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Separación, segmentación, comunicaciones, seguridad perimetral y electrónica de red.

BACnet, fundamentos de un protocolo para la gestión de edificios

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A menudo nos centramos en materia de Ciberseguridad haciendo referencia a aquellos equipos y sistemas que intervienen en los procesos productivos o entornos de control y automatización. Sin embargo, las fábricas no sólo son PLCs, HMIs, Workstations, sensores u actuadores. Dependiendo de la actividad y el tamaño, cuentan con otros elementos que también contribuyen a que se garantice la disponibilidad de la que tanto hemos hablado. Me refiero a sistemas de refrigeración, extinción de fuegos, climatización, montacargas, etc. los cuales pueden ser gestionados por medio del protocolo BACnet.

Habitualmente los vemos referenciados en los denominados “Edificios Inteligentes”, sin embargo, su uso ni es exclusivo de ellos ni es algo relativamente nuevo. La gestión de edificios viene dada por las siglas BMS, Building Management System debiéndose distinguir, entre edificios de viviendas o edificios industriales. En general, los sistemas BMS integran un conjunto de subsistemas encargados de los sistemas de control de iluminación, antincendios, alarmas, elevadores, ventilación, temperatura, etc. Si bien muchos de ellos son comunes a ambos entornos no podemos decir que son similares ya que las aplicaciones y alcance son distintos.

Ahora bien, al igual que PLCs, HMIs, y demás dispositivos, estos sistemas han de comunicarse entre sí para su propio funcionamiento y gestión. En este sentido, uno de los protocolos empleados es BACnet, Buiding Automation Control Network. Desarrollado en 1987, ha sido un ANSI e ISO estándar desde 1995 y 2003, respectivamente. Aunque su mantenimiento es continuo, el propósito de BACnet es proporcionar interoperabilidad entre sistemas y dispositivos en aplicaciones de control y automatización de edificios, mediante un protocolo de comunicaciones estándar.

Al igual que muchos otros, cada dispositivo BACNet es una combinación de hardware y software, encontrándolo como norma general en forma de controlador, pasarela o interfaz de usuario. Cada uno de ellos dispone de un identificador o número de instancia único que lo identifica y diferencia de los existentes en la red aparte de otros con información relativa a las entradas y salidas que  monitoriza y controla.

Dentro de BACnet podemos encontrar 3 conceptos claramente diferenciados, Objetos, Propiedades y Servicios.

Toda la información contenida dentro de un dispositivo BACnet es ordenada como objetos, el cual le convierte en un protocolo orientado justamente a esto mismo, a objetos. Cada “Objeto” representa un componente del propio dispositivo o un conjunto de información que puede ser solicitada por otro a través de medios como Ethernet, IP, RS-485, etc.

El protocolo define un total de 54 tipos de objetos para los usos más comunes cubriendo así la mayoría de las necesidades. Sin embargo, da la posibilidad de crear otros nuevos para no interferir sobre aquellos usos más concretos o aplicaciones propietarias.

Arquitectura e inteoperabilidad en BACnet

 

Cada objeto tiene un identificador de 32 bits el cual contiene un código para el tipo de objeto y el número de instancia de dicho objeto.

Con independencia del propósito o función, cada “Objeto” posee un conjunto de “Propiedades”. Cada una de ellas contendrá dos partes, un identificador y un valor. El identificador son números que la definen de forma única en el ámbito del tipo de objeto; y el valor, la magnitud del mismo. Luego, dicha información podrá ser tanto de lectura como de y escritura.

Si unificamos ambos conceptos, podemos decir que cada “Objeto” incluyen “Propiedades” que determinan sus capacidades, operación e información asociada.

Como hemos dicho anteriormente los dispositivos interactúan entre sí para su operación. Cuando un equipo se comunica con otro para llevar a cabo una determinada acción, lo hace a través de los denominados “Servicios”. Los servicios son agrupados en 5 categorías según su funcionalidad:

  1. Object access (lectura, escritura, creación, borrado)
  2. Device management (descubrimiento, sincronización horaria, inicialización, copia de respaldo y restauración)
  3. Alarm and event (alarmas y cambios de estado)
  4. File transfer (Tendencia de datos y cambio de programa)
  5. Virtual terminal (interfaz hombre-máquina por medio de menús o similar)

Cada dispositivo envía las peticiones empleando mensajes convenientemente estructurados tanto en la pregunta como en la respuesta. Los mensajes son codificados en un stream numérico definiendo las funciones que deben llevarse a cabo.

Para que dichos mensajes puedan enviarse y recibirse, se establecen varios medios de transporte, los cuales se citan a continuación:

  1. BACnet/IP
  2. BACnet ISO 802-3 (Ethernet)
  3. BACnet MS/TP (Master-Slave/Token Passing)
  4. BACnet over ARCNET
  5. BACnet Point-to-Point (EIA-232 and Telephone)
  6. BACnet over LonTalk Foreign Frames
  7. BACnet over ZigBee

Cada uno de ellos son una combinación de capas Físicas y Enlace de Datos. Sin embargo, el mensaje BACnet es independiente del medio empleado pudiendo existir a su vez pasarelas referenciadas como “Routers” que puedan combinar cada uno de los medios. No obstante, serán los dos primeros los que reclaman más nuestra atención ya que proporcionan integración con redes tradicionales.

BACnet/IP proporciona conectividad a nivel de capa 3 pudiendo ser los equipos accesibles desde distintas redes IP. Cuando este medio es empleado con múltiples subredes, es necesario el uso de una funcionalidad especial denominada BBMD, Broadcast (Management Devices), equipo empleado para administrar los mensajes broadcast entre subredes. Éste recoge dichos mensajes y los redistribuye a otro BBMD ubicado en otra red mediante mensajes unicast.

Mientras que, BACnet ISO 802.3, similar al anterior, pero limitando las comunicaciones a nivel de capa 2.

Ahora bien, teniendo en cuenta los conceptos acerca de dispositivos, objetos propiedades, servicios y la forma en la que transmitir los mensajes, BACnet proporciona capacidades funcionales las cuales son denominadas como “Interoperability Areas”.  Existen un total de 5:

  1. Data Sharing, intercambio de información entre dispositivos. Lo mensajes pueden ser priorizados en función de su propiedad, además de ser de lectura o lectura/escritura.
  2. Trending, visualización de los valores recogidos y graficados para determinar tendencias.
  3. Scheduling, programación de tareas a ejecutar en momentos o intervalos concretos.
  4. Alarm & Event Management, intercambio de información relativo a alarmas o eventos.
  5. Device & Network Management, permite el descubrimiento de dispositivos, objetos dentro de ellos, establecimiento y reconexión en caso de caída de comunicación, sincronización horaria y reinicio.

Estas áreas están definidas dentro de BACnet como BIBB, “BACnet Interoperability Blocks”.

Puesto que BACnet es un estándar, los distintos fabricantes de equipos deben garantizar que sus productos soportan ciertos requisitos para poder operar unos con otros. Para ello, deben cumplir con lo definido en lo que se denomina “Protocol and Implementation and Conformance Statement”, PICS; una ficha técnica con distinta información y entre ella, los distintos BIBB soportados para que puedan ser comparados y garantizar su funcionamiento.

Es importarte resaltar que los mensajes pueden ser dotados de una “Prioridad” dependiendo el tipo de mensaje y la información que transporta. Se definen un total de 16, siendo las dos primeras relativas a cuestiones de “Safety”, “Manual Life-Safety” y “Automatic Life-Safety”.

Hasta aquí la presentación de los conceptos básicos de BACnet. Un protocolo con unas características específicas para entornos concretos. Como decía, es importante remarcar que su uso puede no estar necesariamente asociado a edificios de viviendas sino también a entornos industriales. Éstos también disponen de sistemas de refrigeración, sensores de humos, montacargas, etc. dependiendo, claro está, del tamaño y la actividad. Podrán almacenar productos químicos que deban ser almacenados bajo unas condiciones de temperatura determinada; entornos donde la calidad del aire deba ser única debiendo accionarse los sistemas de ventilación bajo unas circunstancias concretas; controlar la iluminación de un pabellón en distintas franjas horarias, entre otras muchas. ¿Alguien se imagina los efectos que pudiera tener si algo o alguien, pudiese alterar a las dos de la madrugada la iluminación de parte o toda una nave de producción y los operarios no pudiesen trabajar? Y peor aún, cómo o porqué se genera esa situación si no se puede acotar la causa que lo origina. No estamos hablando de un hecho con unas consecuencias graves, pero sí con impacto sobre la actividad de la propia empresa.

Un saludo a todos, nos vemos en la siguiente y no te olvides que puedes seguirnos también en @enredandoconred .

Firewalls Virtuales, por qué no en redes industriales?

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Como hemos hablado en otras ocasiones la primera medida técnica para securizar las redes industriales es separar nuestros entornos de Oficinas y de Control mediante un NGFW. Con ello, conseguimos independizarlos y ceñir a cada uno de ellos el tráfico necesario. Luego, ya dentro del segundo es necesario segmentarlo en áreas funcionales más pequeñas de tal modo que si se produjese algún incidente, intencionado o no, no se propague al resto evitando así un daño mayor. Todo esto y más lo comentaba en un artículo de abril de 2016. Os dejo el enlace, pinchar aquí.

En él citaba que las mismas podrían ser física o lógica, utilizándose enlaces dedicados o configuraciones en la electrónica de red como pueden ser las tan conocidas VLAN. Sin embargo, el uso de tecnología “virtual” no es exclusivo de los switches o servidores. También la podemos emplear en Firewalls. Sí, los mismos que nos separan y segmentan dichos entornos.

En mi caso voy a tomar como ejemplo el uso que hace de esta tecnología el fabricante Fortinet.

Fortinet lo denomina como “VDOMs”, Virtual Domains. Con ella podremos crear dos o más Firewalls “lógicos” dentro de uno físico siendo cada uno de ellos totalmente independiente uno del otro. Tendrán sus propias reglas de filtrado, sus propios perfiles de seguridad, sus propios administradores, etc.

Tal es así que, aparte de los que se configuren, se creará otro de forma automática denominado “root”. Cuando todos los VDOMs son deshabilitados en cualquier unidad FortiGate, hay un VDOM que sigue activo, el “root”. Esto es así ya que debe existir un VDOM de administración entre otros aspectos, para la gestión de tráfico. Por ejemplo, cuando habilitamos la funcionalidad de VDOM toda la configuración se conserva en el VDOM “root”. A partir de ahí iremos creando otros en consecuencia. Todas las configuraciones que sean necesarias fuera de los VDOM, se realizan desde el apartado “Global”. Hablamos de las que afectan a la unidad Fortigate como dispositivo físico, esto es, la asignación de interfaces, Alta Disponibilidad, mantenimiento, etc.

Aquí os dejo un video donde se muestra tanto el concepto como una configuración básica:

Como es evidente, cada unidad FortiGate tiene recursos hardware limitados como CPU, memoria y almacenamiento. Cuando no empleamos VDOMs, este límite no supone un problema ya que todas las sesiones, usuarios y otros procesos comparten todos los recursos de forma equitativa. Sin embargo, cuando hacemos uso de ellos, podremos asignar a cada VDOM distinta cantidad, mínima y máxima, según sea necesario. Por defecto, cada VDOM no tendrá límites, con lo que un solo VDOM podría en un momento dado emplear todos los recursos en detrimento de otros VDOM.

Por ello es conveniente definir límites a este respecto. Veamos porqué.

Si bien la electrónica ha mejorado, cada vez que instalamos un equipo de seguridad perimetral introducimos una latencia, que puede aumentar tanto en cuanto se habilitan más características con el fin de mejorar la seguridad en las comunicaciones. Me refiero a servicios antivirus, IDS/IPS, Control de Aplicación, VPNs, etc. Las comunicaciones industriales no requieren unos anchos de banda como las que puede haber en entornos IT, sin embargo, las latencias experimentadas pueden ser inasumibles. Cuando hablamos en comunicaciones en tiempo real como voz o video sobre IP, podemos aceptar tiempos de hasta 150 ms. Sin embargo, en comunicaciones industriales tipo RT (Real Time) podemos hablar de hasta 10 ms o incluso en IRT (Isochronous Real Time) entre 0.25 y 1 ms. A la hora de instalar dispositivos de seguridad perimetral físicos como virtualizados, debemos tener esto presente. Más aún, en el caso de estos últimos donde compartimos recursos hardware. Si no realizamos un correcto dimensionamiento o asignación, podríamos enfrentarnos a que un Firewall virtual del entorno IT donde los anchos de banda sean mayores y exista una mayor cantidad de tráfico, requiera  recursos hardware y penalice al virtualizado en el entorno OT, donde si bien la cantidad de tráfico es menor, las latencias asumibles son mucho menores o críticas.

Como decía dentro de la Ciberseguridad Industrial, nuestro primer paso será la separación de entornos y la segmentación del de Control. Esta tecnología puede sernos de gran utilidad ya  que además de lo anterior es compatible con entornos de Alta Disponibilidad. Dos nodos físicos pueden albergar VDOMs, de tal manera que, si un Firewall cae, el otro podrá dar servicio en los VDOMs alojados en el contrario.

En la imagen que se muestra a continuación se puede ver cómo a partir de un equipo físico se han definido 3 VDOMs. Uno denominado “VDOM IT” donde tendremos nuestro Firewall Virtual encargado del filtrado de las comunicaciones entre todos los segmentos del entorno de “Oficinas”. El puerto “WAN 1”, red de servidores y del 1 al 3, subredes de clientes. Luego, el “VDOM OT”, y de forma homónima, “WAN 2”, servidores SCADA, Historians, etc. y del 4 al 6 los equipos finales como PLCs, Robots, SIS, etc. Finalmente, el “VDOM Root” el que emplearemos para la administración del equipo.

Al igual que ocurre con los Firewalls físicos podremos necesitar permitir cierto tráfico de un entorno a otro. Puesto que los Firewalls virtuales son independientes, es necesario establecer los denominados “VDOM Links”, que no son otra cosa que interfaces virtuales que comunican VDOMs. Cada “VDOM Link” posee su propio direccionamiento punto a punto, debiendo cada extremo ser asociado a uno de los VDOMs. Estas interfaces virtuales son más rápidas que las físicas, aunque dependerá tanto de la CPU como de la carga que ésta tenga fruto de las funcionalidades, perfiles, sesiones, funciones criptográficas, análisis de tráfico, etc.

En la siguiente guía podréis encontrar más información al respecto.

La idea mostrada aquí es que, si necesitamos aislar y segmentar ambos entornos, no tenemos por qué hacerlo necesariamente con equipos físicos como muestran muchos modelos y recomendaciones. No tiene por qué ser así. De igual manera que lo hacemos de forma lógica en switches con la definición de VLANs, lo podemos hacer con los Firewall, si éstos lo soportan; obviamente. Haciendo uso de esta capacidad podremos no sólo cumplir con nuestras necesidades y estrategias sino también, optimizar recursos hardware, reducir el número de equipos físicos, minimizar el espacio en nuestras instalaciones, escalabilidad, etc. Tal vez requiera de una planificación mayor, no sólo en cuanto a configuración en sí sino la administración futura.

Nuevamente las tecnologías nos ofrecen alternativas y soluciones más apropiadas, sólo tenemos que ver cuál se ajusta mejor a las necesidades de nuestros clientes para reducir los riesgos y garantizar la disponibilidad de las instalaciones. Eso si, previo estudio y planificación.

Un saludo, nos vemos en la próxima.

Edorta

 

LLDP, pros y contras de la difusión de información en redes PROFINET

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Aunque existen multitud de protocolos propietarios en redes OT, existen estándares que permiten la conexión entre productos de distintos fabricantes. Uno de ellos es PROFINET, evolución del extendido PROFIBUS. Según sea su implementación encontraremos distintas funciones PROFISAFE, PROFIENERGY, PROFINET-MRP, etc. Sin embargo, este protocolo no viene solo, sino que también hace uso de otros para su funcionamiento, entre ellos LLDP. Si, parece que no, pero sí.

Como hemos dicho en anteriores ocasiones, la evolución de las comunicaciones industriales tiende a basarse sobre tecnología Ethernet en detrimento, en muchos casos no en todos, de las comunicaciones serie. Esto va a traer consigo muchas ventajas, pero también algunos inconvenientes. Por ejemplo, será necesario el despliegue de distintas medidas que reduzcan el riesgo de que algo, o alguien, pueda atentar de manera voluntaria o involuntaria contra la disponibilidad de las instalaciones. Y es que, a mayor interconexión, mayor grado de exposición.

LLDP, Link Layer Discovery Protocol, es un protocolo empleado por dispositivos de red para anunciar información propia a otros equipos y dispositivos. Viene definido por el IEE 802.1AB. Su funcionamiento es muy similar al propietario de Cisco CDP, Cisco Discovery Protocol. Todos los dispositivos PROFINET lo soportan y es empleado para identificar, comprobar y mantener la topología de una red PROFINET, aparte de obtener información de diagnóstico si algo cambia. Otro de los usos es facilitar la puesta en marcha, tanto en un funcionamiento normal como en caso de fallo de algún equipo siendo necesario su sustitución. Las operaciones a este respecto se realizan de forma automática y sin necesidad de herramientas tipo software, lo cual simplifica y agiliza la forma en la que un equipo es reemplazado, minimizando la pérdida de disponibilidad.

Para ello los dispostivos PROFINET envían de forma cíclica esta información. Sin embargo  desde el punto de vista de la seguridad…

Haciendo un uso legítimo,  todo son facilidades. Sin embargo, cara a la realización de una auditoría o pentesting en entornos industriales que empleen PROFINET, LLDP se convierte en una fuente de información muy, muy buena.  Las tramas LLDP son enviadas a la dirección multicast 01:80:c200:00e. Los switches, por defecto, inundarán estas tramas por todos los puertos con lo que si conectamos nuestro Wireshark en alguna boca que encontremos libre… Seremos capaces de obtener toda esta información que se anuncia.

¿Ahora bien que pasa con equipos industriales? ¿Qué información podemos extraer? Veamos algunos ejemplos.

En la siguiente imagen podemos ver la que anuncia un switch SIEMENS. Allí podemos ver que estamos conectados al puerto 1, modelo X208, funciones MRP, IP de administración, etc.

En la siguiente captura veremos el tráfico referente a un autómata S7-300 a lque nos hemos conectado a una de sus interfaces disponibles en su CPU.

Como podemos ver aquí ya la información disponible es algo distinta, aunque se mantienen algunos campos como Chassis Subtype, Time to Live, etc. Sin embargo, algunos de los que no están por ejemplo el referente a MRP, protocolo utilizado en  switches para detectar bucles en topologías en anillo. Aprovecho para dejaros el link a una entrada que escribí hace un tiempo. Pincha aquí.

Como último ejemplo pondremos la trama esta vez de un módulo de comunicaciones CP del mismo PLC S7-300 que citaba anteriormente.

Sin duda la información que vemo en cuanto a cantidad y calidad es muy importante. Si vemos habla de CP 343, propia de estos PLCs, con lo que ya sabemos el modelo que se trata. Como información extra podríamos ver de qué modelo de Firmware 3.2.23.

A partir de aquí habría que investigar si existe alguna vulnerabilidad conocida. En este caso no afecta, pero si la versión hubiera sido algo inferior, desde luego que sí. Un ejemplo de ellas, las podemos encontrar aquí:

Vulnerabilidad en módulos de comunicaciones SIEMENS.

Múltiples vulnerabilidades en módulos SIMATIC CP 343-1/CP 443-1 y CPU SIMATIC S7-300/S7-400 de Siemens

Como podemos comprobar LLDP puede ser un gran aliado en tareas de mantenimiento, puesta a punto o reducción del tiempo en caso de avería ya que simplifica todas las tareas asociadas para restaurar la operatividad. Sin embargo, surge el problema de qué hacer al publicitarse tanta información que luego, pueda hacerse un mal uso de ella. Se me ocurren varios usos, pero mejor no dar ideas.

Sin duda, desde un punto de auditoría o pentesting, LLDP será un gran recurso para una fase inicial de “Information Gathering”, pero como digo, en malas manos…

El problema aquí es que el propio protocolo PROFINET necesita de LLDP por lo que su uso debe ser permitido ya que se requiere bien para el funcionamiento como para reducir el tiempo de indisponibilidad por fallo. Cisco en alguno de sus recomendaciones deshabilitar CDP o LLDP para los equipos finales. Obviamente éstos no lo necesitar para su funcionamiento, pero en Controladores sí.

Puesto que debemos convivir con él, una de la alternativa es el bloqueo de puertos, bien de forma física como lógica.

No quiero decir con esto que gracias a LLDP nuestras redes PROFINET van a estar en peligro (que también), sino que existen protocolos que para su uso requieren de la difusión de información que aunque no queramos publicarla, debemos de hacerlo para aprovecharnos de las ventajas que éstos ofrecen en el mantenimiento, operación y garantía de disponibilidad.

¡Un saludo, nos vemos en la siguiente!

Edorta