Der Zugriff auf einen Netzdienst

Ein Netzdienst ist ein Computerprogramm, das den Zugriff auf Ressourcen wie Dateien und Drucker über ein Netz ermöglicht. Beispielsweise sind Internetseiten als Dateien auf einem Computer (Server) abgelegt. Erst ein auf dem Server laufender Netzdienst (hier eine Webserver-Software) ermöglicht es, aus dem Internet heraus auf die Seiten zuzugreifen und sie so auf einem entfernten Gerät zu laden und anzuzeigen. Damit Netzdienste vom Netz aus erreichbar sind, binden sie sich an je einen Port der Netzschnittstelle. Man spricht davon, dass sie „einen Port öffnen“, was im Umkehrschluss bedeutet, dass ein offener Port immer zu einem Computerprogramm gehört, das Netzanfragen entgegennehmen kann.

Eine Sicherheitslücke in einem Netzdienst kann die Basis dafür liefern, um über die zulässigen Zugriffsfunktionen hinaus Aktionen auf dem Computer auszuführen.

Hinweis: Ein Dienst (unter Microsoft Windows englisch Service; unter Unix englisch Daemon) zeichnet sich dadurch aus, dass er bei jedem Systemstart ausgeführt wird, unabhängig davon, ob sich ein Anwender an dem Computer anmeldet. Es gibt Programme mit einer dem Netzwerkdienst entsprechenden Funktionalität, die also einen Port öffnen, jedoch erst nach der Benutzeranmeldung gestartet werden. Obgleich diese Programme genau genommen keine Dienste sind, werden sie der Einfachheit halber im Folgenden ebenfalls als Netzwerkdienst betitelt.

Der Rückweg vom entfernten Netzwerkdienst zum Client

Der Rückweg vom entfernten Netzwerkdienst hin zum anfragenden PC (genauer dem Client), der auf den Dienst zugreift, lässt sich mitunter für einen übergreifenden Fernzugriff nutzen. Um bei dem obigen Beispiel zu bleiben, startet der Anwender einen Browser, der auf seinem PC Webseiten aus dem Internet darstellen soll. Enthält der Browser eine entsprechende Sicherheitslücke, so kann der kontaktierte Internetserver nun auf diesen PC zugreifen und dort Aktionen ausführen, die über die normale Anzeige von Internetseiten hinausgehen. Im schlimmsten Fall genügt der bloße Aufruf einer entsprechend präparierten Internetseite, um sogar heimlich eine Schadsoftware auf dem PC zu installieren. Eine Schadsoftware kann wiederum als Netzwerkdienst auf dem PC arbeiten und so einen ständigen Fernzugriff auf den PC ermöglichen.

Statt einen Netzwerkdienst auf den PC zu installieren, kann die Schadsoftware auch von sich aus eine Verbindung zum Internet herstellen und sich mit einem Netzwerkdienst verbinden, der im Internet betrieben wird. Beispielsweise läuft ein Botnet meist auf diese Weise. In einem solchen Fall wird der Rückweg für einen ständigen Fernzugriff auf den PC benutzt.

Die Netzwerkimplementierung des Betriebssystems

Für die Kommunikation im Netz benötigen die beteiligten Rechner – beziehungsweise die auf ihnen installierten Dienste ("Kommunikationspartner") – Kenntnis über die grundlegenden Protokolle, die für die Adressierung und den Transport von Daten verwendet werden. Mitunter kann eine fehlerhaft implementierte Netzwerkanbindung des Betriebssystems (inklusive fehlerhafter Treiber-Software) für einen Netzwerkzugriff genutzt werden, der in dieser Form vom Hersteller nicht vorgesehen war. Ein Beispiel für die Ausnutzung eines ehemals weitverbreiteten Fehlers in der Implementierung des IP-Protokolls stellt Ping of Death dar, der das Zielsystem gezielt zum Absturz brachte. Ähnliche Lücken ermöglichen es mitunter auch, Programmcode auf dem Zielsystem einzuschleusen und auszuführen.

Paketfilter

Die einfache Filterung von Datenpaketen anhand der Netzwerkadressen ist die Grundfunktion aller Firewalls (in einem TCP/IP-Netz ist damit genauer die Filterung des Ports und der IP-Adresse des Quell- und Zielsystems gemeint).

Stateful Packet Inspection

Diese zustandsgesteuerte Filterung ist eine erweiterte Form der Paketfilterung. Damit gelingt es, den Zugriff auf eine etablierte Verbindung genauer zu beschränken und so das interne Netz besser vor ungewollten Zugriffen von außen zu schützen.

Proxyfilter

Ein Proxyfilter stellt stellvertretend für den anfragenden Client die Verbindung mit dem Zielsystem her und leitet die Antwort des Zielsystems an den tatsächlichen Client weiter. Da er die Kommunikation selbst führt, kann er sie nicht nur einsehen, sondern auch beliebig beeinflussen. Auf ein bestimmtes Kommunikationsprotokoll spezialisiert, wie z. B. HTTP oder FTP, kann er so die Daten zusammenhängend analysieren, Anfragen filtern und bei Bedarf beliebige Anpassungen vornehmen, aber auch entscheiden, ob und in welcher Form die Antwort des Ziels an den tatsächlichen Client weitergereicht wird. Mitunter dient er dazu, bestimmte Antworten zwischenzuspeichern, damit sie bei wiederkehrenden Anfragen schneller abrufbar sind, ohne sie erneut anfordern zu müssen. Auf einem einzigen Gerät kommen oft mehrere solcher Filter parallel zum Einsatz, um unterschiedliche Protokolle bedienen zu können.

Contentfilter

Dieser Inhaltsfilter ist eine Form des Proxyfilters, der die Nutzdaten einer Verbindung auswertet und zum Beispiel dafür gedacht ist, ActiveX und/oder JavaScript aus angeforderten Webseiten herauszufiltern oder allgemein bekannte Schadsoftware beim Herunterladen zu blockieren. Auch das Sperren von unerwünschten Webseiten anhand von Schlüsselwörtern und Ähnliches fallen darunter.

Deep Packet Inspection

Mittels Deep Packet Inspection können weitergehende, insbesondere protokollspezifische Informationen analysiert werden. Dadurch wird es möglich, Regeln zu verwenden basierend auf URLs, Dateinamen, Dateiinhalten (Virenscan oder Data Loss Prevention) und ähnlichem. Dies ähnelt den Möglichkeiten eines Proxies oder eines Content-Filters, deckt in der Regel aber zahlreiche Protokolle ab.

Um auch verschlüsselte Verbindungsdaten und Inhalte analysieren zu können, wird SSL Deep Packet Inspection eingesetzt, das eine bestehende SSL-Verschlüsselung terminiert, die Inhalte untersucht und anschließend für den Client wieder neu verschlüsselt. Dazu ist es in der Regel notwendig, auf dem Client ein CA-Root-Zertifikat zu installieren, das es der Firewall erlaubt, im laufenden Betrieb passende Zertifikate selbst zu generieren. Technisch entspricht dies einem Man-in-the-Middle-Angriff.

Sichtbar

Die Firewall stellt sich als Vermittlungsstelle für beide Seiten sichtbar zwischen das Quell- und Zielsystem. Hier bittet der Client die Proxy-Firewall, stellvertretend für ihn die Kommunikation mit dem Zielsystem zu übernehmen. So wird beispielsweise der Webbrowser so konfiguriert, dass er sämtliche Internetanfragen nicht direkt zur jeweiligen Zieladresse schickt, sondern als Anforderung zum Proxy sendet. Der Proxy nimmt nun die Verbindung zum Zielsystem auf. Erst nach erfolgter Analyse gibt der Proxy die Antwort des Zielsystems an den anfragenden Client weiter.

Einer Seite gegenüber transparent

Eine der beiden Seiten adressiert hier direkt das Ziel und nicht die Firewall. Durch eine entsprechend konfigurierte Infrastruktur des Netzes wird die betreffende Anfrage dort automatisch über die (NAT- oder Proxy-)Firewall geleitet, ohne dass der Absender dies bemerkt oder gar beeinflussen kann. Die Verbindung zur anderen Seite wird nun über die Adresse der Firewall hergestellt. Mögliche Angriffe von dort sind auch hier an die Firewall gerichtet und treffen nicht direkt den Client. Denn für diese Seite stellt die Firewall den zu adressierenden Kommunikationspartner dar, der stellvertretend für den tatsächlichen Kommunikationspartner angesprochen wird. Diese Form ist die am häufigsten verbreitete Art bei Firewall-Geräten für den Heimbereich.

Beiden Seiten gegenüber transparent

Hierbei legt sich die Firewall transparent (nahezu unsichtbar) zwischen beide Netzwerke und ermöglicht so eine durchgehende Verbindung der Kommunikationspartner, sodass sich die Systeme vor und hinter der Firewall direkt sehen können. Der Datenstrom fließt einfach durch die Firewall hindurch. Auf der Ebene der IP-Adressierung sieht die Gegenstelle die Firewall also nicht als Kommunikationspartner, sondern erkennt diese lediglich als Verbindungsglied zwischen den Subnetzen (Router ohne NAT). Dennoch kann die auf dem Netzwerkgerät (Router) laufende Firewall-Software den Datenstrom unterbrechen (bestimmte Pakete herausfiltern).

Unsichtbar

Genau wie bei dem beidseitig transparenten Modus fließt hier der Datenstrom einfach durch die Firewall hindurch. Das Gerät, auf dem die Firewall-Software läuft, arbeitet nun aber wie eine Bridge, wodurch sie für die Kommunikationspartner weder auf IP-Ebene noch aus Sicht der Low-Level-Adressierung sichtbar ist.

Lokal

Eine lokal auf dem Computer installierte Firewall-Software (Personal-Firewall) überwacht den durch sie hindurch fließenden Datenstrom vor Ort (auf dem Computer, dessen Netzwerkpakete sie filtern soll; in diesem Absatz Quellsystem genannt). Aus Sicht des Zielsystems liegt die Firewall also hinter dem Netzwerkadapter des Quellsystems. Dadurch verändert sich weder die Netzwerkadresse des Quellsystems noch der Kommunikationsweg zum Zielsystem. Somit ist auch die Personal Firewall aus Sicht der Adressierung praktisch unsichtbar. Das bezieht sich jedoch lediglich auf den Kommunikationsweg und bedeutet nicht, dass sie sich nicht aufspüren lässt (aufgrund des Verhaltens des Quellsystems) oder über die Adresse des Quellsystems nicht direkt angreifbar wäre (im Gegensatz zur externen Bridge-Firewall, die keine Netzwerkadresse besitzt).

Vorteile

Computerwürmer, die einen Sicherheitsfehler in einem Netzwerkdienst ausnutzen, um sich zu verbreiten, können den Computer nur dann infizieren, wenn der entsprechende Netzwerkdienst für den Wurm erreichbar ist. Hier kann eine Personal Firewall den Fernzugriff auf den Netzwerkdienst einschränken und somit eine Infektion erschweren oder sogar verhindern. Gleiches gilt für einen Netzwerkzugriff eines möglichen Eindringlings.

Benötigt wird eine solche Filterung, wenn ein Netzwerkdienst auf dem Computer gestartet wird, der für den Betrieb erforderlich ist und der Zugriff darauf beschränkt werden soll. Ein Fernzugriff auf nicht benötigte Netzwerkdienste lässt sich dagegen ohne Firewall verhindern, indem diese Dienste deaktiviert werden.

Darüber hinaus können die Regeln der Personal Firewall im günstigsten Fall unterbinden, dass ein durch eine Schadsoftware heimlich reaktivierter oder installierter Dienst ungehindert vom Netzwerk aus ansprechbar ist. Der Einsatz der Personal Firewall hat sich gelohnt, wenn die (mögliche) Meldung der Firewall-Software dazu genutzt wird, um reaktivierte Dienste nebst Schadsoftware gleich wieder zu entfernen.

Grenzen

Personal Firewalls können vor einigen Computerwürmern schützen, die sich über das Netzwerk verbreiten, bieten darüber hinaus jedoch keinen Schutz vor der Installation einer andersartigen Schadsoftware.

Abhängig vom Produkt und Betriebsmodus kann eine Personal Firewall neu hinzukommende Netzwerkdienste (und Anwendungen mit entsprechender Funktionalität) erkennen und den Anwender fragen, ob ein Fernzugriff darauf erlaubt sein soll. Damit dieser Teil der Schutzfunktion zuverlässig funktioniert, muss zum einen die Firewall-Software durchgängig stabil laufen. Das stellt selbst bei einem nicht-kompromittierten System eine Herausforderung dar. Zum anderen muss der Anwender wissen, was er tut.

Einige Produkte versuchen darüber hinaus Anwendungsprogramme davon abzuhalten, ohne das Einverständnis des Anwenders mit der Außenwelt zu kommunizieren, in der Absicht dabei auch den Netzwerkzugriff einer entsprechenden Schadsoftware zu beschränken. Ein solcher Erfolg der Firewall-Software ist allerdings stark von dem Geschick der jeweiligen Schadsoftware abhängig (in Fachartikeln aus Microsofts TechNet Magazine und der c’t wird davor gewarnt, dass die Personal Firewall unerwünschte Netzwerkzugriffe nur unterbinden kann, wenn sich die Schadsoftware keine große Mühe gibt, ihre Aktivitäten zu verbergen). Vergleichen lässt sich diese Art der Schutzwirkung mit einem Gartenzaun, der zwar ein durchaus vorhandenes, aber kein unüberwindbares Hindernis darstellt. Vor allem auf einem kompromittierten System kann die Firewall-Software im Unterschied zum Gartenzaun jedoch plötzlich und unerwartet ausfallen.

Wird eine Schadsoftware auf dem zu schützenden PC entdeckt, lässt sich der Netzwerkzugriff daher effizient durch deren Entfernung unterbinden, statt durch eine Firewall, weil das auch dann noch Wirkung zeigt, wenn die Firewall-Software ausfällt. Innerhalb ihrer Grenzen kann hier die Personal Firewall mitunter dabei helfen zu erkennen, wann eine solche Kommunikation stattfindet.

Nachteile

Programme, die auf derselben Hardware wie die Personal Firewall-Software laufen, haben wesentlich mehr Möglichkeiten diese zu manipulieren und zu umgehen, als bei einer externen Firewall. Ein Absturz oder gar eine dauerhafte Deaktivierung der Firewall-Software durch einen Softwarefehler oder ein Schadprogramm führen dazu, dass ein uneingeschränkter Zugriff auf die zuvor gefilterten Netzwerkdienste möglich wird, mitunter ohne dass der Anwender dies bemerkt. Abhängig vom Produkt und Wissensstand des Anwenders kann auch eine Fehlbedienung diesen Zustand herbeiführen.

Es ist zudem ein Problem des Konzepts, dass sich die Firewall-Software zwischen die normale Netzwerkimplementierung des Betriebssystems und die Außenwelt stellt, wodurch zwar zum Teil nicht mehr die ursprüngliche Netzwerkimplementierung, dafür aber die wesentlich komplexere Firewall-Software direkt angreifbar wird. Die Erfahrung zeigt, dass eine Software mehr Fehler und Angriffspunkte enthält, je komplexer sie ist. So können Personal Firewalls selbst Sicherheitslücken enthalten, die beispielsweise einem Computerwurm erst Ansätze für einen Fernzugriff bieten.

Da die Komponenten einer Personal Firewall (zumindest teilweise) mit erweiterten Rechten laufen und in der Regel Kernel-Komponenten installiert werden, wirken sich Programmier- und Designfehler hier besonders stark auf die Sicherheit, Performance und Stabilität des Computersystems aus. Je nach Produkt können über diese Komponenten auch beispielsweise heimlich Daten zum Hersteller übermittelt und weitere Funktionen geschaffen werden, die der Anwender nicht ausdrücklich wünscht und die es ohne die installierte Firewall-Software nicht gäbe.

Sicherheitstechnisch bedenklich wird der Einsatz einer Personal Firewall, wenn sie beispielsweise für den reibungslosen Betrieb während eines Computerspiels abgeschaltet wird. Auf einem solchen System ergibt der Einsatz einer Personal Firewall keinen Sinn, da die Firewall-Software die verbleibenden Risiken lediglich kaschiert und so selbst zum Sicherheitsrisiko wird (sie gibt dem Anwender in der übrigen Zeit ein Sicherheitsgefühl, das auf diesem System jeglicher Grundlage entbehrt).

Auf Systemen, bei denen eine Personal Firewall bereits ein fester Bestandteil des Betriebssystems ist, kann es durchaus fragwürdig sein, eine weitere Firewall-Software zu installieren. Der Parallelbetrieb kann zu Problemen führen und ist nicht zwingend mit Vorteilen verbunden.

Alternative Lösungen zur Unterbindung eines Fernzugriffs

Die Deaktivierung aller nicht benötigten Netzwerkdienste bietet den besten Schutz gegen ungewollte Fernzugriffe. Denn selbst wenn die Firewall-Software ausfällt, kann niemand auf Netzwerkdienste zugreifen, die nicht gestartet wurden. Zudem verlangsamt der Start eines jeden Dienstes die Startgeschwindigkeit des Betriebssystems und sie benötigen danach weiterhin Computerressourcen für ihre Arbeit. Je nach Betriebssystem gibt es mitunter einfach zu bedienende Hilfsmittel, die es auch unerfahrenen Benutzern ermöglichen, nicht benötigte Netzwerkdienste auf eine unkomplizierte Art zu deaktivieren.

Um einen Zugriff auf verbleibende Netzwerkdienste aus dem Internet heraus zu verhindern, sollten sie nicht an den Netzwerkadapter gebunden sein, der an dem Internet angeschlossen ist. Diese Aufgabe ist für einen unerfahrenen Benutzer nicht ganz trivial, weshalb sich der Einsatz eines vermittelnden Gerätes, wie beispielsweise ein DSL-Router, anbietet. Dieses Gerät sorgt automatisch dafür, dass ein Netzwerkdienst nur aus dem internen (privaten) Netz, nicht jedoch aus dem Internet heraus direkt zugreifbar ist (siehe auch „Vorteile bei der Verwendung einer externen Firewall“).

Hardware-Firewall

Es gibt in der Praxis keine Firewalls, die ausschließlich auf Hardware basieren. Eine Firewall kann zwar auf einem eigenen Betriebssystem laufen und auf unterschiedliche Netzwerkebenen zugreifen, jedoch wird sie dadurch nicht Bestandteil der Hardware. Eine Firewall enthält immer als wesentlichen Bestandteil eine Software.

Der Begriff Hardware-Firewall wird vielmehr als Synonym für externe Firewalls verwendet. Er soll zum Ausdruck bringen, dass es sich hierbei um eine separate Hardware handelt, auf der die Firewall-Software läuft. Dabei gibt es allerdings Hardware, die für die Verwendung der Firewall-Software optimiert wurde, zum Beispiel indem ein entsprechender Hardware-Entwurf dabei hilft, Teile der Ent- und Verschlüsselung bestimmter Protokolle zu beschleunigen.

Vorteile

Ein direkter Anschluss eines Computers an das Internet (genauer an ein entsprechendes Modem) hat zur Folge, dass alle Computer aus dem Internet auf die an diesem Netzwerkanschluss gebundenen Dienste des Computers zugreifen können, was einen Fernzugriff auf den Computer ermöglicht.

Um Fernzugriffe aus dem Internet zu unterbinden, wäre es eine Lösung, zwischen dem internen (privaten) Netz und dem externen Netz (Internet) zu unterscheiden und benötigte Dienste nur an die Netzwerkschnittstelle des internen Netzes zu binden. Eine im sichtbaren oder einseitig transparenten Modus laufende externe Firewall kann diese Aufgabe übernehmen: Statt des PCs wird die externe Firewall an das Internet angeschlossen, wobei die PCs aus dem internen Netz wiederum mit diesem Gerät vernetzt werden. Die PCs übermitteln ihre Anfragen an das Internet nun an die Firewall, die stellvertretend für die PCs auf das Internet zugreift. Das Zielsystem sieht daher als Absender nur die Firewall, die wiederum die Antwortpakete des Zielsystems an den entsprechenden PC im internen Netz weiterleitet. Je nach Firewall-Typ ist es ihr dadurch möglich, die Netzwerkpakete in beiden Richtungen zu analysieren und zu filtern, noch bevor sie die tatsächlichen Kommunikationspartner erreichen.

Beispielkonfiguration der Abbildung: Der Internetanschluss könnte ein DSL-Anschluss inklusive DSL-Modem sein. Die Firewall könnte dann auf einem DSL-Router installiert sein, der von den PCs im privaten (in sich geschlossenen) Netz als default Gateway angesprochen wird. Das Gerät verwaltet dadurch die Netzwerkanfragen der internen PCs und kann zwischen Anfragen an das interne (private) und externe Netz (Internet) unterscheiden und sie entsprechend weiterleiten. Der Switch verbindet die PCs des internen Netzes miteinander und ist meist in einer solchen Firewall integriert, wird hier aber bewusst als eigenständiges Gerät dargestellt, um zu verdeutlichen, dass eine derartige Firewall nur den Zugriff zwischen dem internen und externen Netz filtert, jedoch keinen Einfluss auf die Kommunikation im internen Netz hat.

Da das Zielsystem aus dem Internet nicht den internen PC, sondern nur die Firewall sieht, sind mögliche Angriffe aus dem Internet an die dafür prädestinierte Firewall gerichtet und treffen nicht direkt den internen PC. Jemand aus dem Internet, der auf der Netzwerkadresse der Firewall nach einem Netzwerkdienst (wie beispielsweise die Datei- und Druckerfreigabe) sucht, wird nicht fündig, da der Dienst auf dem PC und nicht auf der Firewall läuft. Auf diesem Level ist die Firewall also nicht angreifbar und die Netzwerkdienste der internen PCs aus dem Internet heraus nicht erreichbar.

Auch eine Schadsoftware, die womöglich auf dem PC heimlich einen Netzwerkdienst installiert, kann an diesem Zustand nichts ändern. Der Netzwerkdienst ist nur aus dem privaten Netz heraus ansprechbar, nicht jedoch aus dem Internet heraus (die Schadsoftware kann schließlich keinen Dienst auf der Firewall installieren, sondern nur auf dem PC).

Hinweis: Für die beschriebene Funktionalität ist es erforderlich, dass das Firewall-Gerät entsprechend konfiguriert wurde (das zu schützende Computersystem darf nicht als „Standardserver“ oder Exposed Host betrieben werden, bzw. sollte es in keiner „DMZ“ stehen, was je nach der Benutzeroberfläche des Firewall-Gerätes meist auch ohne fundierte Fachkenntnisse leicht überprüft und im Bedarfsfall angepasst werden kann).

Grenzen

Im privaten Bereich finden meist Paketfilter-Firewalls Anwendung, die auf einem DSL-Router arbeiten. Sie können einzelne Programme nur sehr bedingt davon abhalten, ohne das Einverständnis des Anwenders mit der Außenwelt zu kommunizieren, denn sie wurden für eine solche Aufgabe nicht konzipiert: Damit ein solches Gerät ohne permanenten manuellen Konfigurationsaufwand funktioniert, muss es in der Lage sein, dynamische Regeln zu erstellen. Abgesehen von Anfragen auf explizit gesperrten Adressen und gesperrten Zielports erlaubt er deshalb automatisch alle Kommunikationsverbindungen, die von dem internen Netz (also von den privaten PCs) angefordert wurden.

Wenn also eine Schadsoftware lediglich einen Netzwerkdienst installiert, der auf eine externe Verbindung wartet, so funktioniert der Schutzmechanismus recht gut. Baut sie jedoch selbst eine Verbindung zum Internet auf, so wird das Gerät die Verbindung zulassen, da sie vom internen Netz heraus angefordert wurde. Ein solches Gerät kann also lediglich externe Verbindungsanfragen effektiv unterbinden.

Hier bietet eine Personal Firewall mitunter mehr Möglichkeiten, ist dafür aber nicht notwendigerweise sicherer und beinhaltet die oben genannten Risiken. Eine Personal Firewall ist zwar kein ebenbürtiger Ersatz für solche Geräte, sie kann aber unter bestimmten Bedingungen als eine entsprechende Ergänzung dienen.

Dementsprechend erreichen einige DSL-Router, die im Widerspruch dazu augenscheinlich eine Netzwerkzugriffskontrolle für Anwendungen des PCs zu realisieren scheinen, dies mit einem simplen Trick: Laut Handbuch soll der Anwender zunächst die zu dem Gerät gehörende Administrationssoftware auf dem PC installieren. Zusammen mit der Administrationssoftware gelangt so auch eine hauseigene Personal Firewall auf den heimischen PC. Auch wenn sich die lokal installierte Software mit dem Logo und dem Namen der externen Firewall meldet, hat sie nichts mit ihr zu tun. Eine solche Lösung unterscheidet sich sicherheitstechnisch gewöhnlich nicht von anderen Personal Firewalls, die zusätzlich zu einem DSL-Router installiert werden.

Eine andere Herangehensweise, um die Kommunikation einer Schadsoftware mit dem Internet zu unterbinden, basiert mitunter auf der Idee, dass die Firewall alle Zugriffe des lokalen Netzes auf das Internet sperren soll, die beispielsweise nicht für den Aufruf von Webseiten benötigt werden. Das wird dadurch erreicht, dass eine Filterregel sämtliche Anfragen auf das Internet blockiert. Eine weitere Regel erlaubt nun explizit DNS-Anfragen an den DNS-Server seiner Wahl und Zugriffe auf den Port 80 (HTTP) beliebiger Internetserver, damit der dort laufende Netzwerkdienst für den Zugriff auf Webseiten erreicht werden kann. Die Annahme ist, dass eine auf dem zu schützenden PC installierte Schadsoftware, die selbstständig eine Verbindung zu einem Netzwerkdienst aus dem Internet herstellt, nun blockiert wird, da die Netzwerkanfrage auf deren Port nicht mehr durchgelassen wird.

Diese „Schutzwirkung“ ist jedoch stark begrenzt, denn es ist nicht mit Sicherheit auszuschließen, dass die zu blockierende Schadsoftware nicht auch den freigegebenen Port für ihre Kommunikation verwendet. Je populärer der Port ist, desto wahrscheinlicher wird ein solches Szenario. Da auf fast jeder externen Firewall der Port 80 für die Kommunikation mit dem Internet freigeschaltet ist, nutzen zahlreiche Schadprogramme nun ebenfalls den Port 80 für ihre eigene Kommunikation mit dem Internet, da sie davon ausgehen können, dass der Port nicht blockiert wird. Firmen verwenden solche Filter eher mit dem Ziel, den Zugriff ihrer Mitarbeiter auf das Internet einzuschränken (beispielsweise um zu erreichen, dass HTML-Seiten aufgerufen werden dürfen, eine Teilnahme am Chat jedoch unterbunden wird). Im privaten Heimnetzwerk ergibt solch ein Regelwerk meist keinen Sinn.

Jenseits der Portsperre gibt es auf einigen Geräten erweiterte Methoden, um interne Verbindungsanfragen mithilfe der externen Firewall zu kontrollieren. Sie setzen in der Regel Proxys ein und unterstützen so die Möglichkeit, dass sich jede Anwendung vor der Netzwerkkommunikation bei der externen Firewall authentifizieren muss, bevor die Kommunikation erlaubt wird. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass die Anwendung das Authentifizierungsprotokoll (z. B. SOCKS) kennen muss. In einem solchen Umfeld lassen sich also nur Anwendungen nutzen, die entsprechend erweitert wurden, wenngleich die Unterstützung dieser Protokolle bereits breite Verwendung findet, sodass man diesbezüglich fast von einer Standardausstattung der Applikationen sprechen kann. Damit wird es für eine Schadsoftware schwerer, aber nicht unmöglich, unbemerkt mit dem externen Netz zu kommunizieren (siehe Abbildung rechts).

Ergänzend lassen sich auf professionellen Firewalls mitunter spezielle Filter installieren, die nach einigen bekannten Malwaresignaturen in den Netzwerkpaketen eines Dienstes suchen und die Pakete bei Identifikation sperren.

Die genannten erweiterten Methoden erhöhen zwar die schadensbegrenzende Wirkung der externen Firewall auch bei der Kommunikation von innen nach außen. Da sie jedoch bei Geräten für den privaten Gebrauch kaum anzutreffen sind, stellen sie zumindest in diesem Bereich eine Ausnahme dar.

Externe Firewalls sind lediglich dafür ausgelegt, den Netzwerkzugriff zwischen dem internen und externen Netz zu beschränken. Sie bieten also keinen Schutz vor ungewollten Zugriffen aus dem internen Netz, die nach einer Studie des Computer Security Institutes im Jahr 2002 mindestens doppelt so häufig vorkamen wie externe Hacking-Versuche. Vor Computerwürmern, die sich über das Netzwerk verbreiten, bietet sie ebenso wenig Schutz, wenn diese über CDs, USB-Sticks oder Disketten in das interne Netz gebracht werden. Die Computerwürmer Sasser, W32.Blaster und Conficker haben durch Ausbrüche in großen Firmen wie der deutschen Postbank und Delta Air Lines gezeigt, dass diese Infektionswege trotz externer Firewall real funktionieren.

Außerdem ist spätestens seit 2013 bekannt, dass zumindest die US-amerikanische NSA geheime Zugriffsmöglichkeiten entwickelt hat, so genannte Backdoors, welche die Zugangssperren nahezu aller Geräte der bedeutenden Hersteller, darunter auch Router, aushebeln.

Nachteile

Betreibt der eigene Computer an der Internetschnittstelle keine Netzwerkdienste und wird auch sonst entsprechend fachmännisch betrieben, so ist der Einsatz einer externen Firewall fragwürdig, denn die Firewall muss für ihre Arbeit die Netzwerkpakete ggf. separat analysieren. Sie kann die Netzwerkkommunikation also abhängig von ihrer eigenen Hardware-Geschwindigkeit, der Auslastung und dem jeweiligen Algorithmus mehr oder weniger stark verzögern. Allerdings verursachen moderne Geräte innerhalb normaler Parameter üblicherweise Verzögerungen unterhalb der Wahrnehmungsschwelle.

Zusätzlich dazu kann der Einsatz einer Firewall dazu beitragen, dass der Anwender sich in Sicherheit wiegt und unvorsichtig wird, indem er beispielsweise nun leichtfertig Software aus unsicheren Quellen installiert, da ihn die Firewall vermeintlich vor einen Fernzugriff auf eine mögliche Schadsoftware schützt. Dadurch verliert er nicht nur die Sicherheit, sondern gefährdet sein System mehr als zuvor; das trifft auch auf die Verwendung einer Personal Firewall zu.

Weitere Einsatzgebiete in Unternehmensnetzen

In Unternehmensnetzen rechtfertigt nicht nur der Übergang vom LAN zum Internet den Einsatz einer Firewall. Auch zwischen zwei oder mehreren organisationsinternen Netzen kann eine Firewall verwendet werden, um dem unterschiedlichen Schutzbedarf der Netzwerkzonen Rechnung zu tragen, beispielsweise bei einer Trennung zwischen dem Büronetz vom Netz der Personalabteilung, in dem personenbezogene Daten gespeichert sind.

Netzwerkadressierung als Grundlage für die Paketfilterung

Jede Netzwerkkarte hat eine eindeutige abrufbare Seriennummer, welche man MAC-Adresse nennt. Sie setzt sich zusammen aus einer Herstelleridentifikationsnummer und einer angrenzenden laufenden Nummer.

Da diese Nummern eindeutig sind, lassen sie sich für eine simple aber dafür allgemeingültige Art der Adressierung in einem Netz nutzen. Simpel deshalb, weil sich damit zwar beispielsweise ein Computer in einem unverzweigten Netz adressieren lässt, aber in der MAC-Adresse nicht angegeben werden kann, für welches Programm des Computers das Netzwerkpaket bestimmt ist. Unverzweigt deshalb, weil die MAC-Adresse aufgrund ihres Aufbaus nicht dafür geeignet ist, in weitere Teilbereiche zerlegt zu werden. Eine Zuordnung des Adressaten zu einem bestimmten Subnetz ist also mit der MAC-Adresse nicht möglich. Anders formuliert lassen sich MAC-Adressen wie Hausnummern nutzen, aber darüber hinaus weder einer Straße noch einem Bewohner des Hauses zuordnen.

Die Lösung bieten höhere Kommunikationsprotokolle, die über die MAC-Adresse gelegt werden. Ein Netzwerkpaket wird also bildlich gesehen mehrfach verpackt, wobei die MAC-Adresse das äußere Paket darstellt und die weiteren Pakete Schicht für Schicht in diesem Paket stecken. Innerhalb eines TCP-/IP-Netzes bildet die IP-Adresse das nächsthöhere Protokoll, also die nächste Verpackung. Es handelt sich dabei um mehrere Ziffernblöcke, vergleichbar mit einer Hausadresse, die eine Straßennummer und eine Hausnummer enthält (welcher Teil der IP-Adresse sinnbildlich die Straßennummer, genauer die Netzwerk-ID, repräsentiert und welcher Teil die Hausnummer darstellt, genauer die Rechner-ID, wird durch die Subnetzmaske definiert). In einem solchen Netz bildet das nächsthöhere Protokoll, also die Verpackung nach der IP-Adresse, den Port ab. Der Port ist vergleichbar mit einer Raumnummer oder einem Namensschild. Er bestimmt, für wen genau „im Haus“ das Paket bestimmt ist (genauer: welches Programm das Paket erhalten soll).

All diese „Verpackungen“ kann eine Firewall auswerten und die Netzwerkpakete entsprechend filtern, indem sie anhand eines „Wer darf worauf zugreifen“-Regelwerks entscheidet, welche Anfragen zulässig sind und welche nicht. In der Regel erfolgt dies jedoch erst ab OSI-Schicht 3, also der IP-Adresse, da sich die MAC-Adress-Information der Netzwerkpakete ändert, wenn sie beispielsweise auf ihrem Weg durchs Netz einen Router passieren.

Die Adressenfilterung bildet die Grundform sämtlicher weiterer Firewall-Arten. Filter, die der reinen Filterung von Netzwerkadressen dienen, also Paketfilter, kommen somit auch auf allen anderen Firewalls vor.

Firewall-Router

Ein Firewall-Router wird als Paketfilter-Firewall klassifiziert und ist eine Software, die auf einem Router installiert ist und die dort die Netzwerkverbindung beschränkt. Dieser Firewall-Typ kann im einseitig transparenten (Router im NAT-Modus) oder beidseitig transparenten Modus in Erscheinung treten (Router ohne NAT).

Er wird hauptsächlich mit Firewall-Geräten assoziiert, die statische (zustandslose) Paketfilter verwenden, obgleich genau genommen auch eine Stateful Inspection Firewall auf einem Router aufsetzen kann. Andere Firewall-Arten unterscheiden sich von einem Firewall-Router also dadurch, dass sie zumindest eine genauere Form der Paketfilterung anbieten (Stateful Inspection) oder auf einem vom Router abweichenden Konzept basieren und dabei neben dem Paketfilter meist eine erweiterte Form der Filterung anbieten (wie Proxy Firewall und Personal Firewall).

Der Firewall-Router ist bei gleicher Hardware verglichen mit anderen Firewall-Arten sehr schnell.

Stateful Inspection

Im Unterschied zu dem statischen (zustandslosen) Paketfilter wird hier die Firewall-Regel bei jeder Verbindungsanfrage dynamisch konkretisiert, um den Zugriff auf eine etablierte Verbindung genauer zu beschränken. Dabei stellt die Firewall den Rückkanal (Ziel- zu Quellsystem) in direkter Beziehung zur zuvor etablierten Verbindung (Quell- zu Zielsystem) und schränkt den Zugriff entsprechend ein, sodass ausschließlich die beteiligten Kommunikationspartner auf die Verbindung zugreifen können. Das ist die Grundfunktion, die alle Stateful Inspection Firewalls beherrschen.

Spezielle Filter zahlreicher Stateful-Inspection-Firewalls können darüber hinaus die Nutzdaten einer Kommunikation einsehen. Das ist beispielsweise für Netzwerkprotokolle sinnvoll, die über die Nutzdaten eine zweite Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern aushandeln (siehe aktives FTP). Die Einsicht in die Nutzdaten erlaubt es dem Filter, die Adressfilterung der Pakete weiter zu präzisieren, er ist im Unterschied zu einem Proxyfilter jedoch nicht in der Lage, die Verbindung selbst zu beeinflussen (er kann die Daten nicht verändern).

Je nach Produkt kann die Stateful-Inspection-Firewall auch nach einem Verbindungsaufbau erkennen, ob und wann der zu schützende PC (genauer der Client) mit dem Zielsystem kommuniziert, wobei die Firewall nur dann Antworten darauf zulässt. Sendet das Zielsystem also Daten, die von dem Client nicht angefordert wurden, so blockiert die Firewall den Transfer selbst nach erfolgter Verbindung zwischen Client und Zielsystem.

OSI-Schichten

Ein dedicated Proxy als Filter, der auf ein bestimmtes Protokoll spezialisiert ist, arbeitet als vermittelndes Dienstprogramm und greift daher (wie jedes Dienst- oder Anwendungsprogramm) auf die OSI-Schicht 7 (Application Layer) zu. Der Circuit Level Proxy als generischer (protokollunabhängiger) Filter nutzt dagegen die OSI-Schicht 3 (IP-Adresse), 4 (Port) und ggf. 5 (bei Authentifizierung für den Verbindungsaufbau).

Hinweis: Entgegen einem populären Missverständnis besteht die grundlegende Aufgabe einer Application Layer Firewall nicht darin, bestimmten Applikationen (Programmen) den Zugriff zum Netz zu gewähren oder zu verbieten. Der Name Application wurde lediglich aus dem Application Layer der OSI-Schicht 7 abgeleitet, der dafür steht, dass ein entsprechender Filter in die Nutzdaten der Netzwerkpakete hineinsehen kann. Die Aufgabe, den Netzwerkzugriff auf Anwendungen zu beschränken, die sich der Firewall gegenüber authentifiziert haben, fällt (wenn überhaupt) meist dem generischen Proxyfilter zu, also ausgerechnet dem Filter, der den Application Layer nicht einmal nutzt.