Безопасное программирование в .NET

Михаил Разумов, по материалам SecurityFocus

В основе .NET лежит цель объединения бизнеса, пользователей, приложений и данных. Однако, несмотря на все меры, принятые для защиты и секретности данных, многие люди и компании не спешат подключать свои бизнес-системы и предоставлять свои данные в доступ хакерам по всему миру. Microsoft понимает это беспокойство, связанное с ранними ее продуктами и технологиями, и сделала безопасность одним из высших приоритетов. Главный принцип при создании приложений – это использование системы безопасности структуры .NET. В этой статье мы представим обзор системы безопасности в структуре .NET и как создавать безопасные программы для .NET. И что более важно, мы обсудим, какие стандартные ошибки следует избегать.

Обзор безопасности структуры .NET

Обычно программы исполняются на локальном диске, где их установил администратор. Однако, появление распределенных вычислений и структуры .NET в сущности устранило эти границы. Границами сейчас являются почти бесконечные пределы Интернет. Переход к этой новой среде динамической загрузки и удаленного выполнения потребовал пересмотра традиционной модели безопасности «доверенного» кода.

Модели безопасности операционных систем в настоящее время связаны с пользователями и группами. Это означает, что пользователи и любой код, запущенный ими, либо имеют, либо не имеют разрешение на операции с определенными ресурсами. Структура .NET обеспечивает задаваемую разработчиками (developer-defined) модель безопасности, называемую ролевой (role-based) безопасностью. В добавление к этому, .NET предоставляет безопасность доступа кода (code-specific, code-access, evidence-based). Это средство является основой обеспечения безопасного исполнения мобильного кода. При использовании безопасности доступа кода, пользователь может иметь разрешение на доступ к ресурсу, но если код, исполняемый пользователем, не разрешен, запрос на доступ пользователя к ресурсу будет отвергнут.

Функционирование системы безопасности .NET основано на подсистеме CLR (common language runtime – общеязыковая среда выполнения). Эти функциональные возможности находятся поверх тех, которые предоставлены операционной системой, и дополняют их. Однако, безопасность CLR более детальна и настраиваема по сравнению с самой операционной системой, что позволяет делегировать контроль безопасности управляемого кода в CLR.

Следующий раздел содержит обзор фундаментальных узлов модели безопасности структуры .NET: ролевая безопасность, безопасность доступа кода и обзор стека (stack walking).

Ролевая безопасность

В бизнес среде роли определяют политику авторизации. Например, клерк в банке может быть авторизован для совершения транзакции только с определенным денежно-кредитным лимитом. С другой стороны, менеджер, может иметь более высоки лимит, а вице-президент еще более высокий. Ролевая безопасность структуры .NET основана на аналогичной концепции.

Эта модель основана на распознании, от чьего имени исполняется код, руководителя или пользователя. Тождество руководителя может быть основано либо на системном эккаунте Windows, либо определяться в зависимости от приложения. Кроме тождества, руководитель имеет одну или несколько принадлежностей к ролям. Эти принадлежности к ролям (например, роли клерка или менеджера) определяют авторизацию руководителя на совершение определенных транзакций или доступ к некоторым защищенным ресурсам.

Безопасность доступа кода

Ролевая безопасность, основанная на тождестве пользователей, определяет работу всего кода, исполняющегося от имени определенного пользователя, с одинаковыми правами и привилегиями. Эта модель безопасности не имела никаких проблем в мире разъединенных настольных компьютеров. Однако в текущем контексте сетевых компьютеров, уравнивание прав всего кода, исполняющегося от имени одного и того же пользователя, не обязательно будет самой безопасной стратегией. Важно также происхождение динамически загруженного или запущенного на исполнение кода, и это необходимо учесть в модели безопасности. Это приводит нас к концепции безопасности доступа кода, которая аутентифицирует сам код (а не пользователя, его запустившего) в зависимости от его происхождения. Информация о происхождении кода обычно называется удостоверением (evidence). Например, удостоверение, используемое для авторизации в структуре .NET состоит из следующих компонент:

• Zone: Концепция аналогична зонам, используемым в Internet Explorer.
• URL: Определенный URL или месторасположение файла, идентифицирующий определенный ресурс.
• Hash: Значение hash группы (assembly), созданное с использованием hash алгоритмов, например SHA1
• Strong Name: Представляет собой криптографически устойчивый способ идентификации группы или нескольких групп.
• Site: Сайт, на котором находится код. URL более специфичен, чем сайт; например, www.microsoft.com - это сайт.
• Application Directory: Директория, из которой загружен код.
• Publisher certificate: Аутентификационная цифровая подпись группы.

Соответствие между удостоверением группы и разрешениями, выданными группе, определяется реальной политикой безопасности, реализованной в классе System.Security.SecurityManager. Таким образом, безопасность доступа кода можно представить, как функцию двух входных переменных (удостоверение и администрируемая политика безопасности) и наборе разрешений для группы на выходе.

Обзор стека

В какой момент проверяются разрешения, заданные модулем безопасности доступа кода? Эти разрешения проверяются во время процесса, известного как обзор стека (stack walk). Действует он следующим образом. При вызове нового метода, в стек помещается новая активационная запись, содержащая адрес возврата, параметры, переданные методу, и локальные переменные. Эта запись выталкивается из стека при возврате из метода. В результате, стек растет и уменьшается в процессе исполнения программы. До того, как дать доступ к методу, защищенный ресурс может потребовать обзор стека, который, как следует из его названия, вызывает просмотр всех записей в цепочке вызова и определение того, имеют ли они соответствующие права доступа к запрошенному ресурсу. Эта процедура гарантирует более высокий уровень безопасности, по сравнению с проверкой набора разрешений непосредственно вызывающей программы.

Правила безопасного программирования

Чтобы воспользоваться этими методами безопасности, приложения просто должны использовать инфраструктуру, осуществленную в .NET. Однако, существует несколько проблем безопасности, о которых программисту не следует забывать. Некоторые из них перечислены ниже:

Запрашивайте минимальные требуемые разрешения для исполнения

Программист приложений .NET может явно задать минимальный уровень требуемых разрешений для исполнения кода. В этом случае, если код столкнется с политиками безопасности, которые не предоставляют ему разрешения на выполнение, он не запустится. Эта возможность предотвращает от передачи пользователю сообщений об исключениях в процессе выполнения программы и может быть достигнуто соответствующим использованием метода SecurityAction.RequestMinimum. Программист должен также определить для системы, чтобы никакие дополнительные разрешения (более тех, которые требуются для легитимного исполнения кода) не были даны коду. Это предохраняет от увеличения брешей безопасности во всем коде. Это аналогично использованию UNIX эккаунта с самыми низкими привилегиями для выполнения конкретной задачи. Это может быть достигнуто установкой в наборе разрешений Unrestricted=false.

Защита чувствительной информации

Приложения, которые работают с чувствительными данными, должны предотвратить передачу этих данных злонамеренному коду. Хотя безопасность доступа кода может предотвратить доступ злонамеренного кода к ресурсам, такой код все же может прочитать значения полей или свойства, которые могут содержать чувствительную информацию. Для того, чтобы данные в памяти были защищенными, они должны храниться как частные или внутренние переменные, ограничивая таким образом область их действия одной группой (assembly). Программист, однако, должен помнить, что данные все еще могут быть доступны коду с высоким уровнем доверия при отображении (reflection), сериализации (serialization) и отладке (debugging).

Данные также могут быть обозначены как «защищенные» (protected), ограничив тем самым доступ к определенному классу и его производным. Однако, программисты должны предпринять некоторые шаги, чтобы убедиться, что все производные классы используют одинаковую защиту. Такое управляемое наследование может быть достигнуто с использованием возможности InheritanceDemand.

Осторожно используйте проверки безопасности LinkDemand

Функция LinkDemand позволяет программисту изменять обычную процедуру обзора стека так, чтобы проверять только непосредственно вызывающую код программу, вместо проверки всей цепочки в стеке. Это увеличивает производительность кода, но позволяет злонамеренному коду вызывать запрещенный код, используя авторизованный код. Поэтому эта возможность должна использоваться крайне осторожно.

Проверяйте пользовательский ввод

Золотое правило безопасности web-приложений звучит так: не доверяйте пользовательскому вводу. Любые данные от клиента/пользователя должны проверяться на сервере для того, чтобы предотвратить прохождение скриптов или злонамеренных шестнадцатеричных кодов. Пользовательские данные часто передаются в качестве параметров для вызова другого кода на сервере и, будучи не проверены, могут серьезно нарушить безопасность системы (например атаки SQL injection, Cross-Site-Scripting).

Криптография

В течение некоторого последнего времени в ОС Microsoft Windows имелась CryptoAPI. С появлением ASP.NET, DPAPI, CAPICOM и новых криптографических возможностей IIS6, стало возможно создавать web-приложения, используя очень стойкие криптографические протоколы, которые встроены в среду .NET.

Стандартные ошибки

Обсудив некоторые рекомендации по программированию, перейдем к тем предосторожностям, которые необходимо предпринять, чтобы избежать стандартных ошибок.

ASSERT

Предписание ASSERT утверждает, что программист знает, что он делает. Очень важно, чтобы вызывающие программы не имели контроля над предписаниями assert. Все предписания assert должны быть рассмотрены в процессе просмотра кода.

Неуправляемый код

Использование управляемого кода обеспечивает много «свободной» безопасности от структуры .NET. С другой стороны, неуправляемый код не защищен структурой и должен по возможности избегаться. Неуправляемый код особенно опасен, если хакер может запустить другой код, используя P/Invoke или COM Interop.

Объектные ссылки

Контроль доступа в структуре .NET реализован так, чтобы проверять права доступа только при открытии файла. Если объектная ссылка уже открытого файла передается как параметр в некоторую функцию, вызванная функция не проходит проверку безопасности при чтении и/или записи в файл. Таким образом, создатели API приложений должны уделить особое внимание тому, как передаются объектные ссылки.

Доступ к SOAP

Несмотря на то, что SOAP (Simple Object Access Protocol – Простой Протокол Доступа к Объектам) и .NET позволяют сложным B2B системам разделять данные и расширять возможности бизнеса, очень важно, чтобы доступ к интерфейсу SOAP был ограничен авторизованными пользователями, вследствие чувствительности транзакций. Многие реализации приложений, использующих SOAP, оставляют незащищенными слишком много функций или игнорируют аутентификацию и авторизацию, через которые должны проходить нормальные транзакции. Приложение должно обеспечивать независимый интерфейс для всех пользователей и контроль безопасности. Также рекомендуется использование защищенной аутентификации, такой как HTTP сертификаты и XML сигнатуры.

Заключение

Инфраструктура .NET обеспечивает средства для создания защищенных приложений путем создания среды, в которой приложение можно контролировать, а контроль безопасности проводится на основании удостоверения кода, роли пользователя и политики безопасности среды. Однако, это не означает, что программист не в ответе за безопасность. Хотя Microsoft предоставил безопасные стандартные настройки, применимые в большинстве случаев, программист должен явно учитывать некоторые проблемы, строго придерживаясь правил безопасного программирования и избегая стандартных ошибок.