Paketfilterungsfirewall

Eine Paketfilterfirewall ist ein grundlegender, aber kritischer Firewalltyp, der zur Steuerung des Netzwerkverkehrs basierend auf bestimmten Regeln und Richtlinien verwendet wird. Es arbeitet auf der Netzwerkschicht des OSI-Modells und dient zur Überprüfung von Datenpaketen, die über ein Netzwerk übertragen werden. Die Kernfunktion einer Paketfilterfirewall besteht darin, jedes Paket anhand einer Reihe von Regeln zu bewerten, die bestimmen, ob es passieren darf oder blockiert werden soll. Diese Regeln basieren auf Informationen, die im Header des Pakets enthalten sind, z. B. Quell- und Ziel-IP-Adressen, Portnummern und das verwendete Protokoll.

Obwohl Paketfilterungs-Firewalls im Vergleich zu fortschrittlicheren Firewall-Typen wie Stateful Firewalls oder Next Generation Firewalls (NGFWs) relativ einfach sind, spielen sie eine wesentliche Rolle bei der Sicherung von Netzwerken, indem sie unerwünschten oder potenziell gefährlichen Datenverkehr filtern. In diesem Artikel werden wir das Konzept von Paketfilterungs-Firewalls, ihre Funktionsweise, Vorteile, Einschränkungen und Anwendungsfälle genauer untersuchen.

Paketfilterungsfirewall : Wie Paketfilter-Firewalls funktionieren
Paketfilterungs-Firewalls untersuchen Datenpakete, die zwischen zwei vernetzten Systemen fließen. Ein Paket ist eine formatierte Dateneinheit, die über ein Netzwerk übertragen wird und sowohl die Nutzlast (die tatsächlichen Daten) als auch den Paketkopf enthält, der Schlüsselinformationen wie die Quell- und Ziel-IP-Adressen, die Quell- und Zielportnummern und das Protokoll enthält (z. B. TCP, UDP).

Wenn ein Paket in ein Netzwerk eindringt, überprüft die Firewall seinen Header, um festzustellen, ob das Paket den vordefinierten Filterregeln entspricht. Diese Regeln werden von Netzwerkadministratoren erstellt und definieren anhand mehrerer Kriterien, welche Art von Datenverkehr zulässig oder blockiert ist.

Der Paketfilterprozess funktioniert normalerweise wie folgt:

Paketeingang: Ein Datenpaket kommt an der Firewall an.
Regelprüfung: Die Firewall überprüft den Header des Pakets anhand der Sicherheitsregeln.
Entscheidungsfindung: Basierend auf der Auswertung der Paketattribute (z. B. Quell- / Ziel-IP-Adressen, Portnummern und Protokolltyp) kann die Firewall entweder:
Lässt das Paket die Firewall passieren.
Blockiert das Paket und verhindert, dass es in das Netzwerk eindringt oder es verlässt.
Protokollierung (optional): Viele Firewalls protokollieren Details zum Datenverkehr, z. B. Quelle und Ziel des Pakets und ob es zugelassen oder blockiert wurde.
Die Regeln für die Paketfilterung können basierend auf konfiguriert werden:

Quell-IP-Adresse: Die Adresse, von der das Paket stammt.
Ziel-IP-Adresse: Die Adresse des beabsichtigten Ziels des Pakets.
Protokoll: Das verwendete Protokoll, z. B. TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol) oder ICMP (Internet Control Message Protocol).
Quellportnummer: Der Port, von dem das Paket gesendet wird.
Zielportnummer: Der Port, an den das Paket gesendet wird.

Schlüsselkomponenten einer Paketfilterungs-Firewall
Eine Paketfilterfirewall wertet Pakete anhand bestimmter Attribute aus, anhand derer festgestellt werden kann, ob Datenverkehr zugelassen oder abgelehnt werden soll. Diese Komponenten sind entscheidend für die Funktionsweise einer Paketfilter-Firewall:

Paketfilterungsfirewall : Zugriffssteuerungsliste (ACL)
Eine Zugriffssteuerungsliste (Access Control List, ACL) ist eine Reihe von Regeln, die definieren, welche Art von Datenverkehr erlaubt oder verweigert wird. Es wird oft in einer sequentiellen Reihenfolge angewendet, wobei jede Regel nacheinander überprüft wird. Die Firewall verarbeitet die eingehenden Pakete und vergleicht sie mit den ACL-Regeln.

Jede Regel in einer ACL enthält im Allgemeinen Bedingungen, die auf folgenden basieren:

Quell-IP-Adresse
Ziel-IP-Adresse
Quellportnummer
Zielportnummer
Protokoll (z. B. TCP, UDP, ICMP)
Wenn ein Paket einer Regel entspricht, erzwingt die Firewall die angegebene Aktion, z. B. das Zulassen oder Verweigern des Datenverkehrs. Wenn ein Paket keiner Regel entspricht, wendet die Firewall normalerweise eine Standardaktion an, z. B. das Blockieren des Pakets.

Paketfilterungsfirewall : Staatenlose Inspektion
Eine paketfilternde Firewall wird oft als zustandslose Firewall bezeichnet, da sie keine Aufzeichnungen über den Status aktiver Verbindungen führt. Stattdessen prüft es nur einzelne Pakete unabhängig voneinander. Es berücksichtigt nicht, ob ein Paket Teil einer laufenden Kommunikation ist oder ob die Verbindung legitim ist.

Dies bedeutet, dass eine Paketfilterfirewall keine ausgeklügelten Angriffe erkennen kann, die auf dem Kontext einer laufenden Verbindung beruhen, z. B. TCP-Verbindungs-Hijacking oder Sitzungsfixierungsangriffe. Daher betrachtet die Firewall nur die Header-Attribute des Pakets und trifft Entscheidungen basierend auf diesen Informationen.

Paketfilterungsfirewall : Paket-Header-Inspektion
Paketfilterungs-Firewalls führen hauptsächlich Header-Inspektionen durch, dh sie untersuchen nur die im Header des Pakets enthaltenen Informationen und analysieren nicht die tatsächlichen Daten (Nutzdaten). Der Header enthält Informationen über:

Quell-IP-Adresse: Woher das Paket stammt.
Ziel-IP-Adresse: Wohin das Paket geleitet wird.
Protokoll: Gibt an, ob das Paket TCP, UDP, ICMP oder andere Protokolle verwendet.
Quell- und Zielportnummern: Die spezifische Anwendung oder der Dienst, dem das Paket zugeordnet ist (z. B. HTTP verwendet Port 80, HTTPS verwendet Port 443).
Diese einfache Inspektion hilft bei der Entscheidungsfindung auf der Grundlage grundlegender Netzwerkparameter.

Paketfilterungsfirewall : Vorteile von Paketfilterungs-Firewalls
Obwohl Paketfilter-Firewalls bestimmte Einschränkungen aufweisen, bieten sie mehrere Vorteile, insbesondere in Bezug auf Einfachheit, Geschwindigkeit und Funktionalität:

Einfachheit und einfache Konfiguration
Paketfilter-Firewalls sind relativ einfach zu konfigurieren und zu verwalten, was sie ideal für kleine bis mittelgroße Netzwerke macht, in denen komplexe Firewall-Funktionen möglicherweise nicht erforderlich sind. Administratoren können mit minimalem Aufwand grundlegende Regeln basierend auf IP-Adressen, Ports und Protokollen einrichten.

Hochleistungs
Da Paketfilterungs-Firewalls nur Paketheader untersuchen und keine Sitzungszustände beibehalten oder Paketinhalte tiefgreifend untersuchen, können sie Datenverkehr mit hohen Geschwindigkeiten mit minimalen Auswirkungen auf die Netzwerkleistung verarbeiten. Dies macht Paketfilterungs-Firewalls für Umgebungen mit hohem Durchsatz geeignet, die eine schnelle Verkehrsfilterung erfordern.

Geringer Ressourcenverbrauch
Paketfilterungs-Firewalls verbrauchen im Allgemeinen weniger Systemressourcen (z. B. CPU und Speicher) als komplexere Firewalls wie statusbehaftete Firewalls oder Firewalls der nächsten Generation. Dies macht sie ideal für den Einsatz in Umgebungen mit begrenzten Hardwareressourcen oder in denen Leistung eine wichtige Rolle spielt.

Basisschutz
Paketfilterungs-Firewalls bieten ein wesentliches Sicherheitsniveau für Netzwerke, indem sie unbefugten Zugriff basierend auf IP-Adressen und Portnummern blockieren. Sie können sich vor grundlegenden Angriffen schützen wie:

Port-Scanning: Hier scannt ein Angreifer ein Netzwerk, um offene Ports zu finden, die ausgenutzt werden können.
IP-Adressen-Spoofing: Wenn ein Angreifer versucht, sich als vertrauenswürdige IP-Adresse auszugeben, um unbefugten Zugriff zu erhalten.

kostengünstig
Da Paketfilter-Firewalls relativ einfach zu implementieren und zu warten sind, sind sie im Vergleich zu anderen anspruchsvolleren Firewall-Lösungen im Allgemeinen kostengünstiger. Dies macht sie zu einer kostengünstigen Wahl für kleinere Netzwerke oder für Situationen, in denen kein erweiterter Schutz erforderlich ist.

Einschränkungen von Paketfilterungs-Firewalls
Paketfilterungs-Firewalls sind zwar für die grundlegende Netzwerksicherheit nützlich, unterliegen jedoch einer Reihe von Einschränkungen:

Fehlende Deep Packet Inspection
Eine der Haupteinschränkungen von Paketfilterungs-Firewalls ist ihre Unfähigkeit, Deep Packet Inspection (DPI) durchzuführen. Bei DPI wird zusätzlich zum Header der Inhalt oder die Nutzlast des Pakets untersucht. Dies bedeutet, dass Paketfilterungs-Firewalls keine Bedrohungen erkennen können, die in der Nutzlast des Pakets verborgen sind, z. B.::

Malware: Pakete können schädliche Nutzlasten enthalten, die nicht allein durch Header-Inspektion identifiziert werden.
SQL-Injection: Bösartige SQL-Abfragen, die in den Daten des Pakets versteckt sind.
Cross-Site-Scripting (XSS) -Angriffe im Webverkehr.

Kein kontextbezogenes Bewusstsein
Paketfilterfirewalls verfolgen den Status von Netzwerkverbindungen nicht, sodass sie den Kommunikationskontext nicht analysieren können. Beispielsweise können sie eine laufende Verbindung nicht erkennen, was es Angreifern erleichtert, die Sicherheit zu umgehen, indem sie Pakete senden, die legitim erscheinen, aber Teil eines komplexeren Angriffs sind.

Anfälligkeit für Spoofing und DoS-Angriffe
Da Paketfilterungs-Firewalls für Filterentscheidungen auf Paketheader angewiesen sind, sind sie anfällig für Angriffe wie:

IP-Spoofing: Angreifer können die Quell-IP-Adresse eines Pakets fälschen, um es so aussehen zu lassen, als ob es von einer vertrauenswürdigen Quelle stammt, wodurch Sicherheitsregeln umgangen werden.
Denial-of-Service-Angriffe (DoS): Angreifer können die Firewall mit einem hohen Verkehrsaufkommen überfordern, wodurch legitimer Verkehr blockiert oder verlangsamt wird.

Paketfilterungsfirewall : Begrenzte Granularität
Paketfilter-Firewalls bieten eine begrenzte Granularität bei der Steuerung des Datenverkehrs. Beispielsweise können sie bestimmte Anwendungen nicht inspizieren oder ausgeklügelte Angriffe auf Anwendungsebene erkennen. Fortschrittlichere Firewalls, wie z. B. Next-Generation-Firewalls (NGFWs), können den Datenverkehr detaillierter untersuchen und bieten so einen umfassenderen Schutz.

Anwendungsfälle für Paketfilterungs-Firewalls
Trotz ihrer Einschränkungen werden Paketfilter-Firewalls immer noch häufig in verschiedenen Netzwerksicherheitskontexten verwendet:

Paketfilterungsfirewall

Kleine Unternehmen und Heimnetzwerke: Paketfilter-Firewalls sind kostengünstig und einfach zu implementieren, was sie ideal für kleine Netzwerke macht, die nicht die Komplexität fortschrittlicherer Sicherheitsmaßnahmen benötigen.
Kantenschutz: Viele Organisationen verwenden Paketfilter-Firewalls am Rand ihres Netzwerks, um eine erste Verteidigungslinie gegen externe Bedrohungen bereitzustellen. Sie helfen, unerwünschten eingehenden Datenverkehr zu blockieren und interne Systeme zu schützen.
Grundlegende Verkehrssteuerung: Für Organisationen, die eine grundlegende Verkehrsfilterung basierend auf IP-Adresse und Portnummern benötigen, bieten Paketfilter-Firewalls ausreichende Sicherheit ohne unnötige Komplexität.