• Содержание
• Введение
• 1 Основы безопасности ВЧС
• 1.1 Пользовательские процессоры
• 1.2 Заказные и принудительные туннели
• 1.2.1 Заказное туннелирование
• 1.2.2 Принудительное туннелирование
• 2 ВЧС на основе туннельного протокола PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)
• 2.1 Практические аспекты обеспечения безопасности
• 2.3 Развитие технологии
• 2.4 Совершенствование аутентификации в протоколе MS-CHAP 2
• 2.5 Обязательное использование паролей Windows NT
• 2.5.1 Соблюдение правил выбора пароля
• 2.5.2 Основы правильного использования паролей
• 2.6 Повышение стойкости шифрования по протоколу MPPE
• 3 Криптоанализ туннельного протокола PPTP
• 3.1 Криптоанализ функций хэширования паролей Windows NT
• 3.2 Криптоанализ MS-CHAP
• 3.3 Криптоанализ МРРЕ
• 3.3.1 Восстановление ключа
• 3.3.2 Атаки переворота битов
• 3.3.3 Атака путем ресинхронизации
• 3.4 Другие атаки на MS-PPTP
• 3.4.1 Пассивный мониторинг
• 3.4.2 Перехват переговоров РРР
• 3.4.3. Потенциальные утечки информации на клиенте
• 3.5 Выводы
• 4 Туннелирование по протоколу L2TP
• 5 Протокол безопасности IP Security Protocol
• 5.1 Разработка на основе IP Security
• 5.1.1 Полная поддержка промышленных стандартов
• 5.1.2 Поддерживаемые стандарты и ссылки
• 5.2 Туннелирование с применением IPSec
• 5.3 Пример передачи данных по протоколу IPSec
• 5.4 Преимущества и недостатки протокола L2TP/IPSec.
• 6 Сравнение протоколов PPTP и IPSec
• 7 Протокол EAP
• 7.1 Обеспечение безопасности на уровне транзакций
• 7.2 Аутентификация с помощью службы RADIUS
• 7.3 Учет бюджета ВЧС с помощью службы RADIUS
• 7.4 Протокол EAP и RADIUS
• 8 Шифрование
• 8.1 Симметричное шифрование (с личным ключом)
• 8.2 Асимметричное шифрование (с открытым ключом)
• 8.3 Структурное и бесструктурное шифрование
• 8.4 IPSec и бесструктурное шифрование
• 9 Фильтрация
• 9.1 Фильтрация на сервере маршрутизации и удаленного доступа ВЧС
• 9.2 Фильтрация IPSec
• 9.3 ВЧС и брандмауэры
• 10 Выбор средств ВЧС
• 10.1 Анализ угроз сетевой безопасности
• 10.2 Безопасность и требования к паролю
• 10.3 Возможности реализаций VPN на различных версиях Windows.
• 10.4 Часто задаваемые вопросы при выборе средств VPN
• Есть ли различия в обеспечении безопасности удаленного доступа и доступа в ВЧС?
• Можно ли сказать, что ВЧС на базе IPSec безопаснее виртуальных сетей на базе PPTP?
• Можно ли сказать, что ВЧС на базе L2TP безопаснее виртуальных сетей на базе PPTP?
• Можно ли сказать, что межсерверные ВЧС безопаснее клиент-серверных виртуальных сетей?
• 11 Создание виртуального частного подключения в Windows 2000
• 11.1 Создание подключения к удаленному серверу
• 11.2 Создание входящего подключения
• 12 Создание виртуального частного подключения в Windows NT
• 12.1 Установка протокола PPTP
• 12.2 Добавление VPN устройств на PPTP сервер
• 12.3 Создание записи в телефонной книге для подключения к провайдеру Интернета
• 12.4 Создание записи в телефонной книге для подключения к PPTP серверу
• 13 Создание виртуального частного подключения в Windows 9х
• 13.1 Установка Адаптера виртуальной частной сети Microsoft
• 13.2 Создание VPN-соединения
• 14 Использование программы Sniffer Pro для просмотра содержимого пакетов
• Заключение

Введение

Операционные системы Microsoft Windows 95, Windows 98, Windows NT и Windows 2000 позволяют организовывать простую, безопасную и высокорентабельную связь, преодолевая тем самым географические и государственные границы на пути развития бизнеса. Одной из важнейших особенностей коммуникационных платформ на базе Windows, несомненно, является поддержка виртуальных частных сетей (ВЧС).

Виртуальные частные сети находят сегодня все более широкое распространение. Этому способствует два обстоятельства: экономичность такого вида связи и одновременно - высокая безопасность инфраструктуры частных сетей. Используя ВЧС, и командированный работник, и служащий филиала может подключиться к корпоративной сети с обычного локального телефона, что намного дешевле выхода на линии междугородной связи или абонирования «бесплатного» номера 800, не говоря уж об аренде выделенных каналов связи. Безопасность же ВЧС достигается за счет организации так называемых туннельных подключений, позволяющих войти в корпоративную сеть только тем пользователям, которые прошли аутентификацию. Средства ВЧС, предлагаемые корпорацией Microsoft, обеспечивают шифрование информации с применением 128-битового ключа. В целом виртуальную частную сеть можно представить как своеобразный туннель, проложенный через Интернет или другую общедоступную сеть. По безопасности и функциональности туннелирование практически ничем не уступает частным сетям. Под туннелированием понимается включение информационного пакета в обычный IP-пакет (так называемое инкапсулирование) и его передача в таком виде по общедоступной сети. Когда инкапсулированный пакет поступает в сеть получателя, например, в корпоративную локальную вычислительную сеть (ЛВС), внешняя IP-оболочка с него снимается, после чего обработка информации производится обычным способом.

ВЧС уже доказали свою высокую эффективность в организации работы с надомными служащими, филиалами и внешними партнерами, благодаря чему превратились в один из ключевых элементов общей корпоративной стратегии информационных технологий.

Корпорация Microsoft была в числе пионеров интеграции средств ВЧС и сейчас продолжает активно работать в этом направлении. Совместно со своими отраслевыми партнерами и Целевой группой технической поддержки Интернета IETF корпорация совершенствует технологии виртуальных частных сетей и средства обеспечения их безопасности. Настоящий документ посвящен вопросам защиты ВЧС, оценке угрозы их безопасности и различным способам ее устранения, которые предлагает Microsoft.

Microsoft разработала широкий спектр средств организации ВЧС, способных удовлетворить самые разные запросы в области защиты информации. Одним из них является протокол PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol - протокол туннелирования между узлами), призванный свести к минимуму общую стоимость владения системой. Корпорация встроила его в свои операционные системы Windows 95, Windows 98 и Windows NT 4.0, а независимые производители сделали этот протокол доступным пользователям Windows 3.1 и Macintosh. Протокол PPTP совместим с широким кругом аппаратных платформ, позволяет производить аутентификацию по паролю и не требует инфраструктуры сертификации.

Чтобы обеспечить еще больший уровень безопасности, корпорация включает в операционную систему Windows 2000 собственную реализацию протоколов L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol - протокол туннелирования канального уровня) и IPSec (Internet Protocol Security - протокол безопасности в Интернете). Правда, применение этих средств предъявляет повышенные требования к системам: для них необходимо развертывание PKI (Public Key Infrastructure - инфраструктура с открытыми ключами) и применение центральных процессоров класса Pentium.

1 Основы безопасности ВЧС

Туннель ВЧС служит для транспортировки информации, не отвечающей стандартам адресации Интернета. Чтобы доставить такие данные от одного конца туннеля к другому, программа помещает (инкапсулирует) их в стандартные IP-пакеты, которые затем пересылаются по промежуточным сетевым каналам от одной сети (или одиночного клиента) к другой. Весь процесс инкапсулирования и пересылки пакетов называется туннелированием, а логическое подключение, используемое для их передачи, - туннелем. Таким образом, туннель представляет собой логический канал связи, проложенный через Интернет или любую другую промежуточную сеть. Удаленные пользователи при этом играют роль виртуальных узлов той сети, с которой они соединены туннелем.

Для пользователя не имеет никакого значения характер физической сети, через которую проложен туннель: с его точки зрения, вся информация пересылается как бы по выделенной частной сети.

Рисунок 1 - Концептуальная модель ВЧС

Инкапсулирование, как и шифрование потоков данных, жизненно необходимы для передачи информации через Интернет. Функции инкапсулирования, выполняемые с помощью протоколов PPTP и L2TP, упрощают организацию многопротокольной связи, так как позволяют пересылать по IP-сетям пакеты данных, созданные на основе других протоколов. Благодаря этому удаленный клиент может применять для подключения к корпоративной ЛВС любой протокол и при этом пользоваться всеми преимуществами Интернета.

1.1 Пользовательские процессоры

Средства организации ВЧС, разработанные Microsoft, позволяют подключать к серверам на базе Windows NT так называемые пользовательские процессоры (front-end processor, ПП), управляющие доступом клиентов в сеть данного сервера. Применение таких посредников дает возможность устанавливать туннельные подключения даже тем клиентам, которые не оснащены средствами ВЧС. Пользователь может и не знать, подключился он к серверу напрямую, или через ПП, создавший для него туннель. Благодаря этому в ВЧС Microsoft обеспечивается «прозрачный» доступ к клиентам РРР, позволяющий им работать в средах Unix, Win 16, MS-DOS®, а также взаимодействовать с клиентами Macintosh и другими.

Пользовательский процессор не имеет доступа к данным, циркулирующим между клиентом и сервером, поэтому его вполне можно разместить на узле поставщика услуг Интернета. Здесь ПП будет выполнять роль бесстрастного регулировщика, которого нисколько не касается содержимое проходящей через него информации. С точки зрения безопасности это означает, что компания сохраняет полный контроль за доступом в сеть, да и безопасность ее данных нисколько не страдает. Такая схема очень удобна для тех компаний, которые готовы передать управление удаленным доступом по коммутируемым каналам в руки сторонних поставщиков услуг, но при этом хотят обеспечить полную безопасность своей информации.

Для надежной защиты данных необходимо ограничивать доступ к серверу, а не к пользовательскому процессору. С этой целью проверка аутентификации всех пользователей, которые пытаются подключиться к серверу, производится на самом сервере. Функции ПП ограничиваются проверкой идентификатора пользователя и созданием туннеля к серверу. Как мы видим, этот посредник и здесь играет пассивную роль, ничуть не снижая безопасности соединения.

1.2 Заказные и принудительные туннели

Существует два типа туннелей ВЧС - заказные (voluntary) и принудительные (compulsory). Для создания заказного туннеля необходимо, чтобы клиент был оснащен средствами создания ВЧС, тогда как принудительный туннель организуется при посредничестве пользовательского процессора.

1.2.1 Заказное туннелирование

Заказные туннели создаются самой рабочей станцией, которая организует ВЧС с удаленной сетью. Чтобы создать их, клиенту нужны собственные средств ВЧС, то есть, он должен поддерживать протокол PPTP или L2TP, а также иметь вспомогательное программное обеспечение (сервер туннелирования обеспечивает поддержку всех таких компонентов по умолчанию). При этом клиент и сервер должны применять один и тот же протокол туннелирования.

Заказной туннель может прокладываться по уже имеющемуся у клиента сетевому подключению между его рабочей станцией и выбранным сервером туннелирования. Однако чаще рабочей станции приходится сначала связываться по коммутируемому каналу с транспортной сетью - лишь после этого клиент может приступать к организации туннеля.

1.2.2 Принудительное туннелирование

Если нужно проложить туннель через Интернет, но клиент не оснащен средствами ВЧС, он может подключиться к пользовательскому процессору поставщика услуг. Благодаря этому создается так называемый принудительный туннель, для которого клиенту не нужна ни поддержка протоколов PPTP и L2TP, ни вспомогательное ПО. Все это имеется на пользовательском процессоре. Как и при заказном туннелировании, здесь действует условие: ПП и сервер туннелирования должны применять в каждом индивидуальном подключении один и тот же протокол ВЧС (PPTP или L2TP).

Обычно пользователю клиентского компьютера сообщается специальный телефонный номер, открывающий ему доступ к пользовательскому процессору. К примеру, корпорация, владеющая частной сетью, может заключить с поставщиком услуг Интернета соглашение о развертывании ПП на территории определенного района или даже всей страны. Каждый из пользовательских процессоров способен прокладывать ВЧС через Интернет и связываться по нему с сервером туннелирования, установленным в частной сети корпорации. Подобная схема получила название принудительного туннелирования, поскольку здесь клиент просто не может отказаться от использования ВЧС. Как только подключение установлено, все сообщения с клиентского ПК автоматически направляются через туннель.

2 ВЧС на основе туннельного протокола PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol)

Протокол PPTP представляет собой открытый отраслевой стандарт. Создание этого протокола стало результатом объединенных усилий целого ряда известных производителей сетевых компонентов, включая Ascend Communications, 3Com/Primary Access, ECI Telematics, US Robotics и Microsoft. Эти компании основали Форум PPTP, результаты работы которого стали широко известны в 1996 году, когда на рассмотрение Группы целевой технической поддержки Интернета (IETF) был передан проект новой спецификации.

РРТР - протокол, который позволяет выполнять туннелирование РРР-соединений по IP-сети путем создания VPN. Таким образом, удаленный компьютер в сети Х может туннелировать трафик на шлюз в сети У и имитировать подключение, с внутренним IP-адресом, к сети У. Шлюз получает трафик для внутреннего IP-адреса и передает его удаленной машине в сети Х. Существуют два основных способа использования РРТР: по Интернет и по коммутируемым соединениям.

Функционирование РРТР заключается в инкапсулировании пакетов виртуальной сети в пакеты РРР, которые в свою очередь, инкапсулируются в пакеты GRE (Generic Routing Incapsulation), передаваемые по IP от клиента к шлюзу - серверу РРР и обратно. Совместно с каналом инкапсулированных данных существует управляющий сеанс на базе TCP. Пакеты управляющего сеанса позволяют запросить статус и сопровождать сигнальную информацию между клиентом и сервером. Канал управления инициируется клиентом на сервере на ТСР-порте 1723. В большинстве случаев это двунаправленный канал, по которому сервер посылает запросы на сервер и наоборот.

РРТР не оговаривает конкретных алгоритмов аутентификации и протоколов; вместо этого он обеспечивает основу для обсуждения конкретных алгоритмов. Переговоры не присущи только РРТР, они относятся к существующим вариантам переговоров РРР, содержащихся в ССР, СНАР и других расширениях и усовершенствованиях РРР.

Microsoft РРТР является частью ОС Windows NT Server, данное программное обеспечение можно бесплатно получить с Web-сайта Microsoft. Подключение осуществляется с помощью панели управления и редактора реестра. Данная реализация РРТР широко используется в коммерческих применениях VPN, например Aventail и Freegate именно потому, что входит в состав ОС Microsoft.

Сервер Microsoft РРТР может существовать только для Windows NT, хотя клиентское программное обеспечение существует для Windows NT, некоторых версий Windows и Windows 98. Реализация Microsoft поддерживает три варианта аутентификации:

· Текстовый пароль: Клиент передает серверу пароль в открытом виде.

· Хэшированный пароль: Клиент передает серверу хэш пароля

· Вызов/Отклик: Аутентификация сервера и клиента с использованием протокола MS-CHAP (вызов/отклик), что описано в параграфе 4.

· Третий вариант называется в документации для пользователей "Аутентификация Microsoft", для шифрования пакетов РРТР его надо разрешить. При выборе любого из двух других вариантов шифрование неосуществимо. Кроме того, возможность шифрования (40- или 128-разрядное) гарантируется только в том случае, если клиент использует Windows NT. Некоторые клиенты Windows 95 не могут поддерживать зашифрованные сеансы.

Протокол PPTP тесно интегрирован со службой удаленного доступа (Remote Access Services), входящей в Windows NT Server и Windows 98, а также с дополнительным компонентом создания сетей с доступом по коммутируемым каналам Dial-Up Networking 1.2 Upgrade для операционной системы Windows 95.

Рисунок 2 - туннель с использованием протокола PPTP

2.1 Практические аспекты обеспечения безопасности

Любой специалист в области сетевой связи и безопасности прекрасно знает, что на практике защищенность компьютера определяется рядом постоянно изменяющихся параметров, включая уровень развития технологии, правила работы, физическую безопасность системы. Все это приходится тщательно учитывать и взвешивать, когда дело доходит до определения допустимого риска и выбора средств его минимизации. PPTP является одной из составных частей общего плана организации безопасной связи, обусловленных прагматическим подходом к защите сетей. Учитывая это, Microsoft избрала PPTP в качестве основы для подключения всех ВЧС к собственным корпоративным сетям.

За все время эксплуатации виртуальных частных сетей на базе Windows клиенты ни разу не пожаловались на недостаточную их защищенность. Но Microsoft не успокаивается на достигнутом и продолжает совершенствовать технологию Windows Networking and Communications (организация сетей и связи в среде Windows). Очередным шагом в этом направлении стал выпуск дополнительного программного пакета PPTP Performance and Security Upgrade (обновление для повышения производительности и безопасности на основе PPTP) для клиентов и серверов, работающих под управлением Windows.

Средства ВЧС, созданные Microsoft на базе PPTP, сочетают в себе все достоинства широко распространенных открытых платформ, полнофункциональных сетей и тесной интеграции с Windows. В результате удалось создать простую в работе, легко программируемую и очень гибкую коммуникационную платформу. Правильно настроив систему на базе Windows, взяв на вооружение PPTP, используя средства обеспечения безопасности операционной системы, пользователь получает экономичную, надежную и хорошо защищенную платформу для ВЧС, которая значительно снижает расходы на организацию связи.

2.3 Развитие технологии

Накопление все новых знаний в этой области и быстрое развитие технологий приводят к совершенствованию средств шифрования и сетевой защиты. Учитывая это, корпорация постоянно модернизирует службы безопасности своих операционных систем и выпускает обновленные продукты на их основе.

Из новшеств Microsoft в области технологий создания ВЧС на базе PPTP можно упомянуть:

более совершенную аутентификацию в протоколе MS-CHAP 2;

повышение надежности аутентификации по паролю;

повышение стойкости шифрования по протоколу MPPE (Microsoft Point-to-Point Encryption - шифрование между узлами).

2.4 Совершенствование аутентификации в протоколе MS-CHAP 2

Протокол MS-CHAP (Microsoft Challenge-Handshake Authentication Protocol - протокол взаимной аутентификации Microsoft) содержит механизм аутентификации, необходимый для проверки регистрационных данных пользователя в доменах Windows NT. Созданные с его помощью сеансовые ключи применяются для шифрования данных пользователя, как это описано в разделе, посвященном протоколу MPPE.

Шифрованием называется процесс кодирования данных с целью предотвращения несанкционированного доступа к ним, особенно в процессе пересылки по открытым каналам связи. Шифрование производится с применением специализированных алгоритмов на основе так называемых секретных ключей, преобразующих данные (например, пароль) в псевдослучайный набор знаков. Прочесть закрытую таким способом информацию способен только тот, кому известен соответствующий ключ. Хешированный пароль, скажем, может быть дешифрован лишь на том компьютере, где имеется такой же ключ (вспомним детское шифрование с помощью двух одинаковых бумажных матриц). Применяемые при шифровании алгоритмы, особенно с ключами длиной более 128 бит, практически полностью исключают возможность дешифрования информации посторонними.

Протокол MS-CHAP 2 описывает порядок одностороннего преобразования пользовательского пароля, алгоритм генерации запроса сервером, алгоритм генерации запроса клиентом и дополнительные данные, включаемые в сообщение Success (Аутентификация успешна). Если клиент MS-CHAP 2 не смог идентифицировать сервер, он отключается.

Получив от клиента MS-CHAP 2 запрос на аутентификацию, сервер сетевого доступа прежде всего направляет на удаленный клиент собственный запрос, состоящий из сеансового идентификатора и случайной контрольной последовательности. В ответ удаленный клиент должен вернуть имя пользователя и хешированную последовательность из полученного запроса, дополненные сеансовым идентификатором и хешированным паролем. Как мы видим, здесь предусматривается хеширование уже хешированного пароля, что создает дополнительный уровень безопасности. При такой схеме пароли сохраняются на сервере зашифрованными, а не в виде открытого текста.

В MS-CHAP 2 предусмотрены дополнительные коды ошибки, в том числе код истечения срока действия пароля, а также новые шифрованные клиент-серверные сообщения, благодаря которым пользователь может изменить свой пароль. В новой реализации протокола Microsoft первичный ключ, необходимый для последующего шифрования данных по протоколу MPPE, генерируется клиентом и сервером независимо друг от друга.

Ранее протокол Microsoft PPTP допускал применение и других, менее надежных механизмов аутентификации в ВЧС. Теперь же он использует только MS-CHAP, что значительно повышает безопасность аутентификации.

Повышение надежности аутентификации по паролю

Как уже отмечалось, при подключении к PPTP-серверу, работающему под управлением Windows NT, клиенты на базе Windows проводят двустороннюю аутентификацию по протоколу MS-CHAP. Чтобы не допустить перехвата передаваемого пароля, используется функция хеширования (пароли Windows NT могут иметь длину до четырнадцати 16-битовых символов из одного набора Unicode; строчные и прописные буквы в них различаются).

В процессе аутентификации первичный ключ шифрования генерируется путем хеширования пароля пользователя, что налагает на него особые требования. Администратор сети должен всячески стимулировать применение как можно более сложных паролей Windows NT. Узнав пароль пользователя, злоумышленник теоретически может расшифровать данные, пересылаемые между клиентом и сервером, - для этого ему нужно только перехватить шифрованный PPTP-сеанс связи. Правда, на практике прочесть сообщение, зашифрованное с помощью 128-битового ключа, намного сложнее, так как пароль представляет собой лишь одну часть блока данных, хэшированием которого генерируется криптоключ.

Windows NT допускает применение и прежних паролей LAN Manager, однако они намного примитивнее «родных» паролей операционной системы. Это делает их более уязвимыми для прямых атак с применением грубой силы, словарных атак и попыток угадать правильный пароль.



2.5 Обязательное использование паролей Windows NT

Microsoft выпустила дополнение к клиентским и серверным PPTP-компонентам для Windows NT, позволяющее повысить надежность применяемых паролей. С его помощью можно настроить систему таким образом, что она просто не допустит аутентификации по старым паролям, и пользователям волей-неволей придется перейти на пароли Windows NT. К тому же это дополнение дает возможность изменить конфигурацию PPTP-клиентов Windows NT, запретив аутентификацию по паролям LAN Manager.

2.5.1 Соблюдение правил выбора пароля

Microsoft рекомендует своим клиентам принять все необходимые меры, чтобы в их сетях применялись только сложные пароли повышенной стойкости, содержащие случайную комбинацию строчных и прописных букв, цифр и знаков препинания. Для обеспечения безопасности сети крайне важно регулярно обновлять пароли. В соблюдении этих правил способна помочь Windows NT. Все пакеты обновления для Windows NT 4.0, начиная с Service Pack 2, снабжаются инструментальными средствами администрирования, которые обеспечивают выполнение правил безопасности и лучшее управление паролями.

2.5.2 Основы правильного использования паролей

Как отмечалось выше, хороший пароль должен быть не короче установленной длины и содержать символы различных типов. Надежным считается тот пароль, который невозможно угадать. И никогда нельзя забывать, что от качества пароля зависит уровень безопасности всей сети!

К числу плохих следует однозначно отнести пароли, которые:

состоят исключительно из словарных слов;

используют буквы только одного регистра (строчные или прописные);

созданы на основе имен людей и названий предметов, о которых нетрудно догадаться (имя сына или дочери владельца пароля, кличка его собаки и даже девичья фамилия матери).

А вот требования, которым должен удовлетворять надежный пароль:

в тексте пароля должны быть хотя бы одна цифра и один небуквенный символ (например, вопросительный знак);

для постороннего наблюдателя пароль должен выглядеть бессмысленным набором символов, который очень трудно запомнить;

текст не должен содержать осмысленных слов и личных имен.

Нельзя забывать и о том, что в алгоритме шифрования со 128-битовым ключом, использованном корпорацией Microsoft, в основу ключа шифрования кладется не только сложный пароль, но и запросы, которыми обмениваются клиент с сервером. Такой подход еще более усложняет атаки на сеть. Корпорация Microsoft рекомендует всем организациям, действующим в Северной Америке, предусмотреть в своих правилах обязательное применение 128-битовых ключей, поскольку, как показывает практика, ключи длиной 40 бит при определенных условиях не выдерживают атак с применением "грубой" силы.

2.6 Повышение стойкости шифрования по протоколу MPPE

Шифрование информации создает еще один уровень защиты виртуальных частных сетей, созданных на базе протокола PPTP, который необходим на случай перехвата пакетов ВЧС. Правда, такая возможность носит скорее теоретический характер и весьма маловероятна на практике. Тем не менее, можно представить себе злоумышленника, сумевшего разместить между клиентом и сервером собственный компьютер. Если его машине удастся предстать перед клиентом в образе сервера PPTP, она сможет заполучить весь его трафик. Уязвимость для подобных атак свойственна не только продуктам Microsoft, - подобная опасность существует при любой системе аутентификации, где не предусмотрен взаимный обмен запросами и ответами на них. Такую возможность полностью исключает лишь применение протокола MS-CHAP 2, обеспечивающего взаимную аутентификацию участников сеанса связи.

Шифрование по протоколу MPPE с 128- и 40-битовым ключом полностью защищает все данные, циркулирующие между клиентом и сервером. А это значит, что даже вклинив между ними свой компьютер, злоумышленник не сможет прочесть передаваемую информацию - для этого ему сначала придется заполучить секретный ключ.

В основу протокола PPTP положен алгоритм шифрования RSA RC4, который обеспечивает самую высокую стойкость, разрешенную правительством США для коммерческих систем. В Северной Америке шифровать сообщения можно посредством ключа длиной 128 бит, в других же странах его длина не может превышать 40 бит. При использовании протокола MS-CHAP 2 для связи в прямом и обратном направлении генерируется два отдельных ключа, причем по умолчанию эти ключи меняются при передаче каждого пакета. Все это еще более затрудняет «силовые» атаки на сеть.

3 Криптоанализ туннельного протокола PPTP

Обнаружено, что протокол аутентификации Microsoft слаб и уязвим путем атаки по словарю; большинство паролей можно вскрыть в течение нескольких часов. Обнаружено, что способы шифрования с использованием 40- и 128-разрядных ключей одинаково слабы и открыли ряд заложенных в реализацию неразумных идей, которые позволяют осуществлять другие атаки на данный шифр. Можно открывать соединения через firewall, нарушая правила переговоров РРTР, и можем проводить различные атаки отказа в обслуживании на тех, кто использует Microsoft PPTP.

3.1 Криптоанализ функций хэширования паролей Windows NT

В ОС Microsoft Windows NT для защиты паролей используются две однонаправленные хэш-функции: хэш Lan Manager и хэш Windows NT. Функция хэша Lan Manager была разработана Microsoft для операционной системы IBM OS/2, она была интегрирована в Windows for Workgroups и частично в Windows 3.1. Данная функция используется в некоторых протоколах аутентификации перед Windows NT. Хэш Windows NT был разработан специально для ОС Microsoft Windows NT. Функция хэша Lan Manager основана на алгоритме DES; Функция хэша Windows NT основана на односторонней хэш-функции MD4. Обе эти функции используются во многих протоколах аутентификации Windows NT, а не только в РРТР.

Функция хэша Lan Manager вычисляется следующим образом:

· Превращение пароля в 14-символьную строку путем либо отсечки более длинных паролей, либо дополнения коротких паролей нулевыми элементами.

· Замена всех символов нижнего регистра на символы верхнего регистра. Цифры и специальные символы остаются без изменений.

· Разбиение 14-байтовой строки на две семибайтовых половины.

· Использование каждой половины строки в роли ключа DES, шифрование фиксированной константы с помощью каждого ключа, получение двух 8-байтовых строк.

· Слияние двух строк для создания одного 16-разрядного значения хэш-функции.

Словарные атаки на функцию хэша Lan Manager легко достигают успеха по следующим причинам:

· Большинство людей выбирают легко угадываемые пароли.

· Все символы преобразуются в верхний регистр, что ограничивает и без того небольшое число возможных паролей.

· Нет индивидуальной привязки (salt); два пользователя с одинаковыми паролями всегда будут иметь одинаковые значения хэш-функции. Таким образом, можно заранее составить словарь хэшированных паролей и осуществлять поиск неизвестного пароля в нем. При таком подходе с точки зрения отношения время/память тестирование пароля может выполняться со скоростью дискового ввода/вывода.

Две семибайтовых "половины" пароля хэшируются независимо друг от друга. Таким образом, две половины могут подбираться методом грубого подбора независимо друг от друга, и сложность атаки не превышает сложности атаки против семибайтового пароля. Пароли, длина которых превышает семь символов, не сильнее, чем пароли с длиной семь символов. Кроме того, те пароли, длина которых не превышает семь символов очень просто распознать, поскольку вторая половина хэша будет одной и той же фиксированной константой: шифрование фиксированной константы с помощью ключа из семи нулей.

Функция хэша Windows NT вычисляется следующим образом:

· Преобразование пароля, длиной до 14 символов, с различением регистров в Unicode.

· Хэширование пароля с помощью MD4, получение 16-символьного значения хэш-функции.

Хэш Windows NT обладает преимуществом по сравнению с функцией хэша Lan Manager - различаются регистры, пароли могут быть длиннее 14 символов, хэширование пароля в целом вместо разбиения его на маленькие части - хотя по-прежнему отсутствует индивидуальность. Таким образом, люди, имеющие одинаковые пароли, всегда будут иметь одинаковые хэшированные пароли Windows NT. Сравнение файла хэшированных паролей с заранее рассчитанным словарем хэшированных паролей может быть весьма эффективной атакой.

Кроме того, более серьезна проблема реализации существенно облегчает раскрытие паролей. Даже хотя хэш Lan Manager был включен по соображениям совместимости с предыдущими версиями, и не требуется в сетях Windows NT, оба значения хэш-функций всегда передаются вместе. Следовательно, можно выполнить грубый подбор пароля с помощью более слабой хэш-функции Lan Manager и затем выполнить тестирование с учетом регистра для подбора значения хэш-функции Windows NT.

3.2 Криптоанализ MS-CHAP

РРР содержит различные способы обработки аутентификации. Одним из способов является протокол аутентификации вызов-рукопожатие (СНАР). Реализация PPP СНАР компанией Microsoft (MS-CHAP) почти совпадает с методом аутентификации, используемым для аутентификации клиентов в Windows-сетях.

MS-CHAP функционирует следующим образом:

· Клиент запрашивает вызов сетевого имени.

· Сервер возвращает восьмибайтовый случайный вызов.

· Клиент вычисляет хэш-функцию Lan Manager, добавляет пять нулей для создания 21-байтовой строки и делит строку на три семибайтовых ключа. Каждый ключ используется для шифрации вызова, что приводит к появлению 24-разрядного шифрованного значения. Оно возвращается серверу как отклик. Клиент выполняет то же самое с хэш-функцией Windows NT.

· Сервер ищет значение хэш-функции в своей базе данных, шифрует запрос с помощью хэш-функции и сравнивает его с полученными шифрованными значениями. Если они совпадают, аутентификация заканчивается.

Сервер может выполнять сравнение по хэш-функции Windows NT или по хэш-функции Lan Manager; результаты должны совпадать. Хэш, используемый сервером, зависит от конкретного флага в пакете. Если флаг установлен, то сервер выполняет тестирование с помощью хэш-функции Windows NT; в противном случае тестирование выполняется с помощью хэш-функции Lan Manager.

Протокол вызова/отклика является стандартным; использование случайного вызова имени делает невозможными словарные атаки на MS-CHAP и файл записанных хэш-функций от паролей. В то же время, поскольку даже в Windows NT-сетях используются оба значения хэш-функции, можно в каждом случае атаковать более слабую хэш-функцию Lan Manager. Поскольку ответ клиента разбит на три части, и каждая часть шифруется независимо от других, можно атаковать сам протокол MS-CHAP.

Последние восемь байт хэш-функции Lan Manager представляют собой константу в том случае, если длина пароля не превышает семи символов. Это верно, несмотря на случайный вызов. Следовательно, последние восемь байт отклика клиента будут представлять собой вызов, зашифрованный с помощью данной константы. Легко проверить, не превышает ли длина пароля семи символов. После того, как атакующий находит значение хэш-функции Lan Manager, он может использовать эту информацию для восстановления хэш-функции Windows NT.

Атака может быть существенно ускорена за счет активного использования предварительных вычислений и тщательного исследования слабостей хэш-функции Lan Manager и протокола MS-CHAP. Далее приводятся подробности оптимизированной атаки:

Р0-Р13 - байты пароля. Н0-Н15 - байты хэш-функции Lan Manager, которая преобразуется в 21-байтовый ключ К0-К20. S- фиксированная константа, используемая в хэш-функции Lan Manager. Вызов С и 24-байтовый отклик Ro-R23. Злоумышленник может знать C и R и хочет найти Р.

1) Можно попробовать все возможные комбинации К14, К15. Правильное значение выделяется, когда С превращается в R16, ..., R23 с ключом К14, К15, 0,0,0,0,0. На это уходит примерно 215 операций.

2) Можно попробовать вероятные значения Р7,...,Р13. Неверные значения можно быстро отбросить путем шифрования S и проверки совпадения последних двух байт полученного значения с К14 и К15. (Так остается только один вариант из каждых 216). Каждый оставшийся вариант Р7,...,Р13 предоставляет значение-кандидат для К8,...,К13. Чтобы проверить значение-кандидат, проверьте все возможные значения К7, чтобы увидеть, есть ли такое, при котором С шифруется в R8,...,R15 при значении-кандидате К8,...,К15. Если есть такое К7, то догадка для Р7,...,Р13 почти наверняка верна. Если нет, то надо выбрать другое значение для Р7,...,Р13. Если существуют N вероятных вариантов Р7,...,Р13, то подбор верного значения можно провести за N тестовых шифрований.
Поскольку в протоколе нет индивидуальной настройки, эта атака может быть существенно ускорена с помощью замены время/память. Если есть N заранее вычисленных тестовых шифрований, то восстановление верного значения Р7,...,Р13 потребует N/216 операций.

После нахождения Р7,...,Р13, восстановление Р0,...,Р6 требует М попыток, где М - число вероятных значений Р0,...,Р6. Опять же, поскольку нет индивидуальной настройки, атака может быть выполнена за N/28 попыток при М предварительно вычисленных значениях.

Кроме того, данный протокол позволяет выполнить аутентификацию только клиента. Атакующий, выполняющий подмену соединения, может тривиально замаскироваться под сервер. Если шифрование разрешено, атакующий не сможет посылать и принимать сообщения (пока не взломает шифр), однако используя старое значение вызова он сможет получить две сессии текста, зашифрованные одним ключом (см. атаки далее).

3.3 Криптоанализ МРРЕ

Протокол шифрования в одноранговых сетях (МРРЕ) обеспечивает методологию для шифрования пакетов РРТР. Он предполагает существование секретного ключа, известного обоим участникам соединения, и использует поточный шифр RC4 с 40- либо 128-разрядным ключом. Такой метод установки использования МРРЕ является одной из функций протокола управления сжатием РРР (ССР). После установки режима работы начинается сеанс РРР по передаче пакетов зашифрованных данных. Важно отметить, что шифруются только те пакеты РРР, номера протоколов которых лежат в диапазоне 0x0021-0x00fa. Все остальные пакеты передаются без шифрования, даже если шифрование разрешено. Типы пакетов, шифрование которых осуществляется/не осуществляется, регламентируются документом RFC 1700. Для любых пакетов не обеспечивается аутентификация.

В МРРЕ 40-битовый ключ RC4 определяется следующим образом:

· Генерация определяющего 64-битового ключа из хэш-функции Lan Manager пароля пользователя (известного пользователю и серверу) с помощью SHA.

· Установка старших 24 бит ключа в значение 0xD1269E.

128-битовый ключ RC4 определяется следующим образом:

· Объединение хэша Windows NT и 64-битового случайного значения, выданного сервером при работе по протоколу MS-CHAP. Данное число посылается клиенту по протоколу обмена, потому оно известно и клиенту, и серверу.

· Генерация определяющего 128-битового ключа из результатов предыдущего этапа с помощью SHA.

Результирующий ключ используется для инициализации RC4 обычным способом, а затем для шифрования байт данных. После каждых 256 пакетов - МРРЕ поддерживает счетчик, в котором фиксируется число пакетов - генерируется новый ключ RC4 по следующим правилам:

· Генерация определяющего ключа - 64-битового для 40-битового шифрования и 128-битового для 128-битового шифрования - путем хэширования предыдущего ключа и исходного ключа с помощью SHA.

· Если требуется 40-битовый ключ, то установка старших 24 бит ключа в значение 0xD1269E.

· Длина типичного пакета РРТР составляет 200 байт, включая заголовок.

При потере синхронизации происходит реинициализация RC4 с использованием текущего ключа. Существует также возможность обновления ключа RC4 после каждого пакета; эта возможность снижает эффективность шифрования примерно наполовину, поскольку на выполнение плановых изменений ключа RC4 требуется время.

3.3.1 Восстановление ключа

В МРРЕ степень защиты ключа не превышает степень защиты пароля. Большая часть паролей имеет существенно меньше 40 бит безопасности и раскрываются с помощью словарных атак. Хэш-функция Lan Manager еще боле уязвима: с учетом максимальной длины порции, ограниченного алфавита и отсутствия символов нижнего регистра, невозможно сгенерировать 128-битовый ключ, даже если пользователь хочет это сделать. В документации по МРРЕ описывается флаг для вычисления 40-битового ключа RC4 на основании хэш-функции Windows NT, а не Lan Manager, но эта функция еще не реализована. Нет способов вычисления 128-битового ключа RC4 на основании хэш-функции Windows NT, хотя такой вариант был бы более безопасным (хотя существенно менее безопасным, чем 128-битовый случайный ключ.)

В любом случае, общая степень защиты составляет не 40 или 128 бит, а количество бит энтропии пароля. На основании экспериментальных данных получено, что английскому языку свойственна энтропия 1,3 бита на символ. Изменения регистра, цифры и специальные символы существенно повышают это значение. Любая атака, которая использует словарь слабых паролей, может быть способна прочитать зашифрованный МРРРЕ трафик. Кроме того, стилизованные заголовки в пакете РРР облегчают сбор известных текстов и базы для проверки угаданного ключа.

40-битовый алгоритм RC4 подвержен более серьезным уязвимостям. Поскольку не предусмотрена индивидуальная настройка, атакующий может подготовить словарь зашифрованных заголовков РРР, а затем быстро найти данный зашифрованный текст в словаре. При поиске мест в пакетах МРРЕ, где может содержаться незашифрованный текст, атакующий может воспользоваться множеством связей по SMB и NetBIOS, которые происходят при стандартных соединениях Microsoft.

Более того, тот же 40-битовый ключ RC4 генерируется всякий раз, когда пользователь инициализирует протокол РРТР. Поскольку RC4 представляет собой способ шифрования с обратной связью по выходу, то просто взломать шифр за два сеанса. Серьезная уязвимость отмечается в большей части свежих спецификаций МРРЕ, хотя она исчезла из предыдущей версии. Ни в одной версии документации Microsoft не указано, что один и тот же ключ используется как в прямом, так и в обратном направлении, что гарантирует, что для шифрования двух разных текстов используется один и тот же поток ключей.

128-битовый RC4 использует в процессе генерации ключей 64-битовую случайную величину. Такой подход делает непрактичной словарную атаку. По-прежнему, метод грубого подбора пароля более эффективен, чем метод грубого подбора пространства ключей. Случайное число также означает, что для двух сессий с одним паролем будут использованы разные 128-битовые ключи RC4, хотя для шифрования текста в обоих направлениях будет использован один и тот же ключ.

3.3.2 Атаки переворота битов

RC4 - способ поточного шифрования с обратной связью по выходу, при этом не обеспечивается аутентификация потока шифрованного текста. Поскольку в МРРЕ не предусмотрено другого способа аутентификации, атакующий может незаметно менять значения бит в шифре. Если протокол нижнего уровня чувствителен к изменению значения конкретных бит - разрешение/запрещение каких-либо функций, выбор вариантов, сброс параметров - эта атака может быть достаточно эффективна. Обратите внимание, для проведения этой атаки атакующему не надо знать ключ шифрования или пароль клиента. Конечно, такие атаки могут обнаруживаться или предотвращаться протоколами верхнего уровня.

3.3.3 Атака путем ресинхронизации

Если в процессе передачи теряется пакет, либо приходит пакет с неверным номером в заголовке МРРЕ, то происходит ресинхронизация ключа. Сторона, принявшая неверный пакет, посылает отправителю запрос на ресинхронизацию. По принятию данного запроса, отправитель реинициализирует таблицы RC4 и устанавливает бит "сброшен" (flushed) в заголовке МРРЕ. Если система обнаруживает в пакете установленный бит "сброшен", она реинициализирует свои таблицы RC4 и устанавливает счетчик пакетов в соответствии с полученным значением.

Так создается проблема, когда атакующий может либо подавать запросы на ресинхронизацию, либо вбрасывать пакеты МРРЕ с неверными значениями счетчика пакетов. Если выполнять это постоянно перед обменом 256-м пактом, когда происходит смена сеансового ключа, то атакующий может добиться успеха - сеансовый ключ не будет изменен.

3.4 Другие атаки на MS-PPTP

Несмотря на то, что атаки на протоколы MS-CHAP и МРРЕ приводят к полному отрицанию полезности и безопасности MS PPTP, необходимо упомянуть о нескольких интересных атаках.

3.4.1 Пассивный мониторинг

Потрясающее количество информации можно получить, если просто наблюдать за трафиком сеанса РРТР, передаваемым по сети. Такая информация бесценна для анализа трафика, ее следует защищать. Тем не менее, сервер выдает всем желающим такие сведения, как максимальное количество доступных каналов. Эту информацию можно использовать для установки соответствующего размера сервера РРТР и контроля его нагрузки. Если атакующий регулярно передает пакеты PPTP_START_SESSION_REQUEST, то он может наблюдать создание новых соединений и закрытие существующих соединений. Таким способом атакующий может собрать информацию о системе и шаблонах ее использования, при этом ему не нужно быть рядом.

Путем установки стандартных средств просмотра и расшифровки общественных линий связи от серверов Microsoft PPTP была получена следующая информация:

IP-адрес клиента

IP-адрес сервера

Количество доступных на сервере виртуальных каналов РРТР

Версия RAS клиента

Имя клиента NetBIOS

Идентификация производителя клиента

Идентификация производителя сервера

IP-адрес клиента во внутреннем виртуальном туннеле

Внутренние DNS-сервера, обслуживающие клиента

Имя пользователя на клиенте

Достаточно информации для получения значений хэш-функций паролей пользователей

Достаточно информации для получения начального значения МРРЕ

Текущее значение шифрованного пакета для клиента перед реинициализацией RC4

Текущее значение шифрованного пакета для сервера перед реинициализацией RC4

В любом случае, когда канал связи шифруется и пользователь предполагает некоторый уровень конфиденциальности, перечисленная выше информация не должна быть доступна так легко. Для Microsoft PPTP нет легкого способа зашифровать эту информацию, поскольку утечки происходят вне канала, контролируемого МРРЕ. В некоторых случаях, эти пакеты представляют собой конфигурационные и установочные пакеты для шифрования в рамках МРРЕ, и они должны передаватьс до начала шифрования. Единственным решением является шифрование канала управления или резкое уменьшение количества передаваемой по нему информации.

3.4.2 Перехват переговоров РРР

Пакеты переговоров РРР передаются до начала шифрования и после его окончания. Поскольку метод ресинхронизации ключей осуществляется с использованием пакетов РРР ССР, эти каналы связи не могут шифроваться таким же образом. Добавим, что реальная аутентификация данных пакетов не выполняется. Этап конфигурации полностью открыт для атаки.

Подмена конфигурационного пакета, описывающего DNS-сервер, позволяет направить всю систему распознавания имен на ложный сервер имен.

Точно так же, подмена пакета, содержащего внутренний туннельный IP-адрес, позволяет обойти firewal, осуществляющие фильтрацию пакетов по правилам, поскольку клиент будет подключаться к внешним машинам из внутренней защищенной сети.

3.4.3 Потенциальные утечки информации на клиенте

Клиент Windows 95 не выполняет требуемую очистку буферов, и потому допускается утечка информации в сообщениях протокола. Хотя в документации РРТР сказано, что в пакете PPTP_START_SESSION_REQUEST символы после имени компьютера и производителя должны быть сброшены в 0х00, Windows 95 этого не делает.

080: 0000 6c6f 6361 6c00 0000 3e1e 02c1 0000 ..local...>.....

096: 0000 85c4 03c1 acd9 3fc1 121e 02c1 2e00 ........?.......

112: 0000 2e00 0000 9c1b 02c1 0000 0000 0000 ................

128: 0000 88ed 3ac1 2026 02c1 1049 05c1 0b00 ....:. &...I....

144: 0000 3978 00c0 280e 3dc1 9c1b 02c1 041e ..9x..(.=.......

160: 02c1 0e00 0000 121e 02c1 2e00 0000 2e00 ................

176: 0000 3dad 06c1 74ed 3ac1 1c53 05c1 9c1b ..=...t.:..S....

192: 02c1 041e 02c1 0e00 0000 121e 02c1 2e00 ................

208: 0000 ..

Выше показаны символы, содержащиеся после имени компьютера и строки производителя. В байтах 82-86 содержится имя компьютера, которое для клиента Windows 95 всегда равняется "local". Байт 113 - то место, где должна содержаться строка производителя. При просмотре аналогичного пакета Windows NT обнаружено, что все символы "мусора" сброшены в 0х00.

Существует очевидная возможность утечки информации в зависимости от того, как и где используются и размещаются структуры данных и что происходит на клиентской системе. Для оценки данной утечки информации необходимо провести дальнейший анализ кода Windows 95.

3.5 Выводы

Реализация РРТР от Microsoft уязвима с точки зрения реализации, и обладает серьезными недостатками с точки зрения протокола. Протокол аутентификации имеет известные уязвимости. Шифрование выполнено неверно, в данной реализации используется поточный шифр с обратной связью по выходу, хотя более уместен был бы блоковый шифр "шифр-блок-цепочка" (CBC). Чтобы связать слабую аутентификацию с плохим шифрованием Microsoft задала ключ шифрования как функцию от пароля пользователя вместо использования сильного алгоритма обмена ключами типа Диффи-Хеллмана или ЕКЕ. Наконец, канал управления не аутентифицируется и не сильно защищен.

Криптоанализ не подвергал сомнению протокол РРТР, но лишь реализацию протокола от Microsoft. Хотя Microsoft использует свои собственные расширения (MS-CHAP, МРРЕ, МРРС) в РРР секции РРТР, стандарт РРТР не требует этого. Производители могут включить расширения Microsoft в свои продукты по соображениям совместимости, но они не обязаны ограничиваться их использованием и, наверное, реализуют более безопасные решения. Конечно, новые расширения для корректной работы должны поддерживаться как клиентом, так и сервером.

4 Туннелирование по протоколу L2TP

Протокол L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol - сетевой протокол туннелирования канального уровня) сочетает в себе все лучшее из протоколов PPTP и L2F (Layer 2 Forwarding - пересылка данных на канальном уровне). L2F был предложен в качестве протокола передачи для подключения по коммутируемым каналам связи. Используя его, серверы удаленного доступа инкапсулируют поступающий трафик в кадры протокола РРР, а затем передают их по каналам ГВС на сервер L2F, который, в свою очередь, удаляет упаковку пакетов и направляет их в сеть получателя.

Протокол L2TP позволяет прокладывать туннели через любые среды, где возможны пакетно-ориентированные одноранговые подключения. В их число, в частности, входят такие технологии региональных вычислительных сетей, как Х.25, Frame Relay и АТМ. Более того, в L2TP предусмотрена возможность соединения двух конечных точек несколькими туннелями.