从攻击规避检测技术看IPS的安全有效性

根据业内知名市场咨询机构IDC的最新报告显示，国内网络入侵防护市场已形成了群雄割据的局面，仅进入IDC市场报告统计名录的企业就有14家之多。众说纷纭的入侵防护产品技术让人难辨良莠，孰优孰劣，市场需要一把可以适度评价的标尺。

“安全、高速、易于部署”，这是国际著名安全产品测评机构——NSS Labs在评价一款IPS产品时，认为其应该具备的三种能力。也就是说，NSS Labs的专家们在建议企业客户选择IPS时，虽然要充分考虑产品的性能、部署能力及TCO（Total Cost of Ownership，总体拥有成本）等各项指标，但仍将安全有效性指标排在首位。

本文主要从“安全有效性”角度，以攻击规避流量检测为例，描述IPS产品所面临的挑战，以及相应的解决思路。

一、从攻击规避检测技术看IPS的安全有效性

众所周知，为了提高产品的攻击检测效率，IPS一般采用特征检测、异常检测和关联分析等多种技术手段，以降低产品的误报率和漏报率。特征检测技术主要用于识别和定位各类已知威胁，异常检测方法则通常集成针对协议、应用和统计数据的异常检测技术，能够保护企业信息系统免受未知攻击的侵害，包括新的蠕虫、蓄意的隐性攻击、新环境下的攻击变种，以及分布式D.DoS攻击流量。

攻击规避技术是众多蓄意隐性攻击中应用范围最广，最有效的一类技术。当攻击者发现被攻击目标正受到IPS等产品保护时，攻击者往往会根据攻击目标的协议特性或漏洞，对攻击方式或攻击内容进行精心调整，进而逃避IPS等产品的检测。

应用了规避技术的网络攻击，会给企业带来不容忽视的安全威胁，如果不能对其进行正常、有效的处理，这类攻击会使得IPS产品形同虚设，将用户的网络资源暴露于攻击者面前，从而降低用户网络环境的安全性，增加用户资产遭受损失的风险。

二、常见的攻击规避技术分析

攻击规避一般也叫做攻击逃逸，攻击者通过对攻击数据包的精心定制和伪造，企图绕开IPS此类产品的检测。目前比较流行的攻击规避技术包括：数据包分片、数据流分隔、RPC分片、URL混淆，以及攻击负载的多态和混淆等。下面将针对几种主流的协议和应用逃避技术，分别进行较为详细的介绍和分析。

（一） TCP/IP协议规避技术

TCP/IP协议的抗规避处理难点主要集中在TCP协议上。TCP协议是端到端的复杂流式可靠传输协议，它的序列号、窗口，以及重传等保障可靠传输的机制，会给IPS的检测带来很大困难，IPS只能被动地跟踪通信双方的数据及状态变化，通过实时的数据流重组以进行检测。

IPS必须内置TCP状态跟踪及流汇聚机制，以确保对TCP会话的持续跟踪和分析。然而在数据传输过程中，一旦出现数据包顺序错乱，报文丢失或重传等问题，很多IPS的检测机制就会失效，一些规避攻击恰恰利用这个缺陷，得以绕开IPS的检测。

归结起来，针对TCP/IP协议的规避技术，主要包括如下几种实现方式：

通过重传机制发送干扰数据包（TTL、校验和、窗口大小、序列号、标志位、时间戳等异常的数据包）和正常数据包，在正常数据包中嵌入攻击负载，终端的TCP/IP协议栈会丢弃干扰数据包，并将载有攻击的正常数据汇聚起来提交给应用程序。

通过利用TCP协议的序列号或IP协议的片偏移机制，对数据包进行细小划分，并打乱发送顺序（逆序，乱序）。

利用攻击目标的协议栈特性，将数据以前重叠或后重叠的方式发送，例如下图所示，Windows会倾向于先到的数据流分段，而Solaris倾向于后到的数据流分段。

 
图1 数据报文分片重叠结构示例

在VISTA中如上所示的数据会被汇聚为“HELLO,WORLD！”，而在Solaris系统中会被汇聚为“HELP!,VIRUS!”，这就要求IPS产品不仅能够实现一个完整的TCP/IP协议栈，还要能够根据保护目标的类型进行重组策略的调整。

TCP/IP协议的规避技术，早在1998年发表的论文《Insertion, Evasion, and Denial of Service : Eluding Network Intrusion Detection》中就已经被详细的描述。然而，目前大多数的IPS产品仍未具备完善的数据重组能力，这给入侵成功创造了很大空间。

（二）RPC协议规避技术

MS-RPC和Sun/ONC RPC都允许应用程序以分片的方式发送请求，这些分片在RPC服务器内会被重新组装成完整请求形式。攻击者通过将不同程度的RPC碎片和不同的TCP传输机制进行组合后，可以构造出多种的规避方式。例如：在单TCP数据包中发送所有分片，在不同TCP数据包内发送不同范围的分片（如每个TCP数据包只携带一个RPC分片）等。

以MS08-059为例，Host Integration Server的RPC接口所暴露的一些方式，允许未经认证的攻击者在服务器上执行任意程序。RPC opcodes 1和6都允许攻击者调用CreateProcess()函数并向其传送命令行，这可能导致完全入侵服务器。利用这个漏洞，攻击者可以发送如下所示的请求，来提升权限：

CMD/c net user admin admin /ADD

为逃避检测IPS对这种异常权限提升行为的检测，攻击者可以对RPC请求进行分片处理，下图是在单TCP数据段内进行分片后的效果：

 
图2 RPC分片结构示例

由于特征信息被“打散”，传统的基于包特征匹配的方式很难处理这种规避，要检测该攻击需要依据DCERPC协议对RPC分片进行重组。可见，IPS不仅需要能够对底层协议进行精确解析，还需要有非常细粒度的应用层协议处理能力。