從攻擊規避檢測技術看IPS的安全有效性
【51CTO.com 綜合消息】根據業內知名市場咨詢機構IDC的最新報告顯示，國內網絡入侵防護市場已形成了群雄割據的局面，僅進入IDC市場報告統計名錄的企業就有14家之多。眾說紛紜的入侵防護產品技術讓人難辨良莠，孰優孰劣，市場需要一把可以適度評價的標尺。
“安全、高速、易于部署”，這是國際著名安全產品測評機構——NSS Labs在評價一款IPS產品時，認為其應該具備的三種能力。也就是說，NSS Labs的專家們在建議企業客戶選擇IPS時，雖然要充分考慮產品的性能、部署能力及TCO（Total Cost of Ownership，總體擁有成本）等各項指標，但仍將安全有效性指標排在首位。
本文主要從“安全有效性”角度，以攻擊規避流量檢測為例，描述IPS產品所面臨的挑戰，以及相應的解決思路。
一、 從攻擊規避檢測技術看IPS的安全有效性
眾所周知，為了提高產品的攻擊檢測效率，IPS一般采用特征檢測、異常檢測和關聯分析等多種技術手段，以降低產品的誤報率和漏報率。特征檢測技術主要用于識別和定位各類已知威脅，異常檢測方法則通常集成針對協議、應用和統計數據的異常檢測技術，能夠保護企業信息系統免受未知攻擊的侵害，包括新的蠕蟲、蓄意的隱性攻擊、新環境下的攻擊變種，以及分布式D.DoS攻擊流量。
攻擊規避技術是眾多蓄意隱性攻擊中應用范圍最廣，最有效的一類技術。當攻擊者發現被攻擊目標正受到IPS等產品保護時，攻擊者往往會根據攻擊目標的協議特性或漏洞，對攻擊方式或攻擊內容進行精心調整，進而逃避IPS等產品的檢測。
應用了規避技術的網絡攻擊，會給企業帶來不容忽視的安全威脅，如果不能對其進行正常、有效的處理，這類攻擊會使得IPS產品形同虛設，將用戶的網絡資源暴露于攻擊者面前，從而降低用戶網絡環境的安全性，增加用戶資產遭受損失的風險。
二、 常見的攻擊規避技術分析
攻擊規避一般也叫做攻擊逃逸，攻擊者通過對攻擊數據包的精心定制和偽造，企圖繞開IPS此類產品的檢測。目前比較流行的攻擊規避技術包括：數據包分片、數據流分隔、RPC分片、URL混淆，以及攻擊負載的多態和混淆等。下面將針對幾種主流的協議和應用逃避技術，分別進行較為詳細的介紹和分析。
（一） TCP/IP協議規避技術
TCP/IP協議的抗規避處理難點主要集中在TCP協議上。TCP協議是端到端的復雜流式可靠傳輸協議，它的序列號、窗口，以及重傳等保障可靠傳輸的機制，會給IPS的檢測帶來很大困難，IPS只能被動地跟蹤通信雙方的數據及狀態變化，通過實時的數據流重組以進行檢測。
IPS必須內置TCP狀態跟蹤及流匯聚機制，以確保對TCP會話的持續跟蹤和分析。然而在數據傳輸過程中，一旦出現數據包順序錯亂，報文丟失或重傳等問題，很多IPS的檢測機制就會失效，一些規避攻擊恰恰利用這個缺陷，得以繞開IPS的檢測。
歸結起來，針對TCP/IP協議的規避技術，主要包括如下幾種實現方式：
◆通過重傳機制發送干擾數據包（TTL、校驗和、窗口大小、序列號、標志位、時間戳等異常的數據包）和正常數據包，在正常數據包中嵌入攻擊負載，終端的TCP/IP協議棧會丟棄干擾數據包，并將載有攻擊的正常數據匯聚起來提交給應用程序。
◆通過利用TCP協議的序列號或IP協議的片偏移機制，對數據包進行細小劃分，并打亂發送順序（逆序，亂序）。
◆利用攻擊目標的協議棧特性，將數據以前重疊或后重疊的方式發送，例如下圖所示，Windows會傾向于先到的數據流分段，而Solaris傾向于后到的數據流分段。
圖1 數據報文分片重疊結構示例
在VISTA中如上所示的數據會被匯聚為“HELLO,WORLD！”，而在Solaris系統中會被匯聚為“HELP!,VIRUS!”，這就要求IPS產品不僅能夠實現一個完整的TCP/IP協議棧，還要能夠根據保護目標的類型進行重組策略的調整。
TCP/IP協議的規避技術，早在1998年發表的論文《Insertion, Evasion, and Denial of Service : Eluding Network Intrusion Detection》中就已經被詳細的描述。然而，目前大多數的IPS產品仍未具備完善的數據重組能力，這給入侵成功創造了很大空間。
（二） RPC協議規避技術
MS-RPC和Sun/ONC RPC都允許應用程序以分片的方式發送請求，這些分片在RPC服務器內會被重新組裝成完整請求形式。攻擊者通過將不同程度的RPC碎片和不同的TCP傳輸機制進行組合后，可以構造出多種的規避方式。例如：在單TCP數據包中發送所有分片，在不同TCP數據包內發送不同范圍的分片（如每個TCP數據包只攜帶一個RPC分片）等。
以MS08-059為例，Host Integration Server的RPC接口所暴露的一些方式，允許未經認證的攻擊者在服務器上執行任意程序。RPC opcodes 1和6都允許攻擊者調用CreateProcess()函數并向其傳送命令行，這可能導致完全入侵服務器。利用這個漏洞，攻擊者可以發送如下所示的請求，來提升權限：
CMD/c net user admin admin /ADD |
為逃避檢測IPS對這種異常權限提升行為的檢測，攻擊者可以對RPC請求進行分片處理，下圖是在單TCP數據段內進行分片后的效果：
圖2 RPC分片結構示例
由于特征信息被“打散”，傳統的基于包特征匹配的方式很難處理這種規避，要檢測該攻擊需要依據DCERPC協議對RPC分片進行重組。可見，IPS不僅需要能夠對底層協議進行精確解析，還需要有非常細粒度的應用層協議處理能力。
（三） URL混淆
URL混淆通常被攻擊者用以逃避IPS產品的URL過濾機制，這類規避方式主要包括如下幾種：
◆采用轉義符“%”將字符用16進制表示
◆采用轉義符“%u”將字符用UNICODE方式表示
◆隨機插入“//”，“/./”和“\”字符
◆隨機變換大小寫
◆用tab符（0x09或0x0b）或回車符（0x0d）做分隔符
◆加入干擾字符串
以CVE-1999-0070為例，該漏洞產生原因是NCSA HTTPd和早期的Apache Web Server自帶了一個名為“test-cgi”的Shell CGI腳本，通常位于“/cgi-bin”目錄，用于測試Web服務的配置是否已經可以正常地使用CGI腳本。test-cgi腳本的實現上存在輸入驗證漏洞，遠程攻擊者可能利用此漏洞遍歷主機的目錄，查看目錄下的內容，因此檢測該攻擊的特征碼一般包含“cgi-bin/test-cgi”這個字符串，該攻擊概念驗證（PoC）如下：
GET /cgi_bin/test-cgi?/* HTTP/1.1 |
對該PoC的URL進行混淆后可以得到如下所示的URL格式：
圖3 URL請求混淆示例
不幸的是這些混淆后的形式都是WEB服務器可接受的，顯然要避免這種攻擊的漏報，IPS就不能在原始URL中進行特征匹配操作，而應先對URL進行恢復和整理后再進行規則檢測等操作。
（四） FTP規避攻擊
為逃避IPS產品對FTP攻擊的識別與攔截，攻擊者通常在FTP命令中隨機添加一定數量的干擾字符（空格符、Telnet非文本控制符等），這些干擾字符在FTP服務器的處理過程中往往會被過濾掉。
假設攻擊者向FTP服務器發送如下命令：
CWD |
向其添加干擾字符后我們得到如下圖所示的FTP請求：
圖4 FTP命令干擾示例
假設參數中包含“test2”的CWD請求會觸發FTP服務器的某一漏洞，IPS需要先于FTP服務器正確識別CWD請求命令，并過濾請求參數中是否存在“test2”這個特征，如果IPS不能在正確解析FTP協議的同時，準確的濾除干擾字符，它最終看到的將是“t\xff\xf3est2”進而導致漏報發生。#p#
三、 攻擊規避技術的應對思路和策略
攻擊規避技術往往利用系統的協議處理缺陷，繞開正常的檢測機制，使得真正的攻擊流量能夠滲入企業內網，其危害之大，防范之難，正被用戶越來越關注。用戶在選擇一款優秀的IPS產品時，已經把攻擊規避的檢測能力，作為一種必備的產品技術要求進行評估。然而，攻擊規避技術應用廣泛，種類繁多，而且變種、更新速度較快，要想有效地防范這類攻擊，將面臨三大挑戰：
首先，IPS產品需要對相關的網絡協議有清晰的理解，具備細粒度協議解析機制和異常處理能力。各種規避技術都遵從相應的協議規范，導致規避攻擊成功的原因主要是IPS的協議解碼引擎過于簡單甚至存在疏漏。
其次，安全廠商需要及時跟進各類攻擊規避技術的發展動向。當出現新型的攻擊規避技術時，能夠及時透析其原理并制定有效的應對方案。
最后，IPS產品應該具備良好的擴展能力。一般而言，產品協議解析層面的結構變化會對整個系統帶來較大的影響，牽一發而動全身。具備良好擴展能力的引擎架構，可以降低抗攻擊規避模塊的維護成本，縮短應急響應時間。
攻擊規避技術對于IPS的應用帶來了巨大的挑戰，為了有效應對此類威脅，IPS產品在設計和開發攻擊檢測引擎的時候，必須考慮以下幾方面的因素：
◆具備細粒度協議解析機制和完備的協議異常控制結構，第一時間對非法協議數據及時處理，杜絕安全隱患的蔓延；
◆配置高效的IP數據包重組策略，能過同時處理多種模式的分片數據包；
◆過濾協議異常數據的同時，積極修正、恢復正確的協議數據，最大限度的保障解碼過程的完整性；
◆兼顧性能最優化，降低規避處理過程對引擎性能帶來的影響；
◆盡量控制可能引入的風險，確保系統的穩定性不受影響。
為了驗證IPS產品對于攻擊規避手段的抵御能力，NSS Labs的安全專家們在“安全有效性”專項測試中，采用了五個測試項目，對IPS的攻擊規避檢測能力，進行了全面（覆蓋IP，TCP，HTTP，DCERPC，SUNRPC等多種協議）且嚴格的測試。
基于強大且完善的協議解析引擎，以及多年以來在入侵檢測/防護領域的深厚技術積淀，綠盟網絡入侵防護系統（NSFOCUS NIPS）在NSS Labs的“規避測試”項目中獲得100%的通過率，并最終得到NSS Labs在全球范圍內的鼎力推薦。在此之前，僅有兩家國際頂尖安全廠商的IPS產品獲此殊榮。
圖5 NSFOCUS NIPS攻擊規避檢測能力（引自NSS Labs測試報告）
四、 結束語
應用了規避技術的蓄意隱性攻擊，只是IPS面臨的眾多挑戰之一，作為一款優秀的IPS產品，必須具備各類已知和未知風險的識別和控制能力，以確保產品的安全有效性，這也是IPS發展、演變歷程中必須遵循的一項基本原則，唯有精確識別各類攻擊，并及時做出響應，才有可能最大限度發揮IPS的功效，保障企業信息系統的安全。
