从攻击规避检测技术看IPS的安全有效性

　　摘要：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。

　　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。

　　引言

　　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，当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：

　　n 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。

　　n 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)。

　　n 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。

　　(三) URL混淆

　　URL混淆通常被攻击者用以逃避IPS产品的URL过滤机制，这类规避方式主要包括如下几种：

　　n 采用转义符“%”将字符用16进制表示

　　n 采用转义符“%u”将字符用UNICODE方式表示

　　n 随机插入“//”，“/./”和“\”字符

　　n 随机变换大小写

　　n 用tab符(0x09或0x0b)或回车符(0x0d)做分隔符

　　n 加入干扰字符串

　　以CVE-1999-0070为例，该漏洞产生原因是NCSA HTTPd和早期的Apache Web Server自带了一个名为“test-cgi”的Shell CGI脚本，通常位于“/cgi-bin”目录，用于测试Web服务的配置是否已经可以正常地使用CGI脚本。test-cgi脚本的实现上存在输入验证漏洞，远程攻击者可能利用此漏洞遍历主机的目录，查看目录下的内容，因此检测该攻击的特征码一般包含“cgi-bin/test-cgi”这个字符串，该攻击概念验证(PoC)如下：

　　GET /cgi_bin/test-cgi?/* HTTP/1.1

　　对该PoC的URL进行混淆后可以得到如下所示的URL格式：

　　图3 URL请求混淆示例

　　不幸的是这些混淆后的形式都是WEB服务器可接受的，显然要避免这种攻击的漏报，IPS就不能在原始URL中进行特征匹配操作，而应先对URL进行恢复和整理后再进行规则检测等操作。

　　(四) FTP规避攻击

　　为逃避IPS产品对FTP攻击的识别与拦截，攻击者通常在FTP命令中随机添加一定数量的干扰字符(空格符、Telnet非文本控制符等)，这些干扰字符在FTP服务器的处理过程中往往会被过滤掉。

　　假设攻击者向FTP服务器发送如下命令：

　　CWD

　　/test1/test2/test3/test4/test5/test6

　　向其添加干扰字符后我们得到如下图所示的FTP请求：

　　图4 FTP命令干扰示例

　　假设参数中包含“test2”的CWD请求会触发FTP服务器的某一漏洞，IPS需要先于FTP服务器正确识别CWD请求命令，并过滤请求参数中是否存在“test2”这个特征，如果IPS不能在正确解析FTP协议的同时，准确的滤除干扰字符，它最终看到的将是“t\xff\xf3est2”进而导致漏报发生。

　　三、 攻击规避技术的应对思路和策略

　　攻击规避技术往往利用系统的协议处理缺陷，绕开正常的检测机制，使得真正的攻击流量能够渗入企业内网，其危害之大，防范之难，正被用户越来越关注。用户在选择一款优秀的IPS产品时，已经把攻击规避的检测能力，作为一种必备的产品技术要求进行评估。然而，攻击规避技术应用广泛，种类繁多，而且变种、更新速度较快，要想有效地防范这类攻击，将面临三大挑战：

　　首先，IPS产品需要对相关的网络协议有清晰的理解，具备细粒度协议解析机制和异常处理能力。各种规避技术都遵从相应的协议规范，导致规避攻击成功的原因主要是IPS的协议解码引擎过于简单甚至存在疏漏。

　　其次，安全厂商需要及时跟进各类攻击规避技术的发展动向。当出现新型的攻击规避技术时，能够及时透析其原理并制定有效的应对方案。

　　最后，IPS产品应该具备良好的扩展能力。一般而言，产品协议解析层面的结构变化会对整个系统带来较大的影响，牵一发而动全身。具备良好扩展能力的引擎架构，可以降低抗攻击规避模块的维护成本，缩短应急响应时间。

　　攻击规避技术对于IPS的应用带来了巨大的挑战，为了有效应对此类威胁，IPS产品在设计和开发攻击检测引擎的时候，必须考虑以下几方面的因素：

　　n 具备细粒度协议解析机制和完备的协议异常控制结构，第一时间对非法协议数据及时处理，杜绝安全隐患的蔓延;

　　n 配置高效的IP数据包重组策略，能过同时处理多种模式的分片数据包;

　　n 过滤协议异常数据的同时，积极修正、恢复正确的协议数据，最大限度的保障解码过程的完整性;

　　n 兼顾性能最优化，降低规避处理过程对引擎性能带来的影响;

　　n 尽量控制可能引入的风险，确保系统的稳定性不受影响。

　　为了验证IPS产品对于攻击规避手段的抵御能力，NSS Labs的安全专家们在“安全有效性”专项测试中，采用了五个测试项目，对IPS的攻击规避检测能力，进行了全面(覆盖IP，TCP，HTTP，DCERPC，SUNRPC等多种协议)且严格的测试。

　　基于强大且完善的协议解析引擎，以及多年以来在入侵检测/防护领域的深厚技术积淀，绿盟网络入侵防护系统(NSFOCUS NIPS)在NSS Labs的“规避测试”项目中获得100%的通过率，并最终得到NSS Labs在全球范围内的鼎力推荐。在此之前，仅有两家国际顶尖安全厂商的IPS产品获此殊荣。

　　图5 NSFOCUS NIPS攻击规避检测能力(引自NSS Labs测试报告)

　　四、 结束语

　　应用了规避技术的蓄意隐性攻击，只是IPS面临的众多挑战之一，作为一款优秀的IPS产品，必须具备各类已知和未知风险的识别和控制能力，以确保产品的安全有效性，这也是IPS发展、演变历程中必须遵循的一项基本原则，唯有精确识别各类攻击，并及时做出响应，才有可能最大限度发挥IPS的功效，保障企业信息系统的安全。