Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

АЛГОРИТМ РАЗРЕШЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЙ В ПРАВИЛАХ ФИЛЬТРАЦИИ

Семакин А.И. 1 Мордвин Д.В. 1
1 Южный федеральный университет

Обеспечение безопасности компьютерных сетей является важной задачей при построении систем защиты информации. Межсетевые экраны (МЭ) играют большую роль для сетевой безопасности. Межсетевое экранирование – широко распространенный механизм для усиления защищенности сетей организаций. Однако конфигурирование МЭ является сложной задачей, подверженной возникновению ошибок, даже для опытных администраторов. В результате, ошибки конфигурирования МЭ, в частности, противоречия в правилах фильтрации трафика в сети являются достаточно распространенными и серьезными.

Обычно правила фильтрации состоят из полей адреса источника, адреса назначения, порта источника, порта назначения, протокола и действия фильтрации (разрешить или запретить).

Основными видами аномалий для конфигураций МЭ являются несогласованность и неэффективность правил фильтрации трафика.

Конфигурации МЭ отображает намерения администратора, которые должны быть согласованы между собой. Поэтому несогласованность правил в конфигурации часто является хорошим индикатором ошибок конфигурации.

Таблица 1

Пример конфигурационного файла 1

1.

deny tcp 10.1.1.0/25 any

2.

accept udp any 192.168.1.0/24

3.

deny tcp 10.1.1.128/25 any

4.

deny udp 172.16.1.0/24 192.168.1.0/24

5.

accept tcp 10.1.1.0/24 any

6.

deny udp 10.1.1.0/24 192.168.0.0/16

7.

accept udp 172.16.1.0/24 any

На сегодняшний день определены следующие типы несогласованности между правилами:

а) Затенение определяется в случаях, когда трафик, который одно правило намеревается запретить (разрешить) разрешен (запрещен) предшествующим правилом. Это часто свидетельствует о неправильной конфигурации и является серьезной ошибкой. Правило может быть затенено предшествующим правилом, которому удовлетворяет множество пакетов. В таблице 1 запрещающее правило 4 затенено разрешающим правилом 2, потому что каждый UDP с адресом источника из подсети 172.16.1.0/24 и адресом назначения в подсети 192.168.1.0/24 (правило 4) разрешается правилом 2, которому удовлетворяют все пакеты, направленные в подсеть 192.168.1.0/24.

Пусть правило A предшествует правилу B в списке правил. Тогда правило B будет затенено правилом A, если выполняется условие 1.

(A ∩ B = B) ∧ (action(B) ≠ action(A)) (1)

б) Обобщение определяется в случаях, где подмножество пакетов, удовлетворяющих текущему правилу, было исключено предшествующим правилом. Такая ошибка конфигурирования противоположна ранее описанному затенению и случается, когда предшествующее правило соответствует части текущего правила, но задает другую реакцию. В табл. 1 правило 7 является обобщением правила 4, потому что UDP пакеты из подсети 172.16.1.0/24 в направлении 192.168.1.0/24 является подмножеством UDP пакетов с источником 172.16.1.0/24 (правило 7), но принимаемые решение для этого подмножества в правилах 4 и 7 различны.

Пусть правило A предшествует правилу B в списке правил. Тогда правило B будет обобщать правило A, если выполняется условие 2.

(A ∩ B = A) ∧ (action(B) ≠ action(A)) (2)

в) Пересечение определяется в случаях, когда текущее правило пересекается с предыдущими правилами, но определяет иную реакцию. Решение в таких случаях будет зависеть от порядка пересекающихся правил. Правила 2 и 6 в табл. 1 пересекаются друг с другом. Их пересечение можно определить как «udp 10.1.1.0/24 192.168.1.0/24». Предшествующее по порядку правило определяет судьбу пакетов, удовлетворяющих этому пересечению. Для правил A и B в списке правил будет определено пересечение, если выполняется условие 3.

(A∩ B= )∧ (A≠D∧B≠ D)∧(action(B) ≠ action(A)) (3)

МЭ должны проверять огромное количество пакетов. Поэтому сложно обойти стороной эффективность МЭ. Для увеличения эффективности МЭ очень важно правильное конфигурирование правил МЭ. Эффективно настроенный МЭ должен использовать минимальное количество правил и памяти и помнить и использовать собственные вычисления различных фильтрационных запросов.

Хотя неэффективность прямо не указывает на уязвимость, более быстрый и эффективный МЭ будет способствовать более активному использованию МЭ в сети и тем самым повысит её безопасность.

Неэффективность бывает двух типов:

а) Избыточность можно определить в случаях, когда при удалении правила реакция МЭ не изменится ни для одного пакета. Уменьшение избыточности может уменьшить общее количество правил и следовательно потребление памяти. Правило может быть определено как избыточное, если какое-либо предшествующее правило удовлетворило рассматриваемому запросу и определило ту же самую реакцию. Для примера в табл. 2 правило 3 избыточно, так как правило 2 уже определило ту же реакцию для всех пакетов, удовлетворяющих правилу 3.

Таблица 2

Пример конфигурационного файла 2

1.

accept tcp 192.168.1.1/32 172.16.1.1/32

2.

accept tcp 10.0.0.0/8 any

3.

accept tcp 10.2.1.0/24 any

4.

deny tcp any any

5.

deny udp 10.1.1.0/26 any

6.

deny udp 10.1.1.64/26 any

7.

deny udp 10.1.1.128/26 any

8.

deny udp 10.1.1.192/26 any

9.

deny udp any

Для правил A и B в списке правил правило A будет избыточно, если выполняется условие 4.

(A ∩ B = A) ∧ (action(B) = action(A)) (4)

б) Многословность определяется в случаях, когда некоторое множество правил может быть преобразовано в меньшее множество правил. Например, правила 5, 6, 7 и 8 в таблице 2 могут быть просуммированы в одно правило «deny udp 10.1.1.0/24 any». Многословность часто случается на практике, когда администраторы дорабатывают правила фильтрации через некоторый период времени.

Решение проблемы

Учитывая проблемы, приведенные выше, нами поставлена задача разработать автоматизированную систему поиска и устранения противоречий в правилах фильтрации сетевого трафика. Система предназначена для системных администраторов и служит для повышения безопасности и производительности сети.

Исходными данными для системы являются конфигурационные файлы МЭ.

В результате работы системы формируется отчет с указанием найденных противоречий в правилах и рекомендациями по их устранению. Для определения типа ошибки между двумя правилами мы предлагаем следующий алгоритм.

Алгоритм определения типа ошибки между правилами

Входные данные: два правила фильтрации.

Выходные данные: тип ошибки между правилами фильтрации.

Основные шаги:

а) Для правила отдельно по всем параметрам определяются ситуации между ними.

б) Если по всем параметрам есть затенение, протоколы совпадают, а действия у правил различные – найдено затенение между правилами.

в) Если по всем параметрам есть затенение, протоколы совпадают, а действия у правил одинаковые – найдена избыточность. Для алгоритма важно, что это затеняющая избыточность.

д) Если по всем параметрам есть обобщение, протоколы совпадают, а действия у правил различные – найдено обобщение.

е) Если по всем параметрам есть обобщение, протоколы совпадают, а действия у правил одинаковые – найдена избыточность. Для алгоритма важно, что это обобщающая избыточность.

ж) Если по всем параметрам есть какая-либо ошибка, протоколы совпадают – найдено пересечение.

и) Ошибки между правилами нет.

Далее рассмотрим предложенный нами алгоритм поиска ошибок конфигурирования МЭ.

Основная идея алгоритма основана на построении дерева правил МЭ по заданному списку правил МЭ. Данное дерево имеет следующие особенности:

– в корне дерева содержится правило, означающее политику разграничения доступа по умолчанию для заданного МЭ;

– каждый узел дерева может иметь произвольное количество сыновей;

– сыном в дереве может быть только такое правило, которое обобщается (затенено) правилом в родительском узле дерева;

– пересекающиеся и не пересекающиеся правила становятся узлами-братьями, если они оба затенены одним и тем же правилом.

Алгоритм определения ошибок конфигурирования

Входные данные: список правил фильтрации.

Выходные данные: список ошибок между заданными правилами, дерево правил.

Основные шаги:

а) В корень дерева помещается политика разграничения доступа по умолчанию для заданного МЭ.

б) Для каждого правила в списке правил МЭ последовательно выполняются следующие действия.

в) Добавляемое в дерево правило последовательно сравнивается с каждым сыном корневого правила на наличие ошибки между ними.

д) Если добавляемое правило обобщает какие-то из правил, с которыми проводилось сравнение. Тогда новое правило добавляется в дерево сыном текущего родителя. А все правила, которые были обобщены добавляемым правилом, становятся его сыновьями в дереве. При этом необходимо сообщить о найденных обобщениях между правилами.

е) Если добавляемое правило затенено каким-либо из правил, с которыми проводилось сравнение. Тогда родителем для добавляемого правила должно стать последнее затеняющее правило в поддереве первого найденного затеняющего. Для того чтобы найти это последнее затеняющее правило, которое должно стать родителем для добавляемого правила необходимо рекурсивно повторять процедуру добавления данного правила, но родителем для него считать текущее найденного затеняющее его правило. Также необходимо сообщить о всех найденных затенениях.

ж) Если добавляемое правило пересекается с каким-либо из правил, оно добавляется сыном текущего родительского узла. Необходимо проверить пересечения с остальными сыновьями текущего родительского правила и сообщить о всех найденных пересечениях. Если ошибок нет, добавляемое правило становится сыном текущего родительского узла.

и) Ошибки избыточности определяются, когда построение дерева закончено. Для этого необходимо обойти дерево и определить случаи, где действие родительского правила совпадает с действием дочернего правила.

Устранение противоречий

После того, как все противоречия найдены, система выдаёт рекомендации по их исправлению.

а) Если найдено затенение между двумя правилами, то система предлагает:

– переместить затеняемое правило выше затеняющего;

– переписать затеняемое правило;

– переписать затеняющее правило;

– удалить затеняемое правило;

– удалить затеняющее правило.

б) Если найдено обобщение между двумя правилами, то система предлагает:

– ничего не делать, так как обобщение могло быть допущено администратором специально;

– переписать обобщаемое правило;

– переписать обобщающее правило;

– удалить обобщаемое правило;

– удалить обобщающее правило.

в) Если найдено пересечение между двумя правилами, то система предлагает:

– разбить пересекающиеся правила на несколько и задать правильную реакцию для каждого;

– удалить пересекающиеся правила.

г) Если найдена избыточность между двумя правилами, то система предлагает:

– удалить избыточное правило;

– исправить избыточное правило.

Также, для каждого предлагаемого метода устранения противоречий отображается результат, который получится в случае выбора данного метода, и его пояснение.

Таким образом, в результате анализа конфигураций МЭ с помощью нашей системы, системный администратор, руководствуясь рекомендациями по устранению противоречий, может значительно повысить безопасность и производительность сети.

Следует отметить, что предложенные нами подходы и алгоритмы применимы как для одного МЭ, так и для множества МЭ в сети. Прототип системы находится в разработке. Его реализация и экспериментальное исследование будут описаны отдельно


Библиографическая ссылка

Семакин А.И., Мордвин Д.В. АЛГОРИТМ РАЗРЕШЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЙ В ПРАВИЛАХ ФИЛЬТРАЦИИ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-1.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=12066 (дата обращения: 15.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074