計算機論文發(fā)表蜜罐信息采集技術(shù)

　　本篇文章是由《計算機工程與設(shè)計》發(fā)表的一篇計算機論文，(月刊)創(chuàng)刊于1980年，由中國航天科工集團第二研究院706所主辦，是中國計算機學(xué)會會刊、北京計算機學(xué)會會刊和中國宇航學(xué)會會刊，是全國中文核心期刊、中國科技核心期刊。

　　摘要 蜜罐是一種主動防御的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，可以吸引黑客的攻擊，監(jiān)視和跟蹤入侵者的行為并且記錄下來進行分析，從而研究入侵者所使用的攻擊工具、策略和方法。該文介紹蜜罐技術(shù)的基本概念，分析了蜜罐的安全價值，詳細研究了蜜罐的信息收集技術(shù)，同時也討論了蜜罐系統(tǒng)面臨的安全威脅與防御對策。

　　關(guān)鍵字 蜜罐，交互性，入侵檢測系統(tǒng)，防火墻

　　1引言

　　現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)安全面臨的一個大問題是缺乏對入侵者的了解。即誰正在攻擊、攻擊的目的是什么、如何攻擊以及何時進行攻擊等，而蜜罐為安全專家們提供一個研究各種攻擊的平臺。它是采取主動的方式，用定制好的特征吸引和誘騙攻擊者，將攻擊從網(wǎng)絡(luò)中比較重要的機器上轉(zhuǎn)移開，同時在黑客攻擊蜜罐期間對其行為和過程進行深入的分析和研究，從而發(fā)現(xiàn)新型攻擊，檢索新型黑客工具，了解黑客和黑客團體的背景、目的、活動規(guī)律等。

　　2蜜罐技術(shù)基礎(chǔ)

　　2.1 蜜罐的定義

　　蜜罐是指受到嚴密監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)誘騙系統(tǒng)，通過真實或模擬的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)來吸引攻擊，從而在黑客攻擊蜜罐期間對其行為和過程進行分析，以搜集信息，對新攻擊發(fā)出預(yù)警，同時蜜罐也可以延緩攻擊和轉(zhuǎn)移攻擊目標。

　　蜜罐在編寫新的IDS特征庫、發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漏洞、分析分布式拒絕服務(wù)(DDOS)攻擊等方面是很有價值的。蜜罐本身并不直接增強網(wǎng)絡(luò)的安全性，將蜜罐和現(xiàn)有的安全防衛(wèi)手段如入侵檢測系統(tǒng)(IDS)、防火墻(Firewall)、殺毒軟件等結(jié)合使用，可以有效提高系統(tǒng)安全性。

　　2.2 蜜罐的分類

　　根據(jù)蜜罐的交互程度，可以將蜜罐分為3類：

　　蜜罐的交互程度(Level of Involvement)指攻擊者與蜜罐相互作用的程度。

　　⑴ 低交互蜜罐

　　只是運行于現(xiàn)有系統(tǒng)上的一個仿真服務(wù)，在特定的端口監(jiān)聽記錄所有進入的數(shù)據(jù)包，提供少量的交互功能，黑客只能在仿真服務(wù)預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)動作。低交互蜜罐上沒有真正的操作系統(tǒng)和服務(wù)，結(jié)構(gòu)簡單，部署容易，風(fēng)險很低，所能收集的信息也是有限的。

　　⑵ 中交互蜜罐

　　也不提供真實的操作系統(tǒng)，而是應(yīng)用腳本或小程序來模擬服務(wù)行為，提供的功能主要取決于腳本。在不同的端口進行監(jiān)聽，通過更多和更復(fù)雜的互動，讓攻擊者會產(chǎn)生是一個真正操作系統(tǒng)的錯覺，能夠收集更多數(shù)據(jù)。開發(fā)中交互蜜罐，要確保在模擬服務(wù)和漏洞時并不產(chǎn)生新的真實漏洞，而給黑客滲透和攻擊真實系統(tǒng)的機會。

　　⑶ 高交互蜜罐

　　由真實的操作系統(tǒng)來構(gòu)建，提供給黑客的是真實的系統(tǒng)和服務(wù)。給黑客提供一個真實的操作系統(tǒng)，可以學(xué)習(xí)黑客運行的全部動作，獲得大量的有用信息，包括完全不了解的新的網(wǎng)絡(luò)攻擊方式。正因為高交互蜜罐提供了完全開放的系統(tǒng)給黑客，也就帶來了更高的風(fēng)險，即黑客可能通過這個開放的系統(tǒng)去攻擊其他的系統(tǒng)。

　　2.3蜜罐的拓撲位置

　　蜜罐本身作為一個標準服務(wù)器對周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并沒有什么特別需要。理論上可以布置在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。但是不同的位置其作用和功能也是不盡相同。

　　如果用于內(nèi)部或私有網(wǎng)絡(luò)，可以放置在任何一個公共數(shù)據(jù)流經(jīng)的節(jié)點。如用于互聯(lián)網(wǎng)的連接，蜜罐可以位于防火墻前面，也可以是后面。

　?、?防火墻之前：如見圖1中蜜罐(1),蜜罐會吸引象端口掃描等大量的攻擊，而這些攻擊不會被防火墻記錄也不讓內(nèi)部IDS系統(tǒng)產(chǎn)生警告，只會由蜜罐本身來記錄。

　　因為位于防火墻之外，可被視為外部網(wǎng)絡(luò)中的任何一臺普通的機器，不用調(diào)整防火墻及其它的資源的配置，不會給內(nèi)部網(wǎng)增加新的風(fēng)險，缺點是無法定位或捕捉到內(nèi)部攻擊者，防火墻限制外向交通，也限制了蜜罐的對內(nèi)網(wǎng)信息收集。

　?、?防火墻之后：如圖1中蜜罐(2)，會給內(nèi)部網(wǎng)帶來安全威脅，尤其是內(nèi)部網(wǎng)沒有附加的防火墻來與蜜罐相隔離。蜜罐提供的服務(wù)，有些是互聯(lián)網(wǎng)的輸出服務(wù)，要求由防火墻把回饋轉(zhuǎn)給蜜罐,不可避免地調(diào)整防火墻規(guī)則，因此要謹慎設(shè)置，保證這些數(shù)據(jù)可以通過防火墻進入蜜罐而不引入更多的風(fēng)險。

　　優(yōu)點是既可以收集到已經(jīng)通過防火墻的有害數(shù)據(jù)，還可以探查內(nèi)部攻擊者。缺點是一旦蜜罐被外部攻擊者攻陷就會危害整個內(nèi)網(wǎng)。

　　還有一種方法，把蜜罐置于隔離區(qū)DMZ內(nèi)，如圖1中蜜罐(3)。隔離區(qū)只有需要的服務(wù)才被允許通過防火墻，因此風(fēng)險相對較低。DMZ內(nèi)的其它系統(tǒng)要安全地和蜜罐隔離。此方法增加了隔離區(qū)的負擔(dān)，具體實施也比較困難。

　　3 蜜罐的安全價值

　　蜜罐是增強現(xiàn)有安全性的強大工具，是一種了解黑客常用工具和攻擊策略的有效手段。根據(jù)P2DR動態(tài)安全模型，從防護、檢測和響應(yīng)三方面分析蜜罐的安全價值。

　　⑴ 防護 蜜罐在防護中所做的貢獻很少，并不會將那些試圖攻擊的入侵者拒之門外。事實上蜜罐設(shè)計的初衷就是妥協(xié)，希望有人闖入系統(tǒng)，從而進行記錄和分析。

　　有些學(xué)者認為誘騙也是一種防護。因為誘騙使攻擊者花費大量的時間和資源對蜜罐進行攻擊，從而防止或減緩了對真正系統(tǒng)的攻擊。

　?、?檢測 蜜罐的防護功能很弱，卻有很強的檢測功能。因為蜜罐本身沒有任何生產(chǎn)行為，所有與蜜罐的連接都可認為是可疑行為而被紀錄。這就大大降低誤報率和漏報率，也簡化了檢測的過程。

　　現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)主要是使用入侵檢測系統(tǒng)IDS來檢測攻擊。面對大量正常通信與可疑攻擊行為相混雜的網(wǎng)絡(luò)，要從海量的網(wǎng)絡(luò)行為中檢測出攻擊是很困難的，有時并不能及時發(fā)現(xiàn)和處理真正的攻擊。高誤報率使IDS失去有效的報警作用，蜜罐的誤報率遠遠低于大部分IDS工具。

　　另外目前的IDS還不能夠有效地對新型攻擊方法進行檢測，無論是基于異常的還是基于誤用的，都有可能遺漏新型或未知的攻擊。蜜罐可以有效解決漏報問題，使用蜜罐的主要目的就是檢測新的攻擊。

　?、?響應(yīng) 蜜罐檢測到入侵后可以進行響應(yīng)，包括模擬回應(yīng)來引誘黑客進一步攻擊，發(fā)出報警通知系統(tǒng)管理員，讓管理員適時的調(diào)整入侵檢測系統(tǒng)和防火墻配置，來加強真實系統(tǒng)的保護等。

　　4 蜜罐的信息收集

　　要進行信息分析，首先要進行信息收集，下面分析蜜罐的數(shù)據(jù)捕獲和記錄機制。根據(jù)信息捕獲部件的位置，可分為基于主機的信息收集和基于網(wǎng)絡(luò)的信息收集。

　　4.1 基于主機的信息收集

　　基于主機的信息收集有兩種方式，一是直接記錄進出主機的數(shù)據(jù)流，二是以系統(tǒng)管理員身份嵌入操作系統(tǒng)內(nèi)部來監(jiān)視蜜罐的狀態(tài)信息，即所謂“Peeking”機制。

　?、?記錄數(shù)據(jù)流

　　直接記錄數(shù)據(jù)流實現(xiàn)一般比較簡單，主要問題是在哪里存儲這些數(shù)據(jù)。

　　收集到的數(shù)據(jù)可以本地存放在密罐主機中，例如把日志文件用加密技術(shù)放在一個隱藏的分區(qū)中。本地存儲的缺點是系統(tǒng)管理員不能及時研究這些數(shù)據(jù)，同時保留的日志空間可能用盡，系統(tǒng)就會降低交互程度甚至變?yōu)椴皇鼙O(jiān)控。攻擊者也會了解日志區(qū)域并且試圖控制它，而使日志文件中的數(shù)據(jù)不再是可信數(shù)據(jù)。

　　因此，將攻擊者的信息存放在一個安全的、遠程的地方相對更合理。以通過串行設(shè)備、并行設(shè)備、USB或Firewire技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)接口將連續(xù)數(shù)據(jù)存儲到遠程日志服務(wù)器，也可以使用專門的日志記錄硬件設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸時采用加密措施。

　　⑵ 采用“Peeking”機制

　　這種方式和操作系統(tǒng)密切相關(guān)，實現(xiàn)相對比較復(fù)雜。

　　對于微軟系列操作系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的源代碼是很難得到，對操作系統(tǒng)的更改很困難，無法以透明的方式將數(shù)據(jù)收集結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)內(nèi)核相結(jié)合，記錄功能必須與攻擊者可見的用戶空間代碼相結(jié)合。蜜罐管理 員一般只能察看運行的進程，檢查日志和應(yīng)用MD-5檢查系統(tǒng)文件的一致性。

　　對于UNIX系列操作系統(tǒng)，幾乎所有的組件都可以以源代碼形式得到，則為數(shù)據(jù)收集提供更多的機會，可以在源代碼級上改寫記錄機制，再重新編譯加入蜜罐系統(tǒng)中。需要說明，盡管對于攻擊者來說二進制文件的改變是很難察覺，一個高級黑客還是可能通過如下的方法探測到：

　　·MD-5檢驗和檢查：如果攻擊者有一個和蜜罐對比的參照系統(tǒng)，就會計算所有標準的系統(tǒng)二進制文件的MD-5校驗和來測試蜜罐。

　　·庫的依賴性和進程相關(guān)性檢查：即使攻擊者不知道原始的二進制系統(tǒng)的確切結(jié)構(gòu)，仍然能應(yīng)用特定程序觀察共享庫的依賴性和進程的相關(guān)性。例如，在UNIX操作系統(tǒng)中，超級用戶能應(yīng)用truss或strace命令來監(jiān)督任何進程，當(dāng)一個象grep(用來文本搜索)的命令突然開始與系統(tǒng)日志記錄進程通信，攻擊者就會警覺。庫的依賴性問題可以通過使用靜態(tài)聯(lián)接庫來解決。

　　另外如果黑客攻陷一臺機器，一般會安裝所謂的后門工具包，這些文件會代替機器上原有的文件，可能會使蜜罐收集數(shù)據(jù)能力降低或干脆失去。因此應(yīng)直接把數(shù)據(jù)收集直接融入UNIX內(nèi)核，這樣攻擊者很難探測到。修改UNIX內(nèi)核不象修改UNIX系統(tǒng)文件那么容易，而且不是所有的UNIX版本都有源代碼形式的內(nèi)核。不過一旦源代碼可用，這是布置和隱藏數(shù)據(jù)收集機制有效的方法。

　　4.2 基于網(wǎng)絡(luò)的信息收集

　　基于主機的信息收集定位于主機本身，這就很容易被探測并終止。基于網(wǎng)絡(luò)的信息收集將收集機制設(shè)置在蜜罐之外，以一種不可見的方式運行，很難被探測到，即使探測到也難被終止,比基于主機的信息收集更為安全?？梢岳梅阑饓腿肭謾z測系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)上來收集進出蜜罐的信息。

　?、?防火墻

　　可以配置防火墻記錄所有的出入數(shù)據(jù)，供以后仔細地檢查。用標準文件格式來記錄，如Linux系統(tǒng)的tcpdump兼容格式，可以有很多工具軟件來分析和解碼錄制的數(shù)據(jù)包。也可以配置防火墻針對進出蜜罐數(shù)據(jù)包觸發(fā)報警，這些警告可以被進一步提煉而提交給更復(fù)雜的報警系統(tǒng)，來分析哪些服務(wù)己被攻擊。例如，大部分利用漏洞的程序都會建立一個shell或打開某端口等待外來連接，防火墻可以記錄那些試圖與后門和非常規(guī)端口建立連接的企圖并且對發(fā)起源的IP告警。防火墻也是數(shù)據(jù)統(tǒng)計的好地方，進出數(shù)據(jù)包可被計數(shù)，研究黑客攻擊時的網(wǎng)絡(luò)流量是很有意義的。

　　⑵ 入侵檢測系統(tǒng)

　　網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)NIDS在網(wǎng)絡(luò)中的放置方式使得它能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中所有機器進行監(jiān)控?？梢杂肏IDS記錄進出蜜罐的所有數(shù)據(jù)包，也可以配置NIDS只去捕獲我們感興趣的數(shù)據(jù)流。

　　在基于主機的信息收集中，高明的入侵者會嘗試闖入遠程的日志服務(wù)器試圖刪除他們的入侵記錄，而這些嘗試也正是蜜罐想要了解和捕獲的信息。即使他們成功刪除了主機內(nèi)的日志，NIDS還是在網(wǎng)內(nèi)靜靜地被動捕獲著進出蜜罐的所有數(shù)據(jù)包和入侵者的所有活動，此時NIDS充當(dāng)了第二重的遠程日志系統(tǒng)，進一步確保了網(wǎng)絡(luò)日志記錄的完整性。

　　當(dāng)然，不論是基于誤用還是基于異常的NIDS都不會探測不到所有攻擊，對于新的攻擊方式，特征庫里將不會有任何的特征，而只要攻擊沒有反常情況，基于異常的NIDS就不會觸發(fā)任何警告，例如慢速掃描，因此要根據(jù)蜜罐的實際需要來調(diào)整IDS配置。

　　始終實時觀察蜜罐費用很高，因此將優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng)和蜜罐結(jié)合使用是很有用的。

　　4.3 主動的信息收集

　　信息也是可以主動獲得，使用第三方的機器或服務(wù)甚至直接針對攻擊者反探測，如Whois，Portscan等。這種方式很危險，容易被攻擊者察覺并離開蜜罐，而且不是蜜罐所研究的主要范疇。

　　5 蜜罐的安全性分析

　　5.1 蜜罐的安全威脅

　　必須意識到運行蜜罐存在的一定的風(fēng)險，有三個主要的危險是：

　?、?未發(fā)現(xiàn)黑客對蜜罐的接管

　　蜜罐被黑客控制并接管是非常嚴重的，這樣的蜜罐已毫無意義且充滿危險。一個蜜罐被攻陷卻沒有被蜜罐管理員發(fā)現(xiàn)，則蜜罐的監(jiān)測設(shè)計存在著缺陷。

　　⑵ 對蜜罐失去控制

　　對蜜罐失去控制也是一個嚴重的問題，一個優(yōu)秀的蜜罐應(yīng)該可以隨時安全地終止進出蜜罐的任何通訊，隨時備份系統(tǒng)狀態(tài)以備以后分析。要做到即使蜜罐被完全攻陷，也仍在控制之中。操作者不應(yīng)該依靠與蜜罐本身相關(guān)的任何機器。虛擬機同樣存在危險，黑客可能突破虛擬機而進入主機操作系統(tǒng)，因此虛擬蜜罐系統(tǒng)的主機同樣是不可信的。

　　失去控制的另一方面是指操作者被黑客迷惑。如黑客故意制造大量的攻擊數(shù)據(jù)和未過濾的日志事件以致管理員不能實時跟蹤所有的活動，黑客就有機會攻擊真正目標。

　?、?對第三方的損害

　　指攻擊者可能利用蜜罐去攻擊第三方，如把蜜罐作為跳板和中繼發(fā)起端口掃描、DDOS攻擊等。

　　5.2 降低蜜罐的風(fēng)險

　　首先，要根據(jù)實際需要選擇最低安全風(fēng)險的蜜罐。事實上并不總是需要高交互蜜罐，如只想發(fā)現(xiàn)公司內(nèi)部的攻擊者及誰探查了內(nèi)部網(wǎng)，中低交互的蜜罐就足夠了。如確實需要高交互蜜罐可嘗試利用帶防火墻的蜜網(wǎng)而不是單一的蜜罐。

　　其次，要保證攻擊蜜罐所觸發(fā)的警告應(yīng)當(dāng)能夠立即發(fā)送給蜜罐管理員。如探測到對root權(quán)限的嘗試攻擊就應(yīng)當(dāng)在記錄的同時告知管理員，以便采取行動。要保證能隨時關(guān)閉蜜罐，作為最后的手段，關(guān)閉掉失去控制的蜜罐，阻止了各種攻擊，也停止了信息收集。

　　相對而言保護第三方比較困難，蜜罐要與全球的網(wǎng)絡(luò)交互作用才具有吸引力而返回一些有用的信息，拒絕向外的網(wǎng)絡(luò)交通就不會引起攻擊者太大的興趣，而一個開放的蜜罐資源在黑客手里會成為有力的攻擊跳板，要在二者之間找到平衡，可以設(shè)置防火墻對外向連接做必要的限定：

　　⑴ 在給定時間間隔只允許定量的IP數(shù)據(jù)包通過。

　?、?在給定時間間隔只允許定量的TCP SYN數(shù)據(jù)包。

　?、?限定同時的TCP連接數(shù)量。

　　⑷ 隨機地丟掉外向IP包。