بررسی امنیت در لایه های مدل OSI | حملات رایج و روش‌های دفاع در هر لایه

بیشتر حملات سایبری به شبکه ها و زیرساخت ها، از ضعیف ترین لایه امنیتی آن ها آغاز می شوند. به همین دلیل، در شناسایی نقاط آسیب پذیر، بررسی هر لایه باید به صورت جداگانه و دقیق انجام شود. در واقع هر بخش از فرآیند انتقال داده، آسیب پذیری های خاص خود را دارد و راهکارهای دفاعی در همه بخش ها یکسان نیستند. مدل OSI با تفکیک فرآیند ارتباطات شبکه به لایه های مختلف، چارچوبی مناسب برای تحلیل آسیب های هر لایه و نحوه دفاع با آن ها ایجاد می کند. در ادامه ضمن بررسی امنیت در لایه های مدل OSI، حملات رایج هر لایه و بهترین روش های مقابله با آن ها را توضیح خواهیم داد.

مدل OSI و نقش آن در تحلیل امنیت شبکه

مدل OSI (مخفف Open Systems Interconnection) یک چارچوب مفهومی استاندارد است که در سال ۱۹۸۴ توسط سازمان بین المللی استاندارد سازی (ISO) معرفی شد. این مدل، نحوه ارتباط سیستم های مختلف در شبکه های کامپیوتری را توصیف کرده و فرایند تبادل اطلاعات را به هفت لایه مجزا با وظایف مشخص تقسیم می کند.

مدل OSI به جای تمرکز بر تجهیزات سخت افزاری خاص، بر نحوه جریان داده ها از یک برنامه در کامپیوتر مبدا تا برنامه ای در کامپیوتر مقصد تمرکز دارد. هر لایه در این مدل عملکردی مستقل دارد اما برای تکمیل فرایند انتقال ارتباط، پیوسته با لایه های دیگر در تعامل است. تسلط بر این ساختار لایه ای یکی از الزامات اساسی در ارائه خدمات پشتیبانی شبکه محسوب می شود، چرا که به مهندسان دیدگاهی یکپارچه از معماری سیستم می دهد.

مهم ترین اهداف و مزایای استفاده از مدل OSI عبارتند از:

• قابلیت تعامل: ایجاد بستر ارتباطی پایدار میان دستگاه ها و سیستم های گوناگون، حتی زمانی که توسط تولید کنندگان متفاوتی طراحی و ساخته شده باشند.
•  ساختار ماژولار: فراهم کردن شرایط ایده آل برای ارتقا و توسعه یک لایه مشخص، بدون اینکه عملکرد سایر لایه ها تحت تاثیر قرار بگیرد یا دچار اختلال شود.
•  عیب یابی سریع: تسهیل و تسریع فرایند عیب یابی برای تیم پشتیبانی شبکه، از طریق ایزوله کردن مشکلات و تمرکز دقیق بر روی لایه ای که منشا خطا در آن قرار دارد.

مدل OSI را به عنوان ستون فقرات شبکه های مدرن معرفی می کنند؛ چراکه با ارائه چارچوبی ساختاریافته، مسیر احتمالی ورود مهاجمان به شبکه و نقاط آسیب پذیر را برای تیم های امنیتی مشخص می کند. این مدل با تعریف روشی مشخص برای ارتباط جهانی، چالش های میان سرویس دهندگان و فناوری را از بین برده و وظایف هر بخش مستقل در شبکه را به طور دقیق مشخص می کند. این مدل به تیم های امنیتی کمک می کند:

•  با بررسی امنیت در لایه های مدل OSI، سطوح حمله را با دقت بیشتری شناسایی و کنترل کنند.
•  کنترل های امنیتی و ابزارهای حفاظتی را متناسب با لایه های مختلف شبکه مورد استفاده قرار دهند.
•  راهکارهای دفاع چندلایه را برای افزایش امنیت کلی شبکه طراحی و پیاده سازی کنند.

به عبارت دیگر، این مدل امکان شناسایی و تحلیل ساده تر ارتباط میان لایه های مختلف شبکه و نقاطی که زمینه ساز حملات سایبری خواهند بود را فراهم می کند. در ادامه 7 لایه امنیتی این مدل و حملات رایج هرکدام را بررسی خواهیم کرد.

امنیت در لایه فیزیکی (Physical Layer)

لایه فیزیکی، نخستین و پایین ترین لایه در مدل OSI است که وظیفه انتقال داده های خام (0 و 1)، از طریق بسترهای فیزیکی مانند کابل، فیبر نوری یا ارتباطات بی سیم را برعهده دارد. در واقع این لایه نحوه انتقال در اجزای سخت افزاری مرتبط با انتقال داده، مانند رابط های شبکه، کابل ها، سوئیچ شبکه و سیگنال های الکتریکی یا نوری را مشخص می کند.

تهدیدهای رایج در لایه فیزیکی

از رایج ترین تهدیدات لایه اول این مدل می توان به تهدید شنود یا استراق سمع اشاره کرد. این تهدید، نوعی حمله غیرفعال است که در آن مهاجم بدون ایجاد تغییر در ترافیک شبکه، داده های در حال انتقال را شنود می کند.
اختلال سیگنال، دیگر تهدید رایج در این مدل است که در آن مهاجم با ارسال حجم زیادی از نویز روی یک باند فرکانسی، ارتباطات آن باند را مختل می کند. در نتیجه، دستگاه هایی که به آن فرکانس وابسته هستند، از دسترس خارج می شوند. همچنین دستکاری سخت افزاری نیز جزو حملات مرسوم در این لایه است.

روش های دفاع در لایه فیزیکی

مقابله با حملات رایج این لایه با چند روش مختلف امکان پذیر است که از مهم ترین آن ها می توان به محدود کردن دسترسی فیزیکی به تجهیزات و کابل ها با روش هایی مانند به کارگیری قفل های فیزیکی، مانیتورینگ شبکه، استفاده از دوربین های امنیتی اشاره کرد.
جهت تامین امنیت در لایه های مدل OSI، کشف به موقع حملات نیز اهمیت زیادی دارد که به این منظور می توان از حسگرهای نشت نور یا تغییرات سیگنالی استفاده کرد تا دستورالعمل های غیرعادی به موقع شناسایی شوند. جلوگیری از دسترسی غیرمجاز به دیتاسنتر و دیگر فضاهای فنی و استفاده از کابل های امن، مانند فیبر نوری به جای کابل مسی که امکان شنود را محدود می کند نیز در تامین امنیت این لایه موثر است.

لایه پیوند داده، دومین لایه مدل OSI است که وظیفه تبدیل بیت های خام به فریم های داده و افزودن آدرس های MAC مبدا و مقصد را برعهده دارد. این لایه تضمین کننده انتقال صحیح داده ها بدون خطاست و نحوه ارتباط دستگاه های موجود در شبکه های محلی را مشخص و مدیریت می کند.

حملات رایج در لایه پیوند داده

در این لایه هم برخی حملات رایج تر هستند که از مهم ترین آن ها می توان به جعل ARP اشاره کرد. در این حمله، مهاجم با ارسال پیام های جعلی پروتکل ARP که وظیفه تطبیق آدرس IP با آدرس MAC را برعهده دارد، آدرس MAC خود را به جای MAC یک دستگاه دیگر ثبت کرده و مسیر ترافیک شبکه را تغییر می دهد.
حمله MAC Flooding، دیگر تهدید رایج این لایه است که در آن مهاجم تعداد زیادی آدرس MAC جعلی را به سوئیچ ارسال می کند تا جدول آدرس های MAC آن پر شود. در نتیجه، سوئیچ مقصد صحیح ترافیک را تشخیص نداده و بسته های داده را به همه پورت ها ارسال می کند.
دیگر حمله رایج در این لایه، راه اندازی یک سرور DHCP جعلی در شبکه توسط مهاجم است. از آنجاکه دستگاه ها اولین پاسخ DHCP را معتبر می دانند، تنظیمات شبکه را از این سرور جعلی دریافت می کنند. در نتیجه، مهاجم دروازه پیش فرض (Gateway) یا سرور DNS دلخواه خود را به دستگاه قربانی معرفی کرده و ترافیک را از مسیر موردنظرش عبور می دهد.

مطالعه کنید: اهمیت تست نفوذ شبکه در حملات سایبری

روش های دفاع در لایه پیوند داده

بررسی امنیت در لایه های مدل OSI به ویژه این لایه اولین روش دفاع و مقابله با حملات است. باتوجه به اینکه بیشتر حملات سایبری با هدف دستیابی به داده ها و این بخش انجام می شوند، ایمن سازی این لایه با روش های مطمئن اهمیت زیادی دارد.
به این منظور می توان از رمزگذاری فایل و دیسک استفاده کرد. همچنین پشتیبان گیری منظم و دوره ای از تمامی داده ها و فرآیندهای شبکه نیز به دفاع موثر در برابر حملات این لایه کمک می کند. دیگر روش دفاعی برای مقابله با حملات، تعیین احراز هویت دو مرحله ای است.

امنیت در لایه شبکه (Network Layer)

لایه شبکه وظیفه انتخاب بهترین مسیر برای انتقال داده بین شبکه های مختلف را برعهده دارد. این لایه با استفاده از آدرس دهی منطقی و مسیریابی، داده ها را از مبدا به مقصد هدایت می کند و وابسته به نوع بستر فیزیکی شبکه نیست. روترها در این لایه فعال هستند و با استفاده از آدرس های IP، بسته های داده را بین شبکه های مختلف انتقال می دهند.

حملات رایج در لایه شبکه

یکی از رایج ترین تهدیدات در لایه شبکه، جعل آدرس (IP Spoofing) است. در این روش، مهاجم با دستکاری آدرس IP مبدا در هدر بسته های داده، هویت واقعی خود را پنهان کرده و خود را به عنوان یک سیستم یا کاربر مجاز جا می زند.

تهدید خطرناک دیگر در این لایه، ربایش مسیر (BGP Hijacking) است. پروتکل BGP مسئولیت هدایت ترافیک میان ارائه دهندگان خدمات اینترنت و شبکه های گسترده را بر عهده دارد. در جریان این حمله، یک روتر به صورت مخرب یا بر اثر خطای پیکربندی، مسیرهای نامعتبری را در سطح شبکه اعلام می کند. سایر روترها با پذیرش این مسیرهای جعلی، ترافیک کلان را به سمت زیرساخت های مهاجم منحرف می کنند. جلوگیری از چنین فجایعی، نیازمند پیاده سازی استانداردهای دقیق در حوزه مدیریت شبکه و مانیتورینگ مداوم مسیرها است.

در زمان تحلیل امنیت لایه های مدل OSI، بررسی حملات مبتنی بر پروتکل ICMP نیز کاملا الزامی است. پیام های ICMP که به صورت معمول برای ابزارهای خطایابی مانند Ping و Traceroute کاربرد دارند، ابزاری ایده آل برای فاز شناسایی اولیه توسط هکرها به شمار می روند. مهاجمان با بهره گیری از این پیام ها، بدون ایجاد ترافیک غیر عادی، میزبان های فعال و توپولوژی ارتباطی را کشف می کنند. علاوه بر این، دستکاری پارامتر TTL (زمان حیات بسته ها) و خلق بسته هایی که دقیقا پیش از رسیدن به سیستم های تشخیص نفوذ (IDS) منقضی می شوند، از دیگر تکنیک های مخرب و پنهان کارانه در این لایه محسوب می گردد.

مطالعه کنید: راهکار های امنیت شبکه

روش های دفاع در لایه شبکه

برای افزایش امنیت لایه شبکه، لازم است ترافیک ورودی و خروجی به طور مداوم فیلتر شود تا بسته های دارای آدرس IP جعلی شناسایی و مسدود شوند. همچنین پیاده سازی Ingress و Egress Filtering به اعتبارسنجی آدرس های IP در نقاط ورود و خروج شبکه کمک می کند.
استفاده از قابلیت uRPF روی روترها نیز امکان بررسی مسیر بازگشت بسته ها و تشخیص آدرس های نامعتبر را فراهم می کند. علاوه بر این، به کارگیری پروتکل های امنیتی مانند IPsec هم اصالت داده های تبادل شده را تضمین کرده و امنیت ارتباطات را افزایش می دهد.

امنیت در لایه انتقال (Transport Layer)

لایه انتقال مسئول برقراری ارتباط مطمئن میان دو دستگاه در شبکه است. این لایه داده های دریافتی از لایه های بالاتر را به بخش های کوچک تر تقسیم می کند، صحت آن ها را بررسی کرده و خطاهای احتمالی را تصحیح می کند. همچنین با مدیریت جریان داده و جلوگیری از ازدحام، انتقال به ترتیب و صحیح داده ها به مقصد را تضمین می کند.

حملات رایج در لایه انتقال

رایج ترین حملات لایه انتقال شامل SYN Flood، UDP Flood، اسکن پورت و ربودن نشست هستند. در حمله SYN Flood، مهاجم با ارسال تعداد زیادی درخواست اتصال جعلی، منابع سرور را اشغال می کند. در UDP Flood نیز با ارسال حجم بالایی از بسته های UDP باعث اختلال در سرویس شده و امنیت در لایه های مدل OSI را مختل می کند.
اسکن و شناسایی پورت، دیگر حمله رایج در این لایه است که در آن مهاجم با بررسی پورت های مختلف، سرویس های فعال و نقاط ورود احتمالی را شناسایی می کند. در ربودن نشست نیز مهاجم با سوءاستفاده از شماره های ترتیب در پروتکل TCP، تلاش می کند بسته های جعلی را به یک ارتباط فعال وارد کرده یا اتصال را به طور کامل قطع کند.

روش های دفاع در لایه انتقال

برای کاهش خطر حملات در لایه انتقال، فعال سازی SYN Cookies یک راهکار موثر است تا از تخصیص منابع ناخواسته جلوگیری شود. همچنین استفاده از فایروال و سامانه های تشخیص و پیشگیری از نفوذ (IDS/IPS) نیز شناسایی و مسدودسازی الگوهای ترافیکی غیرعادی را امکان پذیر می کند.
محدودسازی نرخ دیگر روش دفاعی موثر در این لایه است که تعداد درخواست های ورودی به سرورها را کنترل و محدود می کند. همچنین Load Balancer با توزیع ترافیک ورودی، اثر حمله را روی یک نقطه از شبکه کاهش می دهد.

مطالعه کنید: تفاوت IDS، IPS و SIEM در امنیت شبکه

امنیت در لایه نشست (Session Layer)

لایه سشن یا نشست پنجمین لایه در مدل OSI است که وظیفه ایجاد، مدیریت و پایان دادن به نشست های ارتباطی بین دو دستگاه را برعهده دارد. این لایه هماهنگی تبادل داده ها را حفظ می کند تا برنامه ها قادر به برقراری ارتباطی پایدار و موثر باشند.

تهدیدهای رایج در مدیریت نشست

از رایج ترین حملات این لایه می توان به ربودن نشست اشاره کرد، در این حمله مهاجم با سرقت کوکی یا شناسه نشست، بدون نیاز به وارد کردن اطلاعات ورود، به حساب کاربر دسترسی پیدا می کند. تثبیت نشست، دیگر حمله در این لایه است که با تحمیل یک شناسه نشست از پیش تعیین شده به کاربر انجام می شود و به مهاجم کمک می کند که پس از ورود کاربر از همان نشست استفاده کند.
در ادامه بررسی امنیت در لایه های مدل OSI و تهدیدات لایه نشست می توان به حمله Brute Force هم اشاره کرد. در حمله جست وجوی فراگیر نیز مهاجم با آزمودن مقادیر مختلف، یک توکن نشست معتبر را پیدا می کند؛ این حمله زمانی موفق است که توکن های نشست کوتاه یا قابل پیش بینی باشند.

روش های دفاع در لایه نشست

استفاده از انتقالات امن، نخستین راهکار مقابله با حملات در این لایه است. به این منظور باید تمامی جلسات را با پروتکل های ایمن مانند TLS/SSL، رمزنگاری کرد. مدیریت صحیح نشست ها و استفاده از توکن هایی با زمان اعتبار محدود نیز به امنیت این لایه کمک می کند.
علامت گذاری کوکی ها برای کاهش ریسک سرقت، تغییر دوره ای توکن ها پس از هربار ورود موفق، پیاده سازی مکانیزم رصد تغییرات در نشست و توجه به فعالیت های مشکوک از دیگر راهکارهای دفاعی موثر این لایه محسوب می شوند.

همچنین بخوانید: تهدید شبکه توسط حملات سایبری

امنیت در لایه ارائه (Presentation Layer)

لایه نمایش یا ارائه وظیفه آماده سازی داده ها برای ارسال و دریافت در شبکه را برعهده دارد. این لایه با انجام فرآیندهایی مانند تبدیل قالب داده ها، رمزنگاری، رمزگشایی و فشرده سازی، اطمینان می دهد اطلاعاتی که از لایه کاربرد ارسال می شوند، در سمت مقصد به درستی قابل پردازش و درک باشند. همچنین تبدیل کدگذاری کاراکترها، مانند تبدیل ASCII به Unicode، از دیگر وظایف این لایه است.

ریسک های امنیتی در رمزنگاری و تبدیل داده

اولین ریسک و تهدید در این لایه SSL/TLS Downgrade است که در آن مهاجم سیستم را وادار می کند به جای نسخه های امن، از نسخه های قدیمی و آسیب پذیر پروتکل های SSL یا TLS استفاده کند. سوءاستفاده از رمزگذاری و قالب داده، دیگر تهدید رایج این لایه است که مهاجم از تفاوت در نحوه بررسی و پردازش داده ها استفاده می کند تا ورودی های مخرب را از فیلترهای امنیتی عبور دهد.
امنیت در لایه های مدل OSI، به ویژه لایه ارائه با حملات مبتنی بر گواهی نیز تهدید می شود. این حملات زمانی رخ می دهند که اعتبارسنجی گواهی های TLS به درستی انجام نشده و مهاجم با استفاده از یک گواهی جعلی، ارتباط میان کلاینت و سرور را رهگیری کند.

روش های دفاع در لایه ارائه

بهترین راهکار دفاعی در این لایه، فعال سازی HSTS است. این هدر کمک می کند که مرورگرها حتی در صورت ورود دستی HTTP، تنها از HTTPS استفاده کنند. پیکربندی صحیح TLS/SSL و استفاده از گواهی های معتبر و به روزرسانی منظم تنظیمات رمزنگاری نیز جزو اقدامات دفاعی این لایه هستند.
برای امنیت این لایه باید پروتکل ها و الگوریتم های ضعیف را نیز غیرفعال کرد و آموزش های لازم جهت تشخیص نشانه های امنیتی در مرورگر و هدایت به نسخه امن سایت را به کاربران شبکه ارائه داد.

امنیت در لایه کاربرد (Application Layer)

هفتمین و آخرین لایه در مدل OSI، لایه کاربرد یا اپلیکیشن است. این لایه که نزدیک ترین بخش به کاربر نهایی محسوب می شود، امکان تعامل کاربران و نرم افزارها با شبکه را فراهم می کند. این لایه خدماتی مانند انتقال فایل، ارسال ایمیل و مرور صفحات وب را ارائه می کند.

حملات رایج در لایه کاربرد

از حملات رایج در لایه اپلیکیشن می توان به تزریق SQL (SQL Injection) اشاره کرد که در آن مهاجم با وارد کردن دستورات مخرب، پرس وجوی پایگاه داده را تغییر می دهد و به اطلاعات یا بخش های مختلف سیستم دسترسی پیدا می کند.
سیل HTTP (HTTP Flood) و مسمومیت DNS (DNS Cache Poisoning) از دیگر حملات این لایه هستند. در HTTP Flood با ارسال تعداد زیادی درخواست معتبر، منابع برنامه و سرور را درگیر کرده و باعث اختلال در سرویس می شود. در مسمومیت DNS نیز یک رکورد جعلی وارد حافظه پنهان DNS می شود تا کاربران، بدون اطلاع خود، به وب سایت یا سرور موردنظر مهاجم هدایت شوند.

روش های دفاع در لایه کاربرد

امنیت در لایه های مدل OSI، زمانی که تهدید در لایه کاربرد اتفاق افتاده باشد هم با روش های مختلفی امکان پذیر است که از مهم ترین آن ها می توان به استفاده از Prepared Statements و Parameterized Queries اشاره کرد. این کدها مانع تزریق کد مخرب به شبکه می شوند.
اعتبارسنجی و فیلترینگ ورودی ها از سمت کاربر جهت جلوگیری از نفوذ کدهای مخرب و استفاده از ORM که مانع مشکلات تزریق می شود نیز راهکارهای دفاعی موثر این لایه هستند. برای دفاع این لایه می توان از محدود کردن دسترسی کاربران به شبکه و به کارگیری پچ های امنیتی هم استفاده کرد.

دفاع در عمق در لایه های OSI

در ایمن سازی لایه های OSI می توان از رویکرد دفاع در عمق هم استفاده کرد. این رویکرد، یک راهکار چند لایه برای محافظت از اطلاعات و سیستم ها در برابر تهدیدهای سایبری است. در این رویکرد، چندین لایه امنیتی در بخش های مختلف پیاده سازی می شود تا احتمال نفوذ مهاجمان کاهش پیدا کرده و در صورت وقوع یک رخداد امنیتی، امکان بازیابی سریع اطلاعات و ادامه فعالیت سیستم فراهم باشد.

چرا امنیت شبکه به یک لایه محدود نمی شود؟

حملات سایبری امروزی نشان می دهند که استفاده از کنترل های امنیتی تک لایه یا رویکردهای سنتی مبتنی بر یک لایه از شبکه، دیگر پاسخگوی حفاظت از شبکه های سازمانی نیستند. چرا که مهاجمان مانند گذشته تنها به نفوذ اولیه اکتفا نمی کنند؛ بلکه پس از ورود، در بخش های مختلف شبکه جابه جا می شوند. از طرفی سطح حملات شبکه ها با پیشرفت تکنولوژی، گسترش یافته است؛ درنتیجه تامین امنیت یک لایه به تنهایی کافی نخواهد بود.

چگونه کنترل های چند لایه سطح حمله را کاهش می دهند؟

یک استراتژی امنیتی چند لایه با استفاده از کنترل های امنیتی مختلف، امکان محافظت بهتر در برابر تهدیدات را فراهم می کند. این رویکرد با ایجاد چندین نقطه دفاعی در برابر حملات، سطح امنیت در لایه های مدل OSI را افزایش داده و امنیت شبکه را تقویت می کند. در چنین ساختاری، حتی اگر مهاجمان از یک لایه عبور کنند، سایر لایه ها همچنان برای شناسایی، کاهش اثرات و پاسخ به تهدیدها فعال باقی می مانند؛ درنتیجه سطح کلی حمله کاهش پیدا خواهد کرد.