14.2. Tallafocs o filtratge de paquets

Un tallafocs és una passarel·la filtrant de xarxa i només és eficaç en paquets que han de passar a través d'ella. Per tant, només pot ser eficaç quan el pas pel tallafocs és l'única ruta per a aquests paquets.

CAS ESPECÍFIC Tallafocs local

A firewall can be restricted to one particular machine (as opposed to a complete network), in which case its role is to filter or limit access to some services. It is, however, always better to configure services to not listen on those network interfaces, where these services are not supposed to be offered, or to disable and remove services, which are not to be offered at all, than to use a packet filter to prevent any unwanted access to these services.

Its role can also be to filter or limit connections by rogue or poorly programmed software that a user could, willingly or not, have installed. The reliability of this, however, highly depends on the goal of these actions and the integrity of the system itself. This action is not a measurement to prevent potential threats to send data.

El nucli de Linux innclou el tallafocs netfilter, que es pot controlar des de l'espai d'usuari amb les ordres iptables, ip6tables, arptablesi ebtables.

However, Netfilter iptables commands are being replaced by nftables, which avoids many of its problems. Its design involves less code duplication, and it can be managed with just the nft command. Since Debian Buster, the nftables framework is used by default. The commands mentioned before are provided by versions, which use the nftables kernel API, by default. If one requires the “classic“ commands, the relevant binaries can be adjusted using update-alternatives.

TOOLS fwbuilder and ufw

Although (destined to) being replaced by nftables, iptables is still widely used and suited for many use-cases. Creating a rule requires an invocation of iptables/ip6tables. Typing these commands manually can be tedious, so the calls are usually stored in a script, so that the same configuration is set up automatically every time the machine boots, or they can be made “persistent“ using iptables-persistent.

A script usually needs to be written by hand. But there are, tools that make it simpler to configure the netfilter firewall, with a graphical representation of the filtering rules. fwbuilder is undoubtedly among the best of them. The rules are created with simple drag-and-drop actions on objects (interfaces, networks, ports, servers, etc.). A few contextual menus can change the condition (negating it, for instance). Then the action needs to be chosen and configured.

An alternative to writing and saving/loading the required rules is to use ufw from the package with the same name. This tool is a frontend to iptables as well, but it provides a command line interface only. Simple commands can enable or disable (block) network traffic to and from ports and IP addresses. The configuration files in /etc/ufw/ also allow for complex rule sets (e.g. hooking into the Docker chains), which are then saved and loaded automatically. This tool is often used for simple setups and to block

Per activar un tallafocs per defecte a Debian executeu:

# apt install -y nftables
Reading package lists... Done
...
# systemctl enable nftables.service
Created symlink /etc/systemd/system/sysinit.target.wants/nftables.service → /lib/systemd/system/nftables.service.

14.2.1. El comportament d'nftables

As the kernel is processing a network packet, it pauses and allows us to inspect the packet and decide what to do with that packet. For example, we might want to drop or discard certain incoming packets, modify other packets in various ways, block certain outgoing packets to control against malware or redirect some packets at the earliest possible stage to bridge network interfaces or to spread the load of incoming packets between systems.

Una bona comprensió de les capes 3, 4 i 5 del model OSI (Open Systems Interconnection) és essencial per obtenir el màxim rendiment del netfilter.

CULTURA El model OSI

El model OSI és un model conceptual per implementar protocols de xarxa sense tenir en compte la seva estructura interna subjacent i la tecnologia. L'objectiu és la interoperabilitat entre sistemes de comunicació diversos amb protocols de comunicació estàndard.

Aquest model es va definir a l'estàndard ISO/EIC 7498. Es descriuen les següents set capes:

Física: transmissió i recepció de fluxos de bits sense processar sobre un mitjà físic
Enllaç de dades: transmissió fiable d'estructures de dades entre dos nodes connectats per una capa física
Xarxa: estructuració i gestió d'una xarxa multinode, incloent-hi adreçament, encaminat i control de trànsit
Transport: transmissió fiable de segments de dades entre punts d'una xarxa, incloent la segmentació, el reconeixement i el multiplexat
Sessió: gestió de les sessions de comunicació, és a dir, intercanvi continu d'informació en forma de transmissions d'anada i tornada entre dos nodes
Presentació: traducció de dades entre un servei de xarxa i una aplicació; incloent la codificació de caràcters, la compressió de dades i l'encriptatge/desencriptatge
Aplicació: APIs d'alt nivell, incloent-hi la compartició de recursos, accés a fitxers remots.

More information can be found on Wikipedia:

→ https://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model

El tallafocs està configurat amb tables (taules), que contenen rules (regles) contingudes en chains (cadenes). A diferència d'iptables, nftables no té cap taula predeterminada. L'usuari decideix quines i quantes taules crear. Cada taula ha de tenir només una de les següents cinc famílies assignades: ip, ip6, inet, arp i bridge. S'utilitzarà ip si no s'especifica la família.

There are two types of chains: base chains and regular chains. A base chain is an entry point for packets from the networking stack. Base chains are registered into the Netfilter hooks, e.g. they see packets flowing through the TCP/IP stack. On the other hand, a regular chain is not attached to any hook so it does not see any traffic. But it may be used as a jump target for better organization of the rules.

Les regles es composen de declaracions, que inclouen algunes expressions d'encaix i després una declaració de veredicte, com accept (acceptar), drop (retirar), queue (encuar), continu (continuar), return (retornar),jump chain (saltar cadena) i goto chain (anar a cadena).

TORNAR A LES BASES ICMP

ICMP (Internet Control Message Protocol) is the protocol used to transmit complementary information on communications. It allows testing network connectivity with the ping command (which sends an ICMP echo request message, which the recipient is meant to answer with an ICMP echo reply message). It signals a firewall rejecting a packet, indicates an overflow in a receive buffer, proposes a better route for the next packets in the connection, and so on. This protocol is defined by several RFC documents; the initial RFC 777 and RFC 792 were soon completed and extended.

→ http://www.faqs.org/rfcs/rfc777.html

→ http://www.faqs.org/rfcs/rfc792.html

Com a referència, una memòria intermèdia de recepció és una petita zona de memòria que emmagatzema dades mentrestant que arriba des de la xarxa i fins que el nucli la gestiona. Si aquesta zona està plena, no es poden rebre noves dades, i ICMP assenyala el problema, de manera que l'emissor pot alentir la seva taxa de transferència (que idealment hauria d'arribar a un equilibri després d'algun temps).

Note that although an IPv4 network can work without ICMP, ICMPv6 is strictly required for an IPv6 network, since it combines several functions that were, in the IPv4 world, spread across ICMPv4, IGMP (Internet Group Membership Protocol) and ARP (Address Resolution Protocol). ICMPv6 is defined in RFC 4443.

→ http://www.faqs.org/rfcs/rfc4443.html

14.2.2. Migració des d'iptables a nftables

The iptables-translate and ip6tables-translate commands can be used to translate old iptables commands into the new nftables syntax. Whole rule sets can also be translated, in this case we migrate the rules configured in one computer which has Docker installed:

# iptables-save > iptables-ruleset.txt
# iptables-restore-translate -f iptables-ruleset.txt

# Translated by iptables-restore-translate v1.8.7 on Wed Mar 16 22:06:32 2022
add table ip filter
add chain ip filter INPUT { type filter hook input priority 0; policy accept; }
add chain ip filter FORWARD { type filter hook forward priority 0; policy drop; }
add chain ip filter OUTPUT { type filter hook output priority 0; policy accept; }
add chain ip filter DOCKER
add chain ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
add chain ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
add chain ip filter DOCKER-USER
add rule ip filter FORWARD counter jump DOCKER-USER
add rule ip filter FORWARD counter jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
add rule ip filter FORWARD oifname "docker0" ct state related,established counter accept
add rule ip filter FORWARD oifname "docker0" counter jump DOCKER
add rule ip filter FORWARD iifname "docker0" oifname != "docker0" counter accept
add rule ip filter FORWARD iifname "docker0" oifname "docker0" counter accept
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 iifname "docker0" oifname != "docker0" counter jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 counter return
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 oifname "docker0" counter drop
add rule ip filter DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 counter return
add rule ip filter DOCKER-USER counter return
add table ip nat
add chain ip nat PREROUTING { type nat hook prerouting priority -100; policy accept; }
add chain ip nat INPUT { type nat hook input priority 100; policy accept; }
add chain ip nat OUTPUT { type nat hook output priority -100; policy accept; }
add chain ip nat POSTROUTING { type nat hook postrouting priority 100; policy accept; }
add chain ip nat DOCKER
add rule ip nat PREROUTING fib daddr type local counter jump DOCKER
add rule ip nat OUTPUT ip daddr != 127.0.0.0/8 fib daddr type local counter jump DOCKER
add rule ip nat POSTROUTING oifname != "docker0" ip saddr 172.17.0.0/16 counter masquerade
add rule ip nat DOCKER iifname "docker0" counter return
# Completed on Wed Mar 16 22:06:32 2022
# iptables-restore-translate -f iptables-ruleset.txt > ruleset.nft
# nft -f ruleset.nft
# nft list ruleset
table inet filter {
	chain input {
		type filter hook input priority filter; policy accept;
	}

	chain forward {
		type filter hook forward priority filter; policy accept;
	}

	chain output {
		type filter hook output priority filter; policy accept;
	}
}
table ip nat {
	chain DOCKER {
		iifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 return
		iifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain POSTROUTING {
		type nat hook postrouting priority srcnat; policy accept;
		oifname != "docker0" ip saddr 172.17.0.0/16 counter packets 0 bytes 0 masquerade
		oifname != "docker0" ip saddr 172.17.0.0/16 counter packets 0 bytes 0 masquerade
	}

	chain PREROUTING {
		type nat hook prerouting priority dstnat; policy accept;
		fib daddr type local counter packets 1 bytes 60 jump DOCKER
		fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
	}

	chain OUTPUT {
		type nat hook output priority -100; policy accept;
		ip daddr != 127.0.0.0/8 fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		ip daddr != 127.0.0.0/8 fib daddr type local counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
	}

	chain INPUT {
		type nat hook input priority 100; policy accept;
	}
}
table ip filter {
	chain DOCKER {
	}

	chain DOCKER-ISOLATION-STAGE-1 {
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
		counter packets 0 bytes 0 return
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-2
		counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain DOCKER-ISOLATION-STAGE-2 {
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 drop
		counter packets 0 bytes 0 return
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 drop
		counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain FORWARD {
		type filter hook forward priority filter; policy drop;
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-USER
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
		oifname "docker0" ct state related,established counter packets 0 bytes 0 accept
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
		iifname "docker0" oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-USER
		counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER-ISOLATION-STAGE-1
		oifname "docker0" ct state established,related counter packets 0 bytes 0 accept
		oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 jump DOCKER
		iifname "docker0" oifname != "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
		iifname "docker0" oifname "docker0" counter packets 0 bytes 0 accept
	}

	chain DOCKER-USER {
		counter packets 0 bytes 0 return
		counter packets 0 bytes 0 return
	}

	chain INPUT {
		type filter hook input priority filter; policy accept;
	}

	chain OUTPUT {
		type filter hook output priority filter; policy accept;
	}
}

Les eines iptables-nft, ip6tables-nft, arptables-nft i ebtables-nft són versions d'iptables que utilitzen l'API nftables, de manera que els usuaris poden seguir utilitzant la sintaxi de l'antic iptables amb ells, però això no és recomanable; aquestes eines només s'han d'utilitzar per a compatibilitat amb versions anteriors.

14.2.3. Sintaxi d'`nft`

Les ordres nft permeten manipular taules, cadenes i regles. L'opció table admet múltiples operacions: add, create, delete, list i flush. nft add table ip6 mangle afegeix una taula nova de la família ip6.

Per a inserir una nova cadena base a la taula filter, podeu executar la següent ordre (tingueu en compte que el punt i coma s'escapa amb una barra inversa quan s'utilitza Bash):

# nft add chain filter input { type filter hook input priority 0 \; }

Les regles s'afegeixen normalment amb la sintaxi següent: nft add rule [família] taula cadena handle handle statement.

insert és similar a la comanda add, però la regla donada és ubicada al començament de la cadena o abans de la regla amb «handle» donat en lloc de fer-ho al final o després d'aquesta regla. Per exemple, la següent ordre insereix una regla abans de la regla amb el «handler» número 8:

# nft insert rule filter output position 8 ip daddr 127.0.0.8 drop

Les ordres nft executades no fan canvis permanents a la configuració, de manera que es perden si no es desen. Les regles del tallafocs es troben a /etc/nftables.conf. Una manera senzilla de desar la configuració actual del tallafocs d'una manera permanent és executar nft list ruleset > /etc/nftables.conf com a superusuari.

nft permet moltes més operacions, vegeu la seva pàgina del manual nft(8) per a més informació.

14.2.4. Instal·lació de les regles a cada arrencada

To enable a default firewall in Debian, you need to store the rules in /etc/nftables.conf and execute systemctl enable nftables as root. You can stop the firewall by executing nft flush ruleset as root.

En altres casos, la manera recomanada és registrar l'script de configuració a la directiva up del fitxer /etc/network/interfaces. En el següent exemple, l'script s'emmagatzema sota /usr/local/etc/arrakis.fw.

Exemple 14.1. fitxer interfaces cridant l'script del tallafocs

auto eth0
iface eth0 inet static
    address 192.168.0.1
    network 192.168.0.0
    netmask 255.255.255.0
    broadcast 192.168.0.255
    up /usr/local/etc/arrakis.fw

Això suposa òbviament que esteu utilitzant ifupdown per configurar les interfícies de xarxa. Si esteu utilitzant alguna altre cosa (com NetworkManager o systemd-networkd), llavors consulteu la respectiva documentació corresponent per trobar maneres d'executar un script després que s'hagi creat la interfície.