Seminario Sicurezza Informatica : Windows NT Security

1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIAFacoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e NaturaliCorso di Laurea Specialistica in Informatica SeminarioSicurezzaInformatica:Windows NT Security Studente PalazzettiEmanuele Docente Prof. Stefano Bistarelli

2. Windows Server Domain Introduzione 1 5 Architettura Controllo degli accessi 2 6 Security Descriptor Registro di Windows 3 3 7 3 Algoritmo di decisione Audit in Windows Active Directory 4 8 9 4 4 4 Argomenti trattati PalazzettiEmanuele

3. Introduzione • Windows NT • E’ una famiglia di sistemi operativi pensata per utenze aziendali sia in ambito server che workstation • In quanto parente dei sistemi operativi UNIX, l'impostazione è multiutente, multiprocesso, multiprocessore; il file system NTFS gestisce adeguatamente la multiutenza, assegnando a ciascun file diritti di accesso specifici per ogni utente • Si basa su una tipologia di kernel ibrido in quanto nel kernel risiedono diversi servizi oltre a quelli essenziali come ad esempio il file system, la gestione della memoria e anche la gestione della grafica • A livello di prestazioni e di sicurezza questo equivale ai kernel monolitici (ad esempio UNIX e Linux), ma consente una flessibilità maggiore • Il controllo sugli accessi viene gestito in base a singoli tipi di oggetto mentre in UNIX gli oggetti sono uniformemente trattati come risorse PalazzettiEmanuele

4. LPC • Local Procedure Callfacility • Si occupa di effettuare lo scambio e la transazione delle chiamate dal ring 3 al ring 0 Architettura CALL Stabiliscono dei meccanismi per la protezione dei dati e delle funzionalita’ del sistema dai fallimenti di sistema (fault tolerance) e dai comportamenti malevoli del codice eseguito (computer security) Tramite questa suddivisione e’ possibile creare dei livelli di privilegi RPC • Remote Procedure Callfacility • Si occupa di gestire le chiamate a procedure remote, presenti nei servizi del sistema operativo Rappresenta una vulnerabilita’ poiche’ e’ consentito a del codice esterno di operare in modalita’ kernel, consentendo ad un attaccante di sfruttare dei buffer overruns per danneggiare il sistema La parte Windows Executive, include anche il Security Reference Monitor (SRM) che si incarica del controllo degli accessi da parte degli applicativi E’ presente una separazione tra la modalita’ Utente (protection ring 3) e quella Kernel (protection ring 0) come nei sistemi operativi Unix L’Hardware Abstraction Layer (HAL) fornisce un’interfaccia di astrazione dell’hardware I sottosistemi di sicurezza (Security Subsystem), operano in modalita’ utente e sono caratterizzati dalla presenza di diverse componenti I servizi di sistema, compresa la parte Windows Executive, funzionano in modalita’ Kernel (supervisore) I programmi utente, effetuano delle chiamate alle API (Application program interface) per poter invocare i servizi del sistema operativo I driver delle periferiche (spesso driver di terze parti), sono anch’essi collocati nel ring 0. PalazzettiEmanuele

5. Architettura (2) Login Spoofing: Tecnica utilizzata per ottenere le password degli utenti. Viene proposta una normale interfaccia di accesso, che in realta’ e’ creata dal programma malevolo solitamente introdotto come TrojanHorse. I dati vengono inviati all’attaccante o loggati in una particolare area facilmente reperibile. • (winlogon.exe) E’ responsabile della procedura di accesso anche se non si occupa direttamente della verifica delle credenziali. Le funzioni principali includono l’invocazione di GINA (Graphicalidentification and Authentication) per permettere l’inserimento delle credenziali in modo sicuro evitando alcuni attacchi di login spoofing. • Solitamente e’ esposto a molte minacce che ne alterano la funzionalita’ e l’utilizzo di memoria. L’aumento di quest’ultimo, indica che winlogon ha subito un hijacking (dirottamento). Log-on Process • (lsass.exe) E’ un processo utilizzato alla fase di logon quando viene richiesta la verifica dell’account utente e della sua password. Al momento dell’accesso, si occupa di rilasciare un accesstoken che include tutte le informazioni di sicurezza riguardanti l’utente, i gruppi ai quali appartiene ed i privilegi disponibili. • Altra funzione assegnata a questo sottosistema, e’ quella di scrivere i log per effettuare l’auditing del sistema. Security Subsystem Local Security Authority • E’ un database memorizzato come un file di registro. Contiene tutte le password degli utenti salvate in formato hash. In quanto una funzione hash e’ unidirezionale, sono garantiti i meccanismi base di sicurezza per la tenuta delle password. • Per aumentare il livello di sicurezza di SAM contro gli attacchi offline (furto del database), e’ stata introdotta la SYSKEY ovvero una chiave lunga 128-bit utilizzata per cifrare le password contenute. Tuttavia, sono state individuate alcune forme di crittanalisicapaci di fornire metodi per decifrare SAM. Security Account Manager PalazzettiEmanuele

6. Registro Caratteristiche di Windows • Windows Server Domain • Active Directory PalazzettiEmanuele

7. Registro di Windows • Registro • Viene identificato come il database centrale di tutta la configurazione di Windows e dei suoi applicativi • Ogni voce del registro viene chiamata key • E’ disponibile un programma (regedit.exe) per poter modificare le varie chiavi presenti sul registro o semplicemente per visualizzarlo nella sua struttura • Un punto di forza e’ la possibilita’ di creare criteri di gruppo che permettono all'amministratore di una rete di computer basati su Windows di gestire impostazioni di protezione e dei programmi in maniera centralizzata. In particolare, la possibilità di specificare chiavi nel registro che saranno applicate a tutti i computer della rete. • Tramite l'API, è possibile accedere al registro indifferentemente da locale o da remoto consentendo anche l’esecuzione di script per automatizzare le operazioni sul registro. PalazzettiEmanuele

8. Registro di Windows (2) • Struttura del registro • HKEY_CLASSES_ROOT: contiene tutte le estensioni associate ai file • HKEY_CURRENT_USER: contiene le informazioni di configurazione dell’utente correntemente loggato • HKEY_LOCAL_MACHINE: contiene le informazioni di configurazione riferite all’intera macchina locale • HKEY_USERS: contiene tutte le informazioni dei profili attualmente caricati nel sistema • HKEY_CURRENT_CONFIG: contiene le informazioni riferite ai profili hardware utilizzati dal computer locale al momento dell’avvio PalazzettiEmanuele

9. Registro di Windows (3) • Struttura del registro – Hive utilizzati per la sicurezza • HKEY_LOCAL_MACHINE\SAM • HKEY_LOCAL_MACHINE\Security • HKEY_LOCAL_MACHINE\Software • HKEY_CURRENT_CONFIG\ • HKEY_USERS\.DEFAULT PalazzettiEmanuele

10. Registro di Windows (4) • Registro – Vulnerabilita’ • Modificando le chiavi di registro si modifica il comportamento del sistema operativo; questa e’ una vulnerabilita’ elevata se si considera la possibilita’ di cambiare la pathdove il sistema va a ricercare alcuni eseguibili importanti (incluso lo stesso explorer.exe). • E’ importante impostare correttamente i permessi di modifica delle chiavi evitando di consentire il privilegio a tutti ma solo agli amministratori. • Si deve sempre proteggere l’integrita’ del registro anche da manipolazioni da parte di computer nella stessa rete. Bisogna eliminare, pertanto, il regedit e le sue API dai computer che non detengono di una funzione di gestione del sistema. • Talvolta e’ meglio una semplicita’ ridotta a favore di una sicurezza maggiore. Disattivare o limitare strettamente l’uso dell’accesso remoto al registro. PalazzettiEmanuele

11. Registro di Windows (5) • Registro – Vulnerabilita’ • Verificare sempre la chiave di registroHKEY_LOCAL_MACHINE_\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\SecurePipeServers\Winregin quanto stabilisce i criteri di accesso da parte di gruppi o di utenti al registro in modalita’ remota. • Se questa chiave non esiste, l’accesso viene fatto senza alcun controllo! • Un utente remoto puo’ agire sul registro come se fosse un utente locale PalazzettiEmanuele

12. Active Directory • Active Directory • E’ una tecnologia che introduce le Directory Service utilizzate per immagazzinare informazioni riguardanti le risorse distribuite nella rete di un dominio e per centralizzare la gestione della rete • Tutti gli elementi vengono definiti oggetti organizzati in Active Directory; si possono individuare tre grandi gruppi di oggetti: risorse (stampanti), servizi (smtp server) ed utenti (account utenti e gruppi) • Organizza gli oggetti e registra tutte le informazioni, incluse le politiche di sicurezza e di accesso agli oggetti, in un database centralizzato • Ciascun oggetto detiene delle proprieta’ specifiche e di un GUID (Global UniqueIdentifier) utilizzato per distinguerlo in modo univoco; anche alle singole proprieta’ viene associato un GUID • Le Active Directory possono essere dinamicamente estese aggiungendo nuovi tipi di oggetti o applicando nuove proprieta’ agli oggetti esistenti PalazzettiEmanuele

13. Active Directory (2) • Active Directory – Directory tree Compagnia A Oggetto: Utente Nome: Diego Indirizzo: Perugia Stanza: 125 Oggetto: Stampante Modello: A colori Stanza: 123 Divisione A Divisione B Ricerca PalazzettiEmanuele

14. Active Directory (3) • Active Directory – Directory tree • Se e’ presente una connessione logica tra i vari oggetti, anche se sono di tipo differente, possono essere disposti nello stesso contenitore • Questa funzionalita’ e’ fondamentale per gestire risorse in organizzazioni molto estese dove, l’implementazione di strutture di oggetti raggruppate per tipo, comporterebbe una gestione centralizzata troppo complessa • Tutte le policy e le politiche di accesso all’intera directory del servizio vengono applicate a tutte le directory o servizi sottostanti grazie a dei meccanismi di ereditarieta’ PalazzettiEmanuele

15. Windows Server Domain • Windows Server Domain • E’ un insieme logico di computer che condividono il database degli account utente e tutte le policy di sicurezza • Permette la creazione di strutture gerarchiche rappresentabili come foreste di domini. In questo modo e’ possibile collegare i domini in modo da ereditare il database degli account o le policy di sicurezza da domini a livelli superiori • E’ facilitata l’amministrazione della rete in quanto un amministratore puo’ gestire qualsiasi computer interconnesso nel suo dominio o in domini di gerarchia inferiore • In quanto sono condivisi i database di sistema, gli utenti non vengono autenticati con la macchina locale bensi’ con il dominio di appartenenza • Viene realizzato un meccanismo di single sign-on per tutti i servizi e le risorse presenti nel dominio PalazzettiEmanuele

16. Windows Server Domain (2) • Domain Controller • E’ un server che processa e garantisce un livello di sicurezza a tutte le richieste di autenticazione gestendo, quindi, le fasi di log-on, di controllo dei permessi e di distribuzione delle policy ai computer registrati in un Windows Server Domain. • Include un database LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) impiegato per consentire l’accesso agli oggetti presenti nel dominio • Prevede il meccanismo KDC (Key distribution center) utilizzato per lo scambio sicuro delle chiavi crittografiche quando esse vengono utilizzate per garantire che particolari servizi siano accessibili a determinati soggetti in determinati istanti temporali • Implementa un meccanismo cross-platform chiamato CIFS (Common Internet File System) che viene impiegato per gestire le richieste di file e di servizi di stampa da parte dei client verso server collocati nella rete. E’ basato sul protocollo SMB (Server Message Block) PalazzettiEmanuele

17. Windows Server Domain (3) • Accesso ad un Windows Server Domain (Kerberos V5) • A partire da Windows 2003 Server, e’ implementata un’estensione del protocollo per permettere l’autenticazione iniziale tramite certificati registrati su smartcards • Il KDC di Kerberosutilizza Active Directory come database degli account utente; questo rende Kerberosscalabile all’aumentare della dimensione della rete e dei domini • La versione 5 del protocollo prevede che la transazione iniziale tra client e server, venga stabilita in un ambiente non sicuro (Internet) pertanto e’ richiesta la mutuaidentificazione • Se gliutentiaccedono ad un dominioche include deiservizisensibili, la mutuaidentificazione e’ garantitadallacreazionediVPN (Virtual Private Network) PalazzettiEmanuele

18. Macchine Utenti locali Controllo degli accessi Entita’ attivedelle Policy diSicurezza Utenti dominio Gruppi PalazzettiEmanuele

19. Controllo degli accessi (2) • Entita’ • Sono le figure attive delle policy di sicurezza dotati di un username e di un SID (Security Identifier) • Possono essere create localmente; in tal caso sono amministrabili e visibili solo sulla macchina locale e vengono identificate con il seguente nome: • entity = MACHINE\entity(TUHH-68842\Administrator) • Possono essere create in un dominio; in tal caso possono essere amministrate da un amministratore di dominio o dal domain controller. La visibilita’ e’ nota in tutto il dominio e nei domini figli con il nome: • entity@domain = DOMAIN\entity(diego@europe.eu = EUROPE\Diego) • Esistono delle entita’ universali (Everyone) • Account locali sono salvati nella chiave di registro HKEY_USERS PalazzettiEmanuele

20. Controllo degli accessi (3) • Gruppi ed Alias • Un gruppo e’ una collezione di Security Identifier gestiti dal Domain Controller; a sua volta il gruppo detiene un proprio SID • Un membro di un gruppo, oltre ai privilegi personali, puo’ far uso dei privilegi e dei permessi assegnati ad un gruppo • Costituiscono un livello intermedio di controllo in quanto i permessi riferiti ad un oggetto sono assegnati ad un gruppo e gli utenti ereditano l’accesso all’oggetto diventando membri di quel gruppo • Un alias e’ una collezione di SID riferiti ad utenti e gruppi e solitamente sono utilizzati per implementare dei ruoli a livello logico anche se, realmente, non sono dei ruoli PalazzettiEmanuele

21. Controllo degli accessi (4) • Security Identifier • E’ una sequenza alfanumerica utilizzata per identificare in modo univoco un soggetto visto come utente o gruppo • E’ il domain controller che utilizza il SID per confermare l’accesso al sistema o a servizi presenti nel dominio • Viene generato al momento della creazione dell’utente o del gruppo e resta invariato per tutta la durata di vita dell’account; la generazione e’ pseudo-random pertanto non e’ possibile che, una volta cancellato un account, sia possibile crearne un altro con lo stesso SID • Come conseguenza, la creazione di un nuovo account non eredita accessi o permessi dell’account precedente • Vengono associati SID anche ai domini e, non appena una workstation o un server si unisce al dominio, un SID viene generato per la nuova macchina includendo il SID del dominio stesso PalazzettiEmanuele

22. Controllo degli accessi (5) • Security Identifier • Un SID risponde a questo formato: • S – R – I – SA – SA – SA – N • S: lettera • R: numero di revisione (attualmente e’ 1) • I: identificatore dell’autorita’ (5 indica una NT Authority) • SA: identificatore del dominio o del computer locale • N: identificatore relativo per garantire unicita’ al SID PalazzettiEmanuele

23. Controllo degli accessi (6) • Security Identifier • Everyone: S-1-1-0 • SYSTEM: S-1-5-18 • Administrator: S-1-5-21-<Autorita’ locale>-500 • Administrators: S-1-5-32-544 • Domain Admins: S-1-5-21-<Autorita’ di dominio>-512 • Guest: S-1-5-21-<Autorita’ locale>-501 PalazzettiEmanuele

24. Controllo degli accessi (7) • Access Token • Quando un utente viene autenticato con successo al sistema tramite le sue credenziali, viene assegnato un Access token • E’ un oggetto, contenente il descrittore di sicurezza, che include tutte le informazioni per identificare l’utente, il suo gruppo ed i suoi privilegi • Il descrittore di sicurezza viene allegato ad ogni processo o thread istanziato durante la sessione dell’utente e, quando il processo accede ad un oggetto, Windows verifica con il descrittore di sicurezza se l’utente detiene i diritti per accedere alla risorsa • Quando un processo genera un altro processo, il suo accesstoken viene copiato nell’area riservata all’altro processo • I token possono essere dei Primarytokeno dei Impersonationtoken PalazzettiEmanuele

25. SID Utente Controllo degli accessi (8) SID Gruppo e Alias • Access Token – Struttura Lista dei privilegi Default per i nuovi oggetti Altri elementi PalazzettiEmanuele

26. Controllo degli accessi (9) • Privilegi • I privilegi sono DIVERSI dai diritti di accesso che, invece, controllano la possibilita’ da parte di utenti di accedere ad oggetti protetti • Esempi di privilegi: • Backup dei file e delle directory • Gestire gli applicativi di audit ed i log • Cambiare permessi a files o altri oggetti (mutare Active Directory) • Spengere il sistema PalazzettiEmanuele

27. Security Descriptor • Security Descriptor • E’ incapsulato all’interno dell’Access token quando l’oggetto e’ un processo • Viene assegnato a qualsiasi oggetto di tipo executive (processi), filesystem(files) o service (stampanti) • Permette la creazione di securableobjectscioe’ di oggetti protetti sui quali e’ possibile imporre una politica di controllo degli accessi granulare PalazzettiEmanuele

28. SID Proprietario Security Descriptor (2) Gruppo primario • Security Descriptor – Struttura DACL SACL PalazzettiEmanuele

29. Tipo ACE Security Descriptor (3) Tipo oggetto • Discretionary Access Control List Oggetto che puo’ ereditare l’ACE • E’ una lista di controllo degli accessi (ACL) che consente di decidere al sistema se consentire o negare l’accesso dell’utente ad un particolare oggetto • E’ composto da una serie di Access ControlEntries (ACE) dotati della seguente struttura: Diritti di accesso SID Utente Accesso consentito o negato: ACCESS_ALLOWED_ACE ACCESS_DENIED_ACE GUID utilizzato per identificare in modo univoco l’oggetto cui l’ACE e’ riferito GUID degli oggetti che erediteranno le policy di accesso definite in questo ACE Diritti di accesso consentiti qualora l’ACE corrisponda alla richiesta fatta SID dell’Utente cui l’ACE e’ riferito PalazzettiEmanuele

30. Security Descriptor (4) • Discretionary Access Control List – Struttura ACE PalazzettiEmanuele

31. Security Descriptor (5) • Ereditarieta’ degli ACE \Research Container type ACE1 InheritedObjectType null ACE2 InheritedObjectType User ACE3 InheritedObjectType Printer \Research\Diego User type ACE1 InheritedObjectType null ACE2 InheritedObjectType User \Research\HPPrinter Printer type ACE1 InheritedObjectType null ACE3 InheritedObjectType Printer PalazzettiEmanuele

32. Security Descriptor (6) • Ereditarieta’ degli ACE – Eccezioni alle regole PalazzettiEmanuele

33. Security Descriptor (6) • Ereditarieta’ degli ACE – Eccezioni alle regole SE_DACL_PROTECTED PalazzettiEmanuele

34. Security Descriptor (7) • Contesto limitato degli ACE • Quando un Access Token viene assegnato ad un processo, esso eredita l’Access Token fornito all’utente al momento del log-on; eredita pertanto tutti i diritti e privilegi associati • La caratteristica di molti programmi, e’ che talvolta il codice scritto non e’ sicuro e particolari operazioni possono danneggiare gravemente il sistema • Una soluzione e’ quella di implementare un meccanismo per garantire al processo solo i permessi di cui ha strettamente bisogno per portare a termine il suo lavoro • Windows implementa un code-basedaccesscontrol tramite l’utilizzo di restrictedtoken (token limitati) PalazzettiEmanuele

35. Security Descriptor (8) • Code-based Access Control • Nell’Access Token, vengono inseriti dei flag e dei marcatori, per negare al processo l’utilizzo di particolari diritti associati a gruppi • Viene specificato anche un SID limitato per garantire che il processo possa agire solo su particolari oggetti indipendentemente dai diritti che detiene • In questo modo un processo con un token ristretto, puo’ accedere ad un oggetto solo se sia al SID dell’user che a quello limitato e’ garantito l’accesso PalazzettiEmanuele

36. Security Descriptor (9) • Code-based Access Control – Esempio ACE1: Access Rights: read, write User SID: Diego ACE2: Access Rights: read User SID: MyApp ACE3: Access Rights: read User SID: Administrator ACE2: Access Rights: read User SID: MyApp ACE1: Access Rights: read, write User SID: Diego PalazzettiEmanuele

37. Riepilogo Algoritmo Decisione • Algoritmo decisione per permettere l’accesso ad oggetti • Quando un soggetto (utente o gruppo) richiede l’accesso ad un oggetto, l’SRM esegue un confronto tra l’accesstoken del soggetto, l’ACL dell’oggetto e la maschera di accesso all’oggetto per determinare se l’accesso puo’ essere permesso • Viene subito verificato che esista il DACL nel Security Descriptor dell’oggetto: se non e’ presente (NULL DACL) l’accesso e’ permesso • Altrimenti viene verificato, tramite il SID, se il soggetto e’ il proprietario dell’oggetto ed in tal caso l’accesso e’ consentito • Se l’utente non e’ proprietario, per ogni ACE viene fatto il confronto tra il SID dell’utente e quello descritto nell’ACE PalazzettiEmanuele

38. Riepilogo Algoritmo Decisione (2) • Algoritmo decisione per garantire accessi agli oggetti • Nessun ACE dell’oggetto contiene il SID dell’user; la richiesta viene negata • Viene trovato il SID dell’user all’interno di un ACE di tipo ACCESS_DENIED_ACE; la richiesta viene negata e l’algoritmo si interrompe • Viene trovato il SID dell’user all’interno di un ACE di tipo ACCESS_ALLOWED_ACE; • Se la maschera di accesso richiesta dal processo utente, combacia con quella definita all’interno dell’ACE, la richiesta e’ permessa ed il processo puo’ ottenere l’handle sull’oggetto. • Altrimenti l’algoritmo prosegue nella sua ricerca fino ad un caso terminale PalazzettiEmanuele

39. Audit in Windows • Audit e logging • Consiste nell’utilizzare servizi di Windows per registrare particolari eventi legati alla sicurezza del sistema e all’utilizzo di oggetti all’interno dell’Active Directory • Quando un utente accede ad un oggetto per il quale sia impostata una politica di auditing nel suo SACL, il sistema effettua le scritture nei log in base alle policy stabilite • Tutte le operazioni di scrittura dei log sono effettuate dal Security Reference Monitor • I log sono solitamente vincolati in dimensione al raggiungimento della quale, viene applicata una delle seguenti politiche: • Sovrascrittura degli eventi quando richiesta • Sovrascrittura degli eventi piu’ vecchi di X giorni • Non sovrascrivere eventi PalazzettiEmanuele

40. Audit in Windows (2) • Audit e logging – Blocco del meccanismo di logging • Nel caso in cui, a causa di una delle scelte prese nella definizione delle policy di registrazione o di pulizia dei log, l’SRM non puo’piu’ effettuare registrazione di eventi, il sistema viene arrestato secondo quanto definito nella chiave di registro: • HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Control\Lsa • Name:CrashOnAuditFail • Type:REG_DWORD • Value: 1 • Questa scelta “distruttiva”, e’ tuttavia necessaria per rispettare i requisiti stabiliti nell’Orange Book livello C2 PalazzettiEmanuele

41. Conclusioni • Windows NT Security • Dispone di buoni meccanismi di sicurezza a livello architetturale nonostante la vulnerabilita’ sull’esecuzione del codice dei driver • Tramite l’uso di Windows Server Domain, e’ possibile creare reti gerarchiche o paritarie capaci di condividere, tramite le Active Directory, tutti i database degli utenti, le policy di sicurezza, i diritti di accesso agli oggetti e l’ereditarieta’ degli stessi • L’utilizzo di Kerberos e di VPN, consentono di creare reti globali suddivise per domini • L’uso degli Access Tokene dei Security Descriptorconsentono di gestire in modo granulare i permessi di accesso a tutti gli oggetti facenti parte del dominio; la definizione di RestrictedToken, consente anche di limitare il codice “untrusted” degli utenti PalazzettiEmanuele

42. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIAFacoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e NaturaliCorso di Laurea Specialistica in Informatica Grazie dell’attenzione!