基于Arp欺騙的中間人攻擊及防范對(duì)策研究

◆趙菁

基于Arp欺騙的中間人攻擊及防范對(duì)策研究

◆趙菁

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 北京 100018）

本文以某單位多個(gè)用戶反映自己的密碼被盜為案例背景，在討論ARP欺騙原理的基礎(chǔ)上，搭建了仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，再現(xiàn)了基于ARP欺騙的中間人攻擊情景，使用Kali Linux中提供的典型arpspoof工具實(shí)現(xiàn)ARP攻擊，在攻擊過(guò)程中，利用Wireshark捕獲用戶賬號(hào)信息，并使用Wireshark的專家系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)攻擊行為。最后本文給出針對(duì)該攻擊的防御方法。

ARP協(xié)議；ARP欺騙原理；中間人攻擊；arpspoof；Wireshark；防范對(duì)策

中間人攻擊是一個(gè)危險(xiǎn)的攻擊，它可以劫持一段會(huì)話，即會(huì)話劫持，以竊取憑證和其他機(jī)密信息，即使使用了SSL加密。本文討論了中間人攻擊的相關(guān)理論，通過(guò)演示該攻擊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，說(shuō)明該攻擊的危險(xiǎn)性，并使用Wireshark分析判斷是否受到了ARP欺騙，并給出了針對(duì)該攻擊的防范對(duì)策，以幫助用戶的計(jì)算機(jī)免受基于ARP的中間人攻擊。

1 中間人攻擊的相關(guān)理論

1.1 ARP地址解析協(xié)議

地址解析協(xié)議，即 ARP（Address Resolution Protocol），是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個(gè)TCP/IP協(xié)議。在每一臺(tái)計(jì)算機(jī)中都存在一個(gè)ARP緩存表，這個(gè)表動(dòng)態(tài)地保存了一些IP地址和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)計(jì)算機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包后，就會(huì)通過(guò)ARP程序在這個(gè)表中查找包中IP地址所對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)，然后根據(jù)這個(gè)表項(xiàng)在數(shù)據(jù)包中再添加MAC地址。如果沒(méi)有在緩存表中查找到對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)，ARP程序就會(huì)在局域網(wǎng)中進(jìn)行廣播，詢問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中是否存在這樣一個(gè)IP地址。如果局域網(wǎng)中有計(jì)算機(jī)使用了這個(gè)IP地址，那么它就會(huì)回應(yīng)一個(gè)包含自己MAC地址的信息，這樣計(jì)算機(jī)就可以將這個(gè)信息添加到自己的ARP緩存中，并將這個(gè)數(shù)據(jù)包填寫(xiě)好目的MAC地址發(fā)送輸出，這就是ARP協(xié)議的工作過(guò)程。

1.2 ARP欺騙的原理

ARP協(xié)議簡(jiǎn)單高效，但是這個(gè)協(xié)議存在一個(gè)重大的缺陷，即在ARP協(xié)議的工作過(guò)程中并沒(méi)有任何的認(rèn)證機(jī)制，也就是說(shuō)如果一臺(tái)主機(jī)收到ARP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，并沒(méi)有對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行任何真?zhèn)蔚呐袛啵紩?huì)將其添加到ARP表中。因此黑客就可能會(huì)利用這個(gè)漏洞來(lái)冒充網(wǎng)關(guān)等主機(jī)，導(dǎo)致目標(biāo)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)關(guān)通信失敗，更會(huì)導(dǎo)致通信重定向，所有的數(shù)據(jù)都會(huì)通過(guò)攻擊者的機(jī)器，因此存在極大的安全隱患。這樣就可以實(shí)現(xiàn)中間人攻擊。

2 中間人攻擊的實(shí)現(xiàn)

案例背景為某單位多個(gè)用戶反映自己的密碼被盜，這些被盜的密碼屬于多種不同的應(yīng)用，其中既包括購(gòu)物網(wǎng)站，也有電子郵箱，甚至還有該單位用于上傳下載文件的FTP?？紤]到受害的用戶數(shù)量眾多，而且這些密碼又都分屬于不同的應(yīng)用，所以被釣魚(yú)網(wǎng)站欺騙的可能性較小。初步認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遭到了中間人攻擊造成的。

為了演示基于ARP欺騙的中間人攻擊，搭建的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒?臺(tái)主機(jī)，其中包括攻擊機(jī)、目標(biāo)機(jī)和網(wǎng)關(guān)。攻擊機(jī)為Kali Linux主機(jī)，其網(wǎng)絡(luò)配置是IP地址：192.168.1.2，硬件地址：00：0c：29：e6：37：94。目標(biāo)主機(jī)為Win7主機(jī)，其網(wǎng)絡(luò)配置是IP地址：192.168.1.3，硬件地址：00-0C-29-72-05-D6。服務(wù)器為Windows Server 2003主機(jī)，在其上搭建了ftp服務(wù)器，賬戶為：test，密碼為123456。其網(wǎng)絡(luò)配置是IP地址：192.168.1.4，硬件地址：00-0C-29-62-52-CC。本次欺騙中實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)主機(jī)與FTP服務(wù)器通信的監(jiān)聽(tīng)。

在正常情況下，目標(biāo)主機(jī)的ARP表示正確的，如果目標(biāo)主機(jī)最近曾訪問(wèn)過(guò)FTP服務(wù)器，查看其ARP緩存表將看到FTP服務(wù)器的IP地址與其物理地址的映射條目信息。現(xiàn)在只需要將目標(biāo)主機(jī)的ARP表中的FTP服務(wù)器地址表項(xiàng)修改了即可。修改的方法很簡(jiǎn)單，在Kali Linux中提供了很多可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)欺騙的工具，其中最為典型的arpspoof就可以實(shí)現(xiàn)arp欺騙。這個(gè)工具的使用格式是：arpspoof [-i指定使用的網(wǎng)卡] [-t要欺騙的目標(biāo)主機(jī)] [-r]要偽裝成的主機(jī)，現(xiàn)在使用該工具完成一次網(wǎng)絡(luò)欺騙：arpspoof -ieth0 –t 192.168.1.3 –r 192.168.1.2?，F(xiàn)在arpspoof完成了對(duì)目標(biāo)主機(jī)的欺騙任務(wù)，可以截獲到目標(biāo)主機(jī)發(fā)往FTP服務(wù)器的數(shù)據(jù)包。這時(shí)arpspoof只是截獲數(shù)據(jù)包，不能查看數(shù)據(jù)包，現(xiàn)在需要使用Kali Linux中的Wireshark來(lái)查看由目標(biāo)機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包。從圖1中可以看到捕獲到的登錄FTP服務(wù)器的用戶名和密碼分別為test和123456。

3 使用Wireshark的專家系統(tǒng)分析中間人攻擊

Wireshark的專家系統(tǒng)是Wireshark在捕獲文件中發(fā)現(xiàn)的異常的一種日志。利用專家系統(tǒng)可以更好地顯示“罕見(jiàn)”或僅是值得注意的網(wǎng)絡(luò)行為。與“手動(dòng)”掃描數(shù)據(jù)包列表相比，新手和專家用戶都能更快地找到可能的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。這里給出一個(gè)專家信息條目的示例如圖所示。其中，Severity表示專家信息的嚴(yán)重性級(jí)別，如Chat、Note、Warn和Error，每種級(jí)別代表不同的嚴(yán)重程度，例如Warn（黃色）表示警告信息，當(dāng)應(yīng)用程序返回“異常”錯(cuò)誤代碼，或連接問(wèn)題時(shí)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的提示信息；Group表示一些常見(jiàn)的專家信息組，如Checksum，Sequence，Response Code等，圖2中所示的Sequence提示協(xié)議序列可疑，例如序列不連續(xù)或檢測(cè)到重傳或其他問(wèn)題；Protocol表示引起專家信息的協(xié)議；Summary是每個(gè)專家信息給出的一個(gè)簡(jiǎn)短的附加文本，其中包含一些進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1 Wireshark捕獲到的用戶名和密碼

圖2 專家信息示例

專家信息目前主要用來(lái)解決TCP的通信故障問(wèn)題，在今后的版本中，Wireshark可能會(huì)擴(kuò)展專家系統(tǒng)的功能。雖然專家系統(tǒng)十分有用，但在實(shí)際工作中我們不能過(guò)度地依賴它，往往還需要進(jìn)一步驗(yàn)證，因?yàn)槿鄙賹＜倚畔⒉⒉灰欢ㄒ馕吨磺姓！?/p>

下面使用專家系統(tǒng)分析上面的中間人攻擊。從捕獲的數(shù)據(jù)包可以發(fā)現(xiàn)大量的ARP數(shù)據(jù)包，而在ARP的工作流程中，通常一個(gè)主機(jī)在建立一個(gè)連接時(shí)，只需要發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求，收到一個(gè)ARP應(yīng)答。即表示只需要兩個(gè)ARP 數(shù)據(jù)包就可以完成。如果同時(shí)出現(xiàn)了大量的ARP數(shù)據(jù)包，通常是由以下3種情況造成的。一是有攻擊者在利用ARP請(qǐng)求對(duì)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)進(jìn)行掃描；二是有計(jì)算機(jī)感染了ARP病毒并在破壞網(wǎng)絡(luò)的通信；最后是有攻擊者在利用ARP欺騙發(fā)動(dòng)中間人攻擊。從案例背景中用戶反映看，顯然是有攻擊者在利用ARP欺騙在發(fā)動(dòng)中間人攻擊的可能性最大。圖3是Wireshark專家系統(tǒng)窗口警告的數(shù)據(jù)包。專家系統(tǒng)提示現(xiàn)在192.168.1.3和192.168.1.4所對(duì)應(yīng)的硬件地址是相同的，都是00：0c：29：e6：37：94。在數(shù)據(jù)包列表面板處也可以看到同樣的情形。

4 防范對(duì)策

防御ARP欺騙的方法很多，本文介紹3種比較典型的方法。

（1）靜態(tài)綁定ARP表項(xiàng)

由于中間人攻擊時(shí)通常通過(guò)篡改網(wǎng)關(guān)的地址發(fā)起的，所以將其IP地址和MAC地址進(jìn)行綁定。綁定的命令是：arp –s 網(wǎng)關(guān)的IP地址網(wǎng)關(guān)的mac地址。

圖3 專家系統(tǒng)窗口警告的數(shù)據(jù)包

另外，交換機(jī)上也提供了端口安全機(jī)制，可以將端口和設(shè)備的MAC地址進(jìn)行綁定。不過(guò)這個(gè)方法并不適合大型網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榕渲玫墓ぷ髁窟^(guò)大。

（2）使用DHCP Snooping功能

DHCP 監(jiān)聽(tīng)（DHCP Snooping）是一種DHCP安全特性。當(dāng)交換機(jī)開(kāi)啟了DHCP Snooping后，會(huì)對(duì)DHCP報(bào)文進(jìn)行偵聽(tīng)，并可以從接收到的DHCP Request或DHCP Ack報(bào)文中提取并記錄IP地址和MAC地址信息。然后利用這些信息建立和維護(hù)一張DHCP Snooping的綁定表，這張表包含了可信任的IP和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合 DAI（Dynamic ARP Inspection）可實(shí)現(xiàn)ARP防欺騙。

（3）劃分VLAN

通過(guò)VLAN技術(shù)可以在局域網(wǎng)中建立多個(gè)子網(wǎng)，這樣就限制了攻擊者的攻擊范圍。

發(fā)現(xiàn)基于ARP的中間人攻擊其實(shí)是很容易識(shí)別的，受害主機(jī)可以使用ARP命令查看ARP緩存，從而發(fā)現(xiàn)是否存在異常。還可以設(shè)置ARP緩存表為靜態(tài)，即對(duì)每臺(tái)主機(jī)進(jìn)行IP和MAC地址靜態(tài)綁定，這個(gè)狀態(tài)下是不會(huì)在接收到ARP包時(shí)改變本地緩存的，從而有效地防止ARP攻擊，但不推薦。因?yàn)樵谝粋€(gè)大型的網(wǎng)絡(luò)中，它要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間手動(dòng)設(shè)置，這是不可能的。

除了上述方法，還有很多工具可以用來(lái)幫助用戶判斷是否受到了ARP欺騙，而且有幾種工具是可用的，它可以保護(hù)用戶的計(jì)算機(jī)免受該攻擊并且檢測(cè)出ARP緩存表的變更，一些比較出名的工具包括ARPon、ARP Wath和XARP。

5 結(jié)論

ARP欺騙技術(shù)是實(shí)現(xiàn)中間人攻擊的基礎(chǔ)，ARP欺騙是一種非常危險(xiǎn)的攻擊，攻擊者可以很容易探取受害者主機(jī)證書(shū)和其他機(jī)密信息。本文演示了一次基于ARP欺騙的中間人攻擊，并在Wireshark的幫助下對(duì)ARP欺騙進(jìn)行了深入的分析。最后給出了防御該攻擊的方法。

[1]張小林，羅漢云.基于KALI 2.0的Ettercap工具實(shí)現(xiàn)中間人攻擊實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2020.

[2]潘家富. ARP攻擊的原理分析及防范對(duì)策研究[J]. 軟件工程，2019.