tcp安全問(wèn)題剖析

　　TCP安全問(wèn)題淺析

　　TCP/IP協(xié)議定義

　　協(xié)議是互相通信的計(jì)算機(jī)雙方必須共同遵從的一組約定。TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）就是這樣的約定，它規(guī)定了計(jì)算機(jī)之間互相通信的方法。TCP/IP是為了使接入因特網(wǎng)的異種網(wǎng)絡(luò)、不同設(shè)備之間能夠進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)通訊，而預(yù)先制定的一簇大家共同遵守的格式和約定。該協(xié)議是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署為簡(jiǎn)歷ARPANET開(kāi)發(fā)的，在這個(gè)協(xié)議集中，兩個(gè)最知名的協(xié)議就是傳輸控制協(xié)議（TCP， Transfer Contorl Protocol）和網(wǎng)際協(xié)議（IP，Internet Protocol），故而整個(gè)協(xié)議集被稱(chēng)為T(mén)CP/IP。之所以說(shuō)TCP/IP是一個(gè)協(xié)議簇，是因?yàn)門(mén)CP/IP包括了TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等許多協(xié)議，對(duì)因特網(wǎng)中主機(jī)的尋址方式、主機(jī)的命名機(jī)制、信息的傳輸規(guī)則，以及各種各樣的服務(wù)功能均做了詳細(xì)約定，這些約定一起稱(chēng)為T(mén)CP/IP。

　　TCP/IP協(xié)議和開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型一樣，是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)。協(xié)議的分層使得各層的任務(wù)和目的十分明確，這樣有利于軟件編寫(xiě)和通信控制。TCP/IP協(xié)議分為4層，由下至上分別是網(wǎng)路接口層、網(wǎng)際層、傳輸層和應(yīng)用層，如圖1-1所示

　　圖1-1 TCP/IP 協(xié)議層次圖

　　1.2 TCP/IP協(xié)議的主要特點(diǎn)

　　（1）開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)；

　?。?）獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)，更適用于互聯(lián)網(wǎng)中；

　?。?）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案，使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址；

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶(hù)服務(wù)。

　　1.3 TCP/IP協(xié)議的總體概況

　　目前在Internet上使用的是TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議叫做傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議，它是Internet國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。TCP/IP是網(wǎng)絡(luò)中使用的基本的通信協(xié)議。其中IP（Internet Protocol）全名為“網(wǎng)際互連協(xié)議”，它是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議。TCP（Transfer Control Protocol）是傳輸控制協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是能夠使連接到網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，正是因?yàn)橛辛薚CP/IP協(xié)議，因特網(wǎng)才得以迅速發(fā)展成為世界上最大的、開(kāi)放的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。

　　從表面名字上看TCP/IP包括兩個(gè)協(xié)議，傳輸控制協(xié)議（TCP）和互聯(lián)網(wǎng)際協(xié)議（IP），其實(shí)TCP/IP實(shí)際上是一組協(xié)議的集合，它包括了上百個(gè)各種功能的協(xié)議。如：遠(yuǎn)程登錄、文件傳輸和電子郵件等等，而TCP協(xié)議和IP協(xié)議是保證數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)膬蓚€(gè)基本的重要協(xié)議。IP協(xié)議之所以能使各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來(lái)是由于它把各種不同的“幀”統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成“IP數(shù)據(jù)報(bào)”格式，這種轉(zhuǎn)換是因特網(wǎng)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)。所以IP協(xié)議使各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都能在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互通，即具有“開(kāi)放性”的特點(diǎn)。TCP/IP協(xié)議的基本傳輸單位是數(shù)據(jù)包（datagram）。TCP協(xié)議負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)分成若干個(gè)數(shù)據(jù)包，并給每個(gè)數(shù)據(jù)包加上包頭，包頭上有相應(yīng)的編號(hào)，以保證在數(shù)據(jù)接收端能將數(shù)據(jù)還原為原來(lái)的格式，IP協(xié)議在每個(gè)包頭上還要加上接收端主機(jī)地址，這樣數(shù)據(jù)通過(guò)路由器中的MAC地址來(lái)確定數(shù)據(jù)的流向，如果傳輸過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)失真等情況，TCP協(xié)議會(huì)自動(dòng)要求數(shù)據(jù)重新傳輸，并重新組。?？傊?，IP協(xié)議保證數(shù)據(jù)的傳輸，而TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸基于TCP/IP協(xié)議的4層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、接口層。

　　 各協(xié)議層存在的安全漏洞

　　2.1 鏈路層存在的安全漏洞

　　我們知道，在以太網(wǎng)中，信道是共享的，任何主機(jī)發(fā)送的每一個(gè)以太網(wǎng)幀都會(huì)到達(dá)別的與該主機(jī)處于同一網(wǎng)段的所有主機(jī)的以太網(wǎng)接口，一般地，CSMA/CD協(xié)議使以太網(wǎng)接口在檢測(cè)到數(shù)據(jù)幀不屬于自己時(shí)，就把它忽略，不會(huì)把它發(fā)送到上層協(xié)議（如ARP、RARP層或IP層）。如果我們對(duì)其稍做設(shè)置或修改，就可以使一個(gè)以太網(wǎng)接口接收不屬于它的數(shù)據(jù)幀。例如有的實(shí)現(xiàn)可以使用雜錯(cuò)接點(diǎn)，即能接收所有數(shù)據(jù)幀的機(jī)器節(jié)點(diǎn)。解決該漏洞的對(duì)策是：網(wǎng)絡(luò)分段、利用交換器，動(dòng)態(tài)集線(xiàn)器和橋等設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行限制、加密（采用一次性口令技術(shù)）和禁用雜錯(cuò)接點(diǎn)。

　　2.2 網(wǎng)絡(luò)層漏洞

　　幾乎所有的基于TCP/IP的機(jī)器都會(huì)對(duì)ICMP echo請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)。所以如果一個(gè)敵意主機(jī)同時(shí)運(yùn)行很多個(gè)ping命令向一個(gè)服務(wù)器發(fā)送超過(guò)其處理能力的ICMP echo請(qǐng)求時(shí)，就可以淹沒(méi)該服務(wù)器使其拒絕其他的服務(wù)。另外，ping命令可以在得到允許的網(wǎng)絡(luò)中建立秘密通道從而可以在被攻擊系統(tǒng)中開(kāi)后門(mén)進(jìn)行方便的攻擊，如收集目標(biāo)上的信息并進(jìn)行秘密通信等。解決該漏洞的措施是拒絕網(wǎng)絡(luò)上的所有ICMP echo響應(yīng)。

　　2.3 IP漏洞

　　IP包一旦從網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送出去，源IP地址就幾乎不用，僅在中間路由器因某種原因丟棄它或到達(dá)目標(biāo)端后，才被使用。這使得一個(gè)主機(jī)可以使用別的主機(jī)的IP地址發(fā)送IP包，只要它能把這類(lèi)IP包放到網(wǎng)絡(luò)上就可以。因而如果攻擊者把自己的主機(jī)偽裝成被目標(biāo)主機(jī)信任的友好主機(jī)，即把發(fā)送的IP包中的源IP地址改成被信任的友好主機(jī)的IP地址，利用主機(jī)間的信任關(guān)系（Unix網(wǎng)絡(luò)軟件的開(kāi)發(fā)者發(fā)明的術(shù)語(yǔ)）和這種信任關(guān)系的實(shí)際認(rèn)證中存在的脆弱性（只通過(guò)IP確認(rèn)），就可以對(duì)信任主機(jī)進(jìn)行攻擊。注意，其中所說(shuō)的信任關(guān)系是指一個(gè)被授權(quán)的主機(jī)可以對(duì)信任主機(jī)進(jìn)行方便的訪(fǎng)問(wèn)。所有的r*命令都采用信任主機(jī)方案，所以一個(gè)攻擊主機(jī)把自己的IP改為被信任主機(jī)的IP，就可以連接到信任主機(jī)并能利用r*命令開(kāi)后門(mén)達(dá)到攻擊的目的。解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)辦法是，讓路由器拒絕接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)外部的IP地址與本地某一主機(jī)的IP地址相同的IP包的進(jìn)入。

　　2.4 ARP欺騙

　　ARP協(xié)議在對(duì)IP地址進(jìn)行解析時(shí)，利用ARP緩存（也叫ARP表）來(lái)做。ARP緩存的每一條目保存有IP地址到物理地址的映射。如果在ARP表中沒(méi)有這樣的對(duì)應(yīng)條目，ARP協(xié)議會(huì)廣播ARP請(qǐng)求，獲得對(duì)應(yīng)于那個(gè)IP地址的物理地址，并把該對(duì)應(yīng)關(guān)系加入到ARP表中。ARP表中的每一個(gè)條目都有一個(gè)計(jì)時(shí)器，如果計(jì)時(shí)器過(guò)期，該條目就無(wú)效，因而被從緩存中刪除。顯然，如果攻擊者暫時(shí)使用不工作的主機(jī)的IP地址，就可以偽造IP-物理地址對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)，把自己偽裝成象那個(gè)暫時(shí)不使用的主機(jī)一樣。克服此問(wèn)題的方法是，讓硬件地址常駐內(nèi)存，并可以用ARP命令手工加入（特權(quán)用戶(hù)才可以那樣做）；也可以通過(guò)向RARP服務(wù)器詢(xún)問(wèn)來(lái)檢查客戶(hù)的ARP欺騙。因?yàn)镽ARP服務(wù)器保留著網(wǎng)絡(luò)中硬件地址和 IP的相關(guān)信息。

　　2.5 路由欺騙

　　在路由協(xié)議中，主機(jī)利用重定向報(bào)文來(lái)改變或優(yōu)化路由。如果一個(gè)路由器發(fā)送非法的重定向報(bào)文，就可以偽造路由表，錯(cuò)誤引導(dǎo)非本地的數(shù)據(jù)報(bào)。另外，各個(gè)路由器都會(huì)定期向其相鄰的路由器廣播路由信息，如果使用RIP特權(quán)的主機(jī)的520端口廣播非法路由信息，也可以達(dá)到路由欺騙的目的。解決這些問(wèn)題的辦法有，通過(guò)設(shè)置主機(jī)忽略重定向信息可以防止路由欺騙；禁止路由器被動(dòng)使用RIP和限制被動(dòng)使用RIP的范圍。

　　2.6 DNS欺騙

　　網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)都信任DNS服務(wù)器，如果DNS服務(wù)器中的數(shù)據(jù)被攻擊者破壞，就可以進(jìn)行DNS欺騙。

　　2.7 攔截TCP連接

　　攻擊者可以使TCP連接的兩端進(jìn)入不同步狀態(tài)，入侵者主機(jī)向兩端發(fā)送偽造的數(shù)據(jù)包。冒充被信任主機(jī)建立TCP連接，用SYN淹沒(méi)被信任的主機(jī)，并猜測(cè)3步握手中的響應(yīng)（建立多個(gè)連接到信任主機(jī)的TCP連接，獲得初始序列號(hào)ISN（Initial Serial Number）和RTT，然后猜測(cè)響應(yīng)的ISN，因?yàn)樾蛄刑?hào)每隔半秒加64000，每建立一個(gè)連接加64000）。預(yù)防方法：使所有的r*命令失效，讓路由器拒絕來(lái)自外面的與本地主機(jī)有相同的IP地址的包。RARP查詢(xún)可用來(lái)發(fā)現(xiàn)與目標(biāo)服務(wù)器處在同一物理網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)的攻擊。另外ISN攻擊可通過(guò)讓每一個(gè)連接的ISN隨機(jī)分配配合每隔半秒加64000來(lái)防止。

　　2.8 使用TCP/SYN報(bào)文段淹沒(méi)服務(wù)器

　　利用TCP建立連接的3步驟的缺點(diǎn)和服務(wù)器端口允許的連接數(shù)量的限制，竊取不可達(dá)IP地址作為源IP地址，使得服務(wù)器端得不到ACK而使連接處于半開(kāi)狀態(tài)，從而阻止服務(wù)器響應(yīng)響應(yīng)別的連接請(qǐng)求。盡管半開(kāi)的連接會(huì)被過(guò)期而關(guān)閉的，但只要攻擊系統(tǒng)發(fā)送的spoofed SYN請(qǐng)求的速度比過(guò)期的快就可以達(dá)到攻擊的目的。這種攻擊的方法一直是一種重要的攻擊ISP（Internet Service Provider）的方法，這種攻擊并不會(huì)損害服務(wù)，而是使服務(wù)能力削弱。解決這種攻擊的辦法是，給Unix內(nèi)核加一個(gè)補(bǔ)丁程序或使用一些工具對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置。一般的做法是，使允許的半開(kāi)連接的數(shù)量增加，允許連接處于半開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間縮短。但這些并不能從根本上解決這些問(wèn)題。實(shí)際上在系統(tǒng)的內(nèi)存中有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的隊(duì)列包含所有的半開(kāi)連接，這個(gè)隊(duì)列的大小是有限的，因而只要有意使服務(wù)器建立過(guò)多的半開(kāi)連接就可以使服務(wù)器的這個(gè)隊(duì)列溢出，從而無(wú)法響應(yīng)其他客戶(hù)的連接請(qǐng)求。

　 關(guān)于TCP/IP協(xié)議族存在的脆弱性剖析

　　3.1 TCP/IP協(xié)議族存在脆弱性

　　IP層的主要曲線(xiàn)是缺乏有效的安全認(rèn)證和保密機(jī)制，其中最主要的因素就是IP地址問(wèn)題。TCP/IP協(xié)議用IP地址來(lái)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的惟一標(biāo)識(shí)，許多 TCP/IP服務(wù)，包括Berkeley中的R命令、NFS、X Window等都是基于IP地址對(duì)用戶(hù)進(jìn)行認(rèn)證和授權(quán)。當(dāng)前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制主要是基于IP地址的包過(guò)濾（Packet Filtering）和認(rèn)證（Authentication）技術(shù)，它的有效性體現(xiàn)在可以根據(jù)IP包中的源IP地址判斷數(shù)據(jù)的真實(shí)性和安全性。然而IP地址存在許多問(wèn)題，協(xié)議的最大缺點(diǎn)就是缺乏對(duì)IP地址的保護(hù)，缺乏對(duì)IP包中源IP地址真實(shí)性的認(rèn)證機(jī)制與保密措施。這也就是引起整個(gè)TCP/IP協(xié)議不安全的根本所在。

　　由于UDP是基于IP協(xié)議之上的，TCP分段和UDP協(xié)議數(shù)據(jù)包是封裝在IP包中在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)?，因此同樣面臨IP層所遇到的安全威脅?，F(xiàn)在人們一直在想辦法解決，卻仍然無(wú)法避免的就是根據(jù)TCP連接建立時(shí)“三次握手”機(jī)制的攻擊。

　　3.2 應(yīng)用服務(wù)不容樂(lè)觀(guān)

　　3.2.1 文件傳輸協(xié)議

　　FTP經(jīng)久不衰的原因在于它可以在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行與平臺(tái)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸，它基于一個(gè)客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)。FTP 將通過(guò)兩個(gè)信道（端口）傳輸，一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)（TCP 端口 20），另一個(gè)傳輸控制信息（TCP 端口 21）。在控制信道之上，雙方（客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器）交換用于發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿?。一個(gè) FTP 連接包含4個(gè)步驟：用戶(hù)鑒權(quán)→建立控制信道→建立數(shù)據(jù)信道→關(guān)閉連接。FTP 的連接控制使用 TCP （Transmission Control Protocol， 傳輸控制協(xié)議），它保障了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。因此，F(xiàn)TP 在數(shù)據(jù)傳輸中不需要關(guān)心分組丟失和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)。

　　匿名FTP作為互聯(lián)網(wǎng)上廣泛應(yīng)用的服務(wù)，安全等級(jí)的低下受到了黑客的頻繁光顧。匿名FTP 是真的匿名，并沒(méi)有記錄誰(shuí)請(qǐng)求了什么信息，誰(shuí)下載了什么文件，上傳了什么東西（有可能是木馬）。FTP存在著致命的安全缺陷，F(xiàn)TP使用標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)名和口令作為身份驗(yàn)證，缺乏有效的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的控制機(jī)制，而其口令和密碼的傳輸也都是明文的方式。

　　3.2.2 Web服務(wù)

　　Web服務(wù)器位于宿主基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的前端，它與Internet直接相連，負(fù)責(zé)接收來(lái)自客戶(hù)端的請(qǐng)求，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)Web頁(yè)并響應(yīng)請(qǐng)求數(shù)據(jù)。最初WWW服務(wù)只提供靜態(tài)的HTML頁(yè)面，為改變?nèi)藗儗?duì)網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)請(qǐng)求的愿望，開(kāi)始引入了CGI程序，CGI程序讓主頁(yè)活動(dòng)起來(lái)。CGI程序可以接收用戶(hù)的輸入信息，一般用戶(hù)是通過(guò)表格把輸入信息傳給CGI程序的，然后CGI程序可以根據(jù)用戶(hù)的要求進(jìn)行一些處理，一般情況下會(huì)生成一個(gè)HTML文件，并傳回給用戶(hù)。很多CGI 程序都存在安全漏洞，很容易被黑客利用做一些非法的事情?，F(xiàn)在很多人在編寫(xiě)CGI程序時(shí)，可能對(duì)CGI軟件包中的安全漏洞并不了解，而且大多數(shù)情況下不會(huì)重新編寫(xiě)程序的所有部分，只是對(duì)其加以適當(dāng)?shù)男薷?，這樣很多CGI程序就不可避免的具有相同的安全漏洞。很多 SQL Server 開(kāi)發(fā)人員并沒(méi)有在代碼編寫(xiě)開(kāi)始的時(shí)候就從安全防護(hù)基礎(chǔ)開(kāi)始，這樣就無(wú)法確保您開(kāi)發(fā)的代碼的安全性，其結(jié)果就造成了無(wú)法將應(yīng)用程序的運(yùn)行控制在所需的最低權(quán)限之內(nèi)。

　　3.3 提高網(wǎng)絡(luò)可信度

　　前面的IPv4存在的弊端，很多安全防范技術(shù)被忽略了，它不可避免地被新一代技術(shù)IPv6取代。IPsec安全協(xié)議就是事后 發(fā)展的一種協(xié)議（如圖3-1），而NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，Network Address Translation）解決了IP地址短缺的問(wèn)題，卻增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，使真正的端到端的安全應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。端到端安全性的兩個(gè)基本組件——鑒權(quán)和加密都是IPv6協(xié)議的集成組件；而在IPv4中，它們只是附加組件，因此，采用IPv6安全性會(huì)更加簡(jiǎn)便、一致。

　　在現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，尤其是園區(qū)網(wǎng)當(dāng)中，由于不存在NAT地址轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，所以IPSec具備允許部署可信計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的基本特征。IPSec數(shù)據(jù)包驗(yàn)證能夠確保整個(gè)IP報(bào)頭、下一層協(xié)議（例如TCP、UPD或ICMP）報(bào)頭以及數(shù)據(jù)包有效負(fù)載的數(shù)據(jù)完整性。 華夏網(wǎng)管ofAdmin.Com

　　另外，針對(duì)數(shù)據(jù)包的單向Hash算法用以提供校驗(yàn)和。通信發(fā)起方計(jì)算校驗(yàn)和并在發(fā)送之前將其附加到數(shù)據(jù)包中；響應(yīng)方則在收到數(shù)據(jù)包后為其計(jì)算校驗(yàn)和。如果響應(yīng)方所計(jì)算出的校驗(yàn)和與數(shù)據(jù)包中附帶的校驗(yàn)和完全匹配，則證明數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中未被修改。校驗(yàn)和的單向計(jì)算特性意味著其取值無(wú)法在傳輸過(guò)程中進(jìn)行修改，這也就保證了端到端的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的可信程度。