ipv6转换成ipv4_IPv6协议及其安全浅析

电玩女神 2023-01-10 13:13 429阅读 0赞

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IPv6(Internet Protocol version 6)，意为“互联网协议第6版”，不仅解决了IPv4地址空间不够的问题，还优化了网络层的通信机制，提高了报文处理过程的性能与安全性。然而IPv6依旧面临着不少安全问题，例如NDP的中间人攻击、Smurf攻击、重复地址检测(DAD)攻击等网络攻击，因此本文介绍了IPv6的基础概念及相关技术，并对IPv6存在的安全问题进行简要分析。

0x00  IPv6基础概念

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1、IPv6的地址表示

(1)用十六进制表示，如：FE80:….   (2)4个十六进制数一组，共8组，中间用“:”隔开，如：2001:12FC:…. (3)地址前缀长度用“/xx”来表示，如：1::1/64 (4)简写规则：省略每组最前的0，全0的组可以用“::”表示，但“::”只能出现一次！

2、IPv6地址分类

**单播地址**

(a) 全局单播地址(Global unicast address，GUA)，2000::/3，第一组取值从2000到3fff；典型的GUA结构如下： ![26a3def00eac2c4a6912dc2b9d6c2d53.png][] (b)链路本地地址(Link-Local Address)，前缀范围为fe80::/10，最后的64bit通常为Interface-ID(EUI-64，随机或手动配置)。   单播地址作用： (1)在获取到GUA之前，可使用LLA作为源地址与本地路由器通信，或从DHCPv6获取地址。 (2)ICMPv6 RA通告的默认网关为LLA。 (3)IGP for IPv6使用LLA作为源地址与对端建立邻接关系，发送路由更新。

(4)来自动态路由协议的路由表项的下一跳使用LLA。

**多播地址** IPv6已经去除了广播，仅剩下多播地址，采用ff00::/8作为前缀。 (所谓多播，即一对多的数据包)

(a)ff00:/8，为IPv6多播保留前缀；

(b)标志位，前三个bit皆为0，最后一个bit为T flag，用于标记两种类型的多播。

永久的(0)，也被称为预定义多播，包括已知著名多播和请求节点多播。

临时的(1)，也叫动态分配的多播，通常由多播程序分配使用。

(c)范围，定义了多播包所能转发的范围

(d)组ID，代表了不同的多播组

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3、IPv6邻居发现协议NDP

NDP邻居发现协议是ICMPv6新增的功能，用于在相同子网内(或链路上)进行设备发现和消息控制。

NDP包含5种消息类型：

(1)邻居请求(NS)(2)邻居通告(NA)：用于链路上两台设备的通信，常见的功能是完成ARP解析。

![833b9ef950592f6037e6f14022e47c83.png][]

(3)路由器请求(RS)(4)路由器通告(RA)：用于链路上设备和路由器之间的通信，常见的功能是IPv6地址的无状态自动配置。

![bb0a30581fbaa7dfd00e9a4cf3cc0cc9.png][]

(5) 重定向

4、IPv6的动态地址分配

(1)NDP中的RA消息包含了如下地址相关信息：

(a)网络前缀及前缀长度，以及关于本链路的其它一些信息；

(b)默认网关地址(链路上路由器接口的LLA，即RA消息的IPv6源地址)

(c)3个标志位，用于建议设备如何获取IPv6地址信息，分别为A(自主地址配置)、O(其它配置)和M(手动配置)

(d)可选的信息，如域名，DNS服务器列表。(2)与IPv4不一样的是，IPv6设备能够在无DHCP服务的情况下，动态的确定自己的编址。

如下图所示，使用路由器通告(RA)消息的情况下，可以选择以下三种方式的一种确定编址：

![c9b0cc117e7ca2014e34cab7b69f85b9.png][]

**方法一：**无状态地址自动配置(LAAC)，设备仅使用RA消息确认自己的所有地址需求，即使用前缀生产自己的GUA，使用RA的源地址作为默认网关地址。 **方法二：**SLAAC和无状态HCPv6务器，与方法一一样，通过RA消息确认自己的IPv6 GUA，使用RA源地址作为默认网关，但是通过无状态DHCPv6获取其它信息，如DNS服务器地址。此时DHCPv6服务器不提供和维护IPv6 GUA信息。 **方法三：**有状态DHCPv6务器，与IPv4的DHCP一样，通过DHCPv6获取GUA，但是默认网关依然采用RA的源地址。 5、IPv6与IPv4比较

![45433c199967f00f4c623dafd28794ef.png][]

不同点：

(1)名称相同的字段：

**版本(version)：**IPv4的值为4，IPv6的值为6；

**源地址与目的地址：**IPv4的长度为32bit，IPv6的长度为128bit；

(2)名称已更变的字段，以及名称相同但一些情景下功能不同的字段：

**ToS字段**更变为Traffic Class，IPv4可以选择使用IP优先级(3bit)或DSCP，IPv6只使用DSCP方法；

**总长度字段**更变为Payload Length，IPv4总长度字段包含了IPv4头部和数据，而IPv6的长度字段仅为净荷长度(包含扩展头部)；

**TTL字段**更变为Hop Limit，作用相同，仅名称发生变化；

**协议字段**更变为Next Header，协议字段用于指示数据包净荷所承载的数据类型，IPv6的下一头部功能相似，但还可以指示下一扩展头部；

(3)以下IPv4字段已经从IPv6中移除：

**Header Length：**由于IPv6的头部为固定长度(40字节)，因此不再需要该字段；

**Identification，Flags，Fragment Offset：**这些字段用于IPv4的报文分片，而IPv6仅在数据源执行分片，且分片通过分片扩展包头实现；

**Header Checksum：**由于TCP、UDP都拥有自己的校验和，因此无需在L3再加入本字段

**Option：**已被IPv6扩展头部替代。

**Padding：**由于IPv6头部长度为固定的40字节，因此无需进行填充。

(4)以下字段为IPv6新增： **Flow Label：**可以对数据包进行流标记，被定义用于“real-time”服务；(5)以下头部为IPv6新增： **Extension Header：**扩展头部用于为IPv6提供功能扩展性。其它特性：L2帧头中EtherType字段为0x86dd；分片由分片扩展头部实现。 0x02 IPv6过渡技术

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1、双栈技术

所谓双栈设备，是指该设备既安装IPv4又安装IPv6的协议栈，从而实现分别与IPv4或IPv6节点间的信息互通。双栈设备可以是主机、打印机、服务器、路由器或其它配置支持两个协议的设备。

![4abac1719cfd22a9eb2deaba6e15a402.png][]

2、翻译技术

由于IPv4与IPv6共存必然存在很长时间，除了通过双栈的逐步演进，成熟可靠的过渡技术也能更好地支持网络平滑迁移至IPv6。早期的过渡技术NAT-PT，在实际网络应用中存在各种缺陷，IETF已不推荐使用，被RFC4966废除。当前较为主流的过渡技术为IETF设计的新的解决方案：NAT64和DNS64。

NAT64与DNS64协同，主要实现IPv6-Only的客户向IPv4-Only的服务端发起通信的场景。当然，NAT64也能够使用静态或手动绑定实现IPv4-Only的客户端向IPv6-Only的服务端发起通信的场景。

NAT64主要工作在有状态的形式(与IPv4的NAT相似)，它将维护IPv6与IPv4之间的绑定(binding)，具体操作如下：

(a)在两个协议之间执行IP头部转换

(b)在两个协议之间执行IP地址转换

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如图：来看一个IPv6-Only的客户端向IPv4-Only发起通信的实例：

**步骤1：**客户端A想要访问www.example.com，于是向LDNS(DNS64)请求AAAA解析。

**步骤2-5：**DNS64本地无相关缓存，向IPv6 DNS权威服务器请求解析，依然无记录(error)，转而向IPv4 DNS权威请求解析，得到该域名的A记录，10.10.10.10。

**步骤6-7：**DNS64服务器接收到域名的A记录，然后使用DNS64前缀2001:db8:cafe:aaaa::/96，及IPv4 地址10.10.10.10，生成IPv6AAAA解析，即2001:db8:cafe:aaaa::0a0a:0a0a/96。

**步骤8：**客户端A使用自己的IPv6地址作为源地址，获得的IPv6AAAA解析作为目的地址，发出通信报文。

源地址为：2001:db8:cafe:1::100

目的地址为：2001:db8:cafe:aaaa::0a0a:0a0a

**步骤9：**NAT64路由器接收到该数据包，执行如下行为：

(a)将IPv6头部转换为IPv4头部

(b)IPv6目标地址移除NAT64前缀，将低位32bit的0a0a:0a0a转换为10.10.10.10。

(c)IPv6源地址使用地址池进行转换，可以是1:1或PAT。这里源地址被转换成192.168.99.9。

(d)完成上述动作，NAT64路由器生成一条包含源目的地址的有状态转换条目，当数据包返回时，执行反向转换。

3、隧道技术

隧道技术允许处于孤岛的IPv6设备通过IPv4网络环境相互通信。隧道拥有两种类型的协议，即传输(Transport)协议和被运载(Passenger)协议。在IPv6过渡技术中，传输协议为IPv4，而被运载协议为IPv6。

隧道涉及两台设备，隧道的端点及管理协议，因此拥有三个组件：隧道进入点，隧道离去点，隧道管理协议。按照隧道端点设备的类型，可以分为：主机到主机，主机到路由器，路由器到路由器所谓隧道，即双层报文头部，具体如图：

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0x03 IPv6面临的网络攻击

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1、NDP的中间人攻击

IPv4中的ARP协议正是由于其默认子网内节点可信而导致其易受Spoofing、DoS等攻击，而且在IPv6中节点除需要利用 NDP进行地址解析之外，还需利用其进行网络配置，如获取地址前缀、MTU等网络参数和进行路由器发现等，所以当 IPv6 被部署在一个非可信网络中，或当可信网络中某节点被入侵而成为恶意节点时，网络中的节点就可能遭受恶意节点利用NDP的安全缺陷进行中间人攻击。

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2、Smurf攻击

在IPv4网络中，Smurf攻击可以通过发送伪造的ICMP回应请求到广播地址。请求的源地址是攻击的目标。IPv6没有广播地址，但是它具有一个多播地址，可以到达网络中的所有节点，从而达到完成Smurf攻击。

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3、重复地址检测(DAD)攻击

在无状态地址自动配置中,新IP地址在使用前需要进行重复地址检测。在检测过程中,一旦有攻击节点声称解析地址已经被占用,将导致节点地址配置失败,从而形成重复地址检测攻击。

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4、其他攻击

*  由于分段过程是由源设备和目标设备执行的，因此IPv6分段攻击可用于绕过入侵检测系统。
 *  为了帮助IPv4到IPv6机制，有一些已知的隧道技术容易受到拒绝服务攻击。
 *  在IPv4网络中使用Teredo隧道的计算机可以用来绕过防火墙和IDS作为网络外围防御。
 *  对TCP的ICMP攻击仍然有效

0x04 IPv6防护思路

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目前正处在IPv4和IPv6共存的时期，对于过渡时期的安全防护可以从以下几个方面着手。

*  将传统不支持IPv6地址的安全设备，更换为支持IPv6的安全设备进行日常防护；
 *  为了防护IPv6的扩展头攻击，防火墙设备需要支持检查IPv6扩展头合法性的功能；
 *  在防火墙设备和边界设备上实施入口过滤机制，来缓解网络间的源地址伪造攻击；
 *  过渡技术中采用隧道技术时，要尽量使用静态配置隧道，来降低动态隧道的伪造和非法接入的安全风险；
 *  做好IPv6的安全隔离，缩减暴露面，减小被攻击的风险。

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