關(guān)于無線局域網(wǎng)DDoS的攻擊技術(shù)
1、概述
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種網(wǎng)絡(luò)安全問題也是層出不窮。無線局域網(wǎng)雖然具有易于擴(kuò)展、使用靈活、經(jīng)濟(jì)節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其采用射頻工作方式，使得 WLAN在安全方面顯得尤為脆弱。基于 IEEE802.1l的無線網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用，但也成為極有吸引力的攻擊目標(biāo)。由于IEEE802.11的WEP加密機(jī)制和認(rèn)證協(xié)議存在嚴(yán)重的缺陷，經(jīng)過大量的研究，產(chǎn)生了一系列的擴(kuò)展協(xié)議，以加強(qiáng) 無線網(wǎng)絡(luò)的訪問控制和機(jī)密性。但無線網(wǎng)絡(luò)由于其開放特性，還是很容易受到攻擊，其中，分布式拒絕服務(wù)攻擊是最難檢測和控制的。無線局域網(wǎng)的各個層面都有可能受到DDoS的攻擊。
2、物理層的DDoS攻擊
IEEE802.1l協(xié)議定義了兩種媒體訪問控制協(xié)議用來實(shí)現(xiàn)對無線信道的訪問控制。一種采用基于分布式協(xié)調(diào)功能 (DCF：DistributedCoordinationFunction)的競爭模式來實(shí)現(xiàn)異步通信方式;另一 種采用基于點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF：PointCo-ordinationFunction)的非競爭模式來實(shí)現(xiàn)同步通信方式。目前的802.1l無線設(shè)備基本上都是采用DCF方式進(jìn)行通信。
在DCF中802.11采用載波偵聽/沖突避免(CSMA/CA：Car- rierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance)機(jī)制進(jìn)行無線介質(zhì)共享，它的基本思想是讓發(fā)送方激發(fā)接收方發(fā)出一個短幀，使得 接收方附近的站點(diǎn)可以監(jiān)聽到將要進(jìn)行的傳輸，從而避免它們在這個期間內(nèi)向接收站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。而這一機(jī)制的實(shí)現(xiàn)是通過物理層的空閑信道評估 (CCA：ClearChannelAssessment)程序來完成 的。它通過接收信號能量的強(qiáng)弱來確定信道是否空閑，每當(dāng)信道由空閑轉(zhuǎn)為忙或由忙轉(zhuǎn)為空閑時，物理層的子層 PLCP(PhysicalLayerConvergenceProcedure)都產(chǎn)生一種基元：PHY-CCA。 Indicate(STATE)，
STATE為狀態(tài)變量，當(dāng)PLCP檢測到信道忙時，其值為BUSY，反之，為IDLE。該攻擊方法簡單但效率很高，不需要特殊的設(shè)備與技術(shù)。另外，所使用的攻擊設(shè)備無需高的發(fā)射功率，要發(fā)現(xiàn)并定位攻擊者相當(dāng)困難。澳大利亞電腦危機(jī)緊急響應(yīng)小組就宣布了一種DDoS攻擊，這種攻擊就是利用CCA工作機(jī)理和802.1l物理層管理實(shí)體(PLME：PhysicalLayerManagementEntity)提供的一種測試模式 (PLMEDSSSTESMODE)來實(shí)施的。它攻擊的對象是物理層采用直接序列擴(kuò)頻 (DSSS：DirectSequenceSpreadSpectnlm)工作方式的無線設(shè)備，包括采用IEEE802.1l、802.1lb和低速(低于 20Mbps)802.11g標(biāo)準(zhǔn)的DSSS無線設(shè)備。
3、MAC的DDoS攻擊
在802.1l網(wǎng)絡(luò)中，為了解決站點(diǎn)隱藏及報文碰撞等問題，采用了RTS/CTS等通訊控制機(jī)制。在WPA中采用消息完整性校驗(yàn)(MIC：MessageIntegrityCode)機(jī)制來防范偽造報文，這些機(jī)制在提高 網(wǎng)絡(luò)性能的同時，也帶來了新的安全隱患。
802.1l協(xié)議中，使用CSMA/CA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多路訪問。
為了避免一個節(jié)點(diǎn)長時間占用信道從而導(dǎo)致其他的節(jié)點(diǎn)無法傳送數(shù)據(jù)，要求每個節(jié)點(diǎn)在發(fā)送完一個MAC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 (MPDU：MACProtocolDataUnit)之后都必須等待一個SIFS(SIFS： ShortInterFrameSpace)時間。基于MAC的拒絕服務(wù)攻擊其核心思想就是通過修改攻擊設(shè)備上的通信模塊程序，將它的SIFS設(shè)得更短，那么在同等發(fā)包速率的情況下，攻擊者將以很高的概率占有 信道，從而使合法節(jié)點(diǎn)的通信推遲進(jìn)行。
CSMA/CA為了解決隱藏節(jié)點(diǎn)問題引入了RST/CTS控制機(jī)制，它能夠?yàn)橐粋�節(jié)點(diǎn)保留一定時間的信道。想要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)首先必須向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個RTS幀，這個RTS幀中包含該節(jié)點(diǎn)的ID以及 一個Duration域。Duration域用于告知需要為該節(jié)點(diǎn)保留隨后數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間，每個節(jié)點(diǎn)上都使用 NAV(NAV：NetworkAllocationvector)來度量保留時間值，它的最大值為215-1。只有當(dāng) NAV=0時該節(jié)點(diǎn)才可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而這個值的更新是通過Duration值進(jìn)行的。目的節(jié)點(diǎn)一旦收到某個節(jié)點(diǎn)發(fā)來的RTS幀，就立即響應(yīng)一個CTS幀，其中也包含ID、Duration域。在信號覆蓋范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)通過CTS幀來更新NAV值，這樣可以解決由于隱藏節(jié)點(diǎn)造成的沖突問題。這種 RST/CTS策略很容易引發(fā)拒絕服務(wù)攻擊。如果攻擊者不斷發(fā)送包含較大Duration值的RTS幀，那么，根據(jù)CSMA/CA，收到RTS幀的合法節(jié)點(diǎn)會以CTS幀進(jìn)行響應(yīng)，響應(yīng)后很快就會放棄對信道的控制。又因?yàn)楹戏ü?jié)點(diǎn)要等待一個SIFS甚至一個DIFS后才能再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而攻擊者又不斷發(fā) 送RTS，這樣合法節(jié)點(diǎn)就很難搶到時隙，再加上這些節(jié)點(diǎn)對CTS的傳播帶來的影響，整個信道基本上將只會被攻擊者占用。因此這種攻擊會嚴(yán)重降低被攻擊 WLAN內(nèi)節(jié)點(diǎn)的通信效率。另外，802.11 中的完整性校驗(yàn)值(ICV)的目的是為了保證數(shù)據(jù)在傳輸途中不會因?yàn)樵肼暤任锢硪蛩貙?dǎo)致報文出錯，因此采用了相對簡單高效的CRC算法。但是攻擊者可以通過修改ICV來使之和被篡改過的報文 相吻合，可以說沒有任何安全功能。而WPA中的MIC則是為了防止攻擊者的篡改而定制的，它利用Michael密鑰并通過Michael算法求出一個8字節(jié)的消息完整性校驗(yàn)值(MIC)，加在每個數(shù)據(jù)分組后面。當(dāng)一個無線客戶或AP在一秒鐘內(nèi)收到兩個或兩個以上的MIC值有誤的數(shù)據(jù)包，WPA認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)正在受到攻擊，隨后將采取一系列保護(hù)措施，包括中斷通信一分鐘，更換密鑰等，從而給拒絕服 務(wù)攻擊帶來機(jī)會。因?yàn)椋粽咧恍枰棵胂蚰康墓?jié)點(diǎn)發(fā)送至少兩個這種MIC值有誤的報文，就會使該節(jié)點(diǎn)觸發(fā)MIC錯誤保護(hù)措施，中斷通信一分鐘。只要網(wǎng)絡(luò)一恢復(fù)正常，攻擊者就重復(fù)這樣的 攻擊過程，最終將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓。
4、網(wǎng)絡(luò)層的DDoS攻擊
針對網(wǎng)絡(luò)層的攻擊也是一種很有威脅的攻擊手段，下面列出幾種常見的攻擊方法：
(1)非法節(jié)點(diǎn)成為路由節(jié)點(diǎn)。它們丟失一定數(shù)量的數(shù)據(jù)包，使得連接質(zhì)量下降。如果在傳輸層采用TCP協(xié)議將產(chǎn)生更大的影響。例如：黑洞攻擊(偷偷地將所有到達(dá)信息全部丟棄);灰洞攻擊(有 選擇地丟棄其中一部分信息，如轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議包而丟失數(shù)據(jù)包)。針對這兩種攻擊，斯坦福大學(xué)的Mani等人提出了一種看門狗和選路人算法。看門狗是指數(shù)據(jù)包的發(fā)送者將數(shù)據(jù)包發(fā)出去之后還 要監(jiān)視他的下一跳節(jié)點(diǎn)，如果下一跳節(jié)點(diǎn)沒有對包進(jìn)行了轉(zhuǎn)發(fā)，這說明那個節(jié)點(diǎn)可能存在問題。而選路人作為一種響應(yīng)辦法，它評定每一條路的信任等級，使數(shù)據(jù)包盡量避免經(jīng)過那些可能存在 非法節(jié)點(diǎn)的路徑。結(jié)合看門狗和選路人算法能夠很好地避免非法節(jié)點(diǎn)成為路由節(jié)點(diǎn)。此外，為了鼓勵空閑的正常節(jié)點(diǎn)多轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，Buttyan和Hubaux 將經(jīng)濟(jì)學(xué)中的思想引入了無線局域網(wǎng)中， 他們提出了虛擬貨幣的概念，并把它作為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的報酬。
(2)非法節(jié)點(diǎn)傳輸虛假的路由信息或者重播過時的路由信息，這樣將導(dǎo)致路由失敗從而影響傳輸?shù)男阅堋Ｏx洞攻擊(WormholeAttack)和回路攻擊是這種類型攻擊的典型代表。蟲洞攻擊的原理是 在無線局域網(wǎng)中通過有線或者長距離的無線手段建立一條不正常的鏈路。通過鏈路的建立來欺騙路由協(xié)議，從而造成虛假的路由信息。
(3)通過IP欺騙來隱藏攻擊者的真實(shí)位置以及利用節(jié)點(diǎn)可移動性使攻擊源迅速轉(zhuǎn)移，從而使得攻擊源的追蹤變得異常困難。對于在無線局域網(wǎng)中的 DDoS攻擊源追蹤的研究在一定的程度上可以借 鑒有線網(wǎng)絡(luò)的DDoS攻擊源追蹤技術(shù),但是兩者之間還是有很多的區(qū)別。我們可以將有線網(wǎng)絡(luò)中的攻擊源追蹤技術(shù)PPM(采樣標(biāo)記法)、 ITrace(ICMP報文定位法)移植到無線局域網(wǎng)中，并且已經(jīng)有人 通過實(shí)驗(yàn)證明攻擊源追蹤技術(shù)的使用效果與攻擊源追蹤技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議以及無線局域網(wǎng)的規(guī)模都有一定的聯(lián)系。
5、傳輸層、應(yīng)用層等上層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的DDoS攻擊
在無線局域網(wǎng)中的傳輸層、應(yīng)用層等上層結(jié)構(gòu)與有線網(wǎng)絡(luò)同等網(wǎng)絡(luò)層次具有相同的特征，因此在無線局域中針對上層網(wǎng)絡(luò)的DDoS攻擊與有線網(wǎng)絡(luò)中的 DDoS攻擊基本上一樣。其中，TCPSYN洪泛、 TCPRST洪泛攻擊就是典型的針對上層網(wǎng)絡(luò)攻擊。此外，有線網(wǎng)絡(luò)中抵御DDoS攻擊的防御方法同樣適用于無線局域網(wǎng)。研究表明，在有線網(wǎng)絡(luò)中DDoS攻擊的攻擊對象主要集中在網(wǎng)絡(luò)層以及傳輸層 等上層協(xié)議。但是無線局域網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)的物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層等上層網(wǎng)絡(luò)都成為DDoS攻擊的攻擊對象。因此，針對無線局域網(wǎng)中DDoS攻擊的防御顯得尤為重要。
6、不完善的認(rèn)證機(jī)制引發(fā)的DDoS攻擊
IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)提供兩種類型的認(rèn)證：開放系統(tǒng)認(rèn)證和共享密鑰認(rèn)證。開放系統(tǒng)認(rèn)證就本質(zhì)而言是一個空的認(rèn)證過程，共享密鑰認(rèn)證給予一個預(yù)先共享的密鑰，用WEP協(xié)議對客戶進(jìn)行認(rèn)證：AP 發(fā)送一個質(zhì)問串，并要求客戶對其進(jìn)行加密后返回，如果客戶的響應(yīng)被驗(yàn)證成功，則該客戶通過驗(yàn)證。這一認(rèn)證協(xié)議有著諸多公開化的缺陷，攻擊者可以利用這些缺陷對網(wǎng)絡(luò)實(shí)施攻擊。
三、結(jié)束語
本文主要介紹了DDoS在無線局域網(wǎng)中各層的攻擊方式，對各種攻擊方式的原理和攻擊方法均做了較為詳細(xì)的描述。DDoS攻擊對于無線網(wǎng)絡(luò)來說比有線網(wǎng)絡(luò)更難防御，所以對各種無線網(wǎng) 絡(luò)DDoS攻擊手段的研究是很有意義的。
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