基于ETHERNET的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽以及ARP欺騙

基于ETHERNET的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽以及ARP欺騙

１引言網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽，亦稱為網(wǎng)絡(luò)嗅探，是利用計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接口監(jiān)視并查看網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的一種技術(shù)。它工作在網(wǎng)絡(luò)的底層，能夠把網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)娜繑?shù)據(jù)記錄下來。監(jiān)聽器(sniffer)不僅可以幫助網(wǎng)絡(luò)管理員查找網(wǎng)絡(luò)漏洞和檢測網(wǎng)絡(luò)性能，還可以分析網(wǎng)絡(luò)的流量，以便找出網(wǎng)絡(luò)中存在的潛在問題。不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，其可監(jiān)聽性是不同的。但一般說來，以太網(wǎng)、FDDIToken、微波和無線網(wǎng)絡(luò)都有很高的可能性被監(jiān)聽。實際應(yīng)用中的sniffer分軟、硬兩種。軟件監(jiān)聽器便宜，易于使用，缺點(diǎn)是往往無法抓取網(wǎng)絡(luò)上所有的傳輸數(shù)據(jù)(比如碎片)，也就可能無法全面了解網(wǎng)絡(luò)的故障和運(yùn)行情況;硬件監(jiān)聽器通常稱為協(xié)議分析儀，它的優(yōu)點(diǎn)恰恰是軟件監(jiān)聽器所欠缺的，但是價格昂貴。目前主要使用的是軟件監(jiān)聽器代寫論文。2網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的原理在以太網(wǎng)中，所有的通訊都是“廣播”式的，也就是說通常同一個網(wǎng)段的所有網(wǎng)絡(luò)接口都可以訪問在信道上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)。在一個實際系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的收發(fā)是由網(wǎng)卡來完成，每個網(wǎng)卡都有一個唯一的MAC地址。網(wǎng)卡接收到傳輸來的數(shù)據(jù)以后，網(wǎng)卡內(nèi)的單片程序檢查數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，根據(jù)計算機(jī)上的網(wǎng)卡驅(qū)動程序設(shè)置的接收模式來判斷該不該接收該幀。若認(rèn)為應(yīng)該接收，則接收后產(chǎn)生中斷信號通知CPU，若認(rèn)為不該接收則丟棄不管。正常情況下，網(wǎng)卡應(yīng)該只是接收發(fā)往自身的數(shù)據(jù)包，或者廣播和組播報文，對不屬于自己的報文則不予響應(yīng)?？扇绻W(wǎng)卡處于混雜模式，那么它就能接收一切流經(jīng)它的數(shù)據(jù)，而不管該數(shù)據(jù)幀的目的地址是否是該網(wǎng)卡。因此，只要將網(wǎng)卡設(shè)置成混雜模式(promiscuous)，那么它就可以捕獲網(wǎng)絡(luò)上所有的報文和幀，這樣也就達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的目的。由此可見，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽必須要滿足兩個條件:①網(wǎng)絡(luò)上的通訊是廣播型的。②網(wǎng)卡應(yīng)設(shè)置為混雜模式。這在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)中是滿足的。因為傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是共享型的，所有的主機(jī)都連接到HUB，而HUB對數(shù)據(jù)包的傳輸形式是廣播。這意味著發(fā)給某個主機(jī)的數(shù)據(jù)包也會被其它所有主機(jī)的網(wǎng)卡所收到。因此在這樣的環(huán)境中，任何設(shè)置成混雜模式的主機(jī)，都可以捕獲發(fā)送給其它主機(jī)的數(shù)據(jù)包，從而竊聽網(wǎng)絡(luò)上的所有通信?？扇缃?，隨著交換機(jī)的廣泛使用，更多的以太網(wǎng)是屬于交換型的。所有的主機(jī)都連接到SWITCH，對于發(fā)給某個特定主機(jī)的數(shù)據(jù)包會被SWITCH從特定的端口送出，而不是像HUB那樣，廣播給網(wǎng)絡(luò)上所有的機(jī)器。這種傳輸形式使得交換型以太網(wǎng)的性能大大提高，但同時也破壞了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的第一個前提條件，使得上文中所述的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽器無法工作。因此，在交換網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽面臨的一個主要問題就是:如何使本不應(yīng)到達(dá)的數(shù)據(jù)包到達(dá)本網(wǎng)段。通常的解決方法主要有兩種，一種是ARP欺騙(ARPSpoof)，另一種就是MAC水包(MACFlooding)。其中MACFlooding就是指向交換機(jī)發(fā)送大量含有虛假M(fèi)AC地址和IP地址的IP包，從而使得交換機(jī)內(nèi)部的地址表“溢出”，進(jìn)入所謂的“打開失效”模式，迫使SWITCH以類似于HUB的廣播方式工作，向網(wǎng)絡(luò)上所有的機(jī)器廣播數(shù)據(jù)包。本文將要詳細(xì)分析ARP欺騙模式。3ARP欺騙3.1ARP(AddressResolutionProtocol)的工作機(jī)制在以太網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包是以太包，而以太包是依據(jù)其首部的MAC地址來進(jìn)行尋址的。發(fā)送方必須知道目的主機(jī)的MAC地址才能向其發(fā)送數(shù)據(jù)。ARP協(xié)議的作用就在于把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，也即是把32bit的IP地址變換成48bit的以太網(wǎng)地址。為避免頻繁發(fā)送ARP包進(jìn)行尋址，每臺主機(jī)都有一個ARP高速緩存，其中記錄了最近一段時間內(nèi)其它IP地址與其MAC地址的對應(yīng)關(guān)系。如果本機(jī)想與某臺主機(jī)通信，則首先在ARP緩存中查找這臺主機(jī)的IP和MAC信息，若存在，則直接利用此MAC地址構(gòu)造以太包;若不存在，則向網(wǎng)絡(luò)上廣播一個ARP請求包。目的主機(jī)收到此請求包后，發(fā)送一個ARP應(yīng)答包。本機(jī)收到此應(yīng)答包后，把相關(guān)信息記錄在ARP高速緩存中，然后再進(jìn)行發(fā)送。由此可見，ARP協(xié)議是有缺陷的。一臺惡意的主機(jī)可以構(gòu)造一個ARP欺騙包，而源主機(jī)卻無法分辨真假。3.2相關(guān)協(xié)議的幀格式為了論述的簡潔性，文中我們對以太網(wǎng)中ARP幀格式做如3.3ARPSpoof原理實驗環(huán)境如下圖所示:在這個交換網(wǎng)絡(luò)中有四臺PC，其中HostD試圖進(jìn)行ARP欺騙來監(jiān)聽HostA的數(shù)據(jù)流。假設(shè)主機(jī)A要與主機(jī)B通信，但A在其ARP緩存中沒有找到有關(guān)主機(jī)B的MAC信息。于是，主機(jī)A發(fā)出ARP請求包:正常情況下，主機(jī)B回應(yīng)一個ARP應(yīng)答包:但同時，主機(jī)D也監(jiān)聽到了ARP請求包，隨后它也發(fā)出了一個偽造的ARP應(yīng)答包:這樣，主機(jī)A就收到了兩個ARP應(yīng)答包，一個來自主機(jī)B，一個來自主機(jī)D。當(dāng)A收到主機(jī)B的ARP應(yīng)答包后的一段時間，其ARP表確實會正確記錄著B的IP-to-MACmapping表項。但隨后，它收到了D的ARP包，并且它也仍然認(rèn)為這是正確的。于是，它修改自己緩存中的ARP表。此后，若A向B發(fā)送數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)實際上是流向D。同理，主機(jī)D也可以對主機(jī)B進(jìn)行欺騙，使流向A的數(shù)據(jù)流向D，并且啟用自己的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，充當(dāng)man-in-middle，這樣，主機(jī)D就達(dá)到了監(jiān)聽主機(jī)A通訊的目的。3.4程序處理流程下面給出了程序的處理流程。(1)獲取目的主機(jī)A的IP，并將它和本機(jī)IP、本機(jī)MAC地址分別保存到dst_ip，own_ip，own_mac中。(2)向主機(jī)A發(fā)出正常的ARP請求包，以得到dst_mac。(3)初始化數(shù)據(jù)鏈路，將NIC置為promiscuous模式。(4)進(jìn)入主循環(huán)，開始監(jiān)聽數(shù)據(jù)包，置flag=0。(5)取出一個包，檢查是否是Ethernet類型的ARP包，若不是，轉(zhuǎn)步驟(10)。再比較發(fā)送端IP地址或接收端IP地址是否等于own_ip，若是，轉(zhuǎn)步驟(10)。否則繼續(xù)。(6)檢查發(fā)送端IP地址，若等于dst_ip，則置flag=1，記錄下接收端IP地址sec_ip，然后向此接收端(主機(jī)B)發(fā)出正常的ARP請求包，以得到sec_mac。(7)若flag=0，檢查接收端IP地址，若等于dst_ip，則置flag=-1，記錄下發(fā)送端IP地址sec_ip，以及發(fā)送端MAC地址sec_mac。(8)若flag=1，則用dst_ip，dst_mac，sec_ip，own_mac偽造針對主機(jī)A的ARP應(yīng)答包，生成一個Ethernet報頭，將其發(fā)送出去。接著，用sec_ip，sec_mac，dst_ip，own_mac偽造針對主機(jī)B的ARP包，并將此ARP包中可選域置為空，生成一個Ethernet報頭，將其發(fā)送出去。(9)若flag=-1，則用sec_ip，sec_mac，dst_ip，own_mac偽造針對主機(jī)B的ARP應(yīng)答包，生成一個Ethernet報頭，將其發(fā)送出去。接著，用dst_ip，dst_mac，sec_ip，own_mac偽造針對主機(jī)A的ARP包，并將此ARP包中可選域置為空，生成一個Eth-ernet報頭，將其發(fā)送出去。(10)轉(zhuǎn)入步驟(4)，繼續(xù)監(jiān)聽數(shù)據(jù)包。對此流程，有以下幾點(diǎn)需要補(bǔ)充說明:·為了能讓主機(jī)A和B正常通信，應(yīng)在運(yùn)行此程序之前打開主機(jī)D上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。·因為是在交換網(wǎng)絡(luò)中，所以只能監(jiān)聽到ARP請求包，而3.5程序結(jié)果分析本程序在交換網(wǎng)絡(luò)中能夠很好的完成欺騙的任務(wù)，讓本不應(yīng)到達(dá)的數(shù)據(jù)包到達(dá)本網(wǎng)段，從而使得在交換網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽成為可能。從中我們也可以看出，許多傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)都是建立一種非常友好的，通信雙方充分信任的基礎(chǔ)之上。這樣，就給了很多別有用心的網(wǎng)絡(luò)使用者一些可乘之機(jī)。為此，在這里也想根據(jù)我們的實踐經(jīng)驗對如何防范交換網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)聽提出一些參考意見。第一，使用靜態(tài)ARP表。從我們的實驗可以看出，如果目的主機(jī)A采用的是靜態(tài)ARP表，則我們所做的欺騙就會失效。因此，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較固定，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模比較小的情況下，我們可以在重要的主機(jī)或工作站上通過設(shè)置靜態(tài)ARP表的方法來防止網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽。第二，會話加密。我們不應(yīng)把網(wǎng)絡(luò)安全信任關(guān)系建立在IP地址或硬件MAC地址的基礎(chǔ)上。而是應(yīng)該對所傳輸?shù)闹匾獢?shù)據(jù)事先進(jìn)行加密，再開始傳輸。這樣，即使我們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被惡意主機(jī)監(jiān)聽到，它也無法獲取切實有用的信息。第三，主動地檢測網(wǎng)絡(luò)嗅探器。上面的兩種方法都是比較被動的方法，我們也可以主動出擊，來檢查網(wǎng)絡(luò)中是否存在網(wǎng)絡(luò)嗅探器。·對ARP包進(jìn)行檢查，看是否經(jīng)常出現(xiàn)類似的ARP請求。這可以借鑒網(wǎng)絡(luò)的異常檢測方法。通過建立異常檢測模型，來對網(wǎng)絡(luò)上的ARP請求包進(jìn)行實時的監(jiān)測分析?！ねㄟ^測量網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)的響應(yīng)時間，網(wǎng)絡(luò)通訊的丟包率，以及網(wǎng)絡(luò)帶寬來看是否出現(xiàn)了反常。4結(jié)論本文介紹了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的基本原理，并特別針對如何在交換網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中的監(jiān)聽進(jìn)行了詳細(xì)討論。由此，可以發(fā)現(xiàn)ARP協(xié)議的一些漏洞，并針對這些漏洞進(jìn)行了ARP欺騙的實驗。實驗結(jié)果表明，將傳統(tǒng)的集線器升級為交換機(jī)，雖然能夠增加網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的難度，但仍然無法