CC BY
158
Раздел III. Методы и средства сетевой безопасности
УДК 004.056; 004.8
EX. Абрамов, И.Ю. Половко ВЫБОР ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ АТАК ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЗАКЛЮЧЕНИЯ О ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЯХ
Рассматривается проблема тестирования систем обнаружения сетевых атак. На сегодняшний день не существует стандартизированного подхода к тестированию систем обнаружения сетевых атак, позволяющего выявить все достоинства и недостатки тестируемых систем. Тесты, рекомендуемые производителями, как правило, служат , . решения этой задачи обосновывается набор характеристик для получения качественной оценки и разработан ряд тестов для получения количественных и качественных характеристик тестируемых систем обнаружения сетевых атак.
Система обнаружения атак; оценка эффективности.
E.S. Abramov, I.Y. Polovko SELECTING OF THE CHARACTERISTICS OF INTRUSION DETECTION SYSTEMS FOR ESTIMATION OF THEIR FUNCTIONAL OPPORTUNITIES
The paper considers the problem of testing systems to detect network attacks. To date, there is no standardized approach to testing systems to detect network attacks, allowing to identify all the advantages and disadvantages of the tested systems. The tests recommended by the manufacturers, tend to serve advertising purposes and cannot help evaluate the functionality of the system. To solve this problem set of specifications for quality assessment is justified and a series of tests for quantitative and qualitative characteristics of the test systems to detect network attacks developed.
Intrusion detection system; performance evaluation.
Тестирование включает в себя рассмотрение количественных и качественных .
Для проверки количественных характеристик используют:
♦ функциональное тестирование;
♦ тестирование пр оизводительности.
Для проведения функционального тестирования был разработан набор тестов для оценки деятельности СОА в типовой окружающей среде, когда атакующий находится вне сети, в которой расположена СОА, например, в Internet.
Цель функциональных тестов - определить функциональные возможности СОА (например, способности обнаруживать атаки, сообщать об инцидентах, со).
СОА при её работе с протоколами TCP/IP и при обнаружении атак. Такие тесты позволяют наиболее полно выявить недостатки тестируемой системы обнаружения .
различные характеристики представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структуризация характеристик эффективности СОА с учётом влияния базовых функции на различные критерии
При разработке тестов исследовались функции СОА, которые могут повлиять на эффективность обнаружения атак:
♦ фун кции, наиболее критичные для собственно обнаружения атак;
♦ фун кции, критичные для противостояния тем атакам, приоритетной целью которых являются непосредственно СОА.
Для определения уязвимых мест разработан набор тестов, определяющих, как ведут себя вышеуказанные критические механизмы СОА, с использованием подхода, впервые описанного в [1].
При разработке СОА в неё закладываются знания о функционировании про-TCP/IP. -
, . образом, СОА, основанная на следовании RFC, оказывается уязвимой вне зависимости от точности следования [2].
1
Группы тестов для оценки реализации критических функций СОА
Название теста Что проверяется? Ожидаемый результат
baseline Правильно ли настроена СОА? Подтверждение правильности настройки СОА
frag Поддерживает ли тестируемое СОА сборку пакетов при наличии злонамеренной фрагментации (out-of-order, дублирующие фрагменты, и т.д.)? СОА либо производит сборку пакетов, либо в некоторых случаях нет ^кюываем конкретно)
tcp Определяется способность СОА обрабатывать сложный TCP-трафик в следующих ситуациях: отсутствие ответа от целевого хоста перед тем, как начать обработку данных перехваченных пакетов, нулевое значение номера последовательности или резкое изменение его , , TCP , TCP- , по порядку (out-of-order)? СОА должно руководствоваться обнаружением аномалий, а не СТС
tcbc , TCP- : установленного соединения, перед тем, как начать обрабатывать данные из конкретного соединения, ресинхронизируется при получении SYN-пакета после завершения установки соединения? СОА не должно проверять наличие соединений и всегда должно ресинхронизироваться
tcbt , TCP- разрыва соединения: корректно ли ресинхронизируется СОА после легитимного , обработку данных соединения после прихода RST? СОА не должна прекращать обработку данных, иначе она уязвима для обхода
insert , обработка аномальных значений полей пакетов: проверяет ли контрольную сумму у принятых IP-TCP- , TCP-данные в сегментах без флага ACK? СОА не должна игнорировать такие пакеты, иначе она уязвима для обхода
evade , функции обнаружения попыток уклонения, такие , , SYN-пакетах СОА должна обрабатывать такие пакеты
Результаты функциональных тестов дают ответ об эффективности основных функций СОА - обнаружении атак и фильтрации трафика. Обнаружение атак - способность обнаруживать различные типы атак на основе анализа различных частей пакетов. Таким образом должны оцениваться следующие основные характеристики:
1. - ,
IP- .
2. Сборка пакетов - возможность СОА собирать фрагментированный трафик и обнаруживать атаки, заключённые в нескольких пакетах.
3. Анализ данных пакета - позволяет СОА обнаруживать атаки, связанные с
.
4. Наличие CVE-идентификаторов в базе данных СОА - позволяет по формальным признакам оценивать покрытие (охват) СОА или МЭ зарегистрированных уязвимостей; позволяет сравнить различные СОА, использующие разные подходы к обнаружению атак [4].
5. Способность СОА определять IP Dsync - обнаружение атак, при которых с целью маскировки задаются нестандартные значения номера последовательности и размера.
6. -способность СОА, используя метод корреляции, обнаруживать атаки, распределённые во времени (между этапами атаки проходит какое-то время) или в пространстве (атака осуществляется с нескольких хостов с различ-
IP- ).
7. Возможность оповещения - характеризует возможности программы оповещать об инцидентах, как локально, так и через электронную почту и SMS.
8. - -можности программы по сохранению информации об инцидентах для
.
9. Наличие распределённой архитектуры - очень важное свойство для СОА, применяющихся в больших сетях. Этот тест определяет архитектуру СОА и показывает способность работы консоли с несколькими сенсорами.
10. - , окончательное решение об обнаружении атаки - на сенсорах или на кон.
11. - -
тывать пакеты не вызывая их потерю. Для этого теста был использован только чистый трафик, не содержащий атак.
12. - -
ности системы при решении задачи перехвата, разбора пакета и реагирования на атаку. Для тестирования использовалась атака LAND.
13. - -
ты СОА на загруженность центрального процессора и памяти и общую производительность хоста [3].
Критерии оценки производительности следующие:
1. -, .
2. -.
3. - -
фективности системы при решении задачи перехвата, разбора пакета и реагирования на атаку.
4. - -
ты СОА на загруженность центрального процессора и памяти и общую
.
Сравнение различных СОА с использованием только их функциональных характеристик и компонентов невозможно, в силу того, что одинаковые задачи, зачастую, решаются при помощи различных компонент. Взаимосвязь характеристик и базовых функций СОА представлена в табл. 2.
Таблица 2
Взаимосвязь критериев и базовых функций СОА
Характеристики Базовые функции
Способность анализировать заголовки Проверка механизма СОА по анализу заголовка протокола IP Проверка механизма СОА по анализу заголовка протокола UDP TCP Проверка механизма СОА по анализу заголовка протокола ICMP Фильтрация на сетевом уровне Фильтрация с учетом входного и выходного сетевого интерфейса как средство проверки подлинности сетевых адресов Фильтрация с учетом любых значимых полей сетевых пакетов
Сборка пакетов Проверка механизма СОА по анализу заголовка протокола IP Проверка возможности анализа поля «Время жизни (TTL)» Проверка возможности анализа поля «Протокол» Фильтрация на сетевом уровне Фильтрация пакетов служебных протоколов, служащих для диагностики и управления работой сетевых устройств Фильтрация с учетом входного и выходного сетевого интерфейса как средство проверки подлинности сетевых адресов
Анализ данных пакета Проверка возможности анализа поля «Время жизни (TTL)» Проверка возможности анализа поля «Протокол» Проверка возможности анализа поля «Тип сообщения» Проверка возможности анализа поля «Код сообщения» Проверка возможности анализа длины поля данных Проверка возможности поиска подстроки в поле данных
Способность СОА определять1Р Бзупс Проверка возможности анализа длины поля данных Проверка возможности поиска подстроки в поле данных Фильтрация на сетевом уровне Фильтрация с учетом входного и выходного сетевого интерфейса как средство проверки подлинности сетевых адресов Фильтрация с учетом любых значимых полей сетевых пакетов
Способность СОА обнаруживать распределённые атаки Проверка возможности анализа поля, управляющих фрагментацией пакетов (поля «Щеэтификатор», «Флаги» и «Смещение») Фильтрация на сетевом уровне Фильтрация с учетом входного и выходного сетевого интерфейса как средство проверки подлинности сетевых адресов Фильтрация с учетом любых значимых полей сетевых пакетов Фильтрация на транспортном уровне запросов на установление виртуальных соединений Фильтрация на прикладном уровне запросов к прикладным сервисам Фильтрация с учетом даты/времени
Возможность оповещения Локальная сигнализация попыток нарушения правил фильтрации Дистанционная сигнализация попыток нарушения правил фильтрации
Возможность сохранения информации для анализа Возможность регистрации и учета фильтруемых пакетов. Регистрация и учет запросов на установление виртуальных соединений Регистрация и учет запрашиваемых сервисов прикладного уровня
Окончание табл. 2
Характеристики Базовые функции
Наличие распределённой архитектуры Возможность аутентификации входящих и исходящих запросов методами, устойчивыми к пассивному и/или активному прослушиванию сети Идентификация и аутентификация администратора МЭ при удалённых запросах на доступ
Архитектура системы принятия решения Возможность аутентификации входящих и исходящих запросов методами, устойчивыми к пассивному и/или активному прослушиванию сети
Пропускная способность Фильтрация па сетевом уровне. Фильтрация па транспортном уровне. Фильтрация на прикладном уровне запросов Фильтрация с учетом любых значимых полей сетевых пакетов Возможность регистрации и учета фильтруемых пакетов.
Эффективность фильтрации Фильтрация на сетевом уровне Фильтрация на транспортном уровне Фильтрация на прикладном уровне запросов Фильтрация с учетом любых значимых полей сетевых пакетов Фильтрация пакетов служебных протоколов, служащих для диагностики и управления работой сетевых устройств Фильтрация с учетом входного и выходного сетевого интерфейса как средство проверки подлинности сетевых адресов Регистрация и учет запросов на установление виртуальных соединений Возможность сокрытия субъектов (объектов) и/или прикладных функций защищаемой сети
Влияние на производительность системы Фильтрация на прикладном уровне Фильтрация с учетом любых значимых полей сетевых пакетов Идентификация и аутентификация всех субъектов прикладного уровня
Необходимо заметить, что не рассмотрен критерий «Надичие СУБ-идентификаторов в базе данных СОА». Этот критерий напрямую не относится к функциональным характеристикам СОА, но позволяет производить формальное сравнение степени покрытия актуальных для защищаемой сети угроз текущей версией базы данных СОА. Поэтому имеет смысл говорить о нём как о синтезирован, .
,
для проверки данных характеристик.
При разработке тестов необходимо было решить задачу установления взаимосвязи базовых функций и возможных методов осуществления проверок: примитивные операции - базовые функции - группы базовых функций - характеристики
- показатели функционального тестирования). Графически этот процесс представлен на рис. 2.
Каждый тест представляет собой внедрение специальных пакетов в сеть, в которой функционирует тестируемая система обнаружения атак. Результаты тестирования можно отслеживать на консоли управления системой. Тесты универ, « ». -ты используют протокол ТСР. В большинстве случаев, в тестах используется взаимодействие между внедрёнными пакетами и третьей стороной - так называемым «целевым» хостом, подвергающимся «атаке». Этот хост является целью назначения всех тестовых пакетов. Наличие такого «целевого» хоста позволяет сымитировать «реадьное» ТСР-соединение с точки зрения тестируемой СОА. Для этих целей служит эмулятор сетевых сервисов. Кроме того, целевой хост также играет роль проверки эффективности эксперимента.
Рис. 2. Иерархия взаимосвязи базовых функциональных показателей и возможных методов осуществления проверок с критериями
Его реакция на внедрённые пакеты позволяет наблюдать за поведением «реального» ТСР-соединения и сравнивать его с информацией о поведении, отображаемой на консоли управления тестируемой СОА.
, , , -рия тестов базовых функций СОА. Цель этих тестов - убедиться, что СОА настроена правильно и функционирует во время проведения тестирования, и что СОА в принципе способна обнаружить атаку.
На целевом хосте для визуализации сетевой активности используется пере. , , -руемая СОА вообще обнаружить сымитированную атаку.
Некоторые из предлагаемых проверок связаны с одновременным задействованием нескольких механизмов анализа, однако это не снижает их значимости, поскольку успешное выполнение такой проверки невозможно без корректной работы проверяемого механизма.
Анализ соответствия базовых функций и характеристик СОА (см. табл. 2) позволяет выделить несколько отдельных программных компонент, необходимых для функционального тестирования СОА, и сформулировать требования к составу программно-аппаратного комплекса тестирования:
♦ генератор сетевых пакетов, позволяющий формировать пакеты для различных типов протоколов, а также различных параметров значений полей,
, , ;
♦ имитатор атак - компонент, позволяющий на основе генератора пакетов формировать последовательности пакетов, соответствующие сценариям различных атак;
♦ перехватчик сетевых пакетов - анализатор сетевого трафика, позволяющий перехватывать максимально возможное число сетевых пакетов из дошедших до сетевого адаптера, осуществлять выборочный перехват пакетов (по настраиваемым фильтрам), осуществлять декодирование заголовков пакета канального, сетевого и транспортного уровней;
♦ эмулятор сервисов - программный компонент, позволяющий осуществлять сетевое взаимодействие по различным протоколам с возможностью посылать запросы на установление соединения и принимать/пере давать данные по настраиваемому порту.
Основные этапы функционального тестирования представлены ниже:
1. Проводится серия базовых тестов СОА с целью определения правильности настройки и функционирования СОА.
2. Узконаправленные тесты представляют собой внедрение специальных пакетов в сеть, в которой функционирует тестируемые средства. Тесты воспринимают тестируемое СОА как «чёрный ящик».
3. Тесты используют протоколы UDP, ICMP и TCP. В большинстве тестов используется TCP-взаимодействие между внедрёнными пакетами и «целевым» хостом, подвергающимся «атаке» и играющим роль проверки эф.
4. В тестах имитируется «реадьное» TCP-соединение с точки зрения тести-
. .
5. Реакция эмулятора на внедрённые пакеты позволяет наблюдать за поведением «реадьного» TCP-соединения и сравнивать его с информацией о по, .
6. На целевом хосте для визуализации сетевой активности используется пе-
. , , ли тестируемая СОА вообще обнаружить сымитированную атаку.
7. Анализируя поведение эмулятора и оценивая реакцию СОА на внедрён-
,
СОА и установить значения критериев.
Разработанная методика была использованы для тестирования как коммерческой системы обнаружения атак RealSecure for Windows, так и бесплатных - Snort и Вго.
3
Результаты тестирования
Характеристика Snort RealSecure Bro
Функциональное тести рование (оценка от 0 до 10)
Способность анализировать заголовки 10 9 6
Сборка пакетов 8 5 4
Анализ данных пакета 9 9 9
Способность СОА определять 1Р Dsync 7 2 0
Способность СОА обнаруживать распределённые атаки 7 8 0
Возможность оповещения 7 8 7
Возможность сохранения информации для анализа 10 10 8
Тестирование производительности
Пропускная способность ~80 Мбит/с ~80 Мбит/с 65 Мбит/с
Эффективность фильтрации (80 Мбит/с), пакетов потеряно 2 % 2 % 15 %
Влияние на производительность системы 14,7 % 42 % 16 %
Результаты показали уязвимость Иеа^есиге при наличии злонамеренной фрагментации, что можно отнести к использованию механизма обработки фрагментированного трафика, схожего с тем, что использует Windows, и относительной «старостью» данной СОА. Кроме того, Иеа^есиге и Вго показали слабую эффективность при сборке ТСР-сегментов, пришедших не по порядку в условиях множественных перекрывающихся и дублированных сегментов. Это обусловлено слишком точным следованием №С, что снижает эффективность обнаружения аномалий. Все исследованные системы оказались уязвимы при обработке ресин.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Insertion, Evasion, and Denial of Service: Eluding Network Intrusion Detection. Thomas H.
Ptacek, Timothy N. Newsham [Электронный ресурс] / Режим доступа:
http://insecure.org/stf/secnet_ids/secnet_ids.html, свободный. - Загл. с экрана.
2. Network Based Intrusion Detection. A review of technologies. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S01674048998 0131X, свободный.
- . .
3. Benchmarking network IDS. [Электронный ресурс] / Режим доступа:
http://archives.neohapsis.com/ archives/sf/ids/2000-q4/0244.html, свободный. - Загл. с экрана.
4. Common Vulnerabilities and Exposures [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://Cve.mitre.org, свободный. - Загл. с экрана.
Статью рекомендовал к опубликованию к.т.н., доцент О.Б. Спиридонов.
Абрамов Евгений Сергеевич
Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.
Тел.: 88634371905.
Кафедра безопасности информационных технологий; к.т.н.; доцент.
Половко Иван Юрьевич
E-mail: [email protected].
Кафедра безопасности информационных технологий; аспирант.
Abramov Evgeny Sergeevich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: +78634371905.
The Department of Security in Data Processing Technologies; Cand. of Eng. Sc.; Associate Professor.
Polovko Ivan Yur’evich
E-mail: [email protected].
The Department of Security in Data Processing Technologies; Postgraduate Student.
УДК 519.254, 004.056
В. А. Нестеренко, А .А. Таран
РЕДУКЦИЯ РАЗМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВА СОСТОЯНИЙ В ЗАДАЧАХ АНАЛИЗА СЕТЕВОГО ТРАФИКА
Статья посвящена рассмотрению возможности уменьшения числа характеристик используемых при анализе состояния системы. Задача снижения числа характеристик очень важна при разработке и создании систем обнаружения вторжений: С увеличением числа характеристик улучшается качество систем обнаружения вторжений, с одной стороны, и уменьшается призводительность и быстродействие, с другой стороны. Рассмотрены два метода: метод главных компонент (principal component analysis - PCA) и линейный дискриминантный анализ Фишера (Fisher's linear discriminant analysis - LDA). Проводится оценка эффективности этих методов и примеры их практического использования при анализе сетевого трафика.
Метод главных компонент; линейный дискриминантный анализ; алгоритм Фишера; снижение размерности данных; обнаружение вторжений; анализ сетевого трафика.
