基于Wireshark的ARP欺騙分析及發(fā)現(xiàn)技術(shù)

任皓

（解放軍總醫(yī)院計算機室，北京100853）

目前，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，為人民日常生活提供了諸多便利，比如視頻聊天、購物、閱讀新聞、資源共享等，但是網(wǎng)絡(luò)自身也存在著不足。近年來，一些不法分子通過網(wǎng)絡(luò)竊取公民和企業(yè)私密信息，給人們的日常生活和工作帶來威脅。其中，ARP欺騙[1-3]是黑客竊取信息的一種有效手段，它可以截獲網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，從中分析出帳號、口令等敏感信息[4]，還可以進一步分析通信內(nèi)容，便于對通信內(nèi)容實施篡改和重放，即使信息加密，黑客也可以嘗試密碼破譯[5-6]，所以ARP欺騙是實施網(wǎng)絡(luò)攻擊的重要手段。同時，它的隱蔽性極高，不會影響用戶的正常通信，不易被用戶察覺，所以要想發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的ARP欺騙行為，需要采用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進行詳細的監(jiān)控和分析，鎖定可疑主機，并結(jié)合多種網(wǎng)絡(luò)檢測方法，正確識別出ARP欺騙行為。

1 ARP欺騙原理及特點

ARP協(xié)議是Address Resolution Protocol地址解析協(xié)議的縮寫，數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)中以幀的方式進行傳輸，根據(jù)幀中目標(biāo)主機的MAC（Medium Access Control）地址來尋址[7]。該協(xié)議具有高效的優(yōu)點，但是缺乏驗證機制，當(dāng)主機接收到ARP數(shù)據(jù)包時，不會進行任何認(rèn)證就刷新自己的ARP高速緩存[8-9]。利用這一點可以實現(xiàn)ARP欺騙，造成ARP緩存中毒[10]，將錯誤的IP地址和MAC地址的映射信息記錄在自己的ARP高速緩存中。

ARP欺騙有兩種實現(xiàn)方法。一種實現(xiàn)方法是利用ARP請求[11-12]。黑客主機可以發(fā)送ARP請求，在ARP請求的源IP地址和源MAC地址字段填充虛假的信息。圖1是利用ARP請求實施ARP欺騙的一個示例。主機A的IP地址為209.0.0.5，MAC地址為00-00-C0-15-AD-18。為了實施ARP欺騙，它采用發(fā)送ARP請求的方法，源IP地址被填充為209.0.0.7，即主機Z的IP地址。當(dāng)主機A廣播欺騙性的ARP請求時，網(wǎng)絡(luò)中的主機都會相應(yīng)更新自己的ARP高速緩存，把IP地址209.0.0.7與MAC地址00-00-C0-15-AD-18聯(lián)系在一起。此后這些主機需要向主機Z的IP地址發(fā)送數(shù)據(jù)包時，將依據(jù)ARP高速緩存中的錯誤信息向主機A發(fā)送數(shù)據(jù)包。由于ARP請求以廣播的形式發(fā)送，一個包含欺騙性信息的ARP請求將刷新網(wǎng)絡(luò)中所有主機的ARP高速緩存，影響面大。這是一種優(yōu)勢也是一種缺陷，缺陷主要在于欺騙行為過于明顯，容易被發(fā)現(xiàn)。此外，在圖1所示的示例中，當(dāng)主機A發(fā)送ARP請求時，身份被偽造的主機Z將彈出IP地址沖突的對話框，因為它發(fā)現(xiàn)一臺主機使用的IP地址與自己相同。身份被偽造的主機可以通告網(wǎng)絡(luò)管理員進行排查，發(fā)現(xiàn)實施ARP欺騙的主機。

圖1 利用ARP請求實施ARP欺騙

實施ARP欺騙的另外一種方法是利用ARP響應(yīng)。一臺主機發(fā)送ARP請求以后，如果有其他主機發(fā)送欺騙性的ARP響應(yīng)，發(fā)送請求的主機不會進行甄別，會認(rèn)為ARP響應(yīng)的內(nèi)容真實并刷新自己的ARP高速緩存。圖2是利用ARP響應(yīng)實施ARP欺騙的一個示例。主機A發(fā)送ARP請求，希望獲得IP地址為209.0.0.6的主機的MAC地址。主機Z發(fā)出欺騙性的ARP響應(yīng)，聲稱與209.0.0.6對應(yīng)的MAC地址是自己的MAC地址08-00-2B-00-EE-0C。主機A在收到響應(yīng)后會將主機Z提供的欺騙性信息記錄下來。

圖2 利用ARP響應(yīng)實施ARP欺騙

利用ARP響應(yīng)實施欺騙，主機不會檢查自己是否發(fā)送過ARP請求，所有的ARP應(yīng)答都會接收下來。這給黑客利用ARP響應(yīng)實施欺騙提供了極大便利。采用ARP響應(yīng)進行欺騙，針對性強，只有黑客希望欺騙的目的主機會刷新ARP高速緩存，其他主機不受干擾。此外，身份被偽造的主機上也不會有告警信息出現(xiàn)。因此，ARP欺騙是實施網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽的有效手段。ARP病毒程序就是采用ARP欺騙實施中間人攻擊來監(jiān)聽兩臺主機間的通信數(shù)據(jù)[13-14]。舉例來看，在圖3中，主機Z希望監(jiān)聽主機A與主機B之間的數(shù)據(jù)通信。為了達成此目的，主機Z向主機A發(fā)送欺騙性的ARP報文，使得在主機A的ARP高速緩存將主機B的IP地址209.0.0.6與主機Z的MAC地址08-00-2B-00-EE-0C綁定。同時，主機Z向主機B發(fā)送欺騙性的ARP報文，使得在主機B的ARP高速緩存將主機A的IP地址209.0.0.5與主機Z的MAC地址08-00-2B-00-EE-0C綁定。在這種情況下，當(dāng)主機A需要向主機B發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，目的MAC地址中將填入主機Z的MAC地址，即主機Z能夠收到主機A發(fā)向主機B的數(shù)據(jù)。相應(yīng)的，主機B向主機A發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，真正的接收者也是主機Z。主機Z在主機A和主機B之間再進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，即可以確保監(jiān)聽兩臺主機的所有通信數(shù)據(jù)，同時不會干擾主機A和主機B的相互通信。

2 ARP欺騙的實施

在一個局域網(wǎng)中，使用Cain工具[15]仿真利用ARP欺騙攻擊來監(jiān)聽兩臺主機之間的通信。主機A和主機B使用飛秋進行通信，主機C使用Cain工具對主機A和B進行ARP欺騙攻擊。其中，局域網(wǎng)的網(wǎng)段范圍為10.65.19.1到10.65.19.254，主機A的IP地址為10.65.19.1，主機B的IP地址為10.65.19.96。

在主機C中安裝好Cain工具后，對主機所在的局域網(wǎng)進行掃描和嗅探，嗅探一段時間后，可以在界面上看到局域網(wǎng)上主機的列表，列表中顯示了主機的IP地址和所對應(yīng)的MAC地址。如果嗅探到希望監(jiān)聽的兩臺主機，Cain就開始對主機A和B進行ARP欺騙攻擊，并進行監(jiān)聽，界面中將顯示監(jiān)聽到的主機A和B之間發(fā)送消息的數(shù)量，如圖3所示。

圖3 開始ARP欺騙攻擊

3 利用Wireshark分析發(fā)現(xiàn)ARP欺騙

采用數(shù)據(jù)包分析技術(shù)，使用Wireshark軟件[16]捕獲數(shù)據(jù)包，對主機C實時監(jiān)聽，在主機C上啟動Wireshark，捕獲主機C分別發(fā)送給主機A和主機B的ARP請求，如圖4所示。通過上述分析，可以知道Cain利用了ARP請求進行ARP欺騙攻擊。Cain在攻擊時，通過ARP請求詢問“who has 10.65.19.1”，同時ARP請求中“Sender IP address”字段填入主機B的IP地址 10.65.19.96，而“Sender MAC address”字段填入的卻是主機C的MAC地址。主機A在收到該ARP請求后，將根據(jù)這兩個字段更新自己的ARP高速緩存，把主機B的IP地址與主機C的MAC地址聯(lián)系在一起，此后主機A需要向主機B發(fā)送數(shù)據(jù)包時，將依據(jù)ARP高速緩存中的錯誤信息向主機C發(fā)送數(shù)據(jù)包；同理，主機C在通過ARP請求詢問“who has 10.65.19.96”時，主機B也將更改自己的ARP高速緩存。

圖4 捕獲的ARP請求

當(dāng)主機A和B之間使用飛秋通信時，原本是A發(fā)送給B的數(shù)據(jù)包，發(fā)送給了主機C，原本是B發(fā)送給A的數(shù)據(jù)包，也發(fā)送給了主機C，使用Cain可以發(fā)現(xiàn)Wireshark捕獲了它們之間的通信數(shù)據(jù)包，如圖5所示。而A、B之間使用飛秋能夠正常通信，說明Cain在監(jiān)聽到數(shù)據(jù)包的同時，又將數(shù)據(jù)包重新發(fā)回給原來的接收方，不會影響雙方的通信。通過分析可知，ARP欺騙行為十分隱蔽，被監(jiān)聽雙方的通信不會受到影響，所以幾乎無法感知，但是通過捕獲的數(shù)據(jù)包，可以看出實施ARP欺騙的主機會在短時間內(nèi)發(fā)送大量的ARP請求或者ARP響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，這種現(xiàn)象可以幫助網(wǎng)絡(luò)管理員發(fā)現(xiàn)實施ARP欺騙的可疑主機。同時，結(jié)合以下檢測方法，可以進一步準(zhǔn)確地識別出實施ARP欺騙的主機：一是采用PING主機的方法。網(wǎng)絡(luò)管理員向可疑主機發(fā)送定制的PING數(shù)據(jù)包，目的IP地址是可疑主機的IP地址，目的MAC地址是隨機填入的數(shù)值。如果目的主機的網(wǎng)卡處于正常工作模式，這種數(shù)據(jù)包將會被丟棄，如果目的主機的網(wǎng)卡工作在混雜模式，它將接受數(shù)據(jù)包，主機對這個異常的PING數(shù)據(jù)包進行回應(yīng)，那么該主機就是實施ARP欺騙的主機；二是發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)包的方法。向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送大量的MAC地址不存在的數(shù)據(jù)包，正常的主機會丟棄這些數(shù)據(jù)包，而網(wǎng)卡處于混雜模式的主機會接收這些數(shù)據(jù)包進行處理，這些數(shù)據(jù)包會占用監(jiān)聽主機大部分CPU資源，導(dǎo)致計算機性能下降。此時，網(wǎng)絡(luò)管理員向可疑主機發(fā)送PING數(shù)據(jù)包，并比較發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)包前后可疑主機的響應(yīng)速度是否下降，如果響應(yīng)速度變慢了，可以推斷出該主機正在實施ARP欺騙。

圖5 Wireshark捕獲通信數(shù)據(jù)包

4 結(jié) 論

本文先對ARP欺騙的原理和特征進行了詳細的介紹，再采用Cain軟件對ARP欺騙過程進行仿真實驗，實驗表明ARP欺騙行為不影響被監(jiān)聽雙方的通信，隱蔽性強；最后利用Wireshark軟件捕獲攻擊過程中的數(shù)據(jù)包，通過對數(shù)據(jù)包分析可以推測出網(wǎng)絡(luò)中實時ARP欺騙的可疑主機，再結(jié)合PING主機和發(fā)送垃圾數(shù)據(jù)包的檢測方法進一步確認(rèn)實施欺騙的主機?；谏鲜鲅芯?，下一步工作將進一步探討ARP欺騙防御方法，加強局域網(wǎng)的安全防范。

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