IP欺骗攻击

第一节、IP欺骗攻击
IP欺骗是在服务器不存在任何漏洞的情况下，通过利用TCP/IP协议本身存在的一些缺陷进行攻击的方法，这种方法具有一定的难度，需要掌握有关协议的工作原理和具体的实现方法。
一、TCP、IP协议的简单说明：
TCP/IP（传输入控制地议/网际协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据传输格式以及传送方式，TCP/IP是因特网的基础协议。要想当黑客就有必要了解TCP/IP协议。
在数据传送中，可以形象的理解为有两个信封：TCP和IP信封。要送递的信息被分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并在该信封上记录有分段号的信息，再将TCP信封塞入IP大信封里，发送到网上。在扫收端，一个TCP软件包收集信封，抽出数据，按发送关的顺序还原，并加以校验，若发现差错，TCP将会要求重发。因此TCP/IP在因特网中几乎可以无差错地传送数据。对因特网用户来说，并不需要了解网络协议的整个结构，仅需了解IP的地址格式，即可与世界各地进行网络通信。
1、TCP/IP的层次结构：
TCP/IP协议组中的协议因特网上数据的传输，提供了几乎目前上网所用到的所有服务，在TCP/IP协议组中有两种协议：
（1）网络层协议：
网络层协议管理离散计算机间的数据传输。这些协议用户注意不到，它们是个系统表层以下工作的。比如，IP协议为用户和远程计算机提供了信息包的传输方法，它是在许多信息的基础上工作的。比如机器的IP地址。在机器的IP地址和其他信息的基础上，IP确保信息包正确达到目的机器。通过这一过程，IP和其他网络层的协议一共同用于数据传输。如果没有网络工具，用户就看不到在系统里工作的机器的IP。
（2）应用层协议：
相反地，应用层协议是可以看到的。比如，文件传输协议（FTP)是可以看到的。用户为了传一个文件而请求一个和其他计算机连接，连接建立后，就开始传输文件，在传输时，用户和远程计算机的交换的一部分是能看到的。
2、TCP/IP的重要协议：
（1）地址解析协议（ARP)：
在网络上进行通信的主机必须知道对方主机的硬件地址（网卡的物理地址）。地址解析协议的目的就是将IP地址映射成物理地址。这在使信息通过网络时特别重要。一个消息（或者其他数据）在发送之前，被打包到IP包里面，或适合于因特网传输信息块中，其中包括两台计算机的IP地址。 在这个包离开发送计算机前，必须找到目标的硬件地址，这就是ARP最初到达的地方。
一个ARP请求消息会在网上广播。请求由一个进程接收，它回复物理地址。这个

回复消息由原先的那台发送广播消息的计算机接收，从而传输过程就开始了。
ARP的设计包括一个缓存。为了减少广播量，ARP在缓存中保存地址映射以备后用。ARP级存保存有动态项和静态项。动态项是自动加和删除的，静态项则是保留在缓存(Cache)中，直到计算机重启为止。ARP缓存总是为本地子网保留硬件广播地址(0xffffffffffffh)用为一个永久项，此项使主机能够接收ARP广播。当果看存时，该项不会显示。每条ARP缓存记录的生命周期为10分种，如果2分种未用则删除。缓存容量满时，删除最早的记录，但是，缓存也引起了安全性的问题。那就是缓存溢出——这不是本文的讨论内容，所以就不说了。
（2）因特网控制消息协议（ICMP）：
因特网控制消息协议（ICMP)用于报告错误并IP对消息进行控制。IP运用互联组管理协议(IGMP)来告诉路由器某一网络上指导组中有哪些可用主机。
以ICMP实现的最著名的网络工具是Ping。Ping通常用来判断一台远程机器是否正开着，数据包从用户的计算机发到远程计算机，这些包通常返回到用户的计算机，如果数据据包没有返回到用户计算机，Ping程序就产生一个表示远程计算机关机的错误消息。
二、IP攻击中如何建立建立信任关系：
IP欺骗是利用了主机之间的正常信任关系来发动的，所以在介绍IP欺骗攻击之前，先说明一下什么是信任关系，信任关系是如何建立的。
在UNIX主机中，存在着一种特殊的信任关系。假设有两台主机hosta和hostb，上面各有一个帐户Tomy，在使用中会发现，在hosta上使时要输入在hosta上的相应帐户Tomy，在hostb上使用时必须输入用hostb的帐户Tomy，主机hosta和hostb把Tomy当做两个互不相关的用户，这显然有些不便。为了减少这种不便，可以在主机hosta和hostb中建立起两个帐户的相互信任关系。在hosta和hostb上Tomy的home目录中创建.rhosts文件。从主机hosta上，在你的home目录中用命令echo “hostb Tomy”>~/.hosts实现hosta&hostb的信任关系，这时，你从主机hostb上，你就能毫无阻碍的使用任何以r开头的远程调用命令，如：rlogin、rsh、rcp等，而无需输入口令验证就可以直接登录到hosta上。这些命令将充许以地址为基础的验证，允许或者拒绝以IP地址为基础的存取服务。这里的信任关系是基于IP的地址的。
当/etc/hosts.equiv中出现一个 “+”或者$HOME/.rhosts中出现 “++”时，表明任意地址的主机可以无须口令验证而直接使用r命令登陆此主机，这是十分危险的，而这偏偏又是某些管理员不重视的地方。下面我们看一下rlogin的用法。
rlogin是一个简单的/服务器程序，它的作用和telnet差不多，不同的是telnet完全依赖口

令验证，而rlogin是基于信任关系的验证，其次到才进行口令验证的，它使用了TCP协议进行传输。当用户从一台主机登陆到另一台主机上，并且，如果目录主机信任它，rlogin将允许在不应答口令的性况下使用目标主机上的资源，安全验证完便基于源主机的IP地址。因此，根据以上所举的例子，我们能利用rlogin来从hostb远程登陆到hosta，而且不会被提示出入口令！
三、IP欺骗的理论根据：
看到上面的说明，每一个黑客都会想到：既然hosta和hostb之间的信任关系是基于IP址而建立起来的，那么假如能够冒充hostb的IP，就可以使用rlogin登录到hosta，而不需任何口令验证。这就是IP欺骗的最根本的理论依据。但是，事情远没有想像中那么简单！虽然可以通过编程的方法随意改变发出的包的IP地址，但TCP协议对IP进行了进一步的封装，它是一种相对可靠的协议，不会让黑客轻易得逞。下面看一下正常的TCP/IP会话的过程：
由于TCP是面向连接的协议，所以在双方正式传输数据之前，需要用“三次握手”来建立一个稳重的连接。假设还是hosta和hostb两台主机进行通信，hostb首先发送带有SYN标志的数据段通知hosta建立TCP连接，TCP的可靠性就是由数据包中的多位控制字来提供的，其中最重要的是数据序列SYN和数据确认标志ACK。B将TCP报头中的SYN设为自己本次连接中的初始值（ISN）。
当hosta收到hostb的SYN包之后，会发送给hostb一个带有SYN+ACK标志的数据段，告之自己的ISN，并确认hostb发送来的第一个数据段，将ACK设置成hostb的SYN+1。
当hostb确认收到hosta的SYN+ACK数据包后，将ACK设置成hosta的SYN+1。Hosta收到hostb的ACK后，连接成功建立，双方可以正式伟输数据了。
看了这个过程，我们就很容易想到，假如想冒充hostb对hosta进行攻击，就要先使用hostb的IP地址发送SYN标志给hosta，但是当hosta收到后，并不会把SYN+ACK发送到我们的主机上，而是发送到真正的hostb上去，这时IP欺骗就失败了，因为hostb根本没发送发SYN请请。所以如果要冒充hostb，首先要让hostb失去工作能力，也就是所谓的拒绝服务攻击，设法让让hostb瘫痪。
可是这样还是远远不够的，最难的就是要对hosta进行攻击，必须知道hosta使用的ISN。TCP使用的ISN是一个32位的计数器，从0到4,294,967,295。TCP为每一个连接选择一个初始序列号ISN，为了防止因为延迟、重传等扰乱三次握手，ISN不能随便选取，不同的系统有着不同的算法。理解TCP如何分配ISN以及ISN随时间的变化规律，对于成功的进行IP欺骗攻击是很重要的！ISN约每秒增加128 000，如果有连接出现，每次连接将把计数器的数值增加64,000。很显然，这使得用于表示ISN的32位计

数器在没有连接的情况下每9.32小时复位一次。这所以这样，是因为它有利于最大于度地减少“旧有”连接的信息干扰当前连接的机会。如果初始序例号是随意选择的，那么不能保证现有序例号是不同于先前的。假设有这样一种情况，在一个路由回路中的数据包最终跳出循环，回到了“旧有”的连接，显然这会对现有连接产生干扰。预测出攻击目标的序例号非常困难，而且各个系统也不想同，在Berkeley系统，最初的序列号变量由一个常数每秒加1产生，等加到这个常数的一半时，就开始一次连接。这样，如果开始啊一个合法连接，并观察到一个ISN正在使用，便可以进行预测，而且这样做有很高的可信度。现在我们假设黑客已经使用某种方法，能预测出ISN。在这种情况下，他就可以将ACK序便号送给hosta，这时连接就建立了。
四、IP欺骗攻击过程解析：
IP欺骗由若干步骤组成，下面是它的详细步骤：
1、使被信任主机失去工作能力：
为了伪装成被信任主机而不露陷，需要使其完全失去工作能力。由于攻击者将要代替真正的被信任主机，他必须确保真正的被信任主机不能收到任何有效的网络数据，否则将会被揭穿。有许多方法可以达到这个目的（如SYN洪水攻击、TTN、Land等攻击）。现假设你已经使用某种方法使得被信任的主机完全失去了工作能力。
2、序例号取样和猜测：
前面讲到了，对目标主机进行攻击，必须知道目标主机的数据包序例号。通常如何进行预测呢？往往先与被攻击主机的一个端口（如：25）建立起正常连接。通常，这个过程被重复N次，并将目标主机最后所发送的ISN存储起来。然后还需要进行估计他的主机与被信任主机之间的往返时间，这个时间是通过多次统计平均计算出来的。往返连接增加64,000.现在就可以估计出ISN的大小是128,000乘以往返时间的一半，如果此时目标主机刚刚建立过一个连接，那么再加上64 ,00。
一旦估计出ISN的大小，就开始着手进行攻击，当然你的虚假TCP数据包进入目标主机时，如果刚才估计的序例号是准确的，进入的数据将被放置在目标机的缓冲区中。但是在实际攻击过程中往往没这么幸运，如果估计序例号的小于正确值，那么将被放弃。而如果估计的序例号大于正确值，并且在缓冲区的大小之内，那么该数据被认为是一个未来的数据，TCP模块将等待其他缺少的数据。如果估计序例号大于期待的数字且不在缓冲区之内，TCP将会放弃它并返回一个期望获得的数据序例号。
你伪装成被信任的主机IP，此时该主机仍然处在瘫痪状态，然后向目标主机的513端口（rlogin）发送连接请求。目标主

机立刻对连接请求作出反应，发更新SYN+ACK确认包给被信任主机，因为此时被信任主机仍然处于瘫痪状态，它当然无法收到这个包，紧接关攻击者向目标主机发送ACK数据包，该包使用前面估计的序例号加1。如果攻击者估计正确的话，目标主机将会接收该ACK。连接就正式建立起了，可以开始数据传输了。这时就可以将cat ‘++’>>~/.rhosts命令发送过去，这样完成本次攻击后就可以不用口令直接登录到目标主机上了。如果达到这一步，一次完整的IP欺骗就算完成了，黑客已经在目标机上得到了一个Shell权限，接下来就是利用系统的溢出或错误配置扩大权限，当然黑客的最终目的还是获得服务器的root权限。
3、总结一下IP攻击的整个步骤：
（1）首先使被信任主机的网络暂时瘫痪，以免对攻击造成干扰；
（2）然后连接到目标机的某个端口来猜测ISN基值和增加规律；
（3）接下来把源址址伪装成被信任主机，发送带有SYN标志的数据段请求连接；
（4）然后等待目标机发送SYN+ACK包给已经瘫痪的主机；
（5）最后再次伪装成被信任主机向目标机发送的ACK，此时发送的数据段带有预测的目标机的ISN+1；
（6）连接建立，发送命令请求。
五、具体实现过程：
对于以上的理论，如何才能真正实现呢？现在我们共同看一下一次完整的IP欺骗攻击过程，并且将理论上升到实际应用中。下面的攻击过程是利用tcpdump记录下来的，tcpdump是一个sniffer程序，用来纪录系统的各种细节问题，因此需要先说明一下有关纪录环境：
Server:一台运行Solaris的Sparc工作站；
x-terminal：被攻击的服务器；
IP欺骗攻击开始于1994年12月25日 14:09:32 米特尼客的第一轮探测来自于一台名叫的主机，这显然是他事先攻破的一台系统，用来做跳板的，他在上运行了以下命令：
#finger –l @target
#finger –l @server
#finger –l root@server
#finger –l @x-terminal
#shownoumt –e x-terminal
#rpcinfo –p x-terminal
#finger –l root@x-terminal
这些命令的的作用显然是在探测攻击目标之间潜在的信任关系，因为只有在发现了信任关系才能进行IP欺骗。Showmount和rcpinfo的源端口探测又说明了攻击者已经得到了root权限。
大约在六分钟之后，tcpdump检测到一阵急风暴雨般的TCP SYN包从130.92.6.7猛烈的涌向Server 的513（rlogin）端口。很显然，这是在使用SYN洪水拒绝服务攻击server，目的当然是让他失去工作能力了。这也就是前面提到的第一步。因为513端口是以root权限运行的，所以现在server.login可以被用来作为进行IP欺骗的伪造源了。当然

，这个的谓的攻击方IP130.92.6.97 也是一个伪造的IP，这样它才不会接收到server的回应包。
相关数据纪录：

14:18:22:516699 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726960:1382726960(0) win 4096
14:18:22:566069 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726961:1382726961(0) win 4096
14:18:22:744477 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726962:1382726962(0) win 4096
14:18:22:830111 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726963:1382726963(0) win 4096
14:18:22:886128 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726964:1382726964(0) win 4096
14:18:22:943514 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726965:1382726965(0) win 4096
14:18:23:002715 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726966:1382726966(0) win 4096
14:18:23:103275 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726967:1382726967(0) win 4096
14:18:23:162781 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726968:1382726968(0) win 4096
14:18:23:225384 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726969:1382726969(0) win 4096
14:18:23:282625 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726970:1382726960(0) win 4096
14:18:23:342657 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726971:1382726961(0) win 4096
14:18:23:403083 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726972:1382726962(0) win 4096
14:18:23:903700 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726973:1382726963(0) win 4096
14:18:24:003252 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726974:1382726964(0) win 4096
14:18:24:084827 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726975:1382726965(0) win 4096
14:18:24:142774 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726976:1382726966(0) win 4096
14:18:24:203195 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726977:1382726967(0) win 4096
14:18:24:294773 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726978:1382726968(0) win 4096
14:18:24:382841 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726979:1382726969(0) win 4096
14:18:24:443309 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726980:1382726960(0) win 4096
14:18:24:643249 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726981:1382726961(0) win 4096
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14:18:25:153536 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726985:1382726965(0) win 4096
14:18:25:400869 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726986:1382726966(0) win 4096
14:18:25:483127 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726987:1382726967(0) win 4096
14:18:25:599582 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726988:1382726968(0) win 4096
14:18:25:653131 130.92.6.97.600 > server.login: S 1382726989:1382726969(0) win 4096

server 在连接序例被塞满之前对前八个SYN请求做

出了SYN+ACK回应，一旦没有ACK包来回应它，server将周期性地重发SYN+ACK包。接下来有20个从发出的连接请求被送往x-terminal.shell，这些连接请求的目的是预测server的TCP序例号生成器的行为。可以注意到每一个连接的初始序例号的增量提示了SYN包不是通过系统的TCP执行产生的。攻击者立刻用RST包来断开x-terminal发来的SYN+ACK包，以使x-terminal的连接序例不至于被塞满，因为毕竟x-terminal是黑客所要攻击的目标，x-terminal发出的每一个SYN+ACK包的初始序例号都比前一个增加了128,000字节。
Server.lgoin的伪造SYN请求发往了x-terminal.shell。推断x-terminal可信任server，所所以会响应来自server 或者伪装成server的主机的所有请求。然后就是，x-terminal用SYN+ACK包回应了server的连接请求，这时因为server仍然处于瘫痪状态，所以它当然不会响应任何来自于x-terminal的包。正常情况下SYN+ACK包是用来期待正确的ACK确认包的，但是攻击者能够预测出x-terminal的TCP序例号生成器的包含SYN+ACK的序例号，所以他不用看到SYN+ACK就可以发出回应的ACK包，如下：
14:18:36.245045 server.login > x-terminal.shell: S 1382727010(0) win 4906
14:18:36.755522 server.login >x-terminal.shell .ack 2024384001 win 4096
到目前为止，伪装成server的主机已经通过 IP欺骗与x-terminal.shell建立了一次正常的rsh连接，这时一旦x-terminal做出任何应答，攻击者就可以维持连接并且发送出数据，下面他发送了如下数据：
14:18:37.265404 server.login > x-terminal.shell: P 0:2(2)ack 1 win 4906
14:18:37.775872 server.login > x-terminal.shell: P 2:7(5)ack 1 win 4906
14:18:37.287404 server.login > x-terminal.shell: P 7:32(25)ack 1 win 4906
这些数据是由tcpdump记录下来的，对应的命令其实就是：server#rsh x-terminal “echo ++ >>/.rhosts”
即在x-terminal上建立起使得任何主机都可以无须口令而行访问的/.rhosts文件，然后断开连接。
上面的整个过程看上去好像很多，但实际从发送第一个数据包，到发送最后一个数据包仅仅用了16秒！这一过程只不过是运行了事先写好的程序而已。
六、防备IP欺骗攻击：
对于来自网络外部的欺骗，防范的方法很简单，只需要在局域网的对外路由器上加一个限制设置就可以实现了，在路由器的设置里面禁止运行声称来自于网络内部的信息包。
对于来自局域网外部的IP欺骗攻击的防范则可以使用防火墙进行防范，但是对于来自内部的攻击通过设置防火墙则起步到什么作用，这个时候应该注意内部网的路由器是否支持内部接口。如果路由器支持内部网络子网的两个接口，则必须提高警惕，因为它很容易受到IP欺骗，这也正是为什么Web服务器放在防火墙外面更加安

全的原因。
通过对信息包的监控来检查IP欺骗攻击将是非常有效的方法，使用netlog等信息包检查工具对信息的源地址和目的地址进行验证，如果发现了信息包来自两个一上的不同地址，则说明系统有可能受到了IP欺骗攻击，防火墙外面正有黑客试图入侵系统。