【安全与风险】互联网协议漏洞

痛定思痛。 2023-10-09 17:58 169阅读 0赞

#### 互联网协议漏洞 ####

*  互联网基础设施
 *  TCP协议栈
 *  因特网协议（IP）
 *  IP路由
 *  IP协议功能(概述)
 *  问题:没有 src IP认证
 *  用户数据报协议（UDP）
 *  传输控制协议 (TCP)
 *  TCP报头
 *  TCP(三向)握手
 *  基本安全问题
 *   *  数据包嗅听
     *  TCP连接欺骗
     *   *  随机初始TCP SNs
     *  路由的漏洞
     *   *  Arp欺骗(Man in Middle Attack)
         *  防范ARP欺骗
     *  DNS (Domain Name System)与安全问题
     *   *  DNS根名称服务器
         *  DNS查询示例
         *  缓存
         *  基本DNS漏洞
         *  DNS缓存中毒\[a la Kaminsky'08\]
         *  防御
         *  野外DNS投毒攻击
 *  总结

## 互联网基础设施 ##

![在这里插入图片描述][65344817287848ff9945f9119fec94ab.png]  
**本地和域间路由**  
用于路由和消息传递的TCP/IP

**域名系统**  
从符号名称(www.lancaster.ac.uk)查找IP地址

域名系统是Internet或专用网络内的节点、服务和其他资源的命名系统。

## TCP协议栈 ##

![在这里插入图片描述][1aa45b1be99b40a6bb3f2348894bdf99.png]  
这是通过LAN或WAN在不同机器(运行分布式应用程序)之间进行通信(向其发送数据)使用最广泛的协议，而不考虑机器中固有的硬件和软件平台。

较低的层向直接的上层提供服务。应用层是用户应用程序和下面面向通信的层之间的接口。

链路(在硬件级运行)-以太网，X.25，点对点协议(PPP)

网络(提供寻址和路由功能，将消息发送到各自的目的地)-IP(最重要的)，Internet控制消息协议(ICMP)和Internet组管理协议(IGMP)。路由器将报文转发到IP报文中指定的目的IP地址。

传输(管理端到端数据传输，可以同时处理多个数据流)-传输控制协议(TCP)提供了可靠的面向连接的服务，用户数据报协议(UDP)提供了不可靠但快速的无连接服务。

应用程序对应于特定的客户端软件应用程序(例如，文件传输，电子邮件，视频流等)- HTTP, FTP, Telnet, SMTP等。应用程序和传输之间的接口。它是根据端口号和套接字定义的。

以太网报头包含一个序文、一个起始帧分隔符(SFD)、目的地、源和类型。导语是以太网帧开始的标识符。SFD是一个字节(前文的最后一个字节)，表示下一个字节是目的MAC地址。destination字段是目的计算机的MAC地址，source字段是源计算机的MAC地址。Type是一个2字节的字段，存储有关直接上层(即IP)使用的协议的信息。

Ethernet trailer是一个包含4个字节的帧检查序列(FCS)，用于循环冗余错误检查。

## 因特网协议（IP） ##

1.  无连接，尽最大努力

1.  不可靠的

1.  IP地址

1.  命名或标记通过计算机网络相互通信的每个设备
2.  32位数字(IPv4)  
    ![在这里插入图片描述][832a518bb6974fc483c629217fc89111.png]  
    ![在这里插入图片描述][dccb30f7a5d840119bec548c953040a5.png]  
    IP根据报文头中的IP地址，将源主机的报文发送到目的主机。

它是不可靠的，因为故障可能发生，如数据损坏，数据包丢失和复制。因此，IP提供了最好的交付服务。

## IP路由 ##

![在这里插入图片描述][e748a06019164d98ba263119a256f0da.png]  
典型的路由需要几跳  
IP:无订货和发货保证

## IP协议功能(概述) ##

**路由选择**

1.  IP主机知道路由器(网关)的位置
2.  IP网关必须知道到其他网络的路由

**分段和重组**  
如果max-packet-size小于user-data-size

**错误报告**  
如果报文被丢弃，ICMP报文被发送到源

**TTL字段:每跳一次后减少**  
TTL=0时丢弃数据包。防止无限循环。

在网络上发送一个巨大的数据包在物理上是不可能的。例如，一个6000字节的数据报需要被分解成4个数据报(每个1500字节)。这个过程被称为“碎片化”。目标主机将4个数据报(按照正确的顺序)重新组装的过程称为“重新组装”。

## 问题:没有 src IP认证 ##

**客户端被信任嵌入正确的源IP**

1.  使用原始套接字很容易覆盖。
2.  **Libnet**：用于格式化带有任意IP头的原始数据包的库。
3.  任何拥有自己机器的人都可以发送数据包。

**启示（DDoS讲座中的解决方案)：**

1.  匿名DoS攻击
2.  匿名感染攻击(例如，攻击蠕虫)

## 用户数据报协议（UDP） ##

IP上不可靠的传输:

1.  没有确认
2.  没有拥塞控制
3.  没有消息延续  
    ![在这里插入图片描述][ff9ff9e7016b425097ccd29c7064e76e.png]  
    当消息流量非常大以至于减慢整个网络响应时间时，就会发生拥塞。拥塞控制机制必须在应用程序或网络级别实现(例如，漏桶算法或令牌桶算法)。

在UDP中，丢失的消息不会被重发(也就是说，没有确认)。因此，没有消息延续。

校验和验证报头和消息的数据完整性。校验和是一个表示正在发送的数据的值。接收方计算校验和。如果两个值匹配，则数据未损坏/未更改。UDP通过位补位计算校验和值。

## 传输控制协议 (TCP) ##

**以连接为导向，保持秩序**  
发送者

1.  将数据分成数据包
2.  附加数据包编号

接收者

1.  确认接收;丢失的数据包被重发
2.  按照正确的顺序重新组装包  
    ![在这里插入图片描述][c32b630394fb40718c1a6d23efa3fcec.png]

## TCP报头 ##

![在这里插入图片描述][625239b170e54833aa75766ff1092a65.png]

## TCP(三向)握手 ##

![在这里插入图片描述][d693b2ad7d204924b66940338e66d27f.png]  
这个过程是在客户端和服务器之间建立连接。

1.  客户端将段序列SNC设置为随机值randC。由于没有确认号，所以ANC的值为0。
2.  服务器回复一个确认消息SYNC/ACK。段序列是一个随机数rand，确认数是SNC的回声。
3.  最后，客户机向服务器发回一个确认。序列号为SNC+1，确认号为SNS的回声。

在流程结束时，客户端和服务器都收到了连接的确认。因此，建立了全双工通信。

## 基本安全问题 ##

1.  网络数据包通过不受信任的主机  
    1）偷听，嗅探数据包  
    2）当攻击者控制靠近受害者的机器时尤其容易
2.  TCP状态很容易猜测  
    启用欺骗和会话劫持

\*Perl和JavaScript是最常见的web脚本语言  
从用户获取详细信息

会话劫持发生在用户会话(例如，银行应用会话或社交网络会话)被攻击者接管时。

TCP的状态有:LISTEN、SYNC-SENT、SYNC-RECEIVED、ESTABLISHED、FIN-WAIT-1、FIN-WAIT-2、CLOSE-WAIT、CLOSING、LAST-ACK、TIME-WAIT和CLOSED。

### 数据包嗅听 ###

攻击者读取所有数据包

1.  读取所有未加密的数据(例如“wireshark”)
2.  FTP, Telnet(和POP, IMAP)可以明文发送密码  
    ![在这里插入图片描述][c941db5cc9224a5986bd279b102e656c.png]

### TCP连接欺骗 ###

假设init.sequence是可预测的  
攻击者可以利用伪造源IP创建TCP会话  
破坏基于ip的身份验证(例如SPF, /etc/hosts)  
![在这里插入图片描述][1ceb28d9526d49a8822c4f5fdeb99519.png]  
SPF代表发送方策略框架。是一种在邮件发送过程中检测伪造发件人地址的邮件认证方法。

#### 随机初始TCP SNs ####

不可预测的SNs会阻止基本的报文注入  
大多数TCP堆栈现在生成随机SNs  
随机发生器应该是不可预测的

### 路由的漏洞 ###

**ARP**(地址解析协议): IP地址-》Mac地址  
(发现与IP相关联的MAC (link layer address)地址)

节点A可以混淆网关，使其向B发送流量

攻击者A可以很容易地将数据包注入到B的会话中(例如WiFi网络)

#### Arp欺骗(Man in Middle Attack) ####

攻击者用自己的MAC向目标发送虚假ARP响应

目标IP上的所有流量都被路由到攻击者地址  
（对嗅探很有用）![在这里插入图片描述][eebf76e2d6fe4b9884cdf6f282d406e0.png]  
**给ARP表下毒以伪造IP地址**：

1.  嗅探局域网流量以发现IP地址
2.  攻击者使用ARP欺骗来冒充交换机/路由器和受害者的MAC地址

#### 防范ARP欺骗 ####

**静态ARP表项**

1.  最简单的认证形式是对主机ARP缓存中的关键服务使用静态只读条目。
2.  本地ARP缓存中的IP地址到mac地址的映射关系可能是静态输入的。如果存在ARP表项，则主机不需要发送ARP请求。
3.  虽然静态条目提供了一些防止欺骗的安全性，但它们会导致维护工作，因为必须生成和分发网络中所有系统的地址映射。

**ARP欺骗检测和预防软件(如xArp)**

1.  检测ARP欺骗的软件通常依赖于某种形式的认证或ARP响应的交叉检查。
2.  然后阻止未经认证的ARP响应。

如果ARP表包含两个不同的IP地址和相同的MAC地址，机器可能正在遭受ARP欺骗攻击。

### DNS (Domain Name System)与安全问题 ###

层次名称空间  
![在这里插入图片描述][1a3eded6a5da4d22b8e9fd1b57acbef8.png]

#### DNS根名称服务器 ####

**分层次服务系统**

1.  顶级域的根名称服务器
2.  子域的权威名称服务器
3.  本地名称解析器在不知道某个名称时联系权威服务器  
    ![在这里插入图片描述][80aa2c11eae746d1a3b17579df383052.png]  
    权威名称服务器提供有关区域中名称的问题的答案。

#### DNS查询示例 ####

![在这里插入图片描述][f11114abf3c14a10ae9721ddd96c635c.png]  
**DNS记录类型（部分列表）**：  
NS: 名称服务器（指向其他服务器）  
A: 地址记录（包含IP地址）

#### 缓存 ####

**缓存DNS响应**  
1）快速响应重复翻译  
2）用于查找服务器和地址  
3）域的NS记录

**DNS负查询被缓存**  
为不存在的网站节省时间，例如拼写错误。  
补充：负查询是指请求DNS服务器返回某个域名不存在的信息。

为不存在的网站节省时间，例如拼写错误。

**缓存数据定期超时**

1.  数据所有者控制的数据的生存时间(TTL)
2.  TTL通过每条记录

#### 基本DNS漏洞 ####

**用户/主机信任DNS提供的主机地址映射**：  
用作许多安全策略的基础（浏览器同源策略，URL地址栏）

**明显的问题**  
拦截DNS服务器的请求可能导致错误或恶意的响应（例如:咖啡馆里的恶意接入点）

#### DNS缓存中毒\[a la Kaminsky’08\] ####

![在这里插入图片描述][725d8da3e20f4819a5591736fcc40b67.png]  
本地DNS解析器认为攻击者是ns.bank.com

攻击者欺骗记录，试图猜测DNS查询ID。

受害者的机器访问攻击者的网站并下载JavaScript。

如果对所有j: x1 = yj攻击者获胜。

本地DNS服务器发现恶意站点并将其存储在缓存中。因此，用户被转发到恶意站点。

#### 防御 ####

A:解析器随机化它发送查询的src端口，额外的位到查询ID（现在攻击需要几个小时）

B 每个DNS查询请求两次:  
攻击者必须正确猜测QueryID两次(32位)

#### 野外DNS投毒攻击 ####

2015年1月，纽约一家大型互联网服务提供商Panix的域名被劫持到澳大利亚的一个网站。

2004年11月，谷歌和亚马逊的用户被送到Med Network Inc.，一家在线药店。

2013年3月，一个名为“自由网络部队民兵”的组织劫持了半岛电视台网站的访问者，并向他们展示了“上帝保佑我们的军队”的信息。

## 总结 ##

1.  互联网基础设施检讨
2.  安全问题
3.  基本防守技术

*Acknowledgements: Jiangtao Wang*

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