Чем защищают сайты, или Зачем нужен WAF?

В этом году компанию Positive Technologies назвали «визионером» в рейтинге Gartner Magic Quadrant for Web Application Firewalls. Это вызвало ряд вопросов о том, за какие достижения мы туда попали и что такое WAF вообще. Вопросы вполне правомерные, ведь даже Gartner выпускает своё исследование WAF лишь с прошлого года (для примера: «квадранты» по SIEM стали выходить на пять лет раньше, в 2009 году). Кроме того, некоторые до сих пор путаются с терминологией, не отличая «экран для защиты веб-приложений» (WAF) от обычного «межсетевого экрана» (network firewall) или «системы предотвращения вторжений» (IPS).

В этой статье мы попробуем отделить мух от котлет — и рассказать, как идёт эволюция периметровой защиты по мере роста изощрённости атак.

1. В начале времён: пакетные фильтры


Изначально термин firewall (брандмауэр, экран) обозначал сетевой фильтр, который ставится между доверенной внутренней сетью и внешним Интернетом (отсюда прилагательное «межсетевой»). Этот фильтр был призван блокировать подозрительные сетевые пакеты на основе критериев низких уровней модели OSI: на сетевом и канальном уровнях. Иными словами, фильтр учитывал только IP адреса источника и назначения, флаг фрагментации, номера портов.

В дальнейшем возможности расширились до шлюзов сеансового уровня, или фильтров контроля состояния канала (stateful firewall). Эти межсетевые экраны второго поколения повысили качество и производительность фильтрации за счет контроля принадлежности пакетов к активным TCP-сессиям.

К сожалению, подобная система защиты практически бесполезна против современных кибер-угроз, где более 80% атак используют уязвимости приложений, а не уязвимости сетевой архитектуры и сервисов. Хуже того: блокирование определенных портов, адресов или протоколов (основной способ работы межсетевых экранов) может вырубить вполне легитимные приложения. Это значит, что защитная система должна проводить более глубокий анализ содержания пакетов — то есть лучше «понимать» работу приложений.

2. Системы обнаружения/предотвращения вторжений (IDS/IPS)


Следующим поколением защитных экранов стали системы обнаружения и предотвращения вторжений (IDS/IPS). Они способны изучать в TCP-пакетах поле данных и осуществлять инспекцию на уровне приложения по определённым сигнатурам. Системы IDS приспособлены к тому, чтобы выявлять атаки не только снаружи, но и внутри сети за счет прослушивания SPAN-порта коммутатора.

Для совершенствования защитных механизмов в IDS/IPS стали применяться декодеры (разбор полей TCP-пакета) и препроцессоры (разбор частей протокола уровня приложения, например, HTTP). Применение препроцессоров в IPS Snort позволило существенно улучшить функциональность периметровой защиты в сравнении с пакетным фильтром, даже если последний проверяет пакеты на уровне приложений (iptables с модулем layer7).

Однако при этом сохранился основной недостаток пакетного фильтра: проверка осуществляется попакетно, без учета сессий, cookies и всей остальной логики работы приложения.

Параллельно для борьбы с распространением вирусов появляются прокси-серверы, а для решения задач балансировки нагрузки — обратные прокси-серверы. Они отличаются технически, но главное, что и те, и другие полноценно работают на уровне приложения: открывается два TCP соединения от прокси к клиенту и от прокси к серверу, анализ трафика ведётся исключительно на уровне приложения.

3. Всё в кучу: NGFW/UTM


Следующим шагом эволюции систем обнаружения вторжений стало появление устройств класса UTM (unified threat management, система единого управления угрозами) и NGFW (next generation firewall, экраны нового поколения).

Системы UTM отличаются от NGFW лишь маркетингом, при этом их функционал практически совпадает. Оба класса программных продуктов явились попыткой объединить функции различных продуктов (антивирус, IDS/IPS, пакетный фильтр, VPN-шлюз, маршрутизатор, балансировщик и др.) в одном устройстве. В тоже время, обнаружение атак в устройствах UTM/NGFW нередко осуществляется на старой технологической базе, при помощи упомянутых выше препроцессоров.

Специфика веб-приложений предполагает, что за один сеанс работы пользователя с веб-сервером может осуществляться большое количество различных TCP-соединений, которые открываются с различных адресов, но имеют один (возможно динамический) идентификатор сессии. Это приводит к тому, что для аккуратной защиты веб-трафика необходима платформа на основе полнофункционального реверс-прокси-сервера.

Но разница в технологической платформе — не единственное, что отличает защиту веб-приложений.

Защита Веба: что должен уметь WAF


Если говорить совсем просто, то веб-приложения отличаются от обычных приложений двумя вещами: огромным разнообразием и значительной интерактивностью. Это создаёт целый ряд новых угроз, с которыми традиционные межсетевые экраны не справляются: по нашим оценкам, в 2014 году 60% атак на корпоративные сети осуществлялись через веб-приложения, невзирая на наличие традиционных защитных средств.

Именно здесь вступает в дело Web Application Firewall (WAF), защитный экран для приложений, осуществляющих передачу данных через HTTP и HTTPS. Вот какие функции отличают WAF от защитных систем предыдущих поколений:

	WAF	IPS	NGFW/UTM
Multiprotocol Security	-	+	+
IP Reputation	±	±	±
Сигнатуры атак	+	±	±
Автоматическое обучение, поведенческий анализ	+	-	-
Защита пользователей	+	-	-
Сканнер уязвимостей	+	-	-
Виртуальный патчинг	+	-	-
Корреляции, цепочки атак	+	-	-

Теперь подробнее о том, что означают все эти пункты:

Multiprotocol Security
Будучи узкоспециализированным средством, WAF не защищает от проблем протоколов, отличных от HTTP/HTTPS. Но у любой медали две стороны. Многообразие способов обмена данными поверх протокола HTTP настолько велико, что ориентироваться в нём может только специализированное средство. Лишь для примера: где-то переменные и значения передаются в формате example.com/animals?dogs=32&cats=23, где-то в формате example.com/animals/dogs/32/cats/23, где-то передача параметров приложения осуществляется в Cookie, а где-то — в параметрах заголовка HTTP.

Кроме того, продвинутые модели WAF могут анализировать XML, JSON и другие протоколы современных порталов и мобильных приложений. В частности, это позволяет противодействовать большинству методов обхода защитного экрана (HPC, HPP, Verb Tampering и др).

IP Reputation
Технология IP-Reputation опирается на внешние чёрные и белые списки ресурсов, и одинаково доступна любым периметровым средствам защиты. Но ценность этого метода несколько преувеличена. Так, в практике наших специалистов случались ситуации, когда крупные новостные агентства в силу своих уязвимостей месяцами раздавали malware пользователям, и при этом не попадали в чёрные списки. К сожалению, вектора проникновения вредоносного ПО очень разнообразны, и в наши дни источником заражения для пользователей могут быть даже сайты органов государственной власти. А возможна и обратная проблема, когда по IP блокируются «невиновные» ресурсы.

Сигнатуры атак
Сигнатурный подход к обнаружению атак применяется повсюду, но только грамотный препроцессинг трафика, доступный для WAF, может обеспечить адекватное применение сигнатур. Недостатки препроцессинга приводят к излишней «монструозности» сигнатур атак: администраторы не могут разобраться в сложнейших регулярных выражениях, весь смысл которых в том, что их авторы, например, всего лишь пытались учитывать возможность передачи параметра как открытым текстом, так и в форме шестнадцатеричного кода с процентом.

Автоматическое обучение и поведенческий анализ
Для атак на веб-приложения злоумышленники активно используют уязвимости нулевого дня (0-day), что делает бесполезными сигнатурные методы анализа. Вместо этого нужно анализировать сетевой трафик и системные журналы для создания модели нормального функционирования приложения, и на основе этой модели выявлять аномальное поведение системы. WAF в силу своей архитектуры может разобрать весь сеанс связи пользователя, и потому способен на более углубленный поведенческий анализ, чем NGFW. В частности, это позволяет выявлять атаки с использованием автоматических средств (сканирование, подбор паролей, DDoS, фрод, вовлечение в ботнеты).

Однако в большинстве случаев обучение поведенческой модели состоит в том, что операторы откуда-то берут «белый трафик» и «скармливают» его средству защиты. Но после сдачи в эксплуатацию поведение пользователей может меняться: программисты дописывают интерфейс по скорректированному техническому заданию, дизайнеры «добавляют красоты», рекламные кампании меняют направление внимания. Нельзя раз и навсегда составить схему поведения «правильного» посетителя. При этом обучаться на реальном, «сером» трафике могут только единицы программных продуктов — и это только WAF’ы.

Защита пользователей
Периметровое оборудование, обсуждаемое в настоящей статье, предназначено для защиты серверов с веб-приложениями. Однако существует класс атак (например, CSRF) направленных на клиента веб-приложения. Поскольку трафик атаки не проходит через защитный периметр, на первый взгляд защитить пользователя оказывается невозможно.

Рассмотрим следующий сценарий атаки: пользователь заходит на сайт банка, проходит там аутентификацию, и после этого в другой вкладке браузера открывает зараженный ресурс. JavaScript, загрузившийся в другом окне, может сделать запрос на перевод денег втайне от пользователя, а браузер при этом подставит все необходимые аутентификационные параметры для осуществления финансовой транзакции, так как сеанс связи пользователя с банком ещё не окончился. В описанной ситуации налицо слабости в алгоритме аутентификации в банковском ПО. Если бы для каждой формы, содержащейся на странице сайта, генерировался уникальный токен, проблемы бы не было.

К сожалению, разработчики ПО практически никогда так не делают. Однако некоторые WAF могут самостоятельно внедрять подобную защиту в веб-формы и защищать, таким образом, клиента – а вернее, его запросы, данные, URL и cookie-файлы.

Взаимодействие со сканерами уязвимостей
На периметровое оборудование возлагается не только задача защиты веб-приложений, но и задача мониторинга атак. При этом грамотный мониторинг основан на понимании слабостей защищаемого ПО, что позволяет отсеять неактуальные попытки атак и выделить только те, которые касаются реальных уязвимостей, имеющихся в системе.

Лучшие образцы WAF имеют в своем распоряжении интегрированные сканеры уязвимостей, работающие в режиме чёрного ящика, или динамического анализа (DAST). Такой сканер может использоваться в режиме реального времени для быстрой проверки тех уязвимостей, которые «прощупывают» злоумышленники.

Виртуальный патчинг
Даже известные уязвимости невозможно устранить сразу: исправление кода требует средств и времени, а зачастую и остановки важных бизнес-процессов; иногда в случае использования стороннего ПО исправление невозможно вообще. Для парирования таких «частных» угроз в системах IDS/IPS, а по наследству в UTM/NGFW, применяются пользовательские сигнатуры. Но проблема в том, что написание такой сигнатуры требует от пользователя глубокого понимания механизма атаки. В противном случае пользовательская сигнатура может не только «пропустить» угрозу, но и породить большое количество ложных срабатываний.

В наиболее современных WAF используется автоматизированный подход к виртуальному патчингу. Для этого используется анализатор исходных кодов приложения (SAST, IAST), который не просто показывает в отчёте строки уязвимого кода, но тут же генерирует эксплойт, то есть вызов с конкретными значениями для эксплуатации обнаруженной уязвимости. Эти эксплойты передаются в WAF для автоматического создания виртуальных патчей, которые обеспечивают немедленное «закрытие бреши» ещё до исправления кода.

Корреляции и цепочки атак
Традиционный межсетевой экран дает тысячи срабатываний на подозрительные события, в которых необходимо разбираться вручную, чтобы выявить реальную угрозу. Как отмечает Gartner, вендоры систем IPS вообще предпочитают отключить большинство сигнатур веб-приложений, чтобы снизить риск возникновения таких проблем.

Современный WAF может группировать сходные срабатывания и выявлять цепочку развития атаки — от разведки до кражи важных данных или установки закладок. В результате вместо списка из тысяч подозрительных событий ИБ-специалисты получают несколько десятков действительно важных сообщений.

Что дальше?
Понятно, что решения разных вендоров WAF всегда будут отличаться набором функций. Поэтому перечислим здесь лишь наиболее известные дополнительные фичи современных защитных экранов уровня приложений:

• Работа с SSL-трафиком как дополнительный уровень защиты. По мнению аналитиков Gartner, возможность проверки зашифрованного трафика является одним из важнейших отличий WAF от обычных межсетевых экранов и IPS.
• Службы проверки подлинности: WAF является единой точкой входа для веб-приложений или действует в качестве брокера проверки подлинности для устаревших приложений, механизм аутентификации которых нарушен.
• Поддержка политики безопасности контента (Content Security Policy, CSP) для защиты от XSS и других атак.

Кроме того, эксперты Positive Technologies прогнозируют следующие перспективные направления развития межсетевых экранов уровня приложений в ближайшем будущем:

• Новые алгоритмы поведенческого анализа, которые позволят лучше различать пользователей для выявления ботов и злоумышленников (UBA).
• Защита приложений, построенных на базе HTML5, протоколов на базе XML, с использованием нереляционных БД (NoSQL).
• WAF, ориентированные на конкретные типы приложений: банковские (ДБО), системы ERP, приложения телекомов, масс-медиа и др.

Напоследок стоит заметить, что данная статья посвящена только технологическим особенностям WAF. Но на практике стоит учитывать и организационные — например, соответствие стандартам безопасности или возможность интеграции WAF с другими средствами безопасности (антивирусы, DLP и др.). Модели развёртывания также могут быть различными: это может быть аппаратное, программное или виртуальное решение, либо облачный сервис в моделях SaaS, VAS и MSS.