巨大的IPv6地址空間其實增加了IPv6攻擊

在2012年6月6日全球IPv6啟動日，很多公司都為其產(chǎn)品和服務(wù)啟用了IPv6協(xié)議，這也讓我們有機會驗證IPv6安全性的誤解。人們普遍認為，因為IPv6增加的地址空間，從攻擊者的角度來看，IPv6主機掃描攻擊將需要花很多時間和精力，使得攻擊幾乎不可能。然而，事實并不是這樣。通過分析IPv6地址在互聯(lián)網(wǎng)上進行配置的方式，本文將介紹IPv6攻擊可行性的真實情況分析。

IPv6不可戰(zhàn)勝的神話

IPv6比IPv4有更大的地址空間。標準IPv6子網(wǎng)(在理論上)可以容納大約1.844 * 1019 個主機，因此其主機密度要比IPv4子網(wǎng)低得多(即，子網(wǎng)中主機數(shù)與可用IP地址數(shù)量的比率較低)。

因為IPv6地址空間數(shù)量如此巨大，很多人認為IPv6將使?jié)撛诘墓�擊者很難對IPv6網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行主機掃描攻擊。有些人估計對單個IPv6子網(wǎng)的主機掃描攻擊可能需要5千萬年!

在IPv4互聯(lián)網(wǎng)中的主機掃描攻擊

在深入分析IPv6主機掃描攻擊的細節(jié)之前，讓我們來看看在IPv4互聯(lián)網(wǎng)中，主機掃描攻擊是如何執(zhí)行的。IPv4的地址空間數(shù)量有限，整個 IPv4地址空間(在理論上)由 232 個地址組成，IPv4子網(wǎng)通常有256個地址。因此，在典型的IPv4子網(wǎng)中，主機密度相對較高。IPv4主機掃描攻擊通常是按照以下方式執(zhí)行的：

• 選定一個目標地址范圍

• 發(fā)送一個測試數(shù)據(jù)包到該范圍內(nèi)的每一個地址

• 每個響應(yīng)的地址都被認為是“可用的”

由于典型的IPv4子網(wǎng)的搜索空間比較小(通常是256個地址)，并且這種子網(wǎng)的主機密度很高，對于大多數(shù)攻擊者而言，在目標網(wǎng)絡(luò)中按順序嘗試每個可能的地址已經(jīng)足以發(fā)動攻擊。

在IPv6互聯(lián)網(wǎng)中的主機掃描攻擊

有兩個因素使IPv6的主機掃描攻擊比IPv4的攻擊更加困難：

• 典型的IPv6子網(wǎng)比IPv4子網(wǎng)更大(IPv6為264 個地址，而IPv4為256個地址) 。

• IPv6子網(wǎng)的主機密度比IPv4子網(wǎng)主機密度低得多

由于這兩個因素，在目標IPv6子網(wǎng)中，按順序試探每一個地址是不可行的，無論是從數(shù)據(jù)包/帶寬的角度來看，還是從執(zhí)行攻擊需要的時間來看。

擊破IPv6安全神話

然而，IPv6主機掃描攻擊并非如此繁瑣和費時。我們需要認識到，IPv6主機地址并不是隨機分布在這相應(yīng)的256個子網(wǎng)地址空間中，這意味著攻擊者在試圖確定“可行”節(jié)點時，實際上并不需要掃過整個子網(wǎng)地址空間。了解IPv6地址生成或者配置的方式，就明白了這種地址分配是非隨機的。

IPv6地址選擇

下圖顯示了IPv6全球單播地址。

IPv6全球單播地址，顧名思義，是用于互聯(lián)網(wǎng)通訊的IPv6地址(而不是，比方說，僅用于本地子網(wǎng)內(nèi)通訊的本地地址)。它類似于IPv4：全球路由前綴通常由上游供應(yīng)商分配，本地網(wǎng)絡(luò)管理員將組織網(wǎng)絡(luò)分成多個邏輯子網(wǎng)，而接口ID(IID)用來確定該子網(wǎng)中的特定網(wǎng)絡(luò)接口。

在選擇接口ID(IPv6地址的低階64位)時有很多選擇，包括：

• 嵌入MAC地址

• 采用低字節(jié)地址

• 嵌入IPv4地址

• 使用“繁復(fù)”的地址

• 使用隱私或臨時地址

• 依賴于過渡技術(shù)或共存技術(shù)

不幸的是，這些因素都減小了潛在的搜索空間，使IPv6主機掃描攻擊變得更容易實現(xiàn)。以下部分解釋了具體的原因：

嵌入式MAC地址

大多數(shù)IPv6主機是根據(jù)非營利組織互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(Internet Society)開發(fā)的無狀態(tài)地址自動分配(SLAAC)來生成它們的地址。SLAAC獲取MAC地址，在中間插入一個16位數(shù)字，在以太網(wǎng)的中，這讓接口ID(還是地址的低階64位)使用下面的語法：

在這種情況下，接口ID至少有16位是都知道的。接口ID的其余位(從底層以太網(wǎng)地址借來的位)也是按照特定的模式。

因此，在規(guī)劃IPv6主機掃描攻擊時，攻擊者可能已經(jīng)知道了目標企業(yè)購買網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供應(yīng)商的情況。攻擊者可以據(jù)此減少搜索空間到只有這些 OUI(企業(yè)唯一標識符)，也就是分配到該供應(yīng)商的標識符。然后他們可以進一步縮小搜索空間，因為以太網(wǎng)地址的低階24位通常是根據(jù)制造的網(wǎng)絡(luò)接口卡按順序分配的。例如，如果企業(yè)從相應(yīng)供應(yīng)商購買了400個系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可能有連續(xù)的以太網(wǎng)地址(并且連續(xù)的IPv6地址)。只要攻擊者通過嘗試隨機地址發(fā)現(xiàn)目標網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，就可以根據(jù)嘗試連續(xù)地址，得到其他節(jié)點。

虛擬化技術(shù)是一個有趣的特殊情況，因為大多數(shù)虛擬化產(chǎn)品對虛擬機的網(wǎng)絡(luò)接口卡采用了特定的IEEE OUI，也就是說，當攻擊者瞄準虛擬機時，搜索空間將被縮小為虛擬技術(shù)采用的已知的OUI。

這些情況都說明了只需要知道或者發(fā)現(xiàn)一些地址，攻擊者就能夠縮小他的搜索范圍，使IPv6主機掃描攻擊成為可能。

低字節(jié)地址

低字節(jié)地址是接口ID全是0的IPv6地址，除了最后8或16位(例如2001:db8::1、2001:db8::2等)。這些地址通常是手動配置的(通常用于基礎(chǔ)設(shè)施)，但是也可能是使用了一些動態(tài)主機配置協(xié)議版本6(DHCPv6)服務(wù)器，這些服務(wù)器會從特定地址范圍按順序分配IPv6地址。當采用低字節(jié)地址時，IPv6地址搜索空間被縮小到(最多)216個地址，這使IPv6主機掃描攻擊變得更為可行。

嵌入式IPv4地址

互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)規(guī)范允許IPv6地址以“2001:db8::W.X.Y.Z”的形式來表達，而IPv4地址的形式為 “W.X.Y.Z”。這種生成地址的形式通常出現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備中，因為如果該設(shè)備的IPv4地址是已知的，就更容易“記住”設(shè)備的IPv6地址。其余的地址都是已知的或者可猜測出，所以采用嵌入式IPv4地址的網(wǎng)絡(luò)將有助于攻擊者將IPv6地址搜索空間縮小到與IPv4網(wǎng)絡(luò)相同的搜索空間。

“繁復(fù)”的地址

IPv6地址采用十六進制(而不是小數(shù))符號，這在手動配置地址時，增加一些創(chuàng)意。例如，F(xiàn)acebook的域名映射到IPv6地址是 “2a03:2880:2110:3f02:face:b00c::”。確定這些“繁復(fù)”的地址的搜索空間并不簡單，當然，與整個264個IPv6空間相比時，搜索空間還是有所減少了。曾經(jīng)有針對“繁復(fù)”地址的基于字典的IPv6主機掃描攻擊。

隱私/臨時地址

為了響應(yīng)主機跟蹤問題，IETF在RFC 4941中標準化了“無狀態(tài)地址自動配置的隱私擴展”。在本質(zhì)上，RFC 4941規(guī)定接口ID應(yīng)該是隨機的，會隨著時間的變化而變化，以創(chuàng)建一個不可預(yù)見的地址。

然而，RFC 4941規(guī)定除了傳統(tǒng)SLAAC地址外還要生成臨時地址(而不是替代它們)，臨時地址用于出站通訊，而傳統(tǒng)SLAAC地址用于服務(wù)器功能(例如入站通訊)。因此，這些地址并不能緩解主機掃描攻擊，因為在采用臨時地址的主機上仍然配置了可預(yù)測的SLAAC地址(但OpenBSD除外，OpenBSD在啟用隱私地址時，禁用了傳統(tǒng)SLAAC地址)。

過渡/共存技術(shù)

有很多IPv4到IPv6的過渡技術(shù)或者共存技術(shù)(例如6to4和Teredo)為IPv6全球單播地址指定了特殊語法，在大多數(shù)情況下是在 IPv6中嵌入IPv4地址，作為IPv6的地址的一部分。由于有很多這方面的技術(shù)，本文將不深入到具體細節(jié)，但需要注意這些地址遵循特定的模式，所以能減小IPv6地址搜索范圍。

如何緩解IPv6主機掃描攻擊

緩解IPv6主機掃描攻擊最聰明的辦法是從IPv6地址刪除任何明顯的模式。IETF的6man工作組目前正在研究一種生成IPv6地址的方法，它有以下特點：

• 產(chǎn)生的接口ID不容易被預(yù)測出

• 產(chǎn)生的接口ID在每個子網(wǎng)內(nèi)是穩(wěn)定的，但是當主機從一個網(wǎng)絡(luò)移動到另一個網(wǎng)絡(luò)時，接口ID會跟著變化

• 產(chǎn)生的接口ID獨立于底層鏈路層地址

為了確保IPv6部署的安全性，IETF必須完成此標準化工作，并且更重要的是，需要供應(yīng)商部署它。一旦這些工作都到位了，這些不可預(yù)測的地址將讓攻擊者的IPv6主機掃描攻擊更難以執(zhí)行。

其他緩解IPv6主機掃描攻擊的措施包括使用基于網(wǎng)絡(luò)的入侵防御系統(tǒng)(IPS)：當在本地子網(wǎng)接收到大量針對不同IPv6地址的探測數(shù)據(jù)包時 (尤其是當很多目標地址不存在時)，可以從特定來源地址阻止入站數(shù)據(jù)包，來應(yīng)對主機掃描攻擊活動。另一種方法是為基于DHCPv6和手動配置的系統(tǒng)配置不可預(yù)測的地址。雖然windows系統(tǒng)生成不可預(yù)測地址，所有其他端點(包括基于思科和Linux的設(shè)備)還需要一些額外的配置，既可以啟用DHCPv6 服務(wù)器來發(fā)布不可預(yù)測地址，也可以手動配置系統(tǒng)，這樣他們就可以使用不可預(yù)測地址。很顯然，DHCPv6的方法應(yīng)該是首選方法，因為它更容易擴展。然而，并不是所有DHCPv6軟件都有這個功能，因此可能唯一的方法應(yīng)該是手動配置每個系統(tǒng)的IPv6地址(當然這個工作會非常痛苦)。

讀了本文關(guān)于IPv6地址在互聯(lián)網(wǎng)上的分配方式的分析，大家應(yīng)該提高認識：雖然IPv6的主機掃描攻擊在很大程度上受到了阻止，但IETF和供應(yīng)商仍然有很多工作要做，以增加IPv6主機掃描攻擊的難度。

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