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基于寬帶接入的局域網安全管理問題分析
基于寬帶接入的局域網安全管理問題分析
2002中南地區廣播電視技術年會優秀論文三等獎隨著計算機應用的普及和寬帶網絡技術的發展，目前寬帶接入方式已成為企業內部計算機網絡（Intranet）接入國際互連網（Inetrnet）的主要途徑與方式，許多企業還通過這種方式建立了自己的網站，通過Internet對外提供各種信息和服務。在這種形式下，如何有效的預防和檢測來自Internet的黑客攻擊和病毒入侵已成為當前網絡安全領域的重要課題，作為一名合格的網絡管理員，必須要能敏銳地，及時地發現和處理網絡中特別是網絡服務器中存在的系統漏洞和安全隱患，有效的抑制制和防止黑客的非法攻擊。
網絡安全是一個十分復雜的問題，它的劃分也是多種多樣的,但大體上可以分為物理硬件層和系統軟件層，網絡內部和網絡之間。如下表。
為何會產生網絡安全的問題？這與人有意或無意也有關系，以上表的劃分，安全問題產生于以下幾方面：
網內硬件方面，即局域網的硬件方面。它主要包括網絡的電源供應（UPS不間斷電源）和網絡的連接等。網絡的電源供應的目的是保證網絡在有可能預見的突發性的非正常電源供應情況下，為網絡（主指服務器、交換機等網絡的主干設備）提供一種短時的能量支持。網絡的連接又分為線路的連接和設備的接入，線路的連接雖然是在網絡的架設時所考慮的問題，但要必免因線路串擾而影響到線路的通信，以及布線的不合理造成的因線路過長而引發的信號衰減和線路因長期裸露意外遭到的外力的意外或有意的傷害等；設備的接入是指網絡的功能部件（如打印服務器、文件服務器和應用服務器等）在網絡中正常連接。
網間硬件方面很少被提及，主要是因為這種網絡，在工程實施時為保證數據的遠距離傳輸，所使用的一般都是造價高但質量好的連接設備，出現故障的概率較低。但收由于線路過長，一旦出現問題卻很難及時發現故障所在地，從而延緩了處理時間，像2001年初的中美海底光纜掛斷的類似事件還時有發生。
網內軟件層，根據網絡實現的功能上的差異，不同用途的局域網（辦公網、專用存儲網、校園網以及運算處理網等）的安全側重點也不盡相同。網間軟件層，就是局域網接入外網。也就是我們一般所討論的網絡安全，主要包括系統漏洞、數據遭更改或泄露、安全策略配置不當、網絡攻擊、病毒入侵等。而能否抵抗網絡攻擊，又幾乎成為衡量這個網絡安全與否的標準。
網絡攻擊
什么是攻擊，難道僅僅發生在入侵行為完全完成且入侵者已侵入目標網絡內才算是攻擊？一切可能使得網絡受到破壞的行為都應稱之為攻擊。就拿一個很常見的現象來說吧，很多在互聯網中具有固定IP的服務器，每天都要受到數以百計的端口掃描和試圖侵入，雖然不一定會被攻克，但你總不能說它沒有受到攻擊。在正式攻擊之前，攻擊者一般都會先進行試探性攻擊，目標是獲取系統有用的信息，此時比較常用的包括ping掃描，端口掃描，帳戶掃描，dns轉換，以及惡性的ip sniffer（通過技術手段非法獲取ip packet，獲得系統的重要信息，來實現對系統的攻擊，后面還會詳細講到），特洛依木馬程序等。如果在某一個集中的時期內，有人在頻繁得對你所管理的網絡進行試探攻擊，或有不明身份的用戶經常連入網絡，這時網絡管理員就要注意了，你該好好分析一下日志文件，并對系統好好檢查檢查了。
通常，在正式攻擊之前，攻擊者先進行試探性攻擊，目標是獲取系統有用的信息，此時比較常用的包括ping掃描，端口掃描，帳戶掃描，dns轉換，以及惡性的ip sniffer（通過技術手段非法獲取ip packet，獲得系統的重要信息，來實現對系統的攻擊，后面還會詳細講到），特洛依木馬程序等。這時的被攻擊狀態中的網絡經常會表現出一些信號，特征，例如：
2.1 收集信息攻擊：
經常使用的工具包括：NSS, Strobe，Netscan， SATAN（Security Aadministrator's Tool for Auditing Network),Jakal, IdentTCPscan, FTPScan等以及各種sniffer.廣義上說，特洛依木馬程序也是收集信息攻擊的重要手段。收集信息攻擊有時是其它攻擊手段的前奏。對于簡單的端口掃描，敏銳的安全管理員往往可以從異常的日志記錄中發現攻擊者的企圖。但是對于隱秘的sniffer和trojan程序來說，檢測就是件更高級和困難的任務了。
2.1.1 sniffer
它們可以截獲口令等非常秘密的或專用的信息，甚至還可以用來攻擊相鄰的網絡，因此，網絡中sniffer的存在，會帶來很大的威脅。這里不包括安全管理員安裝用來監視入侵者的sniffer，它們本來是設計用來診斷網絡的連接情況的.它可以是帶有很強debug功能的普通的網絡分析器，也可以是軟件和硬件的聯合形式�，F在已有工作于各種平臺上的sniffer，例如
· Gobbler(MS-DOS)
· ETHLOAD(MS-DOS)
· Netman(Unix)
· Esniff.c(SunOS)
· Sunsniff(SunOS)
· Linux-sniffer.c(Linux)
· NitWit.c(SunOS)
· etc.
檢測sniffer的存在是個非常困難的任務，因為sniffer本身完全只是被動地接收數據，而不發送什么。并且上面所列的sniffer程序都可以在internet上下載到，其中有一些是以源碼形式發布的(帶有.c擴展名的)。
一般來講，真正需要保密的只是一些關鍵數據，例如用戶名和口令等。使用ip包一級的加密技術，可以使sniffer即使得到數據包，也很難得到真正的數據本身。這樣的工具包括 secure shell（ssh），以及F-SSH， 尤其是后者針對一般利用tcp/ip進行通信的公共傳輸提供了非常強有力的，多級別的加密算法。ssh有免費版本和商業版本，可以工作在unix上，也可以工作在windows 3.1, windows 95, 和windows nt.
另外,采用網絡分段技術,減少信任關系等手段可以將sniffer的危害控制在較小范圍以內,也為發現sniffer的主人提供了方便.
2.1.2 Trojan
這是一種技術性攻擊方式. RFC1244中給出了trojan程序的經典定義：特洛依木馬程序是這樣一種程序，它提供了一些有用的，或僅僅是有意思的功能。但是通常要做一些用戶不希望的事，諸如在你不了解的情況下拷貝文件或竊取你的密碼, 或直接將重要資料轉送出去，或破壞系統等等. 特洛依程序帶來一種很高級別的危險，因為它們很難被發現，在許多情況下，特洛依程序是在二進制代碼中發現的，它們大多數無法直接閱讀，并且特洛依程序可以作用在許許多多系統上,它的散播和病毒的散播非常相似。從internet上下載的軟件,尤其是免費軟件和共享軟件,從匿名服務器或者usernet新聞組中獲得的程序等等都是十分可疑的. 所以作為關鍵網絡中的用戶有義務明白自己的責任,自覺作到不輕易安裝使用來路不清楚的軟件.
2.2 denial of service：
這是一類個人或多個人利用internet協議組的某些方面妨礙甚至關閉其它用戶對系統和信息的合法訪問的攻擊. 其特點是以潮水般的連接申請使系統在應接不暇的狀態中崩潰。對于大型網絡而言,此類攻擊只是有限的影響, 但是卻可能導致較小網絡退出服務, 遭到重創.
這是最不容易捕獲的一種攻擊，因為不留任何痕跡，安全管理人員不易確定攻擊來源。由于這種攻擊可以使整個系統癱瘓，并且容易實施，所以非常危險。但是從防守的角度來講，這種攻擊的防守也比較容易. 攻擊者通過此類攻擊不會破壞系統數據或獲得未授權的權限, 只是搗亂和令人心煩而已. 例如使網絡中某個用戶的郵箱超出容限而不能正常使用等.
典型的攻擊包括如E-mail炸彈, 郵件列表連接,
2.2.1 Email炸彈
它是一種簡單有效的侵擾工具. 它反復傳給目標接收者相同的信息, 用這些垃圾擁塞目標的個人郵箱. 可以使用的工具非常多, 例如bomb02.zip(mail bomber), 運行在windows平臺上,使用非常簡單. unix平臺上發起email bomb攻擊更為簡單, 只需簡單幾行shell程序即可讓目標郵箱內充滿垃圾.
它的防御也比較簡單. 一般郵件收發程序都提供過濾功能, 發現此類攻擊后, 將源目標地址放入拒絕接收列表中即可.
2.2.2 郵件列表連接
它產生的效果同郵件炸彈基本相同. 將目標地址同時注冊到幾十個(甚至成百上千)個郵件列表中, 由于一般每個郵件列表每天會產生許多郵件, 可以想象總體效果是什么樣子. 可以手工完成攻擊, 也可以通過建立郵件列表數據庫而自動生成. 對于郵件列表連接,尚沒有快速的解決辦法. 受害者需要把包含注銷"unsubscribe"信息的郵件發往每個列表.
許多程序能夠同時完成兩種攻擊, 包括Up yours(Windows), KaBoom(Windows), Avalanche(Windows), Unabomber(Windows), eXtreme Mail(Windows), Homicide(Windows), Bombtrack(Macintosh), FlameThrower(Macintosh), etc.
2.2.3 其它
還有一些針對其它服務的攻擊, 例如Syn-Flooder, Ping of Death(發送異常的很大的進行ping操作的packet來攻擊windows nt), DNSkiller(運行在linux平臺上, 攻擊windows nt平臺上的dns服務器)等。
在路由的層次上,對數據流進行過濾, 通過合適的配置會減少遭受此類攻擊的可能性.Cisco Systems就提供了路由級的解決方案.
2.3 spoofing attack(電子欺騙)：
針對http，ftp，dns等協議的攻擊，可以竊取普通用戶甚至超級用戶的權限，任意修改信息內容，造成巨大危害。所謂ip欺騙，就是偽造他人的源ip地址。其實質上就是讓一臺機器來扮演另一臺機器，借以達到蒙混過關的目的。下面一些服務相對來說容易招致此類攻擊：
· 任何使用sunrpc調用的配置；rpc指sun公司的遠程過程調用標準，是一組工作于網絡之上的處理系統調用的方法。
· 任何利用ip地址認證的網絡服務
· mit的xwindow系統
· 各種r服務: 在unix環境中，r服務包括rlogin和rsh，其中r表示遠程。人們設計這兩個應用程序的初衷是向用戶提供遠程訪問internet網絡上主機的服務。r服務極易受到ip欺騙的攻擊
幾乎所有的電子欺騙都倚賴于目標網絡的信任關系（計算機之間的互相信任，在unix系統中，可以通過設置rhosts和host.equiv 來設置）。入侵者可以使用掃描程序來判斷遠程機器之間的信任關系。這種技術欺騙成功的案例較少，要求入侵者具備特殊的工具和技術（，并且現在看來對非unix系統不起作用）。另外spoofing的形式還有dns spoofing等。
解決的途徑是慎重設置處理網絡中的主機信任關系，尤其是不同網絡之間主機的信任關系。如只存在局域網內的信任關系，可以設置路由器使之過濾掉外部網絡中自稱源地址為內部網絡地址的ip包，來抵御ip欺騙。下面一些公司的產品提供了這種功能
· Cisco System
· iss.net公司的安全軟件包可以測試網絡在ip欺騙上的漏洞。
· etc.
國際黑客已經進入有組織有計劃地進行網絡攻擊階段，美國政府有意容忍黑客組織的活動，目的是使黑客的攻擊置于一定的控制之下，并且通過這一渠道獲得防范攻擊的實戰經驗。國際黑客組織已經發展出不少逃避檢測的技巧. 使得攻擊與安全檢測防御的任務更加艱巨.
3 入侵層次分析：
3.1 敏感層的劃分
使用敏感層的概念來劃分標志攻擊技術所引起的危險程度.
1 郵件炸彈攻擊（emailbomb）（layer1）
2 簡單服務拒絕攻擊（denial of service）（layer1+）
3 本地用戶獲得非授權讀訪問（layer2）
4 本地用戶獲得他們非授權的文件寫權限（layer3）
5 遠程用戶獲得非授權的帳號（layer3+）
6 遠程用戶獲得了特權文件的讀權限（layer4）
7 遠程用戶獲得了特權文件的寫權限（layer5）
8 遠程用戶擁有了根（root）權限（黑客已攻克系統）（layer6）
以上層次劃分在所有的網絡中幾乎都一樣，基本上可以作為網絡安全工作的考核指標。
"本地用戶"（local user）是一種相對概念。它是指任何能自由登錄到網絡上的任何一臺主機上，并且在網絡上的某臺主機上擁有一個帳戶，在硬盤上擁有一個目錄的任何一個用戶。在一定意義上，對內部人員的防范技術難度更大。據統計，對信息系統的攻擊主要來自內部，占85％。因為他們對網絡有更清楚的了解，有更多的時間和機會來測試網絡安全漏洞，并且容易逃避系統日志的監視。
3.2 不同的對策
根據遭受的攻擊的不同層次，應采取不同的對策.
第一層：
處于第一層的攻擊基本上應互不相干,第一層的攻擊包括服務拒絕攻擊和郵件炸彈攻擊.郵件炸彈的攻擊還包括登記列表攻擊（同時將被攻擊目標登錄到數千或更多的郵件列表中，這樣，目標有可能被巨大數量的郵件列表寄出的郵件淹沒）。對付此類攻擊的最好的方法是對源地址進行分析，把攻擊者使用的主機(網絡)信息加入inetd.sec的拒絕列表(denylistings)中.除了使攻擊者網絡中所有的主機都不能對自己的網絡進行訪問外,沒有其它有效的方法可以防止這種攻擊的出現.
此類型的攻擊只會帶來相對小的危害。使人頭疼的是雖然這類攻擊的危害性不大，但是發生的頻率卻可能很高，因為僅具備有限的經驗和專業知識就能進行此類型的攻擊。
第二層和第三層：
這兩層的攻擊的嚴重程度取決于那些文件的讀或寫權限被非法獲得。對于isp來說，最安全的辦法是將所有的shell帳戶都集中到某一臺（或幾臺）主機上，只有它們才能接受登錄，這樣可以使得管理日志，控制訪問，協議配置和相關的安全措施實施變得更加簡單。另外，還應該把存貯用戶編寫的cgi程序的機器和系統中的其它機器相隔離。
招致攻擊的原因有可能是部分配置錯誤或者是在軟件內固有的漏洞.對于前者，管理員應該注意經常使用安全工具查找一般的配置錯誤，例如satan。后者的解決需要安全管理員花費大量的時間去跟蹤了解最新的軟件安全漏洞報告，下載補丁或聯系供貨商。實際上，研究安全是一個永不終結的學習過程。安全管理員可以訂閱一些安全郵件列表，并學會使用一些腳本程序（如perl，等）自動搜索處理郵件，找到自己需要的最新信息。
發現發起攻擊的用戶后，應該立即停止其訪問權限，凍結其帳號。
第四層:
該層攻擊涉及到遠程用戶如何獲取訪問內部文件的權利。其起因大多是服務器的配置不當，cgi程序的漏洞和溢出問題。
第五層和第六層:
只有利用那些不該出現卻出現的漏洞，才可能出現這種致命的攻擊。
出現第三,四,五層的攻擊表明網絡已經處于不安全狀態之中，安全管理員應該立即采取有效措施, 保護重要數據, 進行日志記錄和匯報,同時爭取能夠定位攻擊發起地點：
· 將遭受攻擊的網段分離出來，將此攻擊范圍限制在小的范圍內
· 記錄當前時間,備份系統日志,檢查記錄損失范圍和程度
· 分析是否需要中斷網絡連接
· 讓攻擊行為繼續進行
· 如果可能，對系統做0級備份
· 將入侵的詳細情況逐級向主管領導和有關主管部門匯報；如果系統受到嚴重破壞，影響網絡業務功能，立即調用備件恢復系統
· 對此攻擊行為進行大量的日志工作
· (在另一個網段上）竭盡全力地判斷尋找攻擊源
總之，不到萬不得已的情況下, 不可使系統退出服務. 尋找入侵者的最重要的工作就是做日志記錄和定位入侵者，而找出入侵者并通過法律手段迫使其停止攻擊是最有效的防衛手段。
4 關于口令安全性
通過口令進行身份認證是目前實現計算機安全的主要手段之一，一個用戶的口令被非法用戶獲悉，則該非法用戶即獲得了該用戶的全部權限，這樣，尤其是高權限用戶的口令泄露以后，主機和網絡也就隨即失去了安全性。黑客攻擊目標時也常常把破譯普通用戶的口令作為攻擊的開始。然后就采用字典窮舉法進行攻擊。它的原理是這樣的：網絡上的用戶常采用一個英語單詞或自己的姓名、生日作為口令。通過一些程序，自動地從電腦字典中取出一個單詞，作為用戶的口令輸入給遠端的主機，申請進入系統。若口令錯誤，就按序取出下一個單詞，進行下一個嘗試。并一直循環下去，直到找到正確的口令，或字典的單詞試完為止。由于這個破譯過程由計算機程序來自動完成，幾個小時就可以把字典的所有單詞都試一遍。這樣的測試容易在主機日志上留下明顯攻擊特征，因此，更多的時候攻擊者會利用其它手段去獲得主機系統上的/etc/passwd文件甚至/etc/shadow文件，然后在本地對其進行字典攻擊或暴力破解。攻擊者并不需要所有人的口令，他們得到幾個用戶口令就能獲取系統的控制權，所以即使普通用戶取口令過于簡單可能會對系統安全造成很大的威脅。系統管理員以及其它所有用戶對口令選取的應采取負責的態度，消除僥幸和偷懶思想。
保持口令安全的一些要點如下:
· 口令長度不要小于6位，并應同時包含字母和數字，以及標點符號和控制字符
· 口令中不要使用常用單詞（避免字典攻擊），英文簡稱，個人信息（如生日,名字,反向拼寫的登錄名,房間中可見的東西），年份，以及機器中的命令等
· 不要將口令寫下來。
· 不要將口令存于電腦文件中。
· 不要讓別人知道。
· 不要在不同系統上，特別是不同級別的用戶上使用同一口令。
· 為防止眼明手快的人竊取口令,在輸入口令時應確認無人在身邊。
· 定期改變口令,至少6個月要改變一次。
· 系統安裝對口令文件進行隱藏的程序或設置。（e.g. Shadow Suite for linux）
· 系統配置對用戶口令設置情況進行檢測的程序，并強制用戶定期改變口令。任何一個用戶口令的脆弱，都會影響整個系統的安全性。(e.g. passwd+, Crack,etc)
最后這點是十分重要的,永遠不要對自己的口令過于自信,也許就在無意當中泄露了口令。定期地改變口令,會使自己遭受黑客攻擊的風險降到了一定限度之內。一旦發現自己的口令不能進入計算機系統,應立即向系統管理員報告,由管理員來檢查原因。
系統管理員也應定期運行這些破譯口令的工具,來嘗試破譯shadow文件,若有用戶的口令密碼被破譯出,說明這些用戶的密碼取得過于簡單或有規律可循,應盡快地通知他們,及時更正密碼,以防止黑客的入侵。
5 網絡安全管理員的素質要求
· 深入地了解過至少兩個操作系統，其中之一無可置疑地是unix。熟練配置主機的安全選項和設置，及時了解已見報道的安全漏洞，并能夠及時下載相應補丁安裝。在特殊緊急情況下，可以獨立開發適合的安全工具或補丁，提高系統的安全性。
· 對tcp/ip協議族有透徹的了解，這是任何一個合格的安全管理員的必備的素質。并且這種知識要不僅僅停留在internet基本構造等基礎知識上，必須能夠根據偵測到的網絡信息數據進行準確的分析，達到安全預警，有效制止攻擊和發現攻擊者等防御目的。
· 熟練使用c，c++，perl等語言進行編程。這是基本要求，因為許多基本的安全工具是用這些語言的某一種編寫的。安全管理員至少能正確地解釋，編譯和執行這些程序。更高的要求是能夠把不專門為某個特定平臺開發的工具移植到自己的平臺上。同時他們還能夠開發出可擴展自己系統網絡安全性的工具來，如對satan和safe suite的擴展和升級（它們允許用戶開發的工具附加到自己上）
· 經常地保持與internet社會的有效接觸。不僅要了解自己的機器和局域網，還必須了解熟悉internet。經驗是不可替代的。
· 熟練使用英語讀寫，與internet網上的各個安全論壇建立經常的聯系。
· 平時注意收集網絡的各種信息, 包括硬件應識別其構造,制造商,工作模式,以及每臺工作站,路由器,集線器,網卡的型號等;軟件網絡軟件的所有類型以及它們的版本號;協議網絡正在使用的協議; 網絡規劃例如工作站的數量,網段的劃分,網絡的擴展; 以及其它信息例如網絡內部以前一直實施中的安全策略的概述,曾遭受過的安全攻擊的歷史記錄等。
還有一點也很重要，那就是不要過于相信你的供應商，一定要有自己的判斷。你不能因為他告訴你裝上他的防火墻就可以高枕無憂而麻痹大意，在安裝完成后一定要進行相應地測試，并且還要定期對日志文件進行審查。我還曾經遇到過一個十分頭疼的事情，由于某軟件中存在的缺陷（應該是指針的問題），在運行素材文件刪除后，管理軟件認為已經將文件清除，可物理上仍然存在，這樣舊有的空間無法釋放，當這樣的素材文件越來越多時，磁盤的數據存貯就會出現問題。網絡管理人員所要做的就是在日常工作中發現并處理這樣一些不可預期的問題。
談了這么多了，那么為什么會產生這樣的安全問題呢？最初的黑客大多是個人的愛好，他們并沒有什么別的目的，最大的樂趣在于攻克別人的網絡堡壘，以展示自己技術水平的高超，這些人的特點是自身水平很高，但并不對網絡本身造成更大的破壞，很像李白所說的"十步殺一人，千里不留名；事了拂衣去，深藏身與名"；隨著網絡的發展與人們對黑客技術的稱道，越來越多的人加入到黑客的陣營，黑客本身也出現了分化，除了傳統意義上的黑客外，以盜取他人重要信息、以經濟為目的和單純以破壞為目的的黑客越來越多，這時黑客的水平也良莠不齊；還有一些不妨說是發燒友或是對網絡有興趣的初學者，這是目前占大多數的，他們通常只是知道一點網絡知識，會用幾個軟件而已，真正對協議了解的并不多，更不要說自行編寫攻擊軟件了。
需要強調的是，網絡安全是一個系統工程，不是單一的產品或技術可以完全解決的。這是因為網絡安全包含多個層面，既有層次上的劃分、結構上的劃分，也有防范目標上的差別。在層次上涉及到物理層的安全、網絡層的安全、傳輸層的安全、應用層的安全等；在結構上，不同節點考慮的安全是不同的；在目標上，有些系統專注于防范破壞性的攻擊，有些系統是用來檢查系統的安全漏洞，有些系統用來增強基本的安全環節（如審計），有些系統解決信息的加密、認證問題，有些系統考慮的是防病毒的問題。任何一個產品不可能解決全部層面的問題，這與系統的復雜程度、運行的位置和層次都有很大關系，因而一個完整的安全體系應該是一個由具有分布性的多種安全技術或產品構成的復雜系統，既有技術的因素，也包含人的因素。用戶需要根據自己的實際情況選擇適合自己需求的技術和產品。
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