Zusammenfassung IT-Security

geschrieben am 11.12.18 von Morten Terhart

Einführung in die Informationssicherheit
Secure Development Life Cycle (SDLC)
Erweiterte Security-Analyse
- Security-Analyse durch Reverse Code Engineering
- Gründe für den Einsatz von IT-Forensik
Der Heartbleed-Bug
Aktive IT-Security-Analysen
Web-Security
Web Application Firewall (WAF)
Kryptographie in der Praxis
Security-Analyse komplexer Systemumgebungen
Übungen zur Netzwerkanalyse
- nmap - Netzwerk- und Portscanner
- Wireshark
Übungen zum Website-Pentesting
- ARP-Spoofing
  - Vorgehensweise
Remote und Reverse Shell
- Remote Shell
- Reverse Shell

Einführung in die Informationssicherheit

Mögliche Angriffe

Unauthorized Access
Mobile Device Attack
System Compromise
Cyber Espionage
Social Engeneering
Spam
Maleware
Indsiders
DoS
Data Leakage
Phishing
Identy Theft

MOM (Motive, Opportunity, Method)

Ein Angreifer muss MOM haben:

Motive: Einen Grund, warum der Angreifer das System angreifen möchte
Opportunity: Die Gelegenheit und Zeit, um den Angriff durchzuführen
Method: Die notwendigen Fähigkeiten und Programme/Werkzeuge, um den Angriff durchzuführen

Motive für einen Angriff

Mögliche Ziele eines Angriffs umfassen:

Finanzdaten (Handelsgeheimnisse, Finanzkraft, Besitzverhältnisse und Finanzierung)
Innovations-/Produktdaten (Entwicklungsdaten, Designs, Informationen über Schlüsselpositionen, Wissen über Kernprozesse)

Begriff der Informationssicherheit

Gewährleistung der Vertraulichkeit, Verfügbarkeit und Integrität (siehe auch CIA-Grundsatz) in einem informationsverarbeitenden System
dient dem Schutz vor Gefahren, Bedrohungen, Vermeidung von Schäden und Risiken
betrifft auch die Sicherheit von nicht elektronischen Informationen

Maßnahmen zur Informationssicherheit

auf sozialer Ebene

Sicherheitsrichtlinien (Security Policies)
Absicherung der Prozesse
Sensibilisierung für Gefahren, Trainings

auf technischer Ebene

Information Security Management System (ISMS)
Firewalls
Virenschutz
Einbruchsentdeckung und -verhinderung (IDS/IPS)
Authentifizierung und Autorisierung
Verschlüsselung
Überprüfung und Begutachtung
Datenbackups

Ziele der Informationssicherheit

Datensicherheit
Authentizität
Verbindlichkeit, Rückverfolgung möglich (Nachweisbarkeit)
Zugriffssteuerung

Bedeutung

ständig neue Anforderungen an Informationssicherheit
jeder ist auf IT-Systeme angewiesen
- $\Rightarrow$ Unternehmen zu Informationssicherheit verpflichtet, Teil des Risikomanagements

Ziele und Ursachen von Bedrohungen

Ziele:

technischer Systemausfall
Missbrauch des Systems
Sabotage
Spionage
Betrug
Diebstahl

Ursachen:

höhere Gewalt (Naturkatastrophen)
menschliche Fehler (z.B. Fehlbedienung)
Viren oder Malware
Spoofing, Phishing, Pharming
Denial of Service (DoS)
Man-in-the-middle-Angriff

Angriff und Schutz

Angriff: jeder Vorgang, der das Ziel des Verlustes der Informationssicherheit hat (inklusive technisches Versagen)

Schutz: Statistische Informationssicherheit (Aufwand höher als Nutzen) und Absolute Informationssicherheit (kein Angriff möglich)

Bedrohungen und Maßnahmen

Aufkommen von Bedrohungen durch Mangel an Informationssicherheit
Systeme sind kompromittiert, wenn ein Einbruch erfolgt ist
- System gilt als unsicher und sollte nicht mehr benutzt werden
- sofortige Maßnahmen zur Minimierung der Schäden (z.B. Datenrettung, Beweissicherung)

Klassifizierung von Informationen

Der CIA-Grundsatz

Vertraulichkeit (Conidentiality): Verhinderung von nicht autorisierter Veröffentlichung von Informationen
Integrität (Integrity): Verhinderung von nicht autorisierter Erweiterung oder Zerstörung von Informationen
Verfügbarkeit (Availability): Verhinderung von nicht autorisierter Zurückhaltung von Informationen

Management der Informationssicherheit

Verabschieden von firmenweiten Informationssicherheitsrichtlinien (Security Policies)
Einsatz eines Sicherheitsmanagementsystems (Information Security Management System (ISMS))
- operative Umsetzung und Kontrolle der Security Policies
- Schaffung geeigneter Organisations- und Managementstrukturen
- ISMS nach ISO/IEC 2700x im Jahre 2005/2008

Maßnahmen zur Gewährleistung der Informationssicherheit

physische Sicherung der Daten
Zugriffskontrollen
fehlertolerante Systeme (Ausfallsicherheit)
Verschlüsselung von Daten

konkrete Maßnahmen:

Softwareaktualisierungen (besonders Sicherheitsupdates)
Schutz vor Malware (Virenscanner)
Einsatz von Firewalls (am besten verschiedene Hersteller, keine Monokulturen)
Einschränkung der Benutzerrechte auf das Mindeste
Erstellung von Backups
Protokollierung
Einsatz sicherer Entwicklungs- und Laufzeitumgebungen
Sensibilisierung der Mitarbeiter (Security Audits etc.)

Funktionsweise eines ISMS-Systems

ISMS Funktionsweise

Schritte zu einem ISMS-System

Unterstützung für das Management bekommen
Definiere den Wirkungsbereich des ISMS-Systems
Erhalte Informationen über die IT-Systeme (Inventory)
Lege Methoden des Risikomanagements fest und konsultiere die Berichte des Risikomanagements
Bereite den Einsatz des ISMS und den Plan für die Risikobehandlung vor
Entwickle Pläne für das ISMS-System

Schutz der Infrastruktur

Firewall

Beschränkung des Netzwerkzugriffs durch Regeln (bestimmte Adressen, Ports etc.)
Einsatz von Filtertechnologien (z.B. Contentfilter)

Demilitarisierte Zone (DMZ)

Subnetz mit stark kontrolliertem Zugriff auf die darin befindlichen Rechner/Server
Isolation der Systeme gegenüber äußeren Netzwerken wie dem Internet
Trennung der Netzwerke durch Firewalls

Intrusion Detection Systeme (IDS)

System zur Erkennung von Angriffen auf ein Computersystem oder -netzwerk
Ergänzung zur Firewall
zwei Funktionen:
- Vergleich bekannter Angriffssignaturen
- heuristische Analysen zur Erkennung unbekannter Angriffssignaturen
IDS löst Alarm aus, verhindert aber keinen Angriff

Intrusion Prevention System (IPS)

Erweiterung eines IDS um Aktionen zur Verhinderung von Angriffen
mögliche Aktionen bei netzwerkbasierten IPS:
- Veränderung der Datenverbindung bei Angriff
- Beeinflussung von Firewall-Regeln

Trennung der Netzwerke

DMZ innerhalb eines Firmennetzwerkes
Trennung der Netzwerke in unterschiedliche Verantwortungsbereiche (Office, Produktion, WLAN etc.)
Zwischenschaltung von Firewalls, IDS/IPS und Routern mit ACL

Zugriffsbeschränkungen

Rechte und Rollen gemäß dem Need-To-Know-Prinzip
Authentifizierung bei jeglicher Software/Netzwerk
Zugriff auf Werkzeuge/Materialien
Zutritt in Gebäude

Redundanz der Systeme

wichtige Kernsysteme redundant aufstellen
- Rechenzentrum
- Netzwerkinfrastruktur
- Nutzung verschiedener Medien (Kabel, Funk, Satellit, WAN)
räumliche Trennung der Systeme (z.B. bei Gebäudebrand oder Naturkatastrophen)
Einsatz von Notstromsystemen

Schutz der Daten

durch Verschlüsselung (z.B. Daten, Datenbanksysteme, E-Mails)
durch Gewährleistung der Integrität und Authentizität
durch RAID-Systeme (Redundant Array of Independent Disks)
- Verteilung des logischen Speichers auf mehrere physikalische Festplatten
- Ziel: Erhöhung der Datenverfügbarkeit und Datenlese- bzw. -schreibgeschwindigkeiten
durch Backups (müssen regelmäßig auf Integrität überprüft werden)

Verteilte Datenhaltung

Erhöhung der Informationssicherheit durch redundante Datenhaltung über mehrere Standorte hinweg (bei unkritischen Daten auch in Cloud möglich)
geographische Trennung zwischen Betrieb und Backup
Probleme:
- Vertraulichkeit und Integrität muss sichergestellt sein
- rechtliche Probleme bei Cloud-Backups wegen anderer Datenschutzbestimmungen im Ausland
- sichere Verbindung zwischen Standorten während eines Backups

Penetrationstests

Penetrationstest: umfassende Sicherheitsüberprüfungen von Rechnern, Anwendungen (z.B. Websites) oder der Netzwerkinfrastruktur
Einsatz von Mitteln, Wissen und Methoden eines Angreifers, um Zugang zum System zu erhalten

Ziele

Identifikation von Schwachstellen
Aufdecken von Fehlern
Erhöhung der Sicherheit auf technischer und organisatorischer Ebene

Legalität

Penetrationstests nur erlaubt, wenn sie mit der Organisation, die die Hoheit über das zu testende System innehat, vereinbart sind

Vorgehensweise

Vorbereitungsphase mit Zielsetzung
Informationsbeschaffungsphase mit Sicherheitsanalysten
Bewertung der gewonnenen Informationen
Aktive Eindringungsversuche
Berichten der Ergebnisse

Risiken

Störungen des normalen IT-Betriebs (z.B. Ausfall eines Systems)
DoS-Tests vorher unbedint mit Betreibern absprechen
Penetrationstesteer können an unternehmenskritische Informationen gelangen

Secure Development Life Cycle (SDLC)

Ziele

Anwendung adäquater Sicherheitsverfahren in einem Entwicklungsprozess
Sicherheitsbedarf früh als nicht-funktionale Anforderung aufnehmen
Entstehungskosten reduzieren
Sicherheit der Anwendung erhöhen
Konformität zu den Sicherheitsrichtlinien
Überblick über implementierte Sicherheit

Kryptofehler

DISCO: Don’t Invent Super Crypto on your Own!
auf bewährte Verfahren zurückgreifen
Kryptoimplementierungen kritisch testen

Phasen eines SDLC

Vorbereitungsphase (Kommunizieren, Planen, Anwendungsfälle analysieren, Anforderungen)
Design-Phase
Entwicklungsphase
Testphase
Vorproduktionsphase
Produktionsphase
Betriebsphase / Wartungsarbeiten
Ablösungsphase

Vorbereitungsphase

Klassifizierung der Daten
Definition der Sicherheitsanforderunge

Design-Phase

Ermittlung von Bedrohungen
Risikoanalyse
Maßnahmen zur Risikominimierung festlegen und im Design umsetzen

Entwicklungsphase

Programmieren mit Berücksichtigung der Sicherheit
bekannte Fehler vermeiden
Anwendung testen
Qualitätssicherung

Testphase

spätestens hier Penetrationstest durchführen
ggf. Code Audits
Beheben der gefundenen Fehler

Vorproduktionsphase

Akzeptanz von Restrisiken
Aufbereiten des Quellcodes (Kommentare entfernen etc.)
ggf. Webserver-Hardening (WAF)

Produktionsphase

Monitoring
regelmäßige Überprüfung der Sicherheit durch Penetrationstests

Erweiterte Security-Analyse

Security-Analyse durch Reverse Code Engineering

Tool für Analyse kompilierter Programme (Binärdateien) notwendig (z.B. IDApro)
mögliche Schwachstelle: Passwort in Quellcode hart kodiert
- Herausfinden des Passworts mittels einer Dissassembler-Analyse möglich
- Statisches Hinterlegen von Passwörten und Krypto-Schlüsseln sehr anfällig
Warum Reverse Code Engineering?
- kein Zugriff auf Quellcode
- Überprüfen der Security-Anforderungen
- Überprüfen des kompilierten Programms auf mögliche Schwachstellen

Gründe für den Einsatz von IT-Forensik

Wiederherstellung gelöschter Informationen
Analyse von Sicherheitsvorfällen
post mortem Analyse: IT-Forensiker hat Hinterlassenschaften/Spuren des Angriffs zur Verfügung (Logfiles, Timestamps etc.)
Sicherheitsvorfälle so schell wie möglich melden

Der Heartbleed-Bug

schwerwiegender Programmierfehler in OpenSSL (fehlende Überprüfung der gesendeten Payload-Länge)
veröffentlicht mit der Version 1.0.1 am 14. Märt 2012
Angriff hinterlässt keine verwertbaren Spuren auf dem System
betroffen waren alle Systeme, die OpenSSL in den entsprechenden Versionen verwendet haben
- viele verschiedene Protokolle/Kommunikationskanäle betroffen
- viele Server betroffen, da OpenSSL die meist verwendete SSL/TLS-Bibliothek bei Webservern ist

Wodurch ist der Bug entstanden?

Implementierung von Heartbeat-Verfahren für DTLS-Verbindungen
Funktion wurde von einem Studenten in seiner Dissertation zum SCTP-Protokoll entwickelt und als Entwurf bei OpenSSL eingereicht
2011 wurde es offiziell bei OpenSSL eingeführt
Hauptproblem hierbei: eigene Funktionen für Allokation (malloc) und Deallokation (free) von Speicher implementiert, fehlende Überprüfung der tatsächlichen übergebenen Länge der Daten

Bedrohungen durch den Bug

Auslesen des Speichers der Anwendung (z.B. Zugangsdaten (Benutername, Passwort), privater Server-Key)
Man-in-the-Middle-Angriffe mit dem ausgelesenen Server-Key
Entschlüsselung von SSL/TLS-verschlüsselten Verbindungen
Bug ist über 27 Monate in OpenSSL

Probleme durch den Bug

Kompromittierung sensibler Daten (Aussphähung) (Passwörter, Kreditkarteninformationen, VPN-Verbindungen etc.)
SSL-Zertifikate können nicht zuverlässig und flächendeckend gesperrt werden
- Browser arbeiten meist mit statischen Sperrlisten
- Online-Überprüfung nur teilweise genutzt
Vertrauensverlust auf Betreiberseite

Schutzmöglichkeiten

Perfect Forward Secrecy: Schutz gegenüber nachträglichem Entschlüsseln aufgezeichneter verschlüsselter Daten
Einsatz von IDS/IPS: Muster hinzufügen/anpassen, das Heartbleed-Angriffe erkennt
Erstellen neuer SSL/TLS-Server-Keys und Zertifikate
Austausch aller genutzten SSL-Zertifikate
Benutzer informieren
Passwörter ändern

Aktive IT-Security-Analysen

Voraussetzungen

Systeme für die Analyse festlegen
Rahmenbedingungen schaffen
- Festlegen der eingesetzten Tools
- Intensität der Kompromittierung bzw. Tiefe der Eindringung festlegen
- Umfang und Details der Dokumentation
Ziele der Security-Analyse definieren
- System verwundbar?
- Verwundbarkeiten ausnutzen?
- Maßnahmenplan für die Mitigation von Verwundbarkeiten

Vorhandene Tools

nmap (Netzwerkanalysewerkzeug und Portscanner)
- kann sensible Informationen über verwendete Protokolle, Versionsnummern, Webserver und Betriebssysteme liefern (z.B. ssh v5.5p1, Apache 2.2.16 Debian, Linux 2.2.32)
- darüber lassen sich Verwundbarkeiten in den einzelnen Komponenten herausfinden

Potentielle Schwachstellen

SQL-Injections und Cross Site Scripting (XSS) durch fehlende Eingabevalidierung
- Maßnahme: Eingabevalidierung für alle vom Client an den Server übergebenen Parameter (GET und POST)
Path Traversal durch Angabe eines eigenen Pfades in einer File-Upload-Funktion
- Maßnahme: Filterung des Dateinamen auf unzulässige Zeichen
Konfigurationsfehler (z.B. in der Upload-Funktion): Automatisches Setzen des Execute-Flags für hochgeladene Dateien
- Maßnahme: Funktion so umschreiben, dass Execute-Flag nicht mehr gesetzt wird
Verstecktes Admin-Menü
- Maßnahme: Anzeigen der Seite nur nach Überprüfung der notwendigen Berechtigungen
Unverschlüsselte Datenübertragung
- Maßnahme: Umstellen von HTTP auf HTTPS-Verbindungen und Setzen der Secure-Cookie-Funktion im Webserver
- kein Einsatz von bereits geknackten SSL-Versionen (am besten TLS)
robots.txt-Datei: gibt sensible Daten über Datei-/Verzeichnispfade auf dem Webserver frei
- Maßnahme: keine Verzeichnisse auflisten, die durch einen Webcrawler gefunden werden können

Web-Security

Penetrationstest

ein umfangreicher Sicherheitstest einzelner Rechner oder Netzwerke
Prüfung der Sicherheit möglichst aller Systembestandteile und Anwendungskomponenten
Nutzen von Mitteln und Methoden eines Angreifers
Ziel: unautorisiert Zugang zu einem System bekommen

Techniken

Bufferoverflow Angriffe
Code Injection und Code Execution
Cross Site Scripting (XSS)
XML External Entity Processing (XXE)
Man-in-the-Middle-Angriffe
Path Traversal Angriffe
SQL Injection
Session Manipulation

Cross Site Scripting (XSS)

Problem: fremder Code eines Angreifers wird durch Eingabeparameter oder Eingabefelder in eine Website eingeschleust
bösartiger Code kann durch Anfrageparameter, Formulare oder Suchmasken übergeben werden
Ziel: Unterschiebung manipulierter Daten zu einem Benutzer
- Auslesen von Session-IDs, Cookies (Übernehmen der Benutzer-Session)
- Abfangen von User-Credentials
- Manipulation von übertragenen Daten

Typen von XSS

Reflektiert
- kurzzeitige einmalige Ausführung von JavaScript über einen Link oder falsche Eingabe
- Opfer werden einzeln infiziert
Persistent
- dauerhafte Ausführung des Codes, wenn man die Seite aufruft
- z.B. Foreneintrag oder Nutzername
- XSS steht hierbei meistens direkt in der Datenbank
- alle Benutzer der Seite sind betroffen
DOM-Based
- Code liest Anfrageparameter aus der URL aus
- Anfrageparameter enthalten JavaScript
- schwierig zu finden

XML External Entity Processing (XXE)

Angriff auf den zugrundeliegenden XML-Parser

<?xml version="1.0" encoding="ISO-8859-1"?>
  <!DOCTYPE foo [
    <!ELEMENT foo ANY >
    <!ENTITY xxe SYSTEM "file:///dev/random" >]><foo>&xxe;</foo>

Zeile 1: Document Type Definition (DTD)
Zeile 2: Ausgabe
xxe: Variable wird deklariert
&xxe;: Variable wird eingefügt
file:: Gibt das Protokoll an

Angriffsarten

Auslesen von Dateien
Portscan interner Ressourcen
Ansteuern von REST APIs
Mails verschicken

Besonderheiten

JRE und SMTP sind beide Plain-Text-Protokolle und erlauben somit die Versendung von Kontrollzeichen wie bspw. Line Feeds <LF> oder Carriage Returns <CR>

Vermeidung von XXE

XML External Entity Processing beim XML-Parser deaktivieren
ansonsten: Input sanitization, Output Encoding

Path Traversal

Zugriff auf andere Dateien im Dateisystem erlangen (außerhalb des Webserver-Verzeichnisses)
direkt über URL-Parameter möglich (“Dot-Dot-Slash-Methode”: ../../../file)

Beispiel

http://some_site.lan/get-files?file=../../../../some.dir/some.file

SQL Injection

Einschleusung von SQL-Anweisungen über Eingabefelder
Auslesen zusätzlicher Daten aus der Datenbank
Verändern von Daten (DELETE, INSERT, UPDATE)
Erraten der Datenbankstruktur
Ausführen administrativer Operationen (Shutdown, Drop-Table, Dateien einlesen)

Session Manipulation

Ziel: Authentifizierung umgehen und sich Zugriff mit erweiterten Rechten verschaffen

Techniken

Session Prediction: gültige Session-ID vorhersagen
Session Fixating: Mitnutzen einer gültigen Session-ID
Session Hijacking: In Besitz einer aktiven Session gelangen (Session eines Benutzers übernehmen)

Werkzeuge eines Penetrationstesters

Netzwerkanalyse-Tools (z.B. nmap)
Proxy-Tools zur Abhörung von Anwendungsanfragen (z.B. Burp Suite)
verschiedene Betriebssysteme und Webbrowser
Software-Entwicklungs- und Reverse-Engineering-Tools
Sammlung von Exploits
wichtigstes Werkzeug: Wissen und Erfahrung

Gegenmaßnahmen

regelmäßig über aktuelle Verwundbarkeiten informieren
Absicherung der Webserver (Betriebssystem, DBMS)
Planung von Intranet-Anwendungen für spätere Internet-Zwecke

Web Application Firewall (WAF)

Gründe für eine WAF

Prinzip “Defense in Depth”
Firewall für HTTP-Verbindungen, daher gerade für Webanwendungen
Filterung auf Basis von
- Request/Response-Feldern
- Sessions
- Adressen
bietet Schutz vor
- Bruteforce-Angriffen
- injectionbasierten Angriffen
- XSS

Implementierung

als passives Netzwerkgerät
als aktives Netzwerkgerät
als Reverse Proxy
eingebettet (Embedded)

Web Intrusion Detection / Prevention

Web IDS/IPS gerne als WAF eingesetzt
heutige Systeme prüfen Netzwerkverkehr in Echtzeit
ermöglicht sofortige Erkennung und Verhinderung von bekannten Angriffen

Ansätze für Web Intrusion Prevention

Negative Security Modell
- Blacklisting: beschreibt, welche Anfragen verboten sind
- Wissen über gefährliche Anfragen, um diese zu blockieren
- öfters eingesetzt, da Regelsätze für viele Anwendungen bereits vorhanden sind
Positive Security Modell
- Whitelisting: beschreibt, welche Anfragen erlaubt sind
- komplex umzusetzen, da eine Vielzahl an Informationen miteinbezogen werden muss

Erkennungsformen

regelbasierte Erkennung von Angriffen
- Abarbeitung festgelegter Regeln/Tests
- bei negativem Test wird der Request blockiert
- gut geeignet zur Abwehrung bekannter Angriffe, schlecht für Zero Days
anomaliebasierte Erkennung von Angriffen
- Aufzeichnung von legitimen Verkehr (Trainingsphase)
- sehr gute Abwehrung von Angriffen, wenn WAF trainiert ist

Apache Webserver als WAF

OpenSource Web Application Firewall
arbeitet als Modul im Apache Webserver
kostenlos
weit verbreitet
stabil und zuverlässig
gut skalierbar
gut dokumentiert
bietet Negative und Positive Security Modell an

Kryptographie in der Praxis

Begriffe aus der Kryptographie

Verschlüsselung (Encryption): Umwandlung von Klartext in Geheimtext mithilfe eines Schlüssels
Schlüssel (Key): Parameter für die Ver- und Entschlüsselung
Entschlüsselung (Decryption): Umwandlung des Geheimtextes in Klartext mithilfe des Schlüssels
Entzifferung (Kryptoanalyse): Techniken zur Entschlüsselung eines Geheimtextes ohne Schlüssel

Sehr unsichere Verschlüsselungsverfahren

Cäsar-Chiffre: Rotation eines Zeichen um $k$ Stellen im Alphabet, $k$ ist der Schlüssel der Verschlüsselung
sehr schwaches Verschlüsselungsverfahren, da eine statistische Häufigkeit von Buchstaben in der Chiffre erkennbar ist
Buchstabenhäufigkeitsanalyse oder Brute-Force-Angriff führt schnell zum gesuchten Schlüssel

Symmetrische und asymmetrische Verfahren

symmetrisch:

Ver- und Entschlüsselung verwenden den gleichen Schlüssel
Vorteil: hohe Geschwindigkeit beim Ver-/Entschlüsseln
Nachteil: aufwändiger Schlüsselaustausch notwendig
Beispiel: AES, DES, 3-DES

asymmetrisch:

Ver- und Entschlüsselung verwenden unterschiedliche Schlüssel (Private/Public-Keypairs)
Vorteil: einfacher Schlüsselaustausch, Public-Key ist öffentlich
Nachteil: aufwändige und langsame Berechnung der Schlüssel
Beispiel: RSA

Hybride Verschlüsselung

Kombination aus symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung
asymmetrische Verschlüsselung für den Austausch eines Session-Keys (symmetrischer Schlüssel)
symmetrische Verschlüsselung für Datenaustausch (verschlüsselt mit Session-Key)
Anwendung in SSL/TLS und PGP

RSA-Verschlüsselung

asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren für Verschlüsselung und digitale Signatur
privater Schlüssel für Entschlüsselung
öffentlicher Schlüssel für Verschlüsselung oder Überprüfung der digitalen Signatur
Aufwand für Berechnung des privaten Schlüssels aus öffentlichem Schlüssel extrem aufwändig
RSA ist eine Falltürfunktion:
- Berechnung des Produkts zweier Primzahlen ist ziemlich einfach
- Rückschließen auf die Primzahlen aus dem Produkt ist sehr schwierig, sofern die Primzahlen und das Produkt groß genug gewählt sind

Vorsicht beim RSA

Primzahlen $p$ und $q$ und Eulersche Zahl $\Phi(n)$ müssen nach Erzeugung der Schlüssel unbedingt vernichtet werden

Sichere Kommunikation mit symmetrischer Verschlüsselung

Problem: Schlüsselaustausch über unsicheren Kommunikationskanal
Lösung 1: Schlüssel über sicheren Kommunikationskanal austauschen
Lösung 2: Diffie-Hellman-Schlüsselaustausch
- eine Nachricht wird über einen unsicheren Kommunikationskanal übertragen und aus dieser wird der private Schlüssel berechnet
- ein Angreifer kann den geheimen Schlüssel nicht berechnen

Sicherheit des Diffie-Hellman-Verfahrens

der Schlüssel $K$ kann nur aus den privaten Zufallszahlen $a$ und $b$ berechnet werden
Problem: DH-Verfahren ist gegen einen Man-in-the-Middle-Angriff nicht sicher
- Schutz gegen MitM mithilfe einer Authentifizierung der Nachrichten über einen weiteren sicheren Kanal
- Einsatz von Ephermal Diffie-Hellman und Forward Secrecy bei TLS

Transport Layer Security (TLS)

Weiterentwicklung von SSL (Secure Socket Layer)
hybrides Verschlüsselungsprotokoll zur Datenübertragung über TCP/IP
Hauptanwendung ist HTTPS und SSL-VPNs
SSLv2 und SSLv3.0 sollten wegen bekannter Sicherheitslücken nicht mehr verwendet werden

Funktionsweise

Nach der Berechnung des geheimen Schlüssels kann eine symmetrische Verschlüsselung stattfinden, da $K_1$ und $K_2$ gleich sind.

Vorteile von TLS

höhere Protokolle (z.B. HTTPS aus Anwendungsebene) können auf TLS aufbauen
wenig CPU-Last durch symmetrische Verschlüsselung

Nachteile von TLS

Verbindungsaufbau durch RSA und DH serverseitig rechenintensiv
Komprimierung der verschlüsselten Daten kaum möglich
TLS verschlüsselt nur die Kommunikation zwischen den beiden direkten Kommunikationspartnern

ECB-Modus für Blockchiffren

ECB (Electronic Code Book)
Klartext wird in $n$ Blöcken mit dem gleichen Schlüssel verschlüsselt

CBC-Modus für Blockchiffren

CBC (Cipher Block Chaining)
Klartext wird in $n$ Blöcke aufgeteilt, jeder Block wird nacheinander $m$ -mal mit dem Verschlüsselungsalgorithmus verschlüsselt

Security-Analyse komplexer Systemumgebungen

Ziele

Umgang mit Security-Analysen in komplexen Umgebungen
Identifizieren potentieller Bedrohungen und Gefahren in Systemumgebungen
Ableiten sinnvoller Gegenmaßnahmen
Umgang mit Risikoanalyse und Risikoakzeptanz

Eigenschaften von Security-Analysen in unterschiedlichem Ausmaß

Einzelne Systeme:

überschaubare Komplexität
Penetrationstests
System-Reviews
WhiteBox- und BlackBox-Tests

Systemumgebungen:

beliebig komplex
komplexe Kommunikationsbeziehungen
vielseitige Bedrohungen und Verwundbarkeiten

Vorgehen bei der Security-Analyse

1. Schritt: Identifikation und Clusterung der Schutzziele

Welche Systeme müssen geschützt werden?
Wie kritisch sind die Systeme?
Ermitteln von Schutzzonen in einem Netzwerk
Bilden der Schutzzonen

2. Schritt: Identifikation der Kommunikationsbeziehungen

Erstellung einer Kommunikationsmatrix mit allen bekannten Kommunikationskanälen und möglichen Seitenkanälen
Mögliche Mittel: LAN-Analyse (Wireshark), Monitoring-Port von Switches, Monitoring Software, SIEM (Security Information and Event Management)
Probleme:
- zeitaufwändig
- Komplexität der Daten

3. Schritt: Schutzziele und Kommunikationsbeziehungen analysieren

Anpassung der Kommunikationsmatrix durch Eliminierung ungenutzter Seitenkanäle
Schutz der Kommunikationsbeziehungen festlegen
direkte Verbindungen zwischen Schutzzonen (potentielle Verwundbarkeit) durch Firewalls oder IDS/IPS absichern

4. Schritt: Identifikation möglicher Bedrohungen und Verwundbarkeiten

vorhandene direkte Verbindungen zwischen Schutzzonen als Verwundbarkeit bewerten
kritische Systeme sind oft lohnenswerte Angriffsziele
mögliche Bedrohungen:
- Systeme über VPN
- administrative Systeme
- Entwicklungssysteme
- Übergangspunkte zu anderen Netzwerken

Verwundbarkeiten:

Internet-Anwender: Kommunikation über unverschlüsselte Verbindungen können abgehört werden
VPN-Teilnehmer: es kann unbeabsichtigt in die IT-Infrastruktur eingedrungen werden (z.B. aufgrund von unregelmäßigen Sicherheitsupdates)
ISP-Übergabepunkt: falsch konfigurierte Firewall-Regeln können ungewollt Kommunikationskanäle freilegen

5. Schritt: Ermitteln von Maßnahmen zur Reduzierung der möglichen Bedrohungen und Verwundbarkeiten

Umsetzung der Einteilung in Schutzzonen
Reduzierung der Kommunikationsbeziehungen auf das Notwendigste
durchgehender Einsatz von Perimeterschutz (Firewalls, IDS/IPS, Router mit ACL)
VPN-Teilnehmer vor Zugriff auf neueste Version aktualisieren
ständiges Monitoring der kritischen IT-Systeme
regelmäßige Security-Überprüfungen aller kritischen Server und Anwendungen als auch der Perimeterschutzsysteme

6. Schritt: Durchführung von Risikoanalyse und Risikoakzeptanz

wenn Bedrohungen/Verwundbarkeiten nicht vermieden werden können, muss eine Risikoanalyse durchgeführt werden
Risiko: Eintrittswahrscheinlichkeit und Auswirkung (Schaden)
ermittelte Risiken müssen vom Management oder einer leitenden Stelle akzeptiert werden
keine dauerhafte Lösung

Übungen zur Netzwerkanalyse

nmap - Netzwerk- und Portscanner

Netzwerkanalyse- und Portscanning-Tool
OpenSource und frei verfügbar
sehr flexibel und über Lua-ScriptingEngine sehr erweiterbar
verschiedene Portscan-Möglichkeiten (TCP Connect -sT, TCP SYN -sS, TCP ACK -sA, UDP Scan -sU)
erweiterte Hosterkennung möglich

Wireshark

Tool für die Analyse von Netzwerkdaten (wie Kommandozeilentool tcpdump)
Analyse aller Daten über Ethernet und WLAN
Netzwerkanalyse in Echtzeit oder Snapshot mit einer gespeicherten PCAP-Datei
Auslesen einer Nachricht über Optionenpunkt “Follow TCP Stream” (ermöglicht Anzeige des kompletten Datenverkehrs)

Übungen zum Website-Pentesting

ARP-Spoofing

nutzt gefälschte ARP-Pakete, um die ARP-Tabelle der Zielsysteme zu manipulieren
Ziel: Datenverkehr des Zielsystems über das ARP-Spoofing-System zu leiten (Man in the Middle)
ARP-Spoofing-System dient hierbei als Proxy
alle Systeme müssen sich im gleichen Layer-2-Netzwerk befinden

Vorgehensweise

Dem Linux-Kernel mitteilen, dass IP-Pakete weiter geleitet werden sollen

echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward            # IPv4
echo 1 > /proc/sys/net/ipv6/conf/all/forwarding   # IPv6

ARP-Spoofing starten

arpspoof –t "<target IP>" –r "<gateway IP>"

nun in Wireshark mithilfe der “Follow TCP Stream” Funktion alle Daten einer Verbindung auslesen
mit HTTPS nicht ohne Weiteres möglich

Remote und Reverse Shell

Remote Shell

Grundvoraussetzung: Zielsystem muss ohne oder über falsch konfigurierte Firewall erreichbar sein
ein Angreifer kann über einen angebotenen Service Schadcode auf dem Zielsystem ausführen (z.B. Remote Code Injection)
ein Angreifer startet einen Listener auf dem Zielsystem, mit dem er sich verbinden kann und so Shell-Zugriff auf dem System erhält

Reverse Shell

Problem: Firewall blockiert alle Verbindungen bis auf HTTP und HTTPS
Grundvoraussetzung: Zielsystem muss externe Systeme über die Firewall erreichen können
ein Angreifer kann über einen Service auf dem System Schadcode ausführen (z.B. Remote Code Injection oder PHP-, ASP-, JSP-Skripte)
der Angreifer startet auf seinem System einen Listener
der Angreifer startet dann auf dem Zielsystem eine Reverse Shell, die sich zum Listener auf dem Angreifersystem verbindet