Realizzazione di una Infrastruttura di Sicurezza

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1 Realizzazione di una Infrastruttura di Sicurezza Andrea Lanzi, Lorenzo Martignoni e Lorenzo Cavallaro Dipartimento di Informatica e Comunicazione Facoltà di Scienze MM.FF.NN. Università degli Studi di Milano {andrew, lorenzo, sullivan}@security.dico.unimi.it 15 febbraio 2006 Parte I Network Security

2 Principi fondamentali La distribuzione delle risorse all interno dei vari nodi della rete è fondamentale per raggiungere un elevato livello di sicurezza L infrastuttura di rete deve essere sicura ed affidabile L infrastruttura di rete deve fornire un adeguata protezione in caso di eventi anomali Politiche Le interazioni possibili tra le varie porzioni della rete devono essere regolate da delle politiche L utilizzo di queste politiche serve per: minimizzare la fuoriuscita di informazioni verso entità non autorizzate limitare la fuoriuscita di informazioni in caso di eventi anomali La scelta delle politiche necessita di: identificare le tipologie di informazioni e di risorse identificare le tipologie di entità che trattano queste informazioni (utenti) identificare le relazioni tra informazioni ed entità che le trattano identificare possibili minacce in grado di mettere a rischio la sicurezza delle informazioni e delle risorse identificare quali possono essere le conseguenze delle minacce individuate

3 Politiche Tipologie di dati e di utenti Principio del minimo privilegio : la possibilità di accedere ad un particolare tipo di informazione non implica la possibilità di accedere ad informazioni di tipo differente Principio della separazione dei privilegi : un utente può appartenere a più classi Classificazione dei dati e delle risorse in base al principio del minimo privilegio Classificazione degli utenti in base al principio del minimo privilegio e della separazione dei privilegi In questo modo è possibile creare una vera e propria access list che descrive le relazioni tra utenti e tipologie di risorse Analisi delle minacce Compromissione di un sistema client Modalità di compromissione: vulnerabilità lato client: esecuzione di codice arbitrario sottrazione di credenziali furto di informazioni attraverso l utilizzo diretto di una vulnerabilità in un applicazione social engineering (es. con allegato pericoloso) Canali utilizzabili per l invio delle informazioni sensibili: web altri protocolli

4 Analisi delle minacce Compromissione di un sistema server Modalità di compromissione: vulnerabilità applicativa in uno dei servizi offerti compromissione di uno dei sistemi fidati (es. client fidato oppure server fidato) Tipologie di informazioni a cui è possibile avere accesso: informazioni locali informazioni remote (nei sistemi fidati) Analisi delle minacce DoS: Denial of Service Gli attacchi di tipo DoS e DDoS mirano ad esaurire le risorse (es. memoria, disco, banda, cpu) di un sistema oppure a rendere completamente inaccessibile uno dei servizi offerti: utilizzo di vulnerabilità in applicazioni o nei sistemi operativi per provocare un loro malfunzionamento collasso del sistema, del servizio o del canale di comunicazione generando una quantità molto elevata di richieste Questo tipo di attacco non permette di accedere ad informazioni a cui generalmente non si può accedere, ma mira a renderle inaccessibili anche a chi è autorizzato all accesso

5 L importanza delle politiche L identificazione delle minacce e delle tipologie di risorse da proteggere aiuta a comprendere come suddividere l intera rete in differenti parti Ogni tipologia di risorsa deve risiedere in una parte differente della rete Esistono differenti modi per partizionare una rete: la scelta si deve basare su un attenta valutazione delle minacce e della criticità delle informazioni da proteggere I componenti di un infrastuttura di rete sicura Firewall Un Firewall è un sistema che discrimina l accesso alla rete autorizzando o respingendo le richieste ricevute in base alle politiche configurate. Le richieste (singoli pacchetti oppure intere connessioni) vengono autorizzate o respinte in base ai seguenti attributi: protocollo indirizzo sorgente / destinazione porta sorgente / destinazione contenuto del pacchetto... Anche in presenza di un firewall la comunicazione tra client e server avviene in modo diretto Molti router permettono, tramite le loro access list, di implementare un primo livello di filtraggio

6 I componenti di un infrastuttura di rete sicura Firewall e packet filtering Il filtraggio del traffico più semplice avviene a livello di pacchetto: analisi delle intestazioni dei vari protocolli Analizzando solo le intestazioni non è possibile avere informazioni relative allo stato di una particolare comunicazione I componenti di un infrastuttura di rete sicura Firewall e stateful packet filtering Ogni pacchetto processato viene associato ad una connessione e ad ogni connessione viene associato uno stato E possibile rifiutare pacchetti che non appartengono a comunicazioni attualmente in corso La gestione dello stato di una connessione non è affatto costosa: in Linux la dimensione della struttura dati necessaria per rappresentare una singola connessione è grossa circa 250 byte I firewall più evoluti sono in grado di classificare il traffico in base ai criteri più impensabili (es. numero di connessioni simultanee attive, frequenza connessioni,...)

7 I componenti di un infrastuttura di rete sicura Proxy Un Proxy, o firewall a livello applicazione, è un sistema che si comporta da agente intermedio: agisce per conto di uno dei due partecipanti della comunicazione senza permettere loro di comunicare in modo diretto Il Proxy conosce il protocollo utilizzato durante la comunicazione e quindi può fornire un filtraggio più granulare, anche a livello dei contenuti delle richieste: indirizzo sorgente / destinazione validità delle credenziali validità della richiesta (es. corretto utilizzo del protocollo) tipologia della richiesta (es. GET, POST, CONNECT,...) tipologia di risorsa richiesta (es. application/jpeg, application/mpeg,...)... I componenti di un infrastuttura di rete sicura Proxy I protocolli con cui vengono utilizzati maggiormente dei proxy sono: HTTP filtraggio per sorgente e destinazione, filtraggio per contenuti, anti-virus, autenticazione,... FTP filtraggio per sorgente e destinazione, anti-virus, autenticazione,... SMTP anti-spam, anti-virus, validazione delle richieste POP3 anti-spam, anti-virus SOCK filtraggio per sorgente e destinazione, autenticazione

8 I componenti di un infrastuttura di rete sicura Stack TCP/IP Stack TCP/IP Applicazione (HTTP, SMTP,...) Trasporto (TCP, UDP) Rete (IPv4, IPv6) Datalink (802.3, ,...) Tipologia di firewall Proxy Packet filter (protocollo, porta src / dst,...) Packet filter (protocollo, indirizzo src / dst,...) Packet filter (indirizzo src / dst) I componenti di un infrastuttura di rete sicura Firewall host-based I firewall di tipo host-based vengono utilizzati direttamente sui sistemi finali (client o server) Il meccanismo di filtraggio utilizzato è identico a quello descritto in precedenza Essendo in esecuzione sul sistema finale il firewall dispone di informazioni più dettagliate in merito agli utenti e alle applicazioni che generano e ricevono una certa tipologia di traffico. E possibile utilizzare queste informazioni per discriminare maggiormente il traffico (es. personal firewall) Questo tipo di firewall può essere facilmente manipolato da applicazioni maligne (es. molti virus e worm tentano di disabilitare questo tipo di protezioni)

9 I componenti di un infrastuttura di rete sicura DMZ La DMZ, Demilitarized Zone, è una porzione della rete che separa la parte puramente interna da quella puramente esterna Generalmente all interno della DMZ vengono posizionati i servizi che devono essere disponibili al mondo esterno (es. www, ,...) e quindi molto a rischio La DMZ viene realizzata utilizzando due firewall: il primo connesso al mondo esterno e alla porzione pubblica della rete locale, il secondo alla porzione pubblica della rete a quella privata I componenti di un infrastuttura di rete sicura NAT Il NAT, Network Address Translation, viene utilizzato per tradurre gli indirizzi e le porte dei pacchetti in transito sulla rete Generalmente la traduzione viene direttamente eseguita sul firewall o sul router Esistono differenti tipologie di NAT: n n n traduzione porta Principali vantaggi: mascheramento della struttura interna della rete impossibilità di raggiungere direttamente i sistemi dietro al NAT possibilità di ridirigere particolari tipi di comunicazioni verso altri host o servizi (es. attraverso un proxy)

10 DoS e DDoS Syn-flood Il Syn-flood è uno degli attacchi di tipo DoS più diffusi: L attaccante invia una quantità molto elevata di richieste di connessione TCP (SYN); l indirizzo IP sorgente viene alterato La vittima risponde ad ogni richiesta, convinta che questa sia legittima, inviando un SYN-ACK all indirizzo sorgente (fasullo) Se nessuno risponde al SYN-ACK inviato dalla vittima la connessione rimane appesa fino allo scadere dei timeout Conseguenze: La banda della vittima viene saturata Le vittima finisce con l esaurire la memoria disponibile Un eventuale firewall posto a protezione della vittima potrebbe fare la stessa fine (esaurimento banda e memoria). In questo caso subirebbero un DoS, anche se non in modo diretto, tutti gli altri sistemi accessibili tramite il firewall DoS e DDoS Meccanismi per la protezione dai Syn-flood Utilizzo di un router o di un firewall per eliminare il traffico illegittimo: TCP intercept mode il primo SYN non è inoltrato al sistema finale. Il firewall risponde direttamente con un SYN-ACK. Se la connessione viene stabilita il firewall ne genera una nuova, con il sistema finale, e la fonde con quella originale Synkill le connessioni vengono classificate in: null, good, bad e new. Le nuove connessioni, inizialmente null e poi new, vengono classificate come good se vengono stabilite prima dello scadere del timeout, bad altrimenti. Le connessioni marcate come bad vengono terminate.

11 DoS e DDoS Meccanismi per la protezione dei Syn-flood Riduzione del consumo della memoria SynCookie utilizzo di una funzione di hash per ridurre la quantità di informazioni da memorizzare (memoria usata solo dopo la ricezione dell ACK) e di un timeout dinamico. La protezione viene attivata solo al momento del bisogno Timeout dinamico timeout dinamico in base al numero di connessioni stabilite e pendenti Uno scenario reale Internet Dns Web Mail Log Sviluppo Customer data Corporate data Mail Dns

12 Uno scenario reale Le risorse pubbliche sono separate da quelle private Alcune delle risorse private devono essere rese pubbliche Alcune delle risorse pubbliche necessitano di raggiungere la zona privata Quali sono le politiche più adatte per soddisfare i bisogni di tutti i giorni, ma che allo stesso tempo garantiscono sicurezza ed affidabilità in caso anomalie? Da che tipo di anomalie mi voglio tutelare? Uno scenario reale DMZ E sufficiente adottare il principio fail-safe default? In che modi può essere compromessa la DMZ dal mondo esterno? Compromissione server web Compromissione server mail Compromissione server DNS Compromissione firewall esterno In che modo è possibile prevenire questo tipo di compromissioni? Filtraggio delle richieste HTTP (proxy) Filtraggio delle richieste SMTP (proxy) Filtraggio delle richieste DNS (proxy)

13 Uno scenario reale DMZ Cosa può comportare la compromissione di uno dei 3 sistemi? Accesso ad eventuali risorse degli altri sistemi Accesso ad eventuali risorse interne (fiducia nel sistema compromesso) Come è possibile limitare le risorse a cui un attaccante può accedere dopo aver compromesso uno di questi sistemi? Uno scenario reale Rete interna E sufficiente adottare il principio fail-safe default? Come è possibile compromettere uno dei sistemi appartenenti alla rete interna? Come è possibile prevenire la compromissione dei sistemi appartenenti alla rete interna? Cosa può comportare la compromissione di uno dei sistemi della rete interna? A che tipo di risorse è possibile avere accesso avendo compromesso uno dei sistemi della rete interna? Che tipo di architettura è necessario adottare per proteggere la rete interna dalle possibili minacce? Sono necessarie delle politiche relative alla rete interna anche sul firewall esterno?

14 Parte II System Security Scenario in analisi Web Server pubblico, localizzato all interno della DMZ. Deve essere accessibile dall esterno, ma anche dall interno per l amministrazione e la gestione dei contenuti Sistemi di sviluppo, localizzati all interno della rete locale. Devono essere accessibili solo dall interno, agli amministratori, e a tutti gli sviluppatori, fornendo loro un ambiente dove sono presenti tutti gli strumenti necessari

15 Analisi dei requisiti e delle politiche Web server pubblico Le uniche connessioni autorizzate possono provenire da: la rete interna (web e SSH per l amministrazione) dalla rete esterna (passando attraverso il proxy) L insieme degli utenti autorizzati all accesso deve essere ridotto e deve provenire da un sottoinsieme di sistemi appartenenti alla rete locale Ogni azione deve essere attribuibile ad un singolo utente Il Web server deve essere configurato per permettere il minimo accesso al sistema (un attaccante in grado di compromettere il sistema non deve poter accedere alle altre informazioni contenute in esso) Analisi dei requisiti e delle politiche Web server pubblico Il software utilizzato deve essere sicuro ed opportunamente verificato e deve permettere di tenere traccia, in modo dettagliato, di tutto quello che sta succedendo (sia in caso di attività normale che di attività anomala) Il server deve contenere solo il software e le informazioni strettamente necessarie per il suo funzionamento

16 Analisi dei requisiti e delle politiche Sistemi di sviluppo Tutti gli accessi ai sistemi devono essere autenticati e tutte le comunicazioni protette per garantire confidenzialità ed integrità Ogni azione deve essere riconducibile ad un solo utente I software utilizzati devono essere fidati (non è permesso l utilizzo di software esterni) Tutti i componenti software dei sistemi non possono essere alterati Gli amministratori devono verificare periodicamente, e non, che tutti i requisiti siano soddisfatti Analisi dei requisiti e delle politiche Suddivisione in classi dei meccanismi di protezione Rete Utenti Autenticazione Processi File

17 Rete Web server Anche in caso di errato funzionamento dei sistemi di protezione perimetrali il sistema deve essere in grado di discriminare l accesso alle sue risorse utilizzando localmente politiche identiche a quelle utilizzate ai livelli più esterni Riduzione al minimo dei servizi di rete offerti (Web server e SSH server) Utilizzo di un sistema di logging remoto per l archiviazione sicura Rete Sistemi di sviluppo Utilizzo di protocolli di comunicazione sicuri per garantire: autenticità delle entità coinvolte nella comunicazione confidenzialità delle informazioni trasmesse (es. password) integrità delle informazioni trasmesse Controllo degli accessi preliminare (es. utilizzo di TCP warpper) Per monitorare il corretto funzionamento dei servizi offerti dai sistemi di sviluppo, l eventuale presenza di servizi e sistemi non autorizzati è possibile utilizzare dei sistemi di analisi automatica Simili strumenti automatici possono essere utilizzati per verificare la presenza di vulnerabilità all interno dei sistemi analizzati

18 Utenti Web server Insieme minimale di utenti autorizzati all accesso (amministratori ed utenti non privilegiati) Insieme minimale di utenti locali utilizzati per la separazione dei processi in esecuzione (per minimizzare le conseguenze di una compromissione) Rimozione di tutti gli utenti di sistema non utilizzati Don t login as root use su Utenti Sistemi di sviluppo Utilizzo di un sistema centralizzato per la gestione degli account Utilizzo di un sistema centralizzato per l archiviazione dei dati degli utenti Identificazione di differenti tipologie di utenti e successiva assegnazione dei permessi in accordo con le mansioni svolte Creazione di utenti di sistema per la gestione delle principali funzioni del sistema ( , stampa,...) Don t login as root use su

19 Autenticazione Web server Utilizzo di un meccanismo di autenticazione bidirezionale (autenticazione lato client e lato server) Utilizzo di password sicure, chiavi crittografiche o di dispositivi crittografici in grado di funzionare in modo trasparente nei confronti delle applicazioni dei livelli superiori Autenticazione Sistemi di sviluppo Proactive password security Role-based access control: accesso privilegiato selettivo in modo da permettere agli utenti di eseguire, in modo privilegato, solo un ristretto insieme di operazioni (es. sudo)

20 Processi Web server Esecuzione di un insieme ristretto di processi HTTP server SSH server Login server Log client Dns client Ogni processo è in esecuzione con i privilegi minimi. Se il processo ha la necessità di privilegi elevati (es. per l utilizzo di porte <= 1024) è possibile utilizzare due approcci differenti: esecuzione iniziale con privilegi di amministratore e successivo rilascio dei privilegi non necessari (in futuro non sarà più possibile riguadagnare i privilegi persi) utilizzo di wrapper privilegiati che, alla ricezione di una nuova connessione, invocano il processo reale ed assegnandoli privilegi ridotti Se un processo dovesse aver bisogno di privilegi superiori durante l esecuzione è possibile appoggiarsi a dei suid-wrapper Processi Web server Costrizione dei processi all interno di ambienti ristretti (es. chroot e jail) per evitare che questi possano accedere a zone del sistema contenenti informazioni delicate Funzioni differenti, ma correlate, possono essere gestite da processi con privilegi differenti utilizzando i meccanismi di comunicazione inter-processo messi a disposizione dal sistema operativo

21 Processi Sistemi di sviluppo Esecuzione di un grande insieme di processi per soddisfare le necessità di tutti gli utenti Alto grado di dipendenza tra i processi in esecuzione Esecuzione dei processi riducendo al minimo i privilegi File Web server Separazione dei dati pubblici dai dati di sistema Utilizzo di meccanismi di protezione, a livello di file-system, per prevenire l alterazione dei dati di sistema (file di configurazione ed applicazioni) Utilizzo di meccanismi di protezione, a livello di file-system, per prevenire l esecuzione di applicazioni inserite dagli utenti o da un attaccante Utilizzo di meccanismi per la verifica automatica dell integrità dei file di sistema (es. tripwire) Separazione tra i dati delle differenti applicazioni cercando di ridurre al minimo le conseguenze di una compromissione Utilizzo di zone condivise per lo scambio di informazioni tra processi differenti impedendo l accesso ai processi non autorizzati Predisposizione di meccanismi di ripristino per la risoluzione di eventuali anomalie

22 File Sistemi di sviluppo Separazione tra dati pubblici e dati di sistema Utilizzo di meccanismi di protezione, a livello di file-system, per prevenire l alterazione dei dati di sistema (file di configurazione ed applicazioni) Utilizzo di meccanismi di protezione, a livello di file-system, per prevenire l esecuzione di applicazioni inserite dagli utenti o da un attaccante Utilizzo di meccanismi di protezione, a livello di file-system, in grado di impedire l accesso ad informazioni da parte di utenti non autorizzati, ma, allo stesso tempo, di garantire la possibilità di accesso multiplo ai gruppi di utenti autorizzati Utilizzo di meccanismi per la verifica automatica dell integrità dei file di sistema (es. tripwire) Predisposizione di meccanismi di ripristino per la risoluzione di eventuali anomalie Parte III User Security

23 Politiche Ogni utente deve poter accedere esclusivamente al suo account Nessun altro utente può leggere o modificare file altrui senza il permesso del proprietario Gli utenti devono poter proteggere l integrità, la confidenzialità e la disponibilità dei loro file Gli utenti devono essere a conoscenza dei comandi e delle operazioni eseguite direttamente oppure da altri, ma a loro nome (es. parte delle informazioni di logging devono essere disponibili anche agli utenti) Situazioni pericolose Evitare di creare file leggibili e modificabili da altri (umask) L utilizzo dei gruppi per autorizzare altri utenti ad accedere ai propri file può avere vantaggi e svantaggi perché i gruppi sono dinamici La cancellazione di file in presenza di alias diretti (hard-link) non sempre comporta la reale cancellazione di un file La copia o lo spostamento di file può portare ad avere nuovi file con permessi differenti dagli originali