Ключевые факты
- В статье обсуждается создание специального data diode для изолированных сетей.
- В качестве основного компонента для обеспечения однонаправленного потока данных используется программируемая вентильная матрица (FPGA).
- В целях обеспечения безопасности в проекте используется аппаратная логика, а не программное обеспечение.
- Для подтверждения физической и электрической изоляции между сетями требуется тщательное тестирование.
Краткая сводка
В статье подробно технически описывается создание специального data diode, предназначенного для изолированных сетей. Вначале определяется ключевое требование безопасности: обеспечение физического однонаправленного пути передачи данных, который исключает возможность возврата данных из безопасной сети в ненадежную. Автор описывает выбор основных аппаратных компонентов, уделяя особое внимание использованию программируемой вентильной матрицы (FPGA) для реализации основной логики.
В последующих разделах детально описывается процесс разработки прошивки для FPGA, которая предназначена для строгого обеспечения односторонней передачи пакетов данных. В статье также освещаются физическое конструирование, включая выбор корпуса и разъемов, а также методология жесткого тестирования, используемая для проверки целостности устройства. Этот проект служит примером изучения сложностей и нюансов создания специализированного аппаратного обеспечения безопасности вместо использования коммерческих продуктов.
Определение требований
Проект начался с четкого набора требований безопасности для data diode. Основной целью было создание барьера, обеспечиваемого аппаратными средствами, между двумя сетями, гарантирующего, что данные могут перемещаться только из зоны низкой безопасности в зону высокой безопасности. Эта философия воздушного зазора (air-gap) требует отсутствия электрического пути для возврата данных, что эффективно устраняет риск прохождения удаленных эксплойтов через границу.
Ключевые характеристики устройства включали:
- Поддержку высоких скоростей передачи данных для обработки сетевого трафика.
- Прочную физическую конструкцию для предотвращения несанкционированного доступа.
- Надежную работу без вмешательства программного обеспечения, которое может создавать уязвимости.
Решение создать специализированное решение было обусловлено необходимостью в конкретных показателях производительности, которые не обеспечивались существующими коммерческими предложениями.
Аппаратная архитектура 🛠️
Основой специального диода является программируемая вентильная матрица (FPGA). В отличие от стандартного микропроцессора, выполняющего программные инструкции, FPGA настраивается на работу в качестве фиксированной цифровой схемы. Этот подход, основанный на аппаратном обеспечении, критически важен для безопасности, так как он устраняет слой программного обеспечения, который потенциально может быть скомпрометирован или содержать ошибки.
Физическая конструкция разделяет входную и выходную части устройства. Автор отмечает важность изоляции источников питания и тактовых сигналов для обеих сторон для предотвращения атак с использованием побочных каналов. Выбор оптических интерфейсов также был ключевым решением, поскольку оптоволокно обеспечивает естественную электрическую изоляцию между сетями.
Прошивка и логическое проектирование
Разработка прошивки для FPGA включала создание логического дизайна, который строго обеспечивает однонаправленный поток данных. Прошивка действует как шлюз, пропуская пакеты данных с входного интерфейса на выходной, но блокируя любые сигналы, пытающиеся пройти в обратном направлении. Автор описывает реализацию простого конечного автомата для управления этим процессом.
Для обеспечения надежности в проекте избегается использование сложной буферизации или обработки, которая может привести к задержкам или ошибкам. Логика минимальна и сосредоточена исключительно на задаче односторонней передачи данных. Валидация прошивки проводилась с помощью инструментов моделирования перед загрузкой на физическое оборудование.
Сборка и тестирование
Физическая сборка устройства требовала внимательного подхода к деталям для сохранения целостности воздушного зазора. Корпус был спроектирован так, чтобы полностью разделять входную и выходную электронику. Разъемы были установлены на противоположных сторонах шасси для предотвращения случайных замыканий или ошибок подключения кабелей.
Тестирование готового диода включало несколько этапов:
- Визуальный осмотр: Проверка отсутствия непреднамеренных физических соединений между безопасной и небезопасной сторонами.
- Тест электрической изоляции: Использование высоковольтного тестирования для подтверждения сопротивления между изолированными землями.
- Проверка трафика: Пропускание известных шаблонов данных через устройство для обеспечения целостности данных и подтверждения отсутствия обратного потока данных.
В статье делается вывод, что, хотя создание специального диода является сложным мероприятием, оно обеспечивает высокую степень уверенности в безопасности сетевой границы.
