализе. Такое хранение необходимо, например, для выявления атак, протяженных во времени;
• компоненты принятия решений и реагирования (" решатели "). "Решатель" может получать информацию не только от локальных, но и от внешних анализаторов, проводя так называемый корреляционный анализ распределенных событий;
• компоненты хранения информации о контролируемых объектах. Здесь могут храниться как пассивные данные, так и методы, необходимые, например, для извлечения из объекта регистрационной информации или для реагирования;
• компоненты, играющие роль организующей оболочки для менеджеров активного аудита, называемые мониторами и объединяющие анализаторы, "решатели", хранилище описаний объектов и интерфейсные компоненты. В число последних входят компоненты интерфейса с другими мониторами, как равноправными, так и входящими в иерархию. Такие интерфейсы необходимы, например, для выявления распределенных, широкомасштабных атак;
• компоненты интерфейса с администратором безопасности.

Средства активного аудита строятся в архитектуре менеджер / агент. Основными агентскими компонентами являются сенсоры. Анализ, принятие решений – функции менеджеров. Очевидно, между менеджерами и агентами должны быть сформированы доверенные каналы.

Подчеркнем важность интерфейсных компонентов. Они полезны как с внутренней для средств активного аудита точки зрения (обеспечивают расширяемость, подключение компонентов различных производителей), так и с внешней точки зрения. Между менеджерами (между компонентами анализа и "решателями") могут существовать горизонтальные связи, необходимые для анализа распределенной активности. Возможно также формирование иерархий средств активного аудита с вынесением на верхние уровни информации о наиболее масштабной и опасной активности.

Обратим также внимание на архитектурную общность средств активного аудита и управления, являющуюся следствием общности выполняемых функций. Продуманные интерфейсные компоненты могут существенно облегчить совместную работу этих средств.

Контроль целостности

Криптографические методы позволяют надежно контролировать целостность как отдельных порций данных, так и их наборов (таких как поток сообщений); определять подлинность источника данных; гарантировать невозможность отказаться от совершенных действий ("неотказуемость").

В основе криптографического контроля целостности лежат два понятия:

• хэш-функция;
• электронная цифровая подпись (ЭЦП).

Хэш-функция – это труднообратимое преобразование данных (односторонняя функция ), реализуемое, как правило, средствами симметричного шифрования со связыванием блоков. Результат шифрования последнего блока (зависящий от всех предыдущих) и служит результатом хэш-функции.

Пусть имеются данные, целостность которых нужно проверить, хэш-функция и ранее вычисленный результат ее применения к исходным данным (так называемый дайджест ). Обозначим хэш-функцию через h, исходные данные – через T, проверяемые данные – через T'. Контроль целостности данных сводится к проверке равенства h(T') = h(T). Если оно выполнено, считается, что T' = T. Совпадение дайджестов для различных данных называется коллизией..

Рассмотрим теперь применение шифрования для выработки и проверки электронной цифровой подписи. Пусть E(T) обозначает результат зашифрования текста T с помощью открытого ключа, а D(T) – результат расшифрования текста Т (как правило, шифрованного) с помощью секретного ключа. Чтобы метод мог применяться для реализации ЭЦП, необходимо выполнение тождества

E(D(T)) = D(E(T))

Таким образом, электронная цифровая подпись защищает целостность сообщения и удостоверяет личность отправителя, то есть защищает целостность источника данных и служит основой неотказуемости.

Два российских стандарта, ГОСТ Р 34.10-94 "Процедуры выработки и проверки электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма" и ГОСТ Р 34.11-94 "Функция хэширования", объединенные общим заголовком "Информационная технология. Криптографическая защита информации", регламентируют вычисление дайджеста и реализацию ЭЦП. В сентябре 2001 года был утвержден, а 1 июля 2002 года вступил в силу новый стандарт ЭЦП – ГОСТ Р 34.10-2001, разработанный специалистами существовавшего в то время Федерального агентства правительственной связи и информации (ФАПСИ).

Для контроля целостности последовательности сообщений (то есть для защиты от кражи, дублирования и переупорядочения сообщений) применяют временные штампы и нумерацию элементов последовательности, при этом штампы и номера включают в подписываемый текст.

Цифровые сертификаты

При использовании методов шифрования (и, в частности, электронной цифровой подписи) необходимо иметь гарантию подлинности пары (имя пользователя, открытый ключ пользователя). Для решения этой задачи в спецификациях X.509 вводятся понятия цифрового сертификата и удостоверяющего центра.

Удостоверяющий центр – это компонент глобальной службы каталогов, отвечающий за управление криптографическими ключами пользователей.Открытые ключи и другая информация о пользователях хранится удостоверяющими центрами в виде цифровых сертификатов, имеющих следующую структуру:

• порядковый номер сертификата;
• идентификатор алгоритма электронной подписи;
• имя удостоверяющего центра;
• срок годности;
• имя владельца сертификата (имя пользователя, которому принадлежит сертификат);
• открытые ключи владельца сертификата (ключей может быть несколько);
• идентификаторы алгоритмов, ассоциированных с открытыми ключами владельца сертификата;
• электронная подпись, сгенерированная с использованием секретного ключа удостоверяющего центра(подписывается результат хэширования всей информации, хранящейся в сертификате).

Цифровые сертификаты обладают следующими свойствами:

• любой пользователь, знающий открытый ключ удостоверяющего центра, может узнать открытые ключи других клиентов центра и проверить целостность сертификата;
• никто, кроме удостоверяющего центра, не может модифицировать информацию о пользователе без нарушения целостности сертификата.

В спецификациях X.509 не описывается конкретная процедура генерации криптографических ключей и управления ими, однако даются некоторые общие рекомендации. В частности, оговаривается, что пары ключей могут порождаться любым из следующих способов:

• ключи может генерировать сам пользователь. В таком случае секретный ключ не попадает в руки третьих лиц, однако нужно решать задачу безопасной связи с удостоверяющим центром;
• ключи генерирует доверенное лицо. В таком случае приходится решать задачи безопасной доставки секретного ключа владельцу и предоставления доверенных данных для создания сертификата;
• ключи генерируются удостоверяющим центром. В таком случае остается только задача безопасной передачи ключей владельцу.

Цифровые сертификаты в формате X.509 версии 3 стали не только формальным, но и фактическим стандартом, поддерживаемым многочисленными удостоверяющими центрами.