tcp安全問題剖析

　　TCP安全問題淺析

　　TCP/IP協(xié)議定義

　　協(xié)議是互相通信的計算機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)定了計算機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)議是美國國防部高級研究計劃署為簡歷ARPANET開發(fā)的，在這個協(xié)議集中，兩個最知名的協(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），故而整個協(xié)議集被稱為TCP/IP。之所以說TCP/IP是一個協(xié)議簇，是因為TCP/IP包括了TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNET、FTP、SMTP、ARP等許多協(xié)議，對因特網(wǎng)中主機的尋址方式、主機的命名機制、信息的傳輸規(guī)則，以及各種各樣的服務(wù)功能均做了詳細約定，這些約定一起稱為TCP/IP。

　　TCP/IP協(xié)議和開放系統(tǒng)互連參考模型一樣，是一個分層結(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

　?。?）開放的協(xié)議標準，可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統(tǒng)；

　?。?）獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件，可以運行在局域網(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TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有惟一的地址；

　?。?）標準化的高層協(xié)議，可以提供多種可靠的用戶服務(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”，它是為計算機網(wǎng)絡(luò)相互連接進行通信而設(shè)計的協(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)上的所有計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，正是因為有了TCP/IP協(xié)議，因特網(wǎng)才得以迅速發(fā)展成為世界上最大的、開放的計算機通信網(wǎng)絡(luò)。

　　從表面名字上看TCP/IP包括兩個協(xié)議，傳輸控制協(xié)議（TCP）和互聯(lián)網(wǎng)際協(xié)議（IP），其實TCP/IP實際上是一組協(xié)議的集合，它包括了上百個各種功能的協(xié)議。如：遠程登錄、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€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)起來是由于它把各種不同的“幀”統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成“IP數(shù)據(jù)報”格式，這種轉(zhuǎn)換是因特網(wǎng)的一個最重要的特點。所以IP協(xié)議使各種計算機網(wǎng)絡(luò)都能在因特網(wǎng)上實現(xiàn)互通，即具有“開放性”的特點。TCP/IP協(xié)議的基本傳輸單位是數(shù)據(jù)包（datagram）。TCP協(xié)議負責(zé)把數(shù)據(jù)分成若干個數(shù)據(jù)包，并給每個數(shù)據(jù)包加上包頭，包頭上有相應(yīng)的編號，以保證在數(shù)據(jù)接收端能將數(shù)據(jù)還原為原來的格式，IP協(xié)議在每個包頭上還要加上接收端主機地址，這樣數(shù)據(jù)通過路由器中的MAC地址來確定數(shù)據(jù)的流向，如果傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)失真等情況，TCP協(xié)議會自動要求數(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，任何主機發(fā)送的每一個以太網(wǎng)幀都會到達別的與該主機處于同一網(wǎng)段的所有主機的以太網(wǎng)接口，一般地，CSMA/CD協(xié)議使以太網(wǎng)接口在檢測到數(shù)據(jù)幀不屬于自己時，就把它忽略，不會把它發(fā)送到上層協(xié)議（如ARP、RARP層或IP層）。如果我們對其稍做設(shè)置或修改，就可以使一個以太網(wǎng)接口接收不屬于它的數(shù)據(jù)幀。例如有的實現(xiàn)可以使用雜錯接點，即能接收所有數(shù)據(jù)幀的機器節(jié)點。解決該漏洞的對策是：網(wǎng)絡(luò)分段、利用交換器，動態(tài)集線器和橋等設(shè)備對數(shù)據(jù)流進行限制、加密（采用一次性口令技術(shù)）和禁用雜錯接點。

　　2.2 網(wǎng)絡(luò)層漏洞

　　幾乎所有的基于TCP/IP的機器都會對ICMP echo請求進行響應(yīng)。所以如果一個敵意主機同時運行很多個ping命令向一個服務(wù)器發(fā)送超過其處理能力的ICMP echo請求時，就可以淹沒該服務(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)中開后門進行方便的攻擊，如收集目標上的信息并進行秘密通信等。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目標端后，才被使用。這使得一個主機可以使用別的主機的IP地址發(fā)送IP包，只要它能把這類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偽裝成被目標主機信任的友好主機，即把發(fā)送的IP包中的源IP地址改成被信任的友好主機的IP地址，利用主機間的信任關(guān)系（Unix網(wǎng)絡(luò)軟件的開發(fā)者發(fā)明的術(shù)語）和這種信任關(guān)系的實際認證中存在的脆弱性（只通過IP確認），就可以對信任主機進行攻擊。注意，其中所說的信任關(guān)系是指一個被授權(quán)的主機可以對信任主機進行方便的訪問。所有的r*命令都采用信任主機方案，所以一個攻擊主機把自己的IP改為被信任主機的IP，就可以連接到信任主機并能利用r*命令開后門達到攻擊的目的。解決這個問題的一個辦法是，讓路由器拒絕接收來自網(wǎng)絡(luò)外部的IP地址與本地某一主機的IP地址相同的IP包的進入。

　　2.4 ARP欺騙

　　ARP協(xié)議在對IP地址進行解析時，利用ARP緩存（也叫ARP表）來做。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表中沒有這樣的對應(yīng)條目，ARP協(xié)議會廣播ARP請求，獲得對應(yīng)于那個IP地址的物理地址，并把該對應(yīng)關(guān)系加入到ARP表中。ARP表中的每一個條目都有一個計時器，如果計時器過期，該條目就無效，因而被從緩存中刪除。顯然，如果攻擊者暫時使用不工作的主機的IP地址，就可以偽造IP-物理地址對應(yīng)關(guān)系對，把自己偽裝成象那個暫時不使用的主機一樣?？朔藛栴}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)用戶才可以那樣做）；也可以通過向RARP服務(wù)器詢問來檢查客戶的ARP欺騙。因為RARP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，主機利用重定向報文來改變或優(yōu)化路由。如果一個路由器發(fā)送非法的重定向報文，就可以偽造路由表，錯誤引導(dǎo)非本地的數(shù)據(jù)報。另外，各個路由器都會定期向其相鄰的路由器廣播路由信息，如果使用RIP特權(quán)的主機的520端口廣播非法路由信息，也可以達到路由欺騙的目的。解決這些問題的辦法有，通過設(shè)置主機忽略重定向信息可以防止路由欺騙；禁止路由器被動使用RIP和限制被動使用RIP的范圍。

　　2.6 DNS欺騙

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

　　2.7 攔截TCP連接

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

　　2.8 使用TCP/SYN報文段淹沒服務(wù)器

　　利用TCP建立連接的3步驟的缺點和服務(wù)器端口允許的連接數(shù)量的限制，竊取不可達IP地址作為源IP地址，使得服務(wù)器端得不到ACK而使連接處于半開狀態(tài)，從而阻止服務(wù)器響應(yīng)響應(yīng)別的連接請求。盡管半開的連接會被過期而關(guān)閉的，但只要攻擊系統(tǒng)發(fā)送的spoofed SYN請求的速度比過期的快就可以達到攻擊的目的。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)核加一個補丁程序或使用一些工具對內(nèi)核進行配置。一般的做法是，使允許的半開連接的數(shù)量增加，允許連接處于半開狀態(tài)的時間縮短。但這些并不能從根本上解決這些問題。實際上在系統(tǒng)的內(nèi)存中有一個專門的隊列包含所有的半開連接，這個隊列的大小是有限的，因而只要有意使服務(wù)器建立過多的半開連接就可以使服務(wù)器的這個隊列溢出，從而無法響應(yīng)其他客戶的連接請求。

　 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層的主要曲線是缺乏有效的安全認證和保密機制，其中最主要的因素就是IP地址問題。TCP/IP協(xié)議用IP地址來作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的惟一標識，許多 TCP/IP服務(wù)，包括Berkeley中的R命令、NFS、X Window等都是基于IP地址對用戶進行認證和授權(quán)。當前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的安全機制主要是基于IP地址的包過濾（Packet Filtering）和認證（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)的真實性和安全性。然而IP地址存在許多問題，協(xié)議的最大缺點就是缺乏對IP地址的保護，缺乏對IP包中源IP地址真實性的認證機制與保密措施。這也就是引起整個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，卻仍然無法避免的就是根據(jù)TCP連接建立時“三次握手”機制的攻擊。

　　3.2 應(yīng)用服務(wù)不容樂觀

　　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)上進行與平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸，它基于一個客戶機/服務(wù)器架構(gòu)。FTP 將通過兩個信道（端口）傳輸，一個傳輸數(shù)據(jù)（TCP 端口 20），另一個傳輸控制信息（TCP 端口 21）。在控制信道之上，雙方（客戶機和服務(wù)器）交換用于發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿睢Ｒ粋€ FTP 連接包含4個步驟：用戶鑒權(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)錯誤檢測。

　　匿名FTP作為互聯(lián)網(wǎng)上廣泛應(yīng)用的服務(wù)，安全等級的低下受到了黑客的頻繁光顧。匿名FTP 是真的匿名，并沒有記錄誰請求了什么信息，誰下載了什么文件，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使用標準的用戶名和口令作為身份驗證，缺乏有效的訪問權(quán)限的控制機制，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，負責(zé)接收來自客戶端的請求，創(chuàng)建動態(tài)Web頁并響應(yīng)請求數(shù)據(jù)。最初WWW服務(wù)只提供靜態(tài)的HTML頁面，為改變?nèi)藗儗W(wǎng)絡(luò)互動請求的愿望，開始引入了CGI程序，CGI程序讓主頁活動起來。CGI程序可以接收用戶的輸入信息，一般用戶是通過表格把輸入信息傳給CGI程序的，然后CGI程序可以根據(jù)用戶的要求進行一些處理，一般情況下會生成一個HTML文件，并傳回給用戶。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。現(xiàn)在很多人在編寫CGI程序時，可能對CGI軟件包中的安全漏洞并不了解，而且大多數(shù)情況下不會重新編寫程序的所有部分，只是對其加以適當?shù)男薷模@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 開發(fā)人員并沒有在代碼編寫開始的時候就從安全防護基礎(chǔ)開始，這樣就無法確保您開發(fā)的代碼的安全性，其結(jié)果就造成了無法將應(yīng)用程序的運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地址短缺的問題，卻增加了安全風(fēng)險，使真正的端到端的安全應(yīng)用難以實現(xiàn)。端到端安全性的兩個基本組件——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安全性會更加簡便、一致。

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

　　另外，針對數(shù)據(jù)包的單向Hash算法用以提供校驗和。通信發(fā)起方計算校驗和并在發(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)包后為其計算校驗和。如果響應(yīng)方所計算出的校驗和與數(shù)據(jù)包中附帶的校驗和完全匹配，則證明數(shù)據(jù)包在傳輸過程中未被修改。校驗和的單向計算特性意味著其取值無法在傳輸過程中進行修改，這也就保證了端到端的數(shù)據(jù)傳輸過程的可信程度。