Sicherheit: Windows 10 - das Ende von Malware?
Microsoft hat bei Windows 10 sehr viel Arbeit in den Sicherheitsbereich gesteckt. Seit dem letzten Windows Build 10586 in Windows 10 sowie Server 2016 TP4, gibt es viele Funktionen, die von Microsoft bereits als Production Ready gekennzeichnet sind. Somit können Administratoren anfangen, die neuen Technologien zu testen, um sich auf eine Veröffentlichung von Windows Server 2016 und Windows 10 Mitte des kommenden Jahres vorzubereiten. Auch für Endanwender, die ihren Windows-10-Rechner privat nutzen, gibt es einige Neuerungen.
Passport mit Zwei-Faktor-Authentifizierung
Eine der Neuerungen im Hintergrund ist Windows Passport. Mit Windows Passport versucht Microsoft, das klassische Passwort durch eine deutlich sicherere, durch Trusted-Platform-Module(öffnet im neuen Fenster) (TPM) unterstützte Zwei-Faktor-Authentifizierung zu ersetzen. Dabei steht die Idee im Vordergrund, dem Benutzer das Merken von Passwörtern zu ersparen und stattdessen über das FIDO-kompatible Protokoll eine Authentifizierung mit Windows Passport vorzunehmen.
Die zwei Faktoren bestehen aus asymmetrischen Schlüsselpaaren oder Zertifikaten (mit einer Enterprise-PKI). Dabei ist ein Teil (Zertifikat oder Schlüssel) direkt der Hardware, also dem Computer, zugeordnet. Der andere Teil ist etwas Benutzerspezifisches wie eine PIN oder ein biometrisches Merkmal (siehe Windows Hello). Das verhindert nicht nur, dass Nutzer überall das gleiche Passwort benutzen, sondern dank asymmetrischer Public-Key-Verschlüsselung und Speichern der User Secrets auf dem Endgerät auch Passwortdiebstahl durch den Hack eines Dienstes oder Servers.
Dabei benötigt Passport einen Identity Provider (IDP), der den Nutzer authentifiziert und ihm Authentifizierungs-Token für die entsprechenden Programme oder Services ausstellt. Hierbei kann sowohl Azure Active Directory, ein On-Premise Active Directory, als auch später für Privatanwender das Microsoft-Konto zum Einsatz kommen. Es ist hervorzuheben, dass eine Attacke wie Pass-the-Hash oder Pass-the-Ticket mit Passport unmöglich ist, solange ein TPM in der Client- und Server-Hardware eingesetzt wird, da es dann eine feste Verknüpfung zwischen TPM und Token gibt.
Passport mit Windows Hello
Die bekannteste mit Passport benutzte Funktion dürfte Windows Hello sein. Dabei handelt es sich um die in Windows 10 erstmals mit Bordmitteln mögliche, biometrische Authentifizierung mit Fingerabdruck, Irisscan oder dreidimensionaler Gesichtserkennung. Das ist ein großer Fortschritt im Vergleich zu den vorher von Drittherstellern implementierten Lösungen. Diese waren auf bestimmte Geräte beschränkt und boten nur zweidimensionale Erkennung. Zudem konnte es wegen der Nutzung von undokumentierten Funktionen und der fehlenden Verankerung im System zu Problemen mit Updates und verschiedenen Windows-Versionen kommen.
Sobald ein Benutzer Passport mit Hello eingerichtet hat, entfällt das Eingeben von Passwörtern in allen unterstützten Websites oder Anwendungen. Windows Hello ist dabei rein optional für den Einsatz von Windows Passport. In einem Artikel haben wir Windows Hello bereits ausführlicher beschrieben.
Bitlocker und Defender
Auch bei Microsofts Festplattenverschlüsselung Bitlocker und dem integrierten Anti-Virussystem Windows Defender hat sich einiges getan. Microsoft verfolgt das Ziel, allen Windows-Nutzern zumindest einen gewissen Grundschutz mit Bordmitteln zur Verfügung zu stellen. So ist es neben dem schon länger von Microsoft geforderten TPM in jedem PC das Ziel, auf jedem Rechner Festplattenverschlüsselung und somit Schutz vor Offline-Attacken zu gewährleisten.
Bitlocker hat neben der Unterstützung für den neueren XTS-AES-Algorithmus und neuen Richtlinien unter anderem für das Beschränken von Direct Memory Access (DMA) Ports auch den Support von Azure Active Directory eingeführt. Damit kann auf Computern, die einem Azure Active Directory angehören, ebenfalls Bitlocker ausgerollt werden, und es können die zugehörigen Recovery Keys im Azure Active Directory gespeichert werden.
Windows Defender hat bei Microsoft ebenfalls eine höhere Priorität bekommen. So hat Microsoft nach eigenen Angaben das Defender-Team erheblich aufgestockt, um die mittelmäßige Erkennungsrate auf das Level der Marktführer zu heben und die automatische cloudbasierte Analyse von Malware weiter zu verbessern. Auf jeder Windows-10- und Server-2016-Installation ist Defender von Anfang an installiert und aktiviert. Bemerkt Defender, dass ein Dritthersteller-AV-Programm installiert wurde, deaktiviert es sich automatisch.
Diesen Drittherstellern bietet Microsoft eine API-ähnliche Schnittstelle namens Secure Event Channel (SEC), damit sie nicht weiterhin undokumentierte Methoden nutzen. Somit besteht nicht bei jedem Windows-Upgrade die Gefahr, dass das AV-Produkt nicht mehr funktioniert. Weiterhin erkennt Windows Defender, sobald kein anderes AV-Produkt installiert oder dessen Lizenz abgelaufen ist und aktiviert sich in diesem Falle erneut.
Der Virtual Secure Mode ist mächtig
Eine der mächtigsten und wichtigsten Änderungen in Windows 10 ist der Virtual Secure Mode (VSM). Er basiert auf Microsofts Virtualisierungstechnologie Hyper-V und bringt einen erheblichen Sicherheitsgewinn durch die Isolation von bestimmten Kernel-Subsystemen in einem Micro-Kernel, der parallel zum eigentlichen System läuft. Hierbei wird wie bei der Aktivierung von Client Hyper-V zunächst das System in eine VM mit leicht anderen Zugriffsrechten auf Systemressourcen und Managementfunktionen für Hyper-V umgewandelt. Parallel hierzu wird der Micro-Kernel in einer eingeschränkten VM aufgesetzt und Systemmodule werden hierhin ausgelagert. Somit kommuniziert zum Beispiel das Local Security Subsystem (LSA) nur noch mit dem im Micro-Kernel isolierten Subsystem namens LSAIso.
Damit wird nicht nur die Integrität und Sicherheit der isolierten Prozesse gewährleistet, sondern es werden auch undokumentierte und nicht authentifizierte APIs sowie Zugriffe direkt auf die Speicherbereiche der Prozesse verhindert. Voraussetzung für die von VSM implementierten Funktionen sind die Prozessorerweiterungen VT-x sowie VT-d und aktiviertes Secure Boot. Zusätzlich muss für Credential Guard Windows 10 Enterprise installiert sein. Dabei muss VSM als eine Ergänzung beziehungsweise Verbesserung der bisher bekannten Protected Processes von Windows angesehen werden.
Local Security Authority Subsystem Service
Eines der wichtigsten Module, die hierbei isoliert werden, ist der Local Security Authentication Service, auch bekannt als Local Security Authority Subsystem Service (LSASS), der für das Management von Authentifizierungen und zum Verwalten von zum Beispiel NTLM-Hashes zuständig ist. Das hierauf basierende Feature hat Microsoft Credential Guard getauft. Mit Credential Guard werden sämtliche aktuell bekannten Angriffe auf gespeicherte Token und Hashes effektiv verhindert. Dadurch, dass ihre Verwaltung beim Micro-Kernel liegt, kann die Parent Partition nicht auf den Speicherbereich des Subsystems zugreifen und damit auch keine Hashes auslesen.
Ein weiteres VSM-isoliertes Feature ist Virtual TPM. Virtual TPM ermöglicht es, Hyper-V-virtualisierte Maschinen mit Bitlocker und TPM-Unterstützung zu verschlüsseln. Damit wird vermieden, dass ein Angreifer die virtuelle Maschine (VM) exportiert und auf einem anderen Virtualisierungshost startet, um zum Beispiel Daten zu extrahieren. Hierfür ist ein TPM der Version 2.0 zwingend notwendig.
Device Guard
Das umfangreichste auf VSM basierende Feature heißt Device Guard. Device Guard ist Microsofts Ansatz, mit der steigenden Anzahl und Häufigkeit von Malware fertig zu werden. Device Guard nutzt den ebenfalls in VSM isolierbaren Code Integrity Service, der mit verschiedenen Technologien sicherstellt, dass alle ausführbaren Anwendungen unverändert sind. Hierbei wird eine durchgehende Signaturprüfung aller Dateien genutzt.
Der Integrity Service verhindert ebenfalls Buffer Overflows und damit viele Zero-Day-Exploits, da die Allokation von neuem Arbeitsspeicher ebenfalls vom Micro-Kernel gesteuert wird. Somit ist es auf einem System, das Device Guard aktiviert hat, nicht möglich, unsignierte Programme auszuführen, was praktisch jegliche aktuelle Malware ausschließt. Der Administrator kann dabei kontrollieren, welchen Zertifizierungsstellen getraut werden soll.
Um auch Programme kleinerer Hersteller, die nicht signieren, nutzen zu können, bietet Microsoft ein Tool an, um signierte Catalog-Dateien für das Programm zu erstellen. Diese enthalten Hashwerte für jede Datei, die vom betreffenden Programm genutzt wird. In Kombination mit TPM ist es also auf Systemen mit relativ wenigen Programmen, die sich nicht häufig ändern oder signiert sind, bereits möglich, diese sehr stark abzusichern.
Unter anderem aufgrund der komplexen Implementierung und des momentan noch begrenzten Angebots an Desktop-Apps im Windows-Store, hat Device Guard aktuell hauptsächlich Unternehmen als Zielgruppe.
Mit Control Flow Guard bleiben Programme auf dem rechten Pfad
Eine Vielzahl kleinerer Änderungen hat die Sicherheit und Integrität von Systemdiensten erhöht. Es wurde ein neues Feature zum Blocken von Schriftarten außerhalb des %windir%/Fonts-Ordners implementiert, das die seit Duqu bekannten Attacken mit eingebetteten Schriftarten verhindern soll. Ebenso wurden weitere Systemprozesse umgebaut, um DEP und ASLR zu unterstützen. Ebenfalls wurde die Entropie bei beispielsweise ASLR erheblich erhöht.
Neu hinzugekommen ist die Funktion Control Flow Guard (CFG), die dafür sorgt, dass Programme nicht vom vorgesehenen Weg abweichen. Diese Funktion zielt stark auf Browser-Malware ab und stellt eine zusätzliche Kontrollinstanz bei sogenannten Indirect Calls in Programmen zur Verfügung. Wenn CFG vom Compiler unterstützt wird, ist es erheblich schwieriger, Schadcode in Browser einzuschleusen. Laut Microsoft verhindert CFG bereits 96 Prozent aller bisher genutzten Browserexploits seit 2011.
Security in Windows as a Service
Microsoft kündigte Mitte dieses Jahres an, Windows as a Service bereitzustellen. Damit werden in Zukunft neue Features außerhalb von Service Packs und direkt über Windows Update ausgeliefert. Um bei sich häufig ändernden Systemprozessen und -funktionen nicht die Funktion von Dritthersteller-Software zu gefährden, wurde beispielsweise SEC eingeführt. Um gar nicht erst in diese Situation zu kommen, ist ein Trend Richtung Cloud absehbar. Dort stehen weitaus größere Ressourcen zur Verfügung, Änderungen sind schneller wirksam und Dienste sind so deutlich kostengünstiger zu betreiben.
Einer der Services, der aus Microsofts "Mobile first, Cloud first"-Strategie bereits hervorgegangen ist, ist Provable PC Health (PPCH). Auf ihm basiert das Konzept Conditional Access. Aus dem Enterprise-Bereich ist Network Access Protection (NAP) bekannt. Diese Windows-Server-Funktion wurde mit Server 2008 R2 eingeführt und in Server 2012 R2 als veraltet (deprecated) gekennzeichnet. Ziel war es, den Zugriff auf bestimmte Ressourcen nur zuzulassen, wenn der Client sich in einem definierten gesunden Zustand befindet.
Dieses Konzept greift Conditional Access auf und bietet in Kombination mit einem Mobile Device Management (MDM) System wie Microsoft Intune einen Health Check Service. Über eine API(öffnet im neuen Fenster) ist es möglich, Client-Richtlinien wie Secure Boot und Firewall-Einstellungen zu überprüfen und anhand der Ergebnisse den Zugriff etwa auf einen Fileserver zu gewähren.
Fazit
Angreifer werden neue Methoden finden, um die Sicherheitsfeatures von Windows 10 zu umgehen, doch wird dies erheblich schwerer als bisher. Wenn ein Unternehmen Computer besitzt, auf denen kaum Änderungen vorgenommen werden, können diese bereits heute mit Device Guard abgesichert werden. Auch die neuen Enterprise-Funktionen von Credential Guard sollte jedes Unternehmen mit einer Microsoft-Infrastruktur zumindest mit TP4 von Server 2016 evaluieren. Bis sich Passport und Bitlocker jedoch auch in der Masse der Endanwender verbreitet haben, dürfte nicht zuletzt wegen der fehlenden Hardware (TPM 2.0, VT-x, VT-d) noch etwas Zeit vergehen.
Jan-Henrik Damaschke(öffnet im neuen Fenster) ist Technical Consultant für Security und Infrastructure bei der msg services ag. Er ist ausgezeichneter Microsoft-Studentpartner und hält regelmäßig Vorträge zum Thema Security und Virtualisierung.
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