Адам Шостак
Защита систем
Чему «Звездные войны» учат инженера ПО

© Беленкович В. М., перевод на русский язык, 2025

© Манжавидзе Д. Ю., иллюстрация на обложку, 2025

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2025

Об авторе

Адам Шостак – ведущий эксперт по моделированию угроз. Он также является дизайнером игр, выступает в роли консультанта и судебного эксперта. Много лет он посвятил разработке безопасных продуктов и систем. В мире бизнеса диапазон его опыта охватывает самые разные области, от основания стартапов до почти десяти лет работы в Microsoft.

Ниже перечислены некоторые из его достижений.

• Помог создать CVE (Common Vulnerabilities and Exposures, база данных общеизвестных уязвимостей информационной безопасности); в настоящее время является почетным членом ее консультативного совета.

• Исправил автозапуск для Windows XP и Vista.

• Руководил разработкой и реализацией инструмента моделирования угроз Microsoft SDL (v3).

• Создал игру по моделированию угроз Elevation of Privilege и участвовал в создании игры Control-Alt-Hack.

• Автор книги Threat Modeling: Designing for Security («Моделирование угроз: проектирование для обеспечения безопасности») и соавтор книги The New School of Information Security («Новая школа информационной безопасности»).

Помимо консультирования и преподавания, Шостак выступает в качестве советника многих компаний и академических учреждений. Он является аффилированным профессором в Школе компьютерных наук и инженерии имени Пола Г. Аллена при Вашингтонском университете.

Подробнее о нем можно узнать на сайте shostack.org.

Благодарности

Эта книга была бы совершенно иной, если бы Джордж Лукас не придумал свой потрясающий и многогранный мир и если бы команда и актерский состав «Звездных войн» не воплотили его в жизнь. Если бы эта первая команда не вникала в детали, мы могли лишиться очень многого.

Эта книга – результат пятилетней миссии «Как объяснить инженеру, что такое безопасность». В 2017 году один джентльмен из Купертино задал мне простой вопрос: «Где я могу узнать больше об этих угрозах?» Я не записал его имя, но, если вы читаете этот текст, спасибо за вопрос, и извините, что так долго не отвечал.

В процессе исследований я говорил с сотнями людей о том, что «должен знать каждый инженер». Я хочу поблагодарить их всех за вклад в создание этой книги. А все ошибки, которые остались, принадлежат мне.

Моя замечательная команда преподавателей из Shostack + Associates (Валерий Берестецкий, Джейми Дикен и Кэролайн Эммотт) также прочитала весь черновик (иногда не по одному разу) и помогла убедиться, что многое из того, чему мы научились у наших студентов, вошло в книгу и что на многие вопросы, которые они задавали, даны ответы.

Параллельно с написанием книги я также работал над набором курсов в LinkedIn Learning. С командой, в которую в том числе входили Алисса Пратт, Рэй Хойт и Эндрю Проберт, у нас сложились теплые отношения, они поддерживали и наставляли меня на протяжении всего этого времени. Работа с ними над набором курсов по STRIDE одновременно с работой над книгой помогла улучшить и то и другое.

Лорен Конфельдер сделала больше, чем просто создала мнемоническую схему STRIDE (вместе с Преритом Гаргом), которая легла в основу этой книги. Она также прочитала бóльшую часть этой книги в черновом варианте, и я высоко ценю наши долгие беседы о деталях, а также о структуре.

Дин Триббл и Джонатан Шапиро напомнили мне о работе Марка Миллара «Власть» (Authority) как о способе выхода из беспорядочных размышлений о привилегиях и разрешениях. Этот ужас мог положить конец всей затее. Точно так же глава о синтаксическом анализе стала намного понятнее и богаче, когда я прочитал работу сообщества LangSec. Джефф Уильямс вдумчиво просмотрел первые черновики. Изар Тарандах внимательно прочитал текст, хотя его книга отчасти конкурирует с моей. Джим Белл объяснил, как космические аппараты на Марсе отслеживают время.

Некоторые из первых улучшений относились к тексту, который изменился настолько, что эти улучшения больше не видны. Я чрезвычайно благодарен этим людям, потому что они помогли книге не очень заметным, но очень важным образом: Майкл Ройтман предложил форматы дат для устойчивости канонизации, и их гораздо легче анализировать, чем мои примеры URL-адресов. Ким Вуйтс помог с определением предсказуемости и ее воздействии на неприкосновенность частной жизни.

Спасибо также Джону Калласу, Крису Энгу, Марку Френчу, Тому Гэлхагеру, Шону Эрнану, Джеффу Джармоку, Аррону Джонсону, Кристофу Клаассену, Лаки Манро, Даниэлю Остермайеру, Яну Пойнтеру, Джону Пулену, Моргану Роману, Ананту Шривасте, Пелеусу Ули, Таре Уилер и Чарльзу Уилсону.

Дуг Барнс, адвокат и киберпанк, был тем другом, который написал фразу «Включать в свои протоколы этап „а потом появляются полицейские“ – это сомнительная идея», цитируемую в главе об отказе от ответственности. Предложение и абзац были сложными, и поэтому я благодарю его здесь.

Неоднократно авторы использовали «Звездные войны» для иллюстрации своих теорий: The Ultimate Star Wars and Philosophy («Путеводитель по „Звездным войнам“ и философия») [Wiley, 2015], «Звездные войны. Психология киновселенной» (Star Wars Psychology) [Sterling, 2015] и «Мир по „Звездным войнам“» (The World According to Star Wars) [Sunstein, 2016]. Я многому научился у каждого из них и использую «Звездные войны» более целенаправленно и детально благодаря тому, что они указали мне путь. Келлман Мегу отметил, что в сцене перед появлением Дарта Вейдера имперские войска проводят довольно серьезное совещание по реагированию на вторжение, но я не нашел способа включить это в текст. И, говоря о содержании «Звездных войн», я особенно хочу поблагодарить читателей, которые не очень с ним знакомы: они отметили места, где я переусердствовал с погружением в тему. Они предпочли остаться анонимными, хотя ни в чем меня не подвели.

И последнее, но не менее важное: я хочу поблагодарить мою команду в издательстве Wiley. Джима Минателя за то, что он снова и снова задавал провокационные вопросы, пока я не сообразил, что пишу что-то не то, а затем советовал, как написать книгу, которая опирается на любимую вселенную. Келли Тэлбот – фантастический редактор проектов, принимавшая все проблемы с юмором. Ким Уимпсетт тщательно отредактировала все, что было необходимо, и исправила то, что не стоит называть. Кстати, о неназванных: было много людей, с которыми мне так и не довелось встретиться. Подобно безымянным повстанцам, которые так часто появляются на заднем плане, вы помогли сделать общее дело.

Адам Шостак

Предисловие

Откуда R2-D2 знает, кто такой Бен Кеноби? Как он принимает решение воспроизвести запись принцессы Леи Бену, а не Люку? Как принцесса Лея сообщает R2 о своих намерениях? Эти три вопроса затрагивают фундаментальные аспекты безопасности: аутентификацию, авторизацию и дизайн пользовательского интерфейса (usability). (Фанаты узнаю´т ответ на первый вопрос из приквелов, но Лея его не знает.) Более того, использование компьютеров и технологий в мире «Звездных войн» может стать знакомой основой для изучения работы технологий в нашем мире.

Я был фанатом «Звездных войн» до того, как написал первую строку кода, и задолго до того, как взломал первую систему. Когда я стал экспертом по компьютерной безопасности, мне стало ясно, что мы в силу своей деятельности много лучше пишем код, чем истории, и хотя так и подмывает сказать: «Потому-то у нас ничего не получается», рассказывать истории получше – не единственная наша надежда. Когда я думал о «Звездных войнах», я понял, что сразу после титров камера показывает нам корабль принцессы Леи, который преследуют из-за… украденной запись с данными! Я понял, что «Звездные войны» – это не только история героического путешествия Люка и его взросления, но также история о раскрытии информации и последствиях этого. Последние десять лет я использовал «Звездные войны», чтобы рассказывать истории о компьютерной безопасности, потому что эпические истории дают нам опорные точки и иллюстрируют важные проблемы.

В этой книге почти все ссылки – на оригинальную трилогию. Есть материал, для которого я мог бы использовать и «Изгой-один», и приквелы, и сиквелы, и телевизионные сериалы, книги и так далее. Но я предполагаю, что большинство читателей смотрели и пересматривали только три эпизода оригинальной трилогии: «Звездные войны: Новая надежда», «Империя наносит ответный удар» и «Возвращение джедая».

Как Cила является свойством каждого живого существа, так и безопасность – это свойство всех технологических систем. И так же, как Cила имеет две стороны – светлую и темную, у безопасности есть защита и атаки. Эта книга в основном про атаки, угрозы, проблемы. Вы должны понимать, в чем угроза, прежде чем выберете подходящую защиту. Сцена, когда император Палпатин пускает в Люка Скайуокера фиолетовые молнии Cилы, очень драматична, но, если бы Люк был лучше подготовлен, он бы мог распознать угрозу и понять, как лучше от нее защититься. Ни межсетевой экран, ни список доступа не блокируют молнии Cилы.

Если вы хотите сделать свой дом безопасным, вам необходимо подумать о множестве вещей, которые могут причинить вред. Некоторые из них природного происхождения (наводнение), некоторые могут быть и природными, и рукотворными (пожар), а некоторые (воровство) являются действиями разумных существ.

У нас есть неявные модели того, что такое дом, типы домов и общие типы проблем. Эти проблемы могут немного отличаться: на Великих равнинах США – торнадо, в Юго-Восточной Азии – муссоны, на Ближнем Востоке – песчаные бури. Можете попросить список у вашего страховщика. (Они будут в разделах «Дополнительные услуги» и «Исключения».)

Наши неявные модели того, как устроены технические системы, слабее. Технологии разнообразнее и меняются быстрее, чем наши дома или офисные здания. Трехуровневая архитектура не похожа на микросервисы. Развертывание микросервисов в облаке отличается от виртуальных машин, созданных всего лишь лет десять тому назад.

У создателей и защитников технологий есть недостаток: очень трудно не думать о том, как заставить систему работать. Мы все знаем, что сделать это непросто. Что есть уступки и компромиссы, на которые приходится идти, чтобы заставить код работать, доставить его клиентам и даже развернуть его.

В области безопасности есть традиционный призыв: «Думай как злоумышленник!» А это непросто. Я же призываю людей думать как профессиональный шеф-повар, который планирует рассадку сотни обедающих этим вечером. Многие из нас не представляют, с чего начать. Однако мы не обязаны думать как злоумышленники, чтобы получить различные точки зрения на системы, над которыми работаем.

Безопасность также отличается от других потенциальных проблем, потому что нападающие разумны, они умеют учиться и адаптироваться. Представим действия человека, который планирует украсть ваш музыкальный центр. Он может проникнуть за закрытую дверь самыми разными способами: выбить дверь, отжать язычок замка, подобрать отмычку или просто украсть ключ. Некоторые злоумышленники используют уязвимости: у замка может быть слабая наружная накладка, которую легко просверлить из-за дефекта литья. Некоторые используют ошибки проектирования: у замка всего несколько штифтов, поэтому подобрать отмычку легко. Воры могут обойти нашу защиту и залезть в окно. В технологических системах диапазон атак кажется бесконечным и, возможно, непознаваемым – далее в книге мы решим эту проблему.

Одна из причин того, что нам не удается создать защищенные системы, заключается в том, что нападающие обладают огромными преимуществами. Они могут изучить объект нападения, запланировать атаки и запускать их только тогда, когда чувствуют себя уверенно. Они могут делать что захотят, чтобы получить контроль над системой, заставить ее вести себя неправильно или поставить в неловкое положение ее создателя. И кое-что из того, что делают нападающие, действительно очень умно, и все, что они делают, – неожиданно. Это крайне важно. В прекрасном небольшом видео The Death Star Architect Speaks Out («Архитектор „Звезды смерти“ высказывается») архитектор говорит: «Этот выстрел был буквально невозможен без приложения магических сил. Если бы кто-то сказал мне учитывать космических волшебников при проектировании газоотводной шахты, возможно, у нас все еще была бы „Звезда смерти“».

Он дело говорит. Слишком часто исследователи безопасности становятся известными из-за того, что указывают недостатки в уже готовых системах… как инженеры, не знающие, что торпеда не может просто так пролететь сотни миль по трубопроводам – турбулентность собьет ее с курса. Как будто бы эксперты по безопасности тебя судят и на каждый вопрос отвечают, закатывая глаза и повторяя: «Прислушайся к своим ощущениям». Но в этой книге мы сосредоточимся на важных угрозах.

Эксперт по безопасности и писатель Брюс Шнайер однажды признался: «Когда я посещал Агентство национальной безопасности (АНБ), я попросил сотрудников показать мне „Большую книгу атак“. Они мне ответили, что нет одного такого места, где все атаки были бы описаны». Упущение, которое мы намерены исправить. Это важно, потому что «атаки» легче понять, если есть их заранее подготовленный список. Это не попытка классифицировать каждую атаку или сделать список исчерпывающим. Подобное могло бы вас удивить или даже обеспокоить. Однако реальность такова, что проблемы безопасности – это нарушения требований безопасности. Требования для разных систем разные. Следует ли мне учитывать нарушения требований к ядерным бомбам или к печати денег? («Активировать систему может менее двух человек» или «Другой потребитель может использовать такое же бумажное сырье».) Такая полнота не позволит сразу выявить наиболее распространенные атаки и затруднит быстрое определение угроз, которые могут вдохновить вас, позволить вам рассуждать по аналогии и обнаружить атаки на ваши собственные системы. Вся загвоздка в понимании угроз, и до сих пор понимать их было непросто.

Кто-то однажды написал: «Все интересные системы удивляют своего создателя». Это свойство, которое переводит их из полезных в интересные. Проблемы безопасности – это часто сюрпризы. Они используют не только существующие ошибки, но и неспособность архитекторов разработать защиту.

Внимание человека – это суровый хозяин. Трудно воспринять то, чего ты не замечаешь. Мое намерение каталогизировать общие проблемы – это попытка показать, на что нужно обращать внимание. Что нужно рассмотреть, собрать, организовать и представить, чтобы получить некоторую ясность, как выглядит набор вещей, которые «нужно учитывать». Если то, о чем написано в этой книге, проигнорировано, вероятно, следует говорить об ошибке инженера. Это не значит, что мы провозглашаем: «Все остальное игнорировать можно». Точно так же, как пилот должен посадить самолет, а не просто выполнить все пункты обязательных инструкций, или хирург должен вылечить пациента, а не сделать все по порядку, так и то, что следует учитывать, не ограничивается содержанием страниц этой книги.

Внимание человека – и правда суровый хозяин. Даниэль Канеман, лауреат Нобелевской премии и основатель поведенческой экономики, в своей чудесной книге «Думай медленно, решай быстро» (Thinking Fast and Slow) использует один единственный акроним: WYSIATI. What You See Is All There Is (Что ты видишь, то и есть). Важность того, что прямо перед нами, так велика, что она вытесняет наши попытки «оставаться в курсе» и «держать в уме». И все же, как инженер, вы должны делать именно это – держать в уме надежность, производительность, дизайн интерфейсов, эксплуатационные характеристики и великое множество других свойств. У нас есть набор инструментов для того, чтобы управиться с такими вещами, включая автоматизацию, контрольные списки и оценку команд специалистов разного профиля.

При написании этой книги я иду на определенный компромисс и предполагаю, что методы защиты известны и понятны или, по крайней мере, могут быть поняты, как только вы поймете угрозы. Поэтому я сосредоточусь на угрозах и защиты буду касаться только вскользь. Я вынужден пойти на это, чтобы сделать книгу короче и доходчивее.

Введение

Очень многому я учусь у моих студентов. Когда я слышу вопросы, которые они задают, и читаю работы, которые они сдают, я узнаю´, с какими трудностями они встретились, обеспечивая безопасность своих систем. Тому, что я знаю об угрозах, я обязан десятилетиям карьеры, нескольким мудрым учителям и множеству совершённых ошибок. Как я упоминал в разделе «Благодарности», появление этой книги простимулировано простым вопросом «Где я могу узнать больше об этих угрозах?».

Подобно тому, как говорят: «Я чувствую, что в нем есть что-то хорошее» – я чувствовал этот вопрос во многих разговорах. За словом «безопасность» скрывается немало сложностей и нюансов. Я собрался было сказать, что мы узнаём об угрозах благодаря постепенному осознанию, но это неправда. Мы скорее узнаём об угрозах, когда что-нибудь идет не так. Даже когда это «что-нибудь» размером меньше, чем «Звезда смерти», уроки часто бывают травматическими, иногда меняющими карьеру. Трагедия – плохой учитель.

Если мы хотим систематического исследования угроз нашим продуктам, мы должны структурировать то, как мы узнаём об угрозах и как мы учим этому.

Для кого эта книга

Эта книга – для каждого инженера.

Она будет наиболее полезна тем, кто строит или использует сложные системы, насыщенные программным обеспечением. В инжиниринге иногда приходится идти на тяжелые компромиссы, которые становятся еще тяжелее, когда цели обеспечения безопасности неясны или расплывчаты. Книга сфокусирована на системах, которые включают код, но где его нет в наше время? Инженеры, которые работают в более традиционных отраслях (аэрокосмическая, химическая, гражданское строительство, машиностроение), обнаруживают, что элегантные механические системы прежних времен сейчас вытесняются. Ваши системы теперь просто обязаны иметь дело с кодом, и вы должны заниматься его безопасностью.

За последние несколько десятилетий профессия разработки программного обеспечения и эксплуатации систем изменилась. Мы поняли, что надежды со временем дооснастить системы свойствами доступности, надежности и удобства использования дорого нам обходятся и что необходимо внедрять эти свойства с самого начала. С безопасностью то же самое. Выбор, сделанный во время разработки системы, имеет последствия. Необходимо более раннее и целостное решение проблем безопасности.

Эта книга – для профессионалов и энтузиастов в сфере безопасности. Есть множество направлений в разных отраслях, которые ориентированы на безопасность и взломы. Не во всех из них существует обширная структура, помогающая организовать поток информации об угрозах, уязвимостях и эксплойтах, с которыми вы можете столкнуться. Я надеюсь, что моя книга будет полезна и в таких случаях.

Это книга – для каждого инженера, даже если он не поклонник научной фантастики, а если поклонник, то все равно, к какому фандому он принадлежит. Когда я рассказываю о своей книге, поклонники «Звездного пути» выглядывают из туманностей, чтобы спросить: «Почему?» Я тоже люблю «Путь». Мне нравится оптимистический взгляд на будущее, уважительное отношение создателей сериала к науке и профессиональной компетентности, а также сценарий и развитие характеров. Изначально в рукописи было посвящение «Смело защищать то, что еще не защищал ни один человек!» как дань уважения «Звездному пути». Моя команда сказала, что это слишком резко для начала книги, и они были правы.

Какую пользу принесет вам эта книга

Безопасность.

Более конкретно, вы достигнете понимания безопасности такими способами, которые позволят вам строить и эксплуатировать системы, способные работать несмотря на происки врагов. Подобно тому, как понимание силы (в смысле массы, умноженной на ускорение) позволяет нам думать о различных частях мира и применять ее в своих проектах, эта книга обеспечивает вас долговечной основой для прогнозирования угроз.

По традиции здесь приводят бесконечный список просчетов в безопасности в надежде мотивировать читателей. Не похоже, что это помогает, так что я даже не буду начинать. В 2023 году главный вопрос безопасности больше не «Почему?». Теперь это «Что?» и «Как?».

Несколько слов для неинженеров

Эта книга написана для инженеров: людей, которые строят или эксплуатируют сложные технические системы, в особенности алгоритмы, микросхемы, датчики и исполнительные механизмы этих систем. Она написана так ясно, насколько это возможно в разумных пределах, и, если вы не технарь и просто ищете рекомендации, я хочу посоветовать вам сделать три вещи.

Во-первых, включите автоматические обновления для всего, особенно для устройств, операционных систем и веб-браузеров. Подготовленные инженерами обновления очень часто исправляют проблемы безопасности, которые могут быть использованы автоматически. Если ваш поставщик смешивает функциональные изменения и исправления, касающиеся безопасности, громко жалуйтесь. Но этот шаг – решающая защита от подобных уязвимостей.

Во-вторых, используйте менеджер паролей и доверьте ему создавать для вас сложные произвольные пароли. Одна из разновидностей нарушения безопасности – это когда с веб-сайта крадут ваш адрес электронной почты и пароль. Организаторы атак собирают эти списки и торгуют ими, а также проверяют эти комбинации на каждом сайте, до которого могут дотянуться. Они также перебирают варианты. Они знают, что мой пароль для Amazon может быть adamamazon или amazonas1, а компьютеры очень хороши в подборе такого типа комбинаций, наряду с amazon-feb и другими, о которых вы могли подумать. Используйте длинные произвольные последовательности в качестве паролей. Между прочим, я использую в качестве менеджера паролей 1Password компании Agilebits и могу его рекомендовать. (У нас нет деловых отношений с этой компанией.)

В-третьих, доверяйте вашим ощущениям. Если вы чувствуете, что сайт небезопасен, покиньте его. Найдите компанию с помощью поиска или закладки. Если вы думаете, что адрес электронной почты подозрителен, позвоните человеку или организации, от имени которой послано письмо. Используйте номер телефона на обратной стороне вашей банковской карты, чтобы позвонить в банк. В каждом из этих случаев вы сохраняете контроль и используете ресурсы, на которые атакующие не могут повлиять.

Возможно, злоумышленники смогут даже подменить банковскую карту в вашем бумажнике. Если они такие умные, обратитесь за профессиональной помощью. Это не сарказм. Если против вас шпионское агентство, у которого достаточно времени и энергии, чтобы подделать карту и засунуть ее в ваш бумажник, эти советы вас уже не спасут.

Еще два возможных шага, если хотите дополнительной безопасности. Во-первых, заведите особые адреса электронной почты для особых отношений. Заведите адрес типа hiufd-suapre8wafdsjkf@gmail.com и используйте его для банка или всех ваших банков. Это защитит вас, если атакующие завладеют вашим главным почтовым аккаунтом, и поможет отсортировать почту с фишингом. Если вы используете этот адрес только для вашего банка, то любое сообщение от банка в основном аккаунте автоматически становится подозрительным. Смотрите выше замечание о том, что стоит доверять ощущениям.

Наконец, я использую отдельный браузер и профиль пользователя в браузере для онлайн-банкинга. Программное обеспечение браузеров в наше время достаточно надежно, но со всеми этим атаками я чувствую себя более защищенным, используя для этого малоиспользуемый браузер. (В настоящее время один из моих браузеров – Firefox, а другой – Chrome. Когда-то это были два разных аккаунта в Firefox с очень разным визуальным оформлением.)

Это все. Вот мои советы. Спасибо за то, что купили эту книгу. Буду рад, если вы ее прочитаете или передадите технарю или начинающему технарю, которого знаете. В любом случае я буду предполагать, что мой читатель технически подкован, поэтому мы будем говорить на двоичных языках, которые пронизывают ткань как далекой-далекой галактики, так и нашего собственного мира.

Позвольте привлечь ваше внимание к принципу, который лежит в основе этих советов: изоляция. Менеджер паролей изолирует сайты друг от друга, то же самое делает использование двух разных почтовых аккаунтов или двух браузеров. Уход с сайта или звонок в банк позволяют покинуть место атаки. Эта изоляция, отделение частей системы друг от друга, – также причина того, что у нас есть разные учетные записи компьютеров, файрволы и другие методы защиты.

Конечно, за каждый уровень изоляции нам приходится платить удобством. Если вы не позволяете программному обеспечению беспрепятственно взаимодействовать друг с другом, это означает, что вам придется предпринимать определенные усилия, чтобы оно взаимодействовало, и злоумышленникам нужно будет как-то обманом заставить вас сделать это.

Печально, но этот совет вы услышите не от каждого. Нам недостает информации о коренных причинах и истории инцидентов, которые помогли бы нам расставить приоритеты. Об этой проблеме я пишу в другом месте и не буду углубляться в нее в этой книге.

Терминология безопасности

У вас в руках книга об угрозах. Мы все узнаём угрозу, когда слышим: «Гони деньги, не то получишь!» или «Я изменил условия сделки. Молитесь, чтобы… в последний раз». Я использую термин «угроза», имея в виду некоторую будущую проблему, которую часто можно предотвратить, если принять профилактические меры.

В отрасли безопасности слово угроза используется по-разному. Мы называем злоумышленника угрозой или носителем угрозы. В той части отрасли, где занимаются защитой от вредоносного программного обеспечения, угрозой называют каждый вирус или фрагмент вредоносного кода.

Исполнение угрозы – это нападение. Каждая угроза, ее проявление и ее воздействие могут вызывать беспокойство. В законе реальная угроза рассматривается как насилие; ударить кого-то – это «избиение» в словосочетании «нападение и избиение». Это может привести к травме. В кибербезопасности мы часто беспокоимся и об угрозе, и о ее результате. Если кто-то совершает взлом под видом законного пользователя (spoofing), возможно образование по цепочке других угроз, таких как фальсификация или раскрытие информации. Особенно на этапе обучения полезно установление конкретной взаимосвязи между механизмом и воздействием. Риск – это количественное уточнение угрозы, и эти количественные измерения часто включают вероятность успеха и объем последствий, выраженный в долларах или в жизнях.

Злоумышленники используют некоторое средство для получения выгоды от использования уязвимости. Средством эксплуатации уязвимости или просто эксплойтом называют код, который дает использующему его сделать что-либо, что хозяин системы предпочел бы предотвратить. Эксплойт можно применить для намеченной цели. Уязвимость – это либо специфическая проблема (ошибка) в коде, оплошность, допущенная из-за неполного учета проектных требований, либо результат компромисса, сделанного дизайнерами или эксплутационниками. Иногда конкретика вносит ясность, в других случаях она доводит до педантизма.

В компьютерной безопасности широко используют термин доверие (trust), и он легко может сбить с толку. В обычном языке доверие означает «твердую веру в чью-нибудь надежность, честность или способность». Заслуживающий доверия означает кого-то, кто соответствует этим ожиданиям. В компьютерной безопасности доверенный означает нечто способное нарушить вашу безопасность. Профессор Росс Андерсон из Кембриджского университета приводит пример: «Шпион, пойманный на продаже секретов, был доверенным, но не заслуживающим доверия». Другие указывают на то, что это слово часто используется в пассивном залоге или с оруэлловской интонацией. Выражение доверенная система (trusted system) не может сообщить нам, кто доверяет системе. Галактическая Империя часто помечала системы как «доверенные», чтобы не обсуждать их воздействие на людей, которых они касались.

Афоризмы

Есть несколько мудрых выражений, которыми бы я хотел поделиться, поскольку они могут широко использоваться в вашей работе, связанной с безопасностью.

«Атаки становятся только лучше; они никогда не становятся хуже». Брюс Шнайер утверждает, что так поговаривают в Агентстве национальной безопаснасти (АНБ) США. Хотя защита развернута, уроки атаки никогда не забываются. Инструменты, разработанные для ее проведения, не пропадают. Они оттачиваются и шлифуются.

«Теории безопасности возникают из теорий незащищенности», – сказал Рик Прото из АНБ. Атаки становятся лучше, а совокупность атак определяет то, что мы вообще думаем о безопасности.

«Все модели неправильны; некоторые модели полезны». Слова британского статистика Джорджа Бокса.

«Компьютерная безопасность – это извращение. Когда вы хотите, чтобы что-нибудь было трудным, это легко, а когда вы хотите, чтобы что-нибудь было легко, это трудно». (Автор я.) Рассмотрим удаление файла. Когда вы действительно хотите, чтобы файл исчез, это трудно сделать, а когда вы хотите его восстановить, это на удивление сложно. Сложно заставить файл исчезнуть, потому что его удаление обычно означает просто удаление ссылок в файловой системе. Если вы попробуете переписать биты на магнитном диске, окажется, что физические записи на диске различаются по размеру и поэтому их можно прочитать и после перезаписи. А флеш-накопители вообще делают почти невозможным создание записи в том же самом физическом месте. Сходным образом легко найти случайность, когда вы хотите предсказуемости. Компьютеры кажутся непредсказуемыми, и часто встречаются гейзенбаги (ошибки, которые то появляются, то исчезают, или меняют свои свойства при попытке отладки), но вы попробуйте написать безопасный генератор случайных чисел.

«Злоумышленники будут использовать свой бюджет так, как они хотят, а не так, как вы надеетесь». (Опять я.) Вы можете надеяться, что атакующие будут себя вести неким определенным образом, но тогда они бы не были злоумышленниками.

«Безопасность – это системное свойство». Неясно, кто первым это сформулировал. Это справедливое заявление, и означает оно, что безопасность системы часто ограничена слабыми звеньями. Эта книга поможет вам удалить эти слабые звенья.

«Работает то, что доставлено». Это общее изречение в Microsoft. Все новые возможности, которые вы разработали, не имеют никакой ценности, пока не используются вашими потребителями, так что задержка ради добавления нескольких дополнительных возможностей часто неразумна. Аналогично задержка в сдаче разработки в надежде достижения идеальной безопасности означает, что никто не может использовать разработанные вами новые возможности. Я должен сейчас принять такое же решение о сдаче этой книги: я надеюсь, что ее достоинства перевешивают ее недостатки.

«Дьявол в деталях». Кто бы это ни сказал, он не думал о безопасности, а мог бы и подумать. Множество прекрасных вещей оказываются менее безопасными, как только погрузишься в них, и эксперты по безопасности с большим уважением относятся к талантливым специалистам по обратному проектированию, которые расчленяют системы, чтобы понять их внутреннее устройство, и в процессе открывают неожиданные свойства этих систем.

Как организована эта книга

Эта книга начинается с аббревиатуры STRIDE, которая определяет классическое понимание угроз. STRIDE – это Spoofing, Tampering, Repudiation, Information Disclosure, Denial of Service, Expansion of Authority (спуфинг, вмешательство, отказ от ответственности, раскрытие информации, отказ в обслуживании, расширение полномочий). STRIDE – это мнемонический прием, который помогает запомнить шесть главных групп угроз, которым посвящены первые шесть глав книги. За ними следуют главы о предсказуемости, распознавании и поэтапных кибератаках.

Большинство глав этой книги следуют одному и тому же общему плану: начать с объяснения угрозы, потом показать, как она проявляется в конкретных технологиях, механизмы, которые используют злоумышленники, и, наконец, короткий раздел, посвященный защите.

Существует множество способов организации материала в такого рода книгах. Я рассматриваю разные вычислительные модели, и те пути, какими на них воздействуют разного рода угрозы. Эти модели включают интернет вещей (Internet of Things, IoT), мобильные вычисления, облачные вычисления и ИИ / машинное обучение. Подробности в соответствующих разделах служат дополнением к более широким утверждениям главы, а не заменой им: тот факт, что компьютер имеет форму плюшевого мишки, не значит, что остальная часть главы неприменима. Несколько таких разделов в других главах снабжены дополнительными подразделами, потому что природа угроз обладает интересными свойствами в специфических сценариях, которые стоит обсудить.

Единственная из развивающихся технологий, которая осталась не затронутой, – это квантовые вычисления. Большинство угроз из STRIDE будут работать для систем, окружающих квантовое ядро, и, вероятно, для самого ядра тоже. Например, потребляемая мощность зеркал в квантовой криптографии ведет к раскрытию важной для атак информации. (Квантовое криптование использует информацию о спи´не, чтобы распространять криптоключи так, что это очень сложно подслушать, но часто полагается на оптику между сайтами. Это очень отличается от использования квантовой механики для вычислений.) Первичный ранний эффект квантовых вычислений – высокая вероятность взлома большей части классической ассиметричной криптографии: перспектива вычисления секретных ключей с помощью квантовых компьютеров создает угрозу раскрытия информации. Если вам интересны квантовые вычисления, книга Law and Policy for the Quantum Age («Закон и политика квантового века») [Hoofnagle and Garfinkel, 2021] будет отличным введением в предмет.

Другой важный выбор в организации материала – это постоянное возвращение к перечню угроз. Исходя из моего опыта преподавания, когда кто-то встречает информацию в первый раз, она не сразу усваивается. Часто помогает возвращение к этой информации, чтобы посмотреть на нее под другим углом.

Стиль и условности

В книге упомянуты многие организации и продукты. Названия продуктов используются, только чтобы привести конкретный пример, не подразумевая злого умысла по отношению к создателям или владельцам торговой марки. Помечать каждый такой случай выражением «например» было бы пустой тратой времени большинства читателей, ради возможных выгод для тех немногих, которые все понимают буквально и будут все равно сбиты с толку, сколько разъяснений ни приводи.

Несколько слов от мастера джедая

Йода. …мощь джедая идет от Силы. Но бойся темной Силы. Гнев, страх, агрессия – темная сторона Силы это. Легко они приходят, дают в битве поддержку. Раз ступишь на темную тропу – навсегда она твою судьбу определит. Поглотит тебя она, как ученика Оби-Вана.

Люк. Вейдера… Темная сторона сильнее?

Йода. Нет, нет, нет. Проще и притягательней.

Люк. Но как отличить хорошую сторону от плохой?

Йода. Ты поймешь… когда ты тих, светел, спокоен. Джедай Силу использует для защиты и знания, никогда для нападения.

Темный путь – это путь игнорирования безопасности. Все легко, код льется рекой. Но как только вы вступили на этот путь, он будет вечно определять вашу судьбу. Игнорировать безопасность и сосредоточиться только на возможностях, которые будут доступны потребителям, – это легкий выбор. Современные языки позволяют выполнить полный статический анализ за счет ограничения некоторых соблазнительных возможностей указателей. За это приходится платить: темная сторона языка C – это более быстрый код, но он будет вечно доминировать над вашими рекомендациями безопасности. И двадцать лет назад, когда безопасность значила меньше, это был выбор, который сделали многие компании, часто бездумно. Это был выбор, который сделал Microsoft в зените славы.

Но Йода был прав: «Поглотит тебя она». Я работал в Microsoft почти десять лет, и я питаю огромное уважение к моим коллегам, которые вколачивали безопасность в MS Office и MS Windows, заменяя отдельные куски их внутренностей. Они достигли гораздо большего, чем, я думал, возможно таким образом достичь. Однако очень отличающиеся внутренности IoS и ChromeOS позволяют этим конкурентам сегодня двигаться быстрее.

Наконец, для вас открыт еще один путь добиться успеха в области безопасности – путь атак. Этот путь очень яркий. Он мощный: «Давайте я вам покажу, как могу получить контроль над вашей системой». И если вы хотите пойти этим путем, моя единственная просьба – делайте это этично, используя свои навыки и знания для выполнения санкционированных атак, чтобы построить более прочную защиту. Мой собственный путь начался с обнаружения уязвимости, но в последнее время я сосредоточился на создании более надежных систем. Этот путь гораздо тяжелее, но его воздействие в долгосрочной перспективе может быть гораздо большим.

1
Спуфинг и аутентичность

Вскоре после того как мы первый раз встречаемся с Люком Скайуокером, он чистит своих только что приобретенных дроидов, а R2-D2 проигрывает ему фрагмент сообщения, которое предназначается только для Оби-Вана Кеноби. Откуда R2-D2 знает, кто такой Оби-Ван Кеноби? Как он принимает решение воспроизвести запись принцессы Леи Оби-Вану, а не Люку? Как я упоминал во введении, эти вопросы затрагивают много аспектов. Давайте углубимся в проблему имен и аутентичности.

Рассматривая это взаимодействие, я буду считать дроидов компьютерами. Поэтому мы можем задавать вопросы типа «Как компьютер идентифицирует человека?». Это один из нескольких ключевых типов аутентификации. Мы также можем спросить, как человек идентифицирует компьютер или один компьютер идентифицирует другой. «Звездные войны» полны проблем, которые возникают из задачи идентификации человека человеком. Почему в приквелах члены Совета джедаев не осознают, что канцлер – это также лорд ситхов Дарт Сидиус?

Аутентичный означает нечто подлинное, настоящее. R2-D2 хочет показать видео только настоящему, аутентичному Оби-Вану, а не любому, кто подойдет и попросит об этом. Чтобы добиться этого, нужны идентификаторы и аутентификаторы. Угрозы спуфинга – это нарушение аутентичности; вы получаете кого-то или что-то, отличное от того, что ожидаете. «Звезда смерти» не в состоянии аутентифицировать R2-D2, когда он подключается к системе, это общая проблема в мире «Звездных войн». В нашем мире ложные (spoofed) коды аутентификации – это тоже общая проблема: мы называем их украденными паролями. Но это не просто фейковые личности; это также фейковые веб-сайты для фишинга и других видов мошенничества.

Идентификаторы и аутентификация

Для аутентичности сначала требуется идентификатор: заявление о том, кто вы такой. Это может быть именем (Хан Соло) или ролью (штурмовик). И то и другое может быть подлинным или фальшивым, и, с учетом риска самозванства, недоразумений или лжи, мы прибегаем к факторам аутентификации, таким как удостоверение личности (ID), пароль или униформа, чтобы оценить, является ли идентификатор аутентичным, и предоставить доступ (или отказать в нем). В этой главе мы начнем с идентификаторов как для человека, так и для техники. Мы, естественно, коснемся аутентификации, когда будем разбирать различные конкретные способы, которыми подменяется идентичность человека или устройства, а затем углубимся и узнаем больше подробностей позже в этой главе. Существует много разных форм аутентификации, в зависимости от того, кем эта аутентификация выполняется, человеком или компьютером, и к кому применяется, к человеку или к компьютеру. Далее мы посмотрим на различные сценарии спуфинга, на использованные механизмы и на защиты. Эта глава длиннее, чем те, что идут за ней, потому что спуфинг очень сильно отличается в ситуациях, когда самозванцем выступает человек, а когда – компьютер, и способы проверки различны, когда выполняются людьми и когда компьютерами.

Как показано на рисунке 1.1, средства аутентификации различаются в зависимости от того, какая сущность пытается доказать свою идентичность, и от того, какая сущность выполняет проверку.

Рис. 1.1. Способы аутентификации

Рис. 1.2. Сложность аутентификации

Откровенно говоря, некоторые из методов, показанных на рисунке 1.1, не очень надежны. Например, компьютер перед вами аутентифицируется его физическим положением: вы доверяете ему свой пароль, поскольку вводите в него пароль. Иногда такая слабая аутентификация проходит, в иных случаях сторона, проверяющая другую сущность, хочет более сильной аутентификации (рис. 1.2).

Технические идентификаторы

Существует множество типов технических идентификаторов, включая идентификаторы для сервисов, машин, файлов, процессов и пользователей. Некоторые предназначены для людей, например threatsbook.com, другие предназначены для компьютеров, например 172.18.19.20. Конечно, есть инструменты для того, чтобы преобразовывать одно в другое. Как это делается – очень важно, потому что каждое преобразование – это вырисовывающаяся возможность для того, чтобы вкрались ошибки или возникли угрозы, влияющие на вашу систему.

Фактически всякий раз, когда есть преобразование некоторого реального объекта в представление этого объекта, может возникнуть путаница. Вызовы вроде listen(socket) и open(file) чреваты угрозами, когда вы преобразовываете имя файла в дескриптор файла.

Идентичность машины или сервиса включает имя, например rebelbase.threatsbook.com. Пространство имен компьютеров обычно уникально в некоторых пределах. Идеально было бы, если rebelbase.threatsbook.com было уникальным глобально, но может существовать много компьютеров с доменным именем (DNS) rebelbase.local – один на Явине, другой на Хоте, третий – в вашей локальной сети.

Сервис можно подменить с помощью похожего имени, rebe1base. Если это веб-сайт и вы ввели там имя пользователя и пароль, операторы этого сайта могут зарегистрироваться в настоящем rebelbase, таким образом выдав себя за вас. Почти все соединения, которые уязвимы для спуфинга, обладают этой уязвимостью в обоих направлениях, последствия атаки испытывают разные участники взаимодействия.

Компьютеры часто обладают DNS-именами вроде rebelbase.threatsbook.com. Этот адрес может относиться к одной или нескольким физическим машинам, но это не единственные имена, которые может иметь физический компьютер. Он может иметь UNC-имя, как в Windows, и другие имена. Имя может относиться к более чем одной машине через, скажем, круговую систему (round-robin) DNS, а могут быть слои отображения с каноническими именами (cnames) и другие системы косвенной адресации.

Сходным образом файлы могут иметь и имена, и технические идентификаторы, такие как номера inode, которые файловая система использует для эффективности.

Идентичность процесса часто может быть представлена файлом, или портом, или даже некоторым исполняемым именем. Например, кто-то может ожидать, что то, что слушает порт 25, – это почтовый сервер, или первый процесс с именем Chrome – это наш веб-браузер. Процессы могут менять имена в таблице процессов, а зловредный код часто будет пытаться изменить имена процессов, чтобы замаскироваться под что-то безобидное.

Наконец, пользователи обладают различными видами имен пользователей, отображаемых имен и другими идентификаторами, и их понимание представляет собой достаточно сложную задачу, поэтому стоит рассматривать очень широкий диапазон человеческих идентификаторов, а также то, как компьютеры их представляют.

Идентификаторы для человека

В «Звездных войнах» Люк и Хан прикидываются штурмовиками. Один из них, очевидно, штурмовик TK‐421. Имя другого штурмовика мы так и не узнаем, но это не имеет значения: у него есть роль, позиция охранника, и этого достаточно для некоторых целей аутентификации. Бен Кеноби притворяется, что он не Оби-Ван Кеноби, и по ходу лжет Люку, что его отец Энакин убит Дартом Вейдером. Принцесса Лея делает вид, что она не предводитель повстанцев, и это еще только первые тридцать минут «Звездных войн».

Кажется, что людей идентифицировать легко. Это дядя Оуэн. Это тетя Беру. У многих людей есть более одного имени, которое они используют, но без всякого злого умысла.

Многие люди используют больше одного имени. Персонаж «Симпсонов» может быть Жирным Тони или Марионом Д’Амико, а некоторые люди будут его называть дядя Тони. Уильям становится Биллом. Я и вы имеем в виду разное, когда говорим «мама», и в мире есть много людей по имени Джон Смит. Люди обычно справляются с этим. Компьютеры не такие гибкие. Им нужны уникальные, управляемые пространства имен для идентификаторов и аккаунтов. Того же хочет и Империя, поэтому у бедного FN-2187 нет другого имени, пока По Дэмерон не даст ему прозвище Финн в эпизоде «Пробуждение силы».

Подделка человеческих идентификаторов имеет давнюю и интересную традицию, начавшуюся задолго до интернета. Притвориться кем-то другим, притвориться, что ты – это не ты, присвоить титул или роль, которые тебе не принадлежат, – все это есть уже у Шекспира, но кто его помнит… Важно, что эти подделки предшествовали технологиям. Они все реализуются на человеческом уровне.

Это разнообразие имеет значение, потому что наши технологии так устроены, что должны интерпретировать имена и преображать их в идентификаторы: логины, адреса электронной почты и другие. Каждая интерпретация может существовать в некотором взаимодействии между человеческим и машинным значением, и возникающие в этом процессе расхождения, нестыковки или различия в интерпретации приводят к неожиданным исходам.

Аутентификация людей людьми

У нас очень хорошо получается идентифицировать людей, которых мы знаем, даже если давно их не видели. Не узнать кого-то – это неловко, потому что мы ожидаем, что нас узнают. Узнавание близких, друзей, членов семьи или даже коллег подразумевается и выполняется автоматически. Нам не нужны аутентификаторы. Но за пределами этого круга все быстро усложняется. Мы используем множество неявных идентификаторов, таких как униформа, знание, манера речи, но также мы используем и явные идентификаторы, такие как удостоверения личности.

Бен Кеноби начинает действовать, когда некто, кого он никогда не видел, шлет ему голограмму, говорящую: «Много лет назад во время войны клонов вы служили моему отцу». Разве они не должны были использовать какую-то условную фразу?

Если не пытаться представлять из себя какую-то конкретную личность, может быть даже легче. Всякий может выдать себя за адвоката, который обращается к вам, пытаясь распределить наследство дальнего родственника, за торгового агента, запрашивая у вас информацию о кредитной карте, или за привлекательного молодого человека, который ищет компанию. Первое – это классическое мошенничество, последнее имеет новую грань: технология позволяет любому сыграть роль привлекательной молодой персоны в романтическом мошенничестве, когда твоему новому любовному объекту нужны деньги на авиабилет, чтобы приехать и встретиться с тобой, или в схеме кэтфишинга, когда выманивают информацию или пикантные фотографии у одноклассников или знаменитых людей. Это также относится к идее аутентификации в организациях, которой мы займемся позже в этой главе.

Аутентификация людей компьютерами

В отличие от «Ромео и Джульетты», где тема идентичности и самозванства в мире людей заканчивается трагически, «Звездные войны» дают нам примеры того, как взаимодействуют люди и технологии. Как Бен Кеноби аутентифицируется у R2-D2, чтобы увидеть голограмму Леи? Когда R2-D2 подключается к системе «Звезды смерти», чтобы найти, где ее держат, какой идентификатор пользователя используется для его SQL-запроса?

(Между прочим, ваш первый ответ, что R2-D2, вероятно, обладает разумом, недостаточен. Лея не знает, что этот конкретный R2 знал Кеноби, поэтому как она могла прописать правило контроля доступа?)

Первый вопрос об аутентификации Бена Кеноби машиной спустя двадцать лет – это сложная задача. Но даже более простые версии таких задач сложны. Когда вам нужен физический доступ к компьютеру, обычно достаточно пароля, чтобы различать людей. Но эти пароли крадут, и доступ к машине становится все более доступным по сети, поэтому требуется улучшенная аутентификация.

Различные типы информации могут учитываться при принятии решения о подлинности (authentication decision). Ниже приведены наиболее часто используемые факторы и примеры каждого из них.

 Знание: комбинация сейфа.

 Объект, который у вас есть: ключ к депозитной ячейке или ID-карточка.

 Биометрия: ваше физическое тело, измеренное или оцененное различными способами (включая фотографию).

 Местоположение: непосредственно перед компьютером.

 Канал, который вы используете: интернет, телефон или личное присутствие.

 Люди, которых вы знаете: доверенные лица и попечители.

Факторы также обладают силой: обычно паспорт рассматривают как более сильное доказательство идентичности, чем читательский билет. Пароль secret не такой сильный, а пароль u8fdFN288jerfskla-#$d очень хорош.

Намного лучше использовать более одного типа факторов, и это называется многофакторной аутентификацией. Термин «многошаговая» обычно обозначает то же самое, но смещает акцент на шаги, через которые проходит личность, а не на их силу.

Традиционные факторы обозначают как «Что вы знаете», «Что у вас есть» и «Кто вы такой». Они были дополнены такими факторами, как «Где вы находитесь», «Как вы связываетесь» и «Кого вы знаете». Фактор «Где вы находитесь» использовался по умолчанию в эпоху первых компьютеров (рядом со стеклянной комнатой с центральной ЭВМ), потом вышел из употребления на какое-то время и недавно снова появился, включая использование сигналов GPS, а также наносекундный тайминг в часах компании Apple для отпирания ассоциированного с ними компьютера. Канал, который вы используете для связи, может подвергать вас риску (личному) или быть неудобным для самозванца. Звоня по телефону, я рискую обнаружить, что не говорю на языке вуки.

«Кого вы знаете» может включать ваш новый пароль, выданный вашему менеджеру или системе социальной аутентификции, чтобы понять, знаете ли вы своих друзей, чтобы вернуться в соцсеть, или просьбу для доверенных лиц установить подлинность вашей личности, чтобы вернуться на какой-то другой аккаунт. Эти социальные аутентификаторы не так распространены, но, если вам интересно, я обсуждаю возникающие для них угрозы в главе 14 «Учетные записи и идентификация» моей книги Threat Modeling: Designing for Security («Моделирование угроз: проектирование для обеспечения безопасности»).

Традиционные факторы аутентификации часто пародируются как «Что вы забыли, что вы потеряли и каким вы были, когда были моложе и здоровее». Эти проблемы означают, что нам нужны резервные методы аутентификации.

Резервную аутентификацию именуют по-разному: «Забыл пароль», «Восстановление пароля» или «Восстановление учетной записи». Последний вариант наиболее точный: никому дела нет до восстановления своего пароля; все просто хотят получить доступ к учетной записи. Мне вообще не нужно, чтобы я когда-либо знал ваш дурацкий пароль, чтобы получить доступ к некоторой возможности, и вообще-то это не обязательно должна быть моя учетная запись. Это не мелочные придирки, понимание проблемы – ключ к ее надежному решению. Эти резервные системы аутентификации лучше всего работают, если они используют секреты, известные как можно меньшему количеству людей. («Где вы использовали вашу кредитную карту последние три раза?» известно только вам, вашему банку, процессинговой компании кредитных карт, торговым точкам и их агентствам маркетинговых исследований, в то время как «В какую школу вы ходили?» известно всем вашим друзьям в соцсетях и друзьям ваших друзей.)

Иногда дополнительные шаги или факторы выполняются как часть авторизации: вы можете зарегистрироваться (log in) с помощью некоторого пароля, но, чтобы добавить получателя платежа, может потребоваться что-то большее. Такой шаблон обеспечивает некоторое удобство использования (usability), за которое платишь конфиденциальной информацией вроде ваших последних транзакций, которая используется для такой сильной аутентификции. Или, в некоторых случаях, это делается ценой безопасности учетной записи, когда эта конфиденциальная информация используется, несмотря на ее раскрытие. Мы подробнее коснемся полномочий и авторизации в главе 6 «Расширение полномочий и изоляция».

Вредоносные программы все чаще имитируют человека, и появился новый аспект в аутентификации людей, а именно аутентичные жесты. Они улавливаются локальной операционной системой на низком уровне и используются для разблокировки хранилищ паролей и тому подобного. Они устроены так, чтобы гарантировать, что «обычное вредоносное программное обеспечение» не сможет имитировать личность. Однако они полагаются на то, что оборудование заслуживает доверия, так что злоумышленник, который дает вам новую мышь, может быть в состоянии обойти аутентичные жесты.

Аутентификация компьютеров людьми

Трудно сказать, когда впервые был создан фальшивый экран для ввода логина и пароля: вероятно, в те времена, когда телетайпы заменили на электронные терминалы. Легко было написать программу, которая бы вывела на экран LOGIN:, приняла бы и сохранила имя и пароль, вывела бы Login incorrect (Неправильный логин) и отключилась бы, позволив выполняться настоящей программе для ввода логина и пароля.

Вот почему комбинация Ctrl+Alt+Delete помогала держать ваш компьютер в безопасности: она возвращала вам заведомо настоящую экранную страницу входа. Аналогично кнопка Home на вашем телефоне не может быть перехвачена какой-либо программой, и в идеальном случае это верно для жестов, которые заменяют физические кнопки. Фишинг – это разновидность такого подхода, просто компьютер, которому вы шлете свою аутентифицирующую информацию, находится дальше. Современные схемы фишинга будут запрашивать у вас код, посланный смской на ваш телефон или отправленный на вашу электронную почту. Аналогично мошенники сфальсифицируют информацию о вызывающем (Caller ID), чтобы это выглядело так, будто вам звонят из учреждения, которому вы доверяете: ваш банк или Имперское бюро безопасности Галактической Империи.

Человеку трудно аутентифицировать удаленные компьютеры. Обычно мы верим, что наш локальный компьютер хорошо понимает, что мы имеем в виду, и отвечает так, что мы правильно его интерпретируем. (Я отношусь к этому еще более скептически, чем прозвучало, но проблема невероятно сложна.)

Можем ли мы понять, с каким компьютером общаемся? Конечно, с определенной точки зрения. Большинство веб-сайтов, которыми мы пользуемся, полагаются на некоторую комбинацию независимо управляемых компьютерных систем: веб-сервер, сеть распространения контента (CDN) или различные инструменты рекламы, трекинга и анализа. Когда это так и задумано, мы не размышляем об этом как о проблеме, за исключением, возможно, приватности, но я упомянул об этом, чтобы проиллюстрировать, что большинство людей не задумываются, с каким компьютером они общаются. Уверенность в подлинности удаленного компьютера наиболее важна, когда он запрашивает информацию для аутентификации или другие конфиденциальные данные: мы хотим, чтобы наше мысленное представление было достаточно точным, даже если наше понимание ограничено.

Мы можем распознать C-3PO из-за характерного голоса и манерности, которую создал Энтони Дэниэлс. К сожалению, большинство компьютеров не так легко опознать. Существует множество инструментов, которые облегчают распознавание компьютера, и они часто меняются, чтобы злоумышленникам было легче сбить вас с толку относительно того, что вас ждет сегодня. Подождите, я не думаю, что это делается специально, но это реальный эффект изменений. Инструменты часто меняются в надежде справиться с новыми атаками. Чтобы обезопасить себя от всего этого, нужно взять ситуацию под контроль: нажмите Ctrl+Alt+Delete, откройте сохраненную вами страницу вашего банка, позвоните по номеру, указанному на обратной стороне вашей банковской карты. Это работает гораздо лучше, когда организации упрощают для вас доступ к нужному человеку или человеку с нужной информацией, когда вы берете под контроль процесс аутентификации.

Аутентификация компьютеров компьютерами

Аутентификация важна всякий раз, когда у вас есть вызов, например listen(socket_id). То, что находится по другую сторону этого сокета, должно быть идентифицировано. Когда R2-D2 подключается к сокету, «Звезда смерти» позволяет выполнять всевозможные запросы, возвращая чрезвычайно важную информацию о местонахождении заключенных. Учитывая конфиденциальность полученных данных, мы можем только надеяться, что учетная запись не была guest или rebelscum (гнусный повстанец), но что это было и как R2-D2 доказал возможность использовать эту учетную запись?

Каждая аутентификация может иметь некоторую многоуровневую комбинацию технических и человеческих идентификаторов. Например, у удаленного хоста, вероятно, есть IP-адрес. Он может предоставлять какую-либо форму идентификатора клиента, например файл cookie или токен OAuth. Кроме того, он может иметь идентификаторы человека или сервиса.

Когда клиент инициирует подключение к серверу, любая из сторон может потребовать аутентификацию. Сложности возникают, когда на акт подключения может влиять другой компьютер или когда эта аутентификация осуществляется от имени человека. Простейшим случаем может быть использование Telnet для подключения к IP‐адресу: это происходит в ответ на ввод человеком команды, на которую трудно повлиять. Но чуть более сложные примеры, такие как отправка электронной почты, подвержены влиянию. Если я попытаюсь отправить электронное письмо адресату luke@threatsbook.com, мой почтовый клиент подключится к моему почтовому серверу, который будет использовать DNS для поиска записи MX для threatsbook.com и подключения к этому сайту. DNS-сервер для threatsbook.com может влиять на то, куда будет подключаться мой почтовый сервер.

Спуфинг может произойти, когда ваш код прямо или косвенно вызывает метод listen(). В случае косвенного вызова, возможно, веб-сервер вызывает listen(), разбирает сообщения TLS и HTTP и передает что-то более «уточненное». Код по-прежнему должен идентифицировать вызывающую сторону. Веб-сервер может выполнять часть этой работы, и даже в этом случае вам вполне может потребоваться сопоставить таблицу учетных записей сервера с таблицей, используемой в ваших базах данных. Например, я могу войти в систему как adam@threatsbook.com и иметь customer_id 1234.

Компьютеры часто идентифицируют друг друга, используя сочетание криптографических сертификатов и идентификаторов, удобочитаемых для человека. Например, если darthvader@threatsbook.com отправляет почту anakin@threatmodelingbook.com, то почтовый сервер threatsbook должен найти домен threatmodelingbook и принять решение о доверии сертификату TLS, который предоставляет сайт. Почтовый сервер threatmodelingbook должен принимать решения о почте, поступающей от threatsbook, и решать, заслуживает ли этот сервер доверия. На многих этапах этого процесса есть криптографический ключ, подписанный так называемым сертификатом, и инструмент, который предоставляет политику, согласно которой этому сертификату следует доверять. Как правило, они относятся либо к корневому центру сертификации, подписавшему сертификат, либо к его персистентности. Персистентность означает, что ключ был ранее авторизован для использования в сочетании с именем хоста. SSH демонстрирует хорошую схему подсказок при представлении нового ключа, подчеркивая, изменился ли он по сравнению с тем, что было представлено ранее.

Спуфинг-атаки

В этой главе спуфинг рассматривался как нарушение подлинности. Я хочу, чтобы вы подумали о нем шире: думайте о спуфинг-атаках как о разрыве или запутывании связи между идентификатором и объектом.

Во многих из них злоумышленник намеренно вводит эту путаницу. Но если мы думаем о спуфинге как о нарушении подлинности, мы можем оказаться в неожиданных местах. Например, если почтовый клиент автоматически заполняет адрес электронной почты, это может быть несоответствием между намерением, действием и подлинным соответствием этого автозаполнения намерению. Может показаться странным относить это к спуфингу, но в контексте подлинности (аутентичности) это разумно.

Спуфинг файлов

Путаница в том, какой именно файл представлен некоторым именем, может быть результатом человеческой неточности или подмены файла злоумышленником. И, в отличие от C-3PO, большинство компьютеров не спрашивают: «Какие планы? О чем ты говоришь?» Люди дают файлам самые ужасные имена и сохраняют файлы в нескольких каталогах, но угрозы возникают там, где злоумышленник может подменить файл.

Открытие файлов

Идентификатор файла – это имя файла. Оно может быть подделано, когда файл указан недостаточно определенно (open «config.txt»). Если файл содержит удаленную ссылку, такую как http://example.com/config.txt, связь с example.com может быть подделана.

Простейшей формой поддельных файлов является невозможность получить файл, когда вы его открываете. Например, какой файл открывает fd = open («./file.txt»)?

Если вы скажете своему компьютеру open(«~/.ssh/id_rsa»), то файл, который вы в результате получите, зависит от реализации open() и от эффективного либо реального UID-процесса. Было бы ошибкой уделять здесь слишком много внимания определению «угрозы спуфинга». Гораздо важнее, чтобы ваш код обрабатывал эти потенциальные неточности или неоднозначности безопасным, надежным и защищенным способом. Что еще более важно: если вы не уверены в том, какой именно ресурс вы собираетесь получить или как он сопоставляется с вашими ожиданиями и историей с этим файлом, существуют риски безопасности, с которыми должен справиться ваш код, читающий этот файл.

Полный путь является лучшим подтверждением идентичности. Вы можете быть уверены, когда вызываете open(«/etc/passwd») или когда добавляете тщательно проверенный префикс (/usr/local). Но это не всегда позволит вам получить тот файл, который вы ожидаете!

Например, /tmp/file.txt может принадлежать любому пользователю системы и иметь удивительное содержимое. Добавление случайных чисел не защищает вас; open(«/tmp/file2345.txt») требует только, чтобы злоумышленник создал 10 000 файлов (или символических ссылок), чтобы гарантировать, что они контролируют файл, который вы открываете.

Открытие неожиданного файла становится более неприятным, когда открытый файл интерпретируется как код, например, когда open заменяется на dlopen или LoadLibrary. (Открытие файла и его неожиданная интерпретация как кода еще более неприятны, это описано в главе 8 «Распознавание и порча».) Каждая функция загрузки библиотеки имеет путь поиска, и на этот путь поиска можно повлиять. В Unix-системах LD_LIBRARY_PATH и другие переменные окружения влияют на то, что открывается, создавая проблему, особенно для setuid-кода. В Windows набор путей для поиска библиотек по умолчанию уже давно включает текущую папку (.), и это создает проблемы для кода, выполняемого из общей папки загрузок. Все, что нужно сделать злоумышленнику, это найти библиотеку, которая есть не во всех системах, а затем загрузить ее в папку для загрузок, и любые программы, запущенные оттуда, будут послушно использовать эту библиотеку. Это часто называют проблемой «попутной загрузки», но на самом деле это проблема поддельной библиотеки.

Введение новой библиотеки в «доверенные» каталоги может изменить поведение уже установленных программ. Конечно, существуют и другие способы открытия программы, такие как семейство вызовов exec, все они могут быть вызваны с помощью неспецифических путей. Существует вариант, в котором нужный файл имеет имя типа npm: leftpad или BigBankValidationLibrary. Многие системы сборки также имеют путь поиска, и поэтому будут искать BigBankValidationLibrary всякий раз, когда ищут пакеты, такие как NPM или Maven. И оказывается, что ответ меняется, так что, если вчера эта библиотека была в приватном репозитории, а сегодня есть версия в публичном репозитории, что ж, мы должны взять публичную версию, верно? (В 2021 году исследователь безопасности Алекс Бирсан (Alex Birsan) создал впечатляющую демонстрацию этого с помощью различных трюков, чтобы показать, что запускаются именно его библиотеки, чтобы он мог собирать вознаграждения за обнаруженные ошибки [Montalbano, 2021].)

Природа пути к файлу становится еще более непростой, когда имя сформировано не от корня локальной машины. Один из пределов сложности образуют URL-адреса, которые обсуждаются в главе 8. Может случиться так, что указание файла через URL-адрес сделает указатель более конкретным, или добавит безопасности за счет TLS. Но это также может усложнить синтаксический анализ, привести к сбоям или возможностям для атаки, даже если URL-адрес является статической строкой в коде. Сложность добавляется тем, что библиотека должна взять путь file:///etc/passwd, распознать, что это URL-адрес файла, и следовать соответствующей ветке кода. При вызове удаленных компьютеров появляются дополнительные режимы сбоя. Если вы ссылаетесь на файл как на https://example.com/style.css, есть вероятность, что этот файл стилей будет недоступен или вы получите либо старую, либо искусно вставленную кэшированную версию. Если вы владеете доменом example.com и лично поддерживаете его, этот риск снижается. И наоборот, становится выше по мере ослабления вашего контроля. Существуют также вредоносные режимы сбоя, которые также более подробно рассматриваются в главе 8. А пока представьте, что кто-то взломал www.example.com и заменил файл, на который вы полагаетесь. Разумно предположить, что такой инцидент больше соответствует определению «подделки», но примеры, когда хост подделывается, более сложны для объяснения и рассматриваются в разделе «Спуфинг машин».

Подделка файлов

Другой способ подмены файла – заставить кого-то открыть файл, который, по его мнению, аутентифицирован. Злоумышленник может сделать это, захватив компьютер, чтобы предложить поддельные файлы, изменить цифровые подписи или воспользоваться слабостями в схемах аутентификации. Например, возможно, когда R2-D2 открывает файлы на «Звезде смерти», эти файлы поступают из приманки (сервера-ловушки), и именно поэтому так легко удается найти, где содержится принцесса Лея.

Атаки на схемы цифровой подписи могут происходить из-за того, что алгоритм, используемый для подписи, слаб или даже сломан, из-за того, что ключ слишком короткий, плохо сгенерирован, украден или подменен, или из-за проблем с кодировкой, когда части файла не подписаны. Они также могут возникать, когда используется надежный алгоритм с хорошо сгенерированным и хорошо защищенным ключом, но система, проверяющая подпись, отображает недостаточную информацию о подписи. Эта недостаточность может быть такой же, как просто сказать «подпись валидирована» или «подпись валидирована как подпись Адама Шостака», вместо того чтобы сказать, какой ключ использовался, когда использовался и почему этот ключ считается доверенным. (Информации может оказаться много, и сделать ее понятной может быть непросто.)

Кроме того, можно изменить файл, не нарушая схему подписания. Это более распространено, чем вы могли бы ожидать. Например, в Windows можно добавить дополнительную информацию в подписанный файл и выполнить его. (Детали сложны, но вариантам проблемы были присвоены идентификаторы CVE-2012-0151 и CVE-2013-3900.)

Спуфинг процессов

Файлы – это не единственное пространство имен на компьютере. Процессы также имеют имена и способы обращения к ним. Многие протоколы локальной межпроцессной связи предполагают, что только правильный код может прослушивать определенный порт или файловый сокет. Точно так же в коде часто предполагается, что владельцем удаленного процесса должен быть root, потому что он прослушивает порт с номером меньше 1024.

После того как R2-D2 был похищен джавами, ему удается избежать контроля со стороны «блокиратора», который они установили, и продолжить свою миссию по доставке сообщения Оби-Вану Кеноби. Возможно, он запустил виртуальную машину и позволил блокиратору перенастроить ее, а не свою основную систему? Или, может быть, я слишком много об этом думаю. (На эту двусмысленность впервые указал Джим Дэвис.)

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.