Seguridad en Unix y redes - Arquitecturas de cortafuegos

Cortafuegos de filtrado de paquetes

Un firewall sencillo puede consistir en un dispositivo capaz de filtrar paquetes, un choke: se trata del modelo de cortafuegos más antiguo ([Sch97]), basado simplemente en aprovechar la capacidad de algunos routers - denominados screening routers - para hacer un enrutado selectivo, es decir, para bloquear o permitir el tránsito de paquetes mediante listas de control de acceso en función de ciertas características de las tramas, de forma que el router actue como pasarela de toda la red. Generalmente estas características para determinar el filtrado son las direcciones origen y destino, el protocolo, los puertos origen y destino (en el caso de TCP y UDP), el tipo de mensaje (en el caso de ICMP) y los interfaces de entrada y salida de la trama en el router.

En un cortafuegos de filtrado de paquetes los accesos desde la red interna al exterior que no están bloqueados son directos (no hay necesidad de utilizar proxies, como sucede en los cortafuegos basados en una máquina con dos tarjetas de red), por lo que esta arquitectura es la más simple de implementar (en muchos casos sobre hardware ya ubicado en la red) y la más utilizada en organizaciones que no precisan grandes niveles de seguridad - como las que vemos aquí -. No obstante, elegir un cortafuegos tan sencillo puede no ser recomendable en ciertas situaciones, o para organizaciones que requieren una mayor seguridad para su subred, ya que los simples chokes presentan más desventajas que beneficios para la red protegida. El principal problema es que no disponen de un sistema de monitorización sofisticado, por lo que muchas veces el administrador no puede determinar si el router está siendo atacado o si su seguridad ha sido comprometida. Además las reglas de filtrado pueden llegar a ser complejas de establecer, y por tanto es difícil comprobar su corrección: habitualmente sólo se comprueba a través de pruebas directas, con los problemas de seguridad que esto puede implicar.

Si a pesar de esto decidimos utilizar un router como filtro de paquetes, como en cualquier firewall es recomendable bloquear todos los servicios que no se utilicen desde el exterior (especialmente NIS, NFS, X-Window y TFTP), así como el acceso desde máquinas no confiables hacia nuestra subred; además, es también importante para nuestra seguridad bloquear los paquetes con encaminamiento en origen activado.

Dual-Homed Host

El segundo modelo de cortafuegos está formado por simples máquinas Unix equipadas con dos o más tarjetas de red y denominadas ([SH95]) anfitriones de dos bases (dual-homed hosts) o multibase (multi-homed hosts), y en las que una de las tarjetas se suele conectar a la red interna a proteger y la otra a la red externa a la organización. En esta configuración el choke y el bastión coinciden en el mismo equipo: la máquina Unix.

El sistema ha de ejecutar al menos un servidor proxy para cada uno de los servicios que deseemos pasar a través del cortafuegos, y también es necesario que el IP Forwarding esté deshabilitado en el equipo: aunque una máquina con dos tarjetas puede actuar como un router, para aislar el tráfico entre la red interna y la externa es necesario que el choke no enrute paquetes entre ellas. Así, los sistemas externos `verán' al host a través de una de las tarjetas y los internos a través de la otra, pero entre las dos partes no puede existir ningún tipo de tráfico que no pase por el cortafuegos: todo el intercambio de datos entre las redes se ha de realizar bien a través de servidores proxy situados en el host bastión o bien permitiendo a los usuarios conectar directamente al mismo. La segunda de estas aproximaciones es sin duda poco recomendable, ya que un usuario que consiga aumentar su nivel de privilegios en el sistema puede romper toda la protección del cortafuegos, por ejemplo reactivando el IP Forwarding); además - esto ya no relativo a la seguridad sino a la funcionalidad del sistema - suele ser incómodo para los usuarios tener que acceder a una máquina que haga de puente entre ellos e Internet. De esta forma, la ubicación de proxies es lo más recomendable, pero puede ser problemático el configurar cierto tipo de servicios o protocolos que no se diseñaron teniendo en cuenta la existencia de un proxy entre los dos extremos de una conexión.

Screened Host

Un paso más en términos de seguridad de los cortafuegos es la arquitectura screened host o choke-gate, que combina un router con un host bastión, y donde el principal nivel de seguridad proviene del filtrado de paquetes (es decir, el router es la primera y más importante línea de defensa). En la máquina bastión, único sistema accesible desde el exterior, se ejecutan los proxies de las aplicaciones, mientras que el choke se encarga de filtrar los paquetes que se puedan considerar peligrosos para la seguridad de la red interna, permitiendo únicamente la comunicación con un reducido número de servicios.

Pero, >dónde situar el sistema bastión, en la red interna o en el exterior del router? La mayoría de autores ([Ran93], [Sem96]...) recomiendan situar el router entre la red exterior y el host bastión, pero otros ([WC94]) defienden justo lo contrario: situar el bastión en la red exterior no provoca aparentemente una degradación de la seguridad, y además ayuda al administrador a comprender la necesidad de un elevado nivel de fiabilidad en esta máquina, ya que está sujeta a ataques externos y no tiene por qué ser un host fiable; de cualquier forma, la `no degradación' de la seguridad mediante esta aproximación es más que discutible, ya que habitualmente es más fácil de proteger un router que una máquina con un operativo de propósito general, como Unix, que además por definición ha de ofrecer ciertos servicios: no tenemos más que fijarnos en el número de problemas de seguridad que afectan a por ejemplo a IOS (el sistema operativo de los routers Cisco), muy reducido frente a los que afectan a diferentes flavours de Unix. En todo caso, aparte de por estos matices, asumiremos la primera opción por considerarla mayoritaria entre los expertos en seguridad informática; así, cuando una máquina de la red interna desea comunicarse con el exterior existen dos posibilidades:

• El choke permite la salida de algunos servicios a todas o a parte de las máquinas internas a través de un simple filtrado de paquetes.
• El choke prohibe todo el tráfico entre máquinas de la red interna y el exterior, permitiendo sólo la salida de ciertos servicios que provienen de la máquina bastión y que han sido autorizados por la política de seguridad de la organización. Así, estamos obligando a los usuarios a que las conexiones con el exterior se realicen a través de los servidores proxy situados en el bastión.

La primera aproximación entraña un mayor nivel de complejidad a la hora de configurar las listas de control de acceso del router, mientras que si elegimos la segunda la dificultad está en configurar los servidores proxy (recordemos que no todas las aplicaciones soportan bien estos mecanismos) en el host bastión. Desde el punto de vista de la seguridad es más recomendable la segunda opción, ya que la probabilidad de dejar escapar tráfico no deseado es menor. Por supuesto, en función de la política de seguridad que definamos en nuestro entorno, se pueden combinar ambas aproximaciones, por ejemplo permitiendo el tráfico entre las máquinas internas y el exterior de ciertos protocolos difíciles de encaminar a través de un proxy o sencillamente que no entrañen mucho riesgo para nuestra seguridad (típicamente, NTP, DNS...), y obligando para el resto de servicios a utilizar el host bastión.

La arquitectura screened host puede parecer a primera vista más peligrosa que la basada en una simple máquina con varias interfaces de red; en primer lugar, tenemos no uno sino dos sistemas accesibles desde el exterior, por lo que ambos han de ser configurados con las máximas medidas de seguridad. Además, la mayor complejidad de diseño hace más fácil la presencia de errores que puedan desembocar en una violación de la política implantada, mientras que con un host con dos tarjetas nos aseguramos de que únicamente aquellos servicios con un proxy configurado podrán generar tráfico entre la red externa y la interna (a no ser que por error activemos el IP Forwarding). Sin embargo, aunque estos problemas son reales, se solventan tomando las precauciones necesarias a la hora de diseñar e implantar el cortafuegos y definiendo una política de seguridad correcta. De cualquier forma, en la práctica esta arquitectura de cortafuegos está cada vez más en desuso debido a que presenta dos puntos únicos de fallo, el choke y el bastión: si un atacante consigue controlar cualquiera de ellos, tiene acceso a toda la red protegida; por tanto, es más popular, y recomendable, una arquitectura screened subnet, de la que vamos a hablar a continuación.

Screened Subnet (DMZ)

La arquitectura Screened Subnet, también conocida como red perimétrica o De-Militarized Zone (DMZ) es con diferencia la más utilizada e implantada hoy en día, ya que añade un nivel de seguridad en las arquitecturas de cortafuegos situando una subred (DMZ) entre las redes externa e interna, de forma que se consiguen reducir los efectos de un ataque exitoso al host bastión: como hemos venido comentando, en los modelos anteriores toda la seguridad se centraba en el bastión^16.1, de forma que si la seguridad del mismo se veía comprometida, la amenaza se extendía automáticamente al resto de la red. Como la máquina bastión es un objetivo interesante para muchos piratas, la arquitectura DMZ intenta aislarla en una red perimétrica de forma que un intruso que accede a esta máquina no consiga un acceso total a la subred protegida.

Screened subnet es la arquitectura más segura, pero también la más compleja; se utilizan dos routers, denominados exterior e interior, conectados ambos a la red perimétrica como se muestra en la figura 15.2. En esta red perimétrica, que constituye el sistema cortafuegos, se incluye el host bastión y también se podrían incluir sistemas que requieran un acceso controlado, como baterías de módems o el servidor de correo, que serán los únicos elementos visibles desde fuera de nuestra red. El router exterior tiene como misión bloquear el tráfico no deseado en ambos sentidos (hacia la red perimétrica y hacia la red externa), mientras que el interior hace lo mismo pero con el tráfico entre la red interna y la perimétrica: así, un atacante habría de romper la seguridad de ambos routers para acceder a la red protegida; incluso es posible implementar una zona desmilitarizada con un único router que posea tres o más interfaces de red, pero en este caso si se compromete este único elemento se rompe toda nuestra seguridad, frente al caso general en que hay que comprometer ambos, tanto el externo como el interno. También podemos, si necesitamos mayores niveles niveles de seguridad, definir varias redes perimétricas en serie, situando los servicios que requieran de menor fiabilidad en las redes más externas: así, el atacante habrá de saltar por todas y cada una de ellas para acceder a nuestros equipos; evidentemente, si en cada red perimétrica se siguen las mismas reglas de filtrado, niveles adicionales no proporcionan mayor seguridad. En el capítulo 4 de [CZ95] podemos consultar con más detalle las funciones de cada elemento del sistema cortafuegos, así como aspectos de su implementación y configuración.

Figura 15.2: Arquitectura DMZ.

Esta arquitectura de cortafuegos elimina los puntos únicos de fallo presentes en las anteriores: antes de llegar al bastión (por definición, el sistema más vulnerable) un atacante ha de saltarse las medidas de seguridad impuestas por el enrutador externo. Si lo consigue, como hemos aislado la máquina bastión en una subred estamos reduciendo el impacto de un atacante que logre controlarlo, ya que antes de llegar a la red interna ha de comprometer también al segundo router; en este caso extremo (si un pirata logra comprometer el segundo router), la arquitectura DMZ no es mejor que un screened host. Por supuesto, en cualquiera de los tres casos (compromiso del router externo, del host bastión, o del router interno) las actividades de un pirata pueden violar nuestra seguridad, pero de forma parcial: por ejemplo, simplemente accediendo al primer enrutador puede aislar toda nuestra organización del exterior, creando una negación de servicio importante, pero esto suele ser menos grave que si lograra acceso a la red protegida.

Aunque, como hemos dicho antes, la arquitectura DMZ es la que mayores niveles de seguridad puede proporcionar, no se trata de la panacea de los cortafuegos. Evidentemente existen problemas relacionados con este modelo: por ejemplo, se puede utilizar el firewall para que los servicios fiables pasen directamente sin acceder al bastión, lo que puede dar lugar a un incumplimiento de la política de la organización. Un segundo problema, quizás más grave, es que la mayor parte de la seguridad reside en los routers utilizados; como hemos dicho antes las reglas de filtrado sobre estos elementos pueden ser complicadas de configurar y comprobar, lo que puede dar lugar a errores que abran importantes brechas de seguridad en nuestro sistema.

Otras arquitecturas

Algo que puede incrementar en gran medida nuestra seguridad y al mismo tiempo facilitar la administración de los cortafuegos es utilizar un bastión diferente para cada protocolo o servicio en lugar de uno sólo; sin embargo, esta arquitectura presenta el grave inconveniente de la cantidad de máquinas necesarias para implementar el firewall, lo que impide que muchas organizaciones la puedan adoptar. Una variante más barata consistiría en utilizar un único bastión pero servidores proxy diferentes para cada servicio ofertado.

Cada día es más habitual en todo tipo de organizaciones dividir su red en diferentes subredes; esto es especialmente aplicable en entornos de I+D o empresas medianas, donde con frecuencia se han de conectar campus o sucursales separadas geográficamente, edificios o laboratorios diferentes, etc. En esta situación es recomendable incrementar los niveles de seguridad de las zonas más comprometidas (por ejemplo, un servidor donde se almacenen expedientes o datos administrativos del personal) insertando cortafuegos internos entre estas zonas y el resto de la red. Aparte de incrementar la seguridad, firewalls internos son especialmente recomendables en zonas de la red desde la que no se permite a priori la conexión con Internet, como laboratorios de prácticas: un simple PC con Linux o FreeBSD que deniegue cualquier conexión con el exterior del campus va a ser suficiente para evitar que los usuarios se dediquen a conectar a páginas web o chats desde equipos no destinados a estos usos. Concretamente en el caso de redes de universidades sería muy interesante filtrar las conexiones a IRC o a MUDs, ya sea a nivel de aulas o laboratorios o a nivel de todo el campus, denegando en el router de salida de la red hacia INet cualquier tráfico a los puertos 6667, 8888 y similares; aunque realmente esto no evitaría que todos los usuarios siguieran jugando desde los equipos de la universidad - por ejemplo a través de un servidor que disponga de conexión en otros puertos -, sí conseguiría que la mayor parte de ellos dejara de hacerlo.