Илья Медведовский - Атака на Internet

На практике, однако, оказывается, что подобные правила случайной генерации ISN как для составителей описания протокола TCP (RFC 793), так и для разработчиков сетевого ядра различных ОС далеко не очевидны. Об этом говорят следующие факты. В описании протокола TCP в RFC 793 рекомендуется увеличивать значение этого 32-битного счетчика на 1 каждые 4 микросекунды. В ранних Berkeley-совместимых ядрах ОС UNIX, например, значение этого счетчика увеличивалось на 128 каждую секунду и на 64 для каждого нового соединения. Анализ исходных текстов ядра ОС Linux 1.2.8 показал, что значение ISN вычисляется данной ОС в зависимости от текущего времени по следующему, отнюдь не случайному закону:

ISN = mcsec + 1 000 000 sec, (1)

где mcsec – время в микросекундах;

sec – текущее время в секундах; отсчет его идет от 1970 года.

В ОС Windows NT 4.0 значение ISN увеличивается на 10 примерно каждую миллисекунду, то есть для Windows NT справедлива следующая формула:

ISN ≈ 10 msec, (2) где msec – текущее время в миллисекундах.

Однако больше всего нас удивила защищенная по классу B1 операционная система CX/LAN/SX, установленная на многопроцессорной мини-ЭВМ – полнофункциональном межсетевом экране CyberGuard. Эта наиболее защищенная из всех, что встречалась авторам, сетевая ОС также имеет простой времязависимый алгоритм генерации начального значения идентификатора TCP-соединения. Как говорится, комментарии излишни. Мало того, что в единственном базовом «защищенном» протоколе Internet – протоколе TCP – применяется простейший способ идентификации соединения, который не может гарантировать надежную защиту от подмены одного из абонентов при нахождении атакующего в том же сегменте, так еще сами разработчики сетевых ОС разрушают и без того хрупкую безопасность этого протокола, используя простые времязависимые алгоритмы генерации ISN. Итак, в том случае если в сетевой операционной системе используется времязависимый алгоритм генерации начального значения идентификатора TCP-соединения, то взломщик получает принципиальную возможность определить с той или иной степенью точности вид функции, описывающей закон получения ISN. Исходя из практических исследований сетевых ОС, а также из общих теоретических соображений, можно предложить следующий обобщенный вид функции, описывающий времязависимый закон получения ISN, который постоянно увеличивается каждую секунду:

ISN = F (mсsec, msec, sec), (3)

где mcsec – время в микросекундах; (обычно минимальной единицей измерения машинного времени является микросекунда); циклически изменяется за одну секунду от 0 до 106 – 1;

msec – текущее время в миллисекундах; этот параметр циклически изменяется за секунду от 0 до 999;

sec – текущее время в секундах.

На малом промежутке времени (меньше одной секунды) для удобства аппроксимации можно утверждать, что

ISN = F (mсsec). (4)

Итак, мы будем считать, что значение ISN зависит только от времени в микросекундах. Данная функция в силу особенностей изменения своих аргументов в сетевых ОС обычно является или кусочнолинейной, или ступенчатой. Например, зависимость (1), описывающая закон получения ISN в ОС Linux, в случае приведения ее к виду (4) является кусочнолинейной, а функциональная зависимость (2), справедливая для Windows NT, – ступенчатой.

На данном этапе мы вплотную подошли к проблеме определения вида функциональной зависимости ISN от времени (mcsec) для конкретной сетевой ОС. Первый способ получения этой зависимости – анализ исходных текстов ядра операционной системы. Использование данного способа на практике обычно оказывается невозможным из-за отсутствия исходных текстов большинства ОС. Исключение составляют ОС Linux и FreeBSD, поставляемые с исходными текстами ядра.

В связи с этим предлагается другой метод получения закона изменения ISN во времени. Сетевая ОС рассматривается исследователем как «черный ящик», к которому применяется метод тестирования «запрос – ответ»: на исследуемую ОС передается серия обычных запросов на созданиеТСР-соединения и принимается соответствующее количество ответов с текущими значениями ISN операционной системы в каждый момент времени. При этом замеряются временные интервалы в микросекундах между запросом и ответом на него и время, прошедшее между запросами. В результате у исследователя будет следующая таблица дискретных отсчетов ISN и соответствующих им моментов времени в mcsec:

где ISNn – значение ISN, полученное за время tn от начала эксперимента (время начала эксперимента принимается за 0).

Аппроксимируя данную таблицу дискретных значений непрерывной функции одним из известных математических методов (например, методом наименьших квадратов), получим непрерывную функцию, приближенно описывающую изменение ISN на данном временном промежутке (от 0 до tn), при этом чем выше точность исходных данных, тем точнее приближение:

ISN(t) ≅ F(t). (5)

С помощью этой формулы мы можем, зная функцию изменения ISN от времени, экстраполировать следующее значение ISN по предыдущему. Теперь атакующий, получив в ответ на TCP-запрос текущее значение ISN для ОС в данный момент времени, способен математически предсказать следующее возможное значение ISN через некоторый промежуток времени.

Хотелось бы обратить внимание на следующий важный момент: чем ближе в сети находятся исследователь и тестируемая ОС, тем выше точность получения аппроксимирующей функции. В противном случае время, за которое запрос дойдет до системы и будет выработан ISN, может существенно отличаться от времени передачи ответа из-за задержек в канале связи; при этом погрешность исходных данных будет увеличиваться, а точность экстраполяции падать.

Заметим, что атакующему вовсе не обязательно проводить подобные исследования с интересующим его удаленным хостом. Достаточно узнать тип операционной системы на объекте атаки и получить в свое распоряжение подобную систему для определения формулы изменения ISN.

Применение описанной выше методики получения формулы ISN(t) на примере ОС Linux 1.2.8 и Windows NT 4.0 в случае нахождения в одном сегменте с данными ОС позволило определить это 32-битное значение (от 0 до 232 -1) по его предыдущему значению для ОС Windows NT с точностью до 10, а для ОС Linux 1.2.8 – с точностью примерно до 100. В табл. 4.1 приведены снятые в процессе эксперимента с ОС Linux 1.2.8 значения изменения ISN за соответствующие промежутки времени (а не абсолютные значения).

Таблица 4.1. Изменение значения ISN для ОС Linux 1.2.8

График на рис. 4.14, построенный на основе данных из этой таблицы и справедливый для ОС Linux 1.2.8, наглядно показывает линейный характер изменения значения начального идентификатора TCP-соединения ISN на данном временном промежутке (на самом деле зависимость изменения ISN для ОС Linux 1.2.8 носит кусочнолинейный характер).

Рис. 4.14. Зависимость изменения ISN от времени для Linux 1.2.8

Как правило, определив вид функций для вычисления ISN в операционных системах на сервере и предполагаемом клиенте, атакующий начинает следить за ОС сервера, ожидая подключения предполагаемого клиента. В тот момент, когда подключение произошло, кракер может подсчитать возможный диапазон значений ISN, которыми обменялись при создании TCP-канала данные хосты. Так как атакующий может вычислить значения ISN только приближенно, то ему не избежать подбора. Однако без помощи описанного выше метода для перебора всех возможных значений ISSa и ISSb понадобилось бы послать 264 пакета, что нереально. В противном случае, например, если удалось вычислить значения ISN на операционных системах с точностью до 100, для подмены одного из абонентов TCP-соединения взломщику достаточно послать всего 10 000 пакетов. Вообще говоря, осуществить атаку, связанную с подменой TCP-абонентов, путем предсказания ISSa и ISSb без перехвата трафика практически невозможно (за исключением случая, когда оба абонента используют ОС Windows NT). Поэтому более реальным выглядит воздействие, связанное с подменой только одного из абонентов TCP-соединения и предсказанием одного значения ISSa. Рассмотрим ставшую уже классической подобную удаленную атаку на r-службу. Осуществление такого взлома связано с описанными выше особенностями идентификации TCP-пакетов.

Читать дальше