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近年来,黑客利用Internet作案的事件频频发生,导致绝密信息被窃取、重要数据被删除、网络系统遭破坏等严重后果,给用户造成了极大的损失。尽管已采取了一些安全措施,并且也已起到了很大的作用,但网络中仍存在着许多安全缺口,成为黑客的进攻突破点。TCP/IP作为Internet使用的标准协议集,是黑客实施网络攻击的重点目标。本文将围绕TCP/IP的安全性问题进行讨论。
+ |# [! Z7 n# k( Y# ^, f4 G' gTCP/IP的协议结构 ( u* Z9 g$ d5 A/ q
TCP/IP是一组协议的集合,除了最常用的TCP和IP协议外,还包含许多其他的工具性协议、管理协议及应用协议。TCP/IP的协议结构如图所示。 1 u0 A) F3 ^" q! \/ ^/ ~1 Q
其中,应用层向用户提供访问Internet的一些高层协议,使用最广泛的有TELNET、FTP、SMTP、DNS等,同时新的应用协议还在不断涌现。传送层的作用是提供应用程序(端 到端)的通信服务,该层有两个协议:传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。前者提供高可靠的面向连接的数据传送服务,后者提供无连接的高效率的数据传送服务。网间层负责相邻主机之间的通信,该层协议主要有IP和ICMP等。网络接口层是TCP/IP协议软件
0 s' `9 p+ H$ q1 H的最低一层,其主要工作有:负责接收IP数据报,通过网络向外发送或者从网络上接收物理帧,抽出IP数据报向上层传送。对不同的物理网络配以相应的网络接口协议,如物 理网是以太网时,网络接口协议须使用IP-E(RFC894)。
, g2 D7 T1 g- F+ T协议安全性分析
3 {, c0 V0 N. {9 p: C+ V 1.TCP协议
' W, A- }7 r6 e2 S r TCP使用三次握手机制来建立一条连接,握手的第一个报文为SYN包;第二个报文为 SYN/ACK包,表明它应答第一个SYN包同时继续握手过程;第三个报文仅仅是一个应答,表示为ACK包。若A为连接方,B为响应方,其间可能的威胁有:
- j0 C0 D' A# H! K ·攻击者监听B方发出的SYN/ACK报文。 ( M* A5 i2 Q; n2 q( y* I% }+ @9 k
·攻击者向B方发送RST包,接着发送SYN包,假冒A方发起新的连接。
9 p V( Q7 W7 r% m ·B方响应新连接,并发送连接响应报文SYN/ACK。 : F# ~8 d' O& b& @9 Z1 A
·攻击者再假冒A方对B方发送ACK包。 , o/ d% u4 e2 q2 Y$ T2 _+ i/ B( R
这样攻击者便达到了破坏连接的作用,若攻击者再趁机插入有害数据包,则后果更严重。
8 V3 f( J' m3 P TCP协议把通过连接而传输的数据看成是字节流,用一个32位整数对传送的字节编号。初始序列号(ISN)在TCP握手时产生,产生机制与协议实现有关。攻击者只要向目标主机发送一个连接请求,即可获得上次连接的ISN,再通过多次测量来回传输路径,得到进攻主机到目标主机之间数据包传送的来回时间RTT。已知上次连接的ISN和RTT,很容易就能预测下一次连接的ISN。若攻击者假冒信任主机向目标主机发出TCP连接,并预测到目
W( L- I7 X z7 ~6 l标主机的TCP序列号,攻击者就能伪造有害数据包,使之被目标主机接受。 5 D9 B8 @$ z0 n) a
2.IP协议和ICMP协议 + D' Z% E+ ^' U) h/ P
IP协议是TCP/IP中最重要的协议之一,提供无连接的数据包传输机制,其主要功能有:寻址、路由选择、分段和组装。传送层把报文分成若干个数据报,每个数据包在网关中进行路由选择,穿越一个个物理网络从源主机到达目标主机。在传输过程中数据包可能被分成若干小段,以满足物理网络中最大传输单元长度的要求,每一小段都当作一 个独立的数据包被传输,其中只有第一个数据报含有TCP层的端口信息。在包过滤防火墙
/ N5 g- S% \9 [中根据数据包的端口号检查是否合法,这样后续数据包可以不经检查而直接通过。攻击 者若发送一系列有意设置的数据包,以非法端口号为数据的后续数据包覆盖前面的具有 合法端口号的数据包,那么该路由器防火墙上的过滤规则被旁路,从而攻击者便达到了 进攻目的。 ) B$ R3 D7 `9 m6 i5 e$ J, V
ICMP是在网间层中与IP一起使用的协议。如果一个网关不为IP分组选择路由、不能 递交IP分组或者测试到某种不正常状态,如网络拥挤影响IP分组的传递,那么就需要IC MP来通知源端主机采取措施,避免或纠正这类问题。ICMP被认为是IP协议不可缺少的组 成部分,是IP协议正常工作的辅助协议。
" X+ O/ b; A; q/ [ ICMP协议存在的安全缺口有:
+ u0 i" I# M8 d; p 攻击者可利用ICMP重定向报文破坏路由,并以此增强其窃听能力。 ) s+ }6 {0 ~8 J7 A& ?' B+ I0 _/ e
攻击者可利用不可达报文对某用户节点发起拒绝服务攻击。 2 F) Y* {1 Z1 V5 ~1 X7 k8 q
3.路由协议
# v3 k8 o" G& b/ s7 u$ Z1 v Internet使用动态路由,通过路由器相互通信和传递路由信息,实现路由表的自动 更新。自治域内部采用的路由协议称为内部网关协议,常用的有路由信息协议RIP(Routing Information Protocol)、开放式最短路径优先协议OSPF(Open Shortest Path First)。外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择,常用的是边界网关协议BGP(Border Gateway Protocol)。 / m+ |: F) J# j0 T! N
路由协议存在的安全缺口有:
$ C( G+ f3 _: H. w2 d8 X7 [ 许多路由协议使用未加密的非一次性口令来证实数据中的路由信息,容易遭到非法窃听。
) g3 B* [3 ]: w 攻击者通过伪造一非法路由器或者其它手段发送伪造路由信息,扰乱合法路由器的路由,从而使本应到达目标主机的数据包转发至入侵主机。
) V: J1 ?0 R& [4 ?; z 由于BGP通过TCP传送数据,目前对TCP不断加剧的攻击也是影响BGP安全的一个重要因素。
6 J; F" b$ _1 H7 ~3 o1 k 4.域名系统 2 A$ u' l& C! f
为了解决IP地址难于记忆的问题,TCP/IP设计了一种层次性命名协议,即域名系统 DNS,其作用是自动将主机域名转换成对应的IP地址。DNS也存 |
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