DNSpooq系列误差剖析与复现
宣布时间 2021-02-01前言
近期， ，，，，以色列清静咨询企业JSOF在最新报告中披露了七个 DNSmasq 误差（统称 DNSpooq）， ，，，，并指出攻击者借此熏染了数以百万计的装备。。。。DNSmasq 是一套盛行的开源 DNS 转发软件， ，，，，能够为运行该软件的网络装备添加 DNS 缓存和 DHCP 效劳器功效， ，，，，普遍用于种种小型局域网络。。。。受 DNSpooq 影响的装备不但可能遭遇 DNS 缓存中毒， ，，，，还可被用于远程代码执行、拒绝效劳（DoS）攻击。。。。现在受影响的厂商包括但不限于 Android / Google、康卡斯特、思科、红帽、Netgear、高通、Linksys、IBM、D-Link以及 Ubiquiti 。。。。凭证shodan显示， ，，，，有超100万台应用DNSmasq的装备袒露在公网， ，，，，可能受影响的装备数不胜数。。。。
其中， ，，，， CVE-2020-25684、CVE-2020-25685 和 CVE-2020-25686 这三个误差， ，，，，可能导致 DNS 效劳遭遇缓存中毒攻击。。。。另外四个误差为 CVE-2020-25687、CVE-2020-25683、CVE-2020-25682 和 CVE-2020-25681 ， ，，，，均为缓冲区溢出误差。。。。黑客或可在设置了 DNSmasq 的网络装备上， ，，，，使用这些误差远程执行恣意代码。。。。
DNS协议简介
DNS的请求和响应的基本单位是DNS报文（Message）。。。。请求和响应的DNS报文结构是完全相同的， ，，，，每个报文都由以下五段（Section）组成：
DNS Header是每个DNS报文都必需拥有的一部分， ，，，，它的长度牢靠为12个字节。。。。Question部分存放的是向效劳器盘问的域名数据， ，，，，一样平常情形下它只有一条Entry。。。。每个Entry的名堂是相同的， ，，，，如下所示：
QNAME：由labels序列组成的域名。。。。QNAME的名堂使用DNS标准名称体现法。。。。这个字段是变长的， ，，，，因此有可能泛起奇数个字节， ，，，，但不举行补齐。。。。DNS使用一种标准名堂对域名举行编码。。。。它由一系列的label（和域名中用.支解的label差别）组成。。。。每个label首字节的高两位用于体现label的类型。。。。RFC1035中分派了四个内里的两个， ，，，，划分是：00体现的通俗label， ，，，，11（0xC0）体现的压缩label。。。。
Answer， ，，，，Authority和Additional三个段的名堂是完全相同的， ，，，，都是由零至多条Resource Record（资源纪录）组成。。。。这些资源纪录由于差别的用途而被脱离存放。。。。Answer对应盘问请求中的Question， ，，，，Question中的请求盘问效果会在Answer中给出， ，，，，若是一个响应报文的Answer为空， ，，，，说明这次盘问没有直接获得效果。。。。
RR(ResourceRecord)资源纪录是DNS系统中很是主要的一部分， ，，，，它拥有一个变长的结构， ，，，，详细名堂如下：
● NAME：它指定该条纪录对应的是哪个域名， ，，，，名堂使用DNS标准名称体现法
● TYPE：资源纪录的类型。。。。
● CLASS：对应Question的QCLASS， ，，，，指定请求的类型， ，，，，常用值为IN， ，，，，值为0x001。。。。
● TTL(Time To Live)资源的有用期：体现你可以将该条RR缓存TLL秒， ，，，，TTL为0体现该RR不可被缓存。。。。TTL是一个4字节有符号数， ，，，，可是只使用它大于即是0的部分。。。。
● RDLENGTH：一个两字节非负整数， ，，，，用于指定RDATA部分的长度（字节数）。。。。
● RDATA：体现一个长度和结构都可变的字段， ，，，，它的详细结构取决于TYPE字段指定的资源类型。。。。
DNS常见资源纪录类型有NS纪录、A纪录、CNAME纪录。。。。
● NS纪录
NS纪任命于指定某个域的权威DNS。。。。好比在com的DNS里， ，，，，纪录着http://www.chinabigbag.com这个域的DNS， ，，，，或许如下：
www.chinabigbag.com. NS ns1.www.chinabigbag.com.
www.chinabigbag.com. NS ns2.www.chinabigbag.com.
www.chinabigbag.com. NS ns3.www.chinabigbag.com.
这三条纪录， ，，，，就是说http://ns1.www.chinabigbag.com、http://ns2.www.chinabigbag.com、http://ns3.www.chinabigbag.com（以下简称ns1、ns2、ns3）都是http://www.chinabigbag.com域的权威DNS， ，，，，询问恣意其中一个都可以。。。。
虽然， ，，，，在com的权威DNS里， ，，，，还会纪录ns1~ns3这几个http://www.chinabigbag.com权威DNS的IP， ，，，，会一并返回给问询者， ，，，，以便问询者直接用IP联系ns1~ns3。。。。
● A纪录
A纪录就是最经典的域名和IP的对应， ，，，，在http://ns1.www.chinabigbag.com内里， ，，，，纪录着百度公司各产品的域名和IP的对应关系， ，，，，每一个这样的纪录， ，，，，就是一个A纪录， ，，，，好比下面的3个A纪录：
image.www.chinabigbag.com A 1.2.3.4
wenku.www.chinabigbag.com A 5.6.7.8
tieba.www.chinabigbag.com A 9.10.11.12
若是用户询问http://ns1.www.chinabigbag.com：“http://wenku.www.chinabigbag.com的IP是几多？？？”， ，，，，ns1就会找到对应的A纪录或者CNAME纪录并返回。。。。
● CNAME纪录
CNAME纪录也称又名纪录， ，，，，允许将多个纪录映射到统一台盘算机上。。。。好比， ，，，，在ns1中， ，，，，并没有http://www.www.chinabigbag.com的A纪录， ，，，，而是一个CNAME纪录：
www.www.chinabigbag.com CNAME www.a.shifen.com
也就是告诉用户， ，，，，http://www.www.chinabigbag.com的又名是http://www.a.shifen.com， ，，，，可以直接请求剖析http://www.a.shifen.com。。。。
DNS缓存攻击
当会见www.www.chinabigbag.com时， ，，，，域名剖析的大致流程如下图所示。。。。
DNS缓存中毒是一种较量经典的攻击方法， ，，，，若是攻击者可以乐成执行， ，，，，就会在DNS缓存效劳器上留下一个有害的条目， ，，，，使得用户会见正常网站的请求重定向到被攻击者控制的恶意网站。。。。
DNSpooq系列缓存中毒误差的简朴攻击流程图如下图所示：
（1）用户发送浏览淘宝的请求给DNS转发器， ，，，，希望获得对应的IP。。。。
（2）DNS转发器没有此域名的缓存， ，，，，以是将请求转发给上游DNS效劳器。。。。
（3）在获得上游DNS效劳器回复前， ，，，，攻击者发送一个伪造的回复， ，，，，将淘宝域名与一个恶意IP相对应。。。。
（4）DNS转发器接受了这个伪造的回复， ，，，，并发送给用户， ，，，，于是用户请求会见的淘宝被重定向到了攻击者使用的恶意网站。。。。
这个DNS转发器应用场景很普遍， ，，，，好比小我私家开的热门， ，，，，机场、宾馆里的公共网络等， ，，，，一旦攻击乐成， ，，，，则影响使用这些网络的所有人。。。。
在DNS Header中有一个16-bit的区域叫TXID（transaction ID）， ，，，，用于将盘问包和回复包匹配。。。。在已往， ，，，，TXID是防御DNS缓存中毒的主要手段。。。。可是在2008年， ，，，，清静研究员Dan Kaminsky证实16-bit的TXID是远远不敷的， ，，，，厥后又增添了端口随机化， ，，，，以是这个时间想伪造回复包， ，，，，不但需要猜对TXID， ，，，，还需要猜对端口， ，，，，一共32位的随机值， ，，，，别的还需要知道源IP和目的IP。。。。
DNS清静扩展
到了21世纪， ，，，，DNS清静扩展正在被逐步应用。。。。DNS清静扩展是现在为相识决DNS诱骗缓和存污染问题而设计的一种清静机制。。。。DNSSEC依赖数字署名来包管DNS应答报文的真实性和完整性。。。。简朴来说， ，，，，权威效劳器使用私钥对资源纪录举行署名， ，，，，递归效劳器使用权威效劳器的公钥对应答报文举行验证。。。。若是验证失败， ，，，，则说明这一报文可能是有问题的。。。。
为了实现资源纪录的署名和验证， ，，，，DNSSEC增添了四种类型的资源纪录：RRSIG（Resource Record Signature）、DNSKEY（DNS Public Key）、DS（Delegation Signer）、NSEC（Next Secure）。。。。
例如我们执行下令行：dig @8.8.8.8 paypal.com， ，，，，获得的DNS盘问效果如下所示：
红框中为应答部分， ，，，，这是未开启DNSSEC的情形下的。。。。我们执行下令行：dig+dnssec @8.8.8.8 paypal.com， ，，，，获得的DNS盘问效果如下所示：
蓝框中即是RRSIG资源纪录存储， ，，，，该资源纪录存储的是对资源纪录荟萃（RRSets）的数字署名。。。。
Dnsmasq缓存中毒误差
以下三个误差， ，，，，组合起来用可以降低伪造回复包的熵值。。。。
● CVE-2020-25684
DNSmasq自己限制了转发给上游效劳器盘问包的数目， ，，，，通常最大是150条。。。。用户可以自己设定这个值。。。。转发盘问使用的是frec(forwardrecord)结构。。。。每个frec都和TXID相关联。。。。当回复被接受或经由一准时间， ，，，，这个frecs就会被删除。。。。
通常情形下， ，，，，用于转发盘问的socket数目被限制在64个。。。。每个用于转发的socket和一个随机的端口绑定。。。。
理论上， ，，，，盘问包中TXID和源端口加起来会有32-bit的熵。。。。可是现实上， ，，，，这个熵要更少一些。。。。由于dnsmasq在统一个端口会多路复用多个TXID， ，，，，而没有将每个TXID和每个端口设置为逐一对应的关系， ，，，，如下图所示。。。。效果就是， ，，，，攻击者只需要料中64个端口中的一个端口尚有准确的TXID就可以了， ，，，，而不必料中某个特定的端口和特定的TXID。。。。以是这导致现实上只有26位熵值。。。。
● CVE-2020-25685
若是要对DNS转发器举行投毒， ，，，，除了需要猜对准确的TXID和源端口， ，，，，攻击者发送伪造的回复还需要匹配已开放的frecs。。。。若是想让frec匹配， ，，，，那么TXID和问题区都要匹配， ，，，，换句话说， ，，，，回复的内容是之前询问过的。。。。
dnsmasq只存放问题区的哈希值， ，，，，而不是把整个语句存下来。。。。当整个盘问提交的时间， ，，，，这个哈希值会被生涯。。。。
若是dnsmasq没有编译DNSSEC支持， ，，，，那么他默认使用CRC32作为哈希算法。。。。问题就在于CRC32从密码学角度并不是一个清静的算法。。。�？？？梢院芮崴傻氖褂美嗨芐MT solver等工具举行CRC32碰撞， ，，，，这里原理不做过多先容。。。。
以是基于这一特征， ，，，，攻击者可以天生多个盘问， ，，，，每一个盘问的CRC32的值都相同， ，，，，不过盘问的是差别的域名， ，，，，而这些域名最好是不保存的， ，，，，即没有被缓存的。。。。然后攻击者可以发送一个具有相同CRC32值的伪造的回复。。。。
如下图所示， ，，，，攻击者控制一台客户端对多个域名提倡问询， ，，，，每一个CRC32的值都是相同的， ，，，，然后在递归DNS效劳器回复之前， ，，，，回复一个具有相同CRC32值的域名或IP， ，，，，攻击即有可能乐成。。。。
● CVE-2020-25686
dnsmasq的另一个问题就是在统一个域名被盘问请求时会粗暴的建设多个frecs。。。。随后会转发所有的请求， ，，，，若是乐成的匹配其中的恣意一个， ，，，，就计入缓存。。。。这个问题导致就算dnsmasq使用清静的哈希算法， ，，，，也可能乐成的实验攻击。。。。
通过以上三个误差， ，，，，导致攻击者伪造恶意回复包的乐成率大大提高， ，，，，后面还需要使用dnsmasq没有对回复包做验证的特征举行攻击。。。。
一样平常情形下， ，，，，在递归效劳器上会对回复包做一些验证机制， ，，，，例如bailiwicks。。。。可是在设置dnsmasq的装备上并没有做任何验证， ，，，，以是可以在用户请求www.example.com的时间， ，，，，攻击者可以发送如下回复:
www.example.com CNAME www.bank.com
www.bank.com A 6.6.6.6
然后这条纪录的缓存就会被插入到dnsmasq的装备中。。。。前文先容过CNAME， ，，，，以是当用户想会见www.bank.com的时间， ，，，，会被重定向到被攻击者控制的IP为6.6.6.6的效劳器。。。。而设置了类似bailiwicks的装备， ，，，，会去找权威效劳器询问www.bank.com的IP。。。。
Dnsmasq缓冲区溢出误差
● CVE-2020-25681
以下名称以规范的DNS名称顺序排序。。。。最主要的标签是“example”。。。。在此级别上， ，，，，“example”将首先排序， ，，，，然后是以“a.example”最后的名称， ，，，，然后是以“z.example”最后的名称。。。。每个级别中的名称以相同的方法排序。。。。如下图所示。。。。
CVE-2020-25681误差位于dnssec.c文件的sort_rrset()函数中， ，，，，该函数认真凭证DNSSEC验证历程的要求接纳冒泡排序算法将给定的资源纪录荟萃（RRSets）排序为规范顺序。。。。该函数界说如下：
它接受了响应数据包（header）以及数据包长度（plen）。。。。rrset是指向资源纪录荟萃中RR数组的指针， ，，，，而rrsetidx是荟萃中的RR数， ，，，，rr_desc是指向与RRset关联的RR类型的形貌符的指针。。。。最后， ，，，，有两个缓冲区buff1和buff2， ，，，，它们用作排序例程的事情区缓冲区。。。。这两个缓冲区在程序最先时都是相对分派的， ，，，，它们是daemon> workspacename和daemon-> keyname。。。。当dnsmasq开启DNSSEC时， ，，，，将会分派这两个缓冲区。。。。
MAXDNAME巨细为1025， ，，，，以是workspacename和keyname的巨细2050， ，，，，也是该误差爆发溢出的缓冲区。。。。
首先启动dnsmasq， ，，，，并设置参数为：
-p 53535 --no-daemon --log-queries -S127.0.0.2 --no-hosts --no-resolv -d -q --dnssec--trust-anchor=.,20326,8,2,E06D44B80B8F1D39A95C0B0D7C65D08458E880409BBC683457104237C7F8EC8D， ，，，，结构完恶意DNS盘问响应包， ，，，，使用下令行：dig NS+dnssec @localhost -p 53535 .， ，，，，掷中sort_rrset()函数断点后如下图所示：
在结构资源纪录荟萃（RRSets）时， ，，，，必需包管纪录个数大于1， ，，，，这样才华包管进入排序循环。。。。
这里结构的rrsetidx为0x3。。。。
正常数据包如下图所示：
Answers块中， ，，，，p1指向第一个资源纪录， ，，，，p2指向第二个， ，，，，然后举行排序。。。。
划分跳过Class， ，，，，Type和TTL， ，，，，抵达RDATA区域。。。。
Data lengh为20， ，，，，为Name Server的长度。。。。然后进入排序循环。。。。
行315， ，，，，首先挪用get_rdata()函数剖析第一个资源纪录p1的RDATA域中的NameServer， ，，，，看下该函数实现。。。。
判断d是否即是-1， ，，，，这里不即是， ，，，，不进入if语句， ，，，，来到如下代码。。。。
然后挪用extract_name()函数剖析， ，，，，这里需要包管extract_name()函数剖析过失返回0， ，，，，包管进入get_rdata()函数返回为0， ，，，，通过设置超长NameServer字符串即可。。。。
进入if语句， ，，，，行318， ，，，，盘算len1， ，，，，为end1-p1， ，，，，即是NameServer的长度。。。。行319， ，，，，挪用memcpy()将p1拷贝到buff1+left1中。。。。
这里len1设置为3550， ，，，，p1为NameServer， ，，，，长度RDLENGTH为用户可控。。。。前文已经先容buff1为daemon>workspacename， ，，，，巨细为2020， ，，，，因此爆发堆溢出。。。。
缓解步伐
● 升级dnsmasq到最新版本(2.83及以上)， ，，，，这是现在最有用的要领。。。。
● 若是不须要， ，，，，设置dnsmasq装备不要在WAN口监听。。。。
● 只管设置dnsmasq最大转发盘问条目小一点。。。。
● 暂时关闭DNSSEC验证选项。。。。
● 使用为DNS提供传输清静的协议， ，，，，如DoT或DoH。。。。
参考链接：
[1] https://www.jsof-tech.com/disclosures/dnspooq/
[2] https://www.jsof-tech.com/wp-content/uploads/2021/01/DNSpooq-Technical-WP.pdf
[3] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1664.txt
[4] https://security.googleblog.com/2017/10/behind-masq-yet-more-dns-and-dhcp.html
[5] https://spoofer.caida.org/summary.php
[6] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7858.txt
[7] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5452.txt
[8] http://www.thekelleys.org.uk/dnsmasq/doc.html
[9]https://dl.acm.org/doi/10.1145/3372297.3417280
[10] https://github.com/Z3Prover/z3
[11] https://www.chromium.org/developers/design-documents/dns-prefetching
[12] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc4033.txt
[13] https://zhuanlan.zhihu.com/p/92899876
人生就是博起劲防御实验室（ADLab）
ADLab建设于1999年， ，，，，是中国清静行业最早建设的攻防手艺研究实验室之一， ，，，，微软MAPP妄想焦点成员， ，，，，“黑雀攻击”看法首推者。。。。阻止现在， ，，，，ADLab已通过CVE累计宣布清静误差近1100个， ，，，，通过 CNVD/CNNVD累计宣布清静误差1000余个， ，，，，一连坚持国际网络清静领域一流水准。。。。实验室研究偏向涵盖操作系统与应用系统清静研究、智能终端清静研究、物联网智能装备清静研究、Web清静研究、工控系统清静研究、云清静研究。。。。研究效果应用于产品焦点手艺研究、国家重点科技项目攻关、专业清静效劳等。。。。
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