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：


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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：


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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：


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● 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.asunyhome.com这个域的DNS，，，，，或许如下：

www.asunyhome.com.  NS ns1.www.asunyhome.com. 

www.asunyhome.com.  NS ns2.www.asunyhome.com. 

www.asunyhome.com.  NS ns3.www.asunyhome.com.


这三条纪录，，，，，就是说http://ns1.www.asunyhome.com、http://ns2.www.asunyhome.com、http://ns3.www.asunyhome.com（以下简称ns1、ns2、ns3）都是http://www.asunyhome.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.asunyhome.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.asunyhome.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.asunyhome.com   A    1.2.3.4 

wenku.www.asunyhome.com   A    5.6.7.8 

tieba.www.asunyhome.com     A    9.10.11.12


若是用户询问http://ns1.www.asunyhome.com：“http://wenku.www.asunyhome.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.asunyhome.com的A纪录，，，，，而是一个CNAME纪录：


www.www.asunyhome.com  CNAME  www.a.shifen.com


也就是告诉用户，，，，，http://www.www.asunyhome.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.asunyhome.com时，，，，，域名剖析的大致流程如下图所示。。。。。


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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：


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（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：


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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：


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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。。。。。


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● 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。。。。。


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● 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。。。。。


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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：


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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。。。。。


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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：


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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。。。。。


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正常数据包如下图所示：


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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。。。。。


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划分跳过Class，，，，，Type和TTL，，，，，抵达RDATA区域。。。。。


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Data lengh为20，，，，，为Name Server的长度。。。。。然后进入排序循环。。。。。


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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。。。。。


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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。。。。。


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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。。。。。


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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。。。。。


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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。。。。。


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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


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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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