ARP欺骗攻击技术分析与防御论文.doc

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ARP欺骗攻击技术分析与防御

AddressResolutionProtocolDeceitAttackTechnologyAnalysisAndDefense

姜志坤

摘要：

世界上没有绝对安全的网络。

用户即使想尽一切办法升级自己的系统，并且及时地为它补上各种补丁，也不能保证自己的系统就是绝对的安全。

Internet和TCP/IP从出现开始，在安全问题上就存在着难以克服的缺陷。

TCP/IP很容易相信别人，即使对方是不怀好意的入侵者。

TCP/IP的欺骗技术有很多种，包括ARP欺骗、序列号欺骗、路由攻击、源地址欺骗和授权欺骗等。

本文针对ARP欺骗的工作原理以及攻击过程，提出了一系列的解决方法。

关键字：

入侵者ARP欺骗工作原理攻击过程

所谓ARP即地址解析协议（AddressResolutionProtocol），是在仅知道主机的IP地址时确定其物理地址的一种协议。

因IPv4和以太网的广泛应用，其主要用作将IP地址翻译为以太网的MAC地址，但其也能在ATM和FDDIIP网络中使用。

从IP地址到物理地址的映射有两种方式：

表格方式和非表格方式。

ARP具体说来就是将网络层（IP层，也就是相当于OSI的第三层）地址解析为数据连接层（MAC层，也就是相当于OSI的第二层）的MAC地址。

1.ARP欺骗原理

1.1ARP欺骗机制分析

ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）是一个位于TCP/IP协议栈中的低层协议，负责将某个IP地址解析成对应的MAC地址。

从影响网络连接通畅的方式来看，ARP欺骗分为二种，一种是对路由器ARP表的欺骗；另一种是对内网PC的网关欺骗。

第一种ARP欺骗的原理是——截获网关数据。

它通知路由器一系列错误的内网MAC地址，并按照一定的频率不断进行，使真实的地址信息无法通过更新保存在路由器中，结果路由器的所有数据只能发送给错误的MAC地址，造成正常PC无法收到信息。

第二种ARP欺骗的原理是——伪造网关。

它的原理是建立假网关，让被它欺骗的PC向假网关发数据，而不是通过正常的路由器途径上网。

在PC看来，就是上不了网了，“网络掉线了”。

一般来说，ARP欺骗攻击的后果非常严重，大多数情况下会造成大面积掉线。

有些网络管理员对此不甚了解，出现故障时，认为PC没有问题，交换机没掉线的“本事”，电信也不承认宽带故障。

而且如果第一种ARP欺骗发生时，只要重启路由器，网络就能全面恢复，那问题一定是在路由器了。

为此，宽带路由器背了不少“黑锅”。

另外，为对抗假冒网关的ARP欺骗，路由器设计了网关的ARP广播机制，它以一个可选定的频次，向内网宣布正确的网关地址，维护网关的正当权益。

在暂时无法及时清除ARP病毒，网络管理员还没有做PC上的IP-MAC绑定时，它能在一定程度上维持网络的运行，避免灾难性后果，赢取系统修复的时间。

这就是ARP主动防范机制。

不过，如果不在PC上绑定IP-MAC，虽然有主动防范机制，但网络依然在带病运行。

因为这种ARP是内网的事情，是不通过路由器的。

让路由器插手只能做到对抗，不能根绝。

ARP太猖獗时，就会发生时断时续的故障，那是主动防范机制在与ARP欺骗进行拉锯式的斗争。

1.2ARP欺骗攻击分析

要想了解ARP欺骗攻击的原理，首先就要了解什么是ARP协议。

ARP是地址转换协议的英文缩写，它是一个链路层协议，工作在OSI模型的第二层，在本层和硬件接口间进行联系，同时为上层（网络层）提供服务。

我们知道，二层的以太网交换设备并不能识别32位的IP地址，它们是以48位以太网地址（就是我们常说的MAC地址）传输以太网数据包的。

因此IP地址与MAC地址之间就必须存在一种对应关系，而ARP协议就是用来确定这种对应关系的协议。

ARP工作时，首先请求主机发送出一个含有所希望到达的IP地址的以太网广播数据包，然后目标IP的所有者会以一个含有IP和MAC地址对的数据包应答请求主机。

这样请求主机就能获得要到达的IP地址对应的MAC地址，同时请求主机会将这个地址对放入自己的ARP表缓存起来，以节约不必要的ARP通信。

ARP缓存表采用了老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用（Windows系统这个时间为2分钟，而Cisco路由器的这个时间为5分钟），就会被删除。

通过下面的例子我们可以很清楚地看出ARP的工作机制。

假定有如下五个IP地址的主机或者网络设备，它们分别是：

主机A192.168.1.2

主机B192.168.1.3

网关C192.168.1.1

主机D10.1.1.2

网关E10.1.1.1

假如主机A要与主机B通信，它首先会检查自己的ARP缓存中是否有192.168.1.3这个地址对应的MAC地址，如果没有它就会向局域网的广播地址发送ARP请求包，大致的意思是192.168.1.3的MAC地址是什么请告诉192.168.1.2，而广播地址会把这个请求包广播给局域网内的所有主机，但是只有192.168.1.3这台主机才会响应这个请求包，它会回应192.168.1.2一个ARP包，大致的意思是192.168.1.3的MAC地址是02-02-02-02-02-02。

这样的话主机A就得到了主机B的MAC地址，并且它会把这个对应的关系存在自己的ARP缓存表中。

之后主机A与主机B之间的通信就依靠两者缓存表里的MAC地址来通信了，直到通信停止后2分钟，这个对应关系才会从表中被删除。

再来看一个非局域网内部的通信过程。

假如主机A需要和主机D进行通信，它首先会发现这个主机D的IP地址并不是自己同一个网段内的，因此需要通过网关来转发，这样的话它会检查自己的ARP缓存表里是否有网关192.168.1.1对应的MAC地址，如果没有就通过ARP请求获得，如果有就直接与网关通信，然后再由网关C通过路由将数据包送到网关E，网关E收到这个数据包后发现是送给主机D（10.1.1.2）的，它就会检查自己的ARP缓存，看看里面是否有10.1.1.2对应的MAC地址，如果没有就使用ARP协议获得，如果有就是用该MAC地址与主机D通信。

通过上面的例子我们知道，在以太局域网内数据包传输依靠的是MAC地址，IP地址与MAC对应的关系依靠ARP表，每台主机（包括网关）都有一个ARP缓存表。

在正常情况下这个缓存表能够有效保证数据传输的一对一性，像主机B之类的是无法截获A与D之间的通信信息的。

但是主机在实现ARP缓存表的机制中存在一个不完善的地方，当主机收到一个ARP的应答包后，它并不会去验证自己是否发送过这个ARP请求，而是直接将应答包里的MAC地址与IP对应的关系替换掉原有的ARP缓存表里的相应信息。

这就导致主机B截取主机A与主机D之间的数据通信成为可能。

首先主机B向主机A发送一个ARP应答包说192.168.1.1的MAC地址是02-02-02-02-02-02，主机A收到这个包后并没有去验证包的真实性而是直接将自己ARP列表中的192.168.1.1的MAC地址替换成02-02-02-02-02-02，同时主机B向网关C发送一个ARP响应包说192.168.1.2的MAC是02-02-02-02-02-02，同样，网关C也没有去验证这个包的真实性就把自己ARP表中的192.168.1.2的MAC地址替换成02-02-02-02-02-02。

当主机A想要与主机D通信时，它直接把应该发送给网关192.168.1.1的数据包发送到02-02-02-02-02-02这个MAC地址，也就是发给了主机B，主机B在收到这个包后经过修改再转发给真正的网关C，当从主机D返回的数据包到达网关C后，网关也使用自己ARP表中的MAC地址，将发往192.168.1.2这个IP地址的数据发往02-02-02-02-02-02这个MAC地址也就是主机B，主机B在收到这个包后再转发给主机A完成一次完整的数据通信，这样就成功地实现了一次ARP欺骗攻击。

因此简单点说，ARP欺骗的目的就是为了实现全交换环境下的数据监听。

大部分的木马或病毒使用ARP欺骗攻击也是为了达到这个目的。

局域网内一旦有ARP的攻击存在，会欺骗局域网内所有主机和网关，让所有上网的流量必须经过ARP攻击者控制的主机。

其他用户原来直接通过网关上网，现在却转由通过被控主机转发上网。

由于被控主机性能和程序性能的影响，这种转发并不会非常流畅，因此就会导致用户上网的速度变慢甚至频繁断线。

另外ARP欺骗需要不停地发送ARP应答包，会造成网络拥塞。

一旦怀疑有ARP攻击我们就可以使用抓包工具来抓包，如果发现网内存在大量ARP应答包，并且将所有的IP地址都指向同一个MAC地址，那么就说明存在ARP欺骗攻击，并且这个MAC地址就是用来进行ARP欺骗攻击的主机MAC地址，我们可以查出它对应的真实IP地址，从而采取相应的控制措施。

另外，我们也可以到路由器或者网关交换机上查看IP地址与MAC地址的对应表，如果发现某一个MAC对应了大量的IP地址，那么也说明存在ARP欺骗攻击，同时通过这个MAC地址查出用ARP欺骗攻击的主机在交换机上所对应的物理端口，从而进行控制。

在局域网中，通过ARP协议来完成IP地址转换为第二层物理地址（即MAC地址）。

ARP协议对网络安全具有重要的意义。

通过伪造IP地址和MAC地址实现ARP欺骗，能够在网络中产生大量的ARP通信量使网络阻塞或者实现“maninthemiddle”进行ARP重定向和嗅探攻击。

用伪造源MAC地址发送ARP响应包，对ARP高速缓存机制的攻击。

每个主机都用一个ARP高速缓存存放最近IP地址到MAC硬件地址之间的映射记录。

MSWindows高速缓存中的每一条记录（条目）的生存时间一般为60秒，起始时间从被创建时开始算起。

默认情况下，ARP从缓存中读取IP-MAC条目，缓存中的IP-MAC条目是根据ARP响应包动态变化的。

因此，只要网络上有ARP响应包发送到本机，即会更新ARP高速缓存中的IP-MAC条目。

攻击者只要持续不断的发出伪造的ARP响应包就能更改目标主机ARP缓存中的IP-MAC条目，造成网络中断或中间人攻击。

ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答。

当计算机接收到ARP应答数据包的时候，就会对本地的ARP缓存进行更新，将应答中的IP和MAC地址存储在ARP缓存中。

因此，B向A发送一个自己伪造的ARP应答，而这个应答中的数据为发送方IP地址是192.168.1.3（C的IP地址），MAC地址是DD-DD-DD-DD-DD-DD（C的MAC地址本来应该是CC-CC-CC-CC-CC-CC，这里被伪造了）。

当A接收到B伪造的ARP应答，就会更新本地的ARP缓存（A可不知道被伪造了）。

当攻击源大量向局域网中发送虚假的ARP信息后，就会造成局域网中的机器ARP缓存的崩溃。

Switch上同样维护着一个动态的MAC缓存，它一般是这样，首先，交换机内部有一个对应的列表，交换机的端口对应MAC地址表Portn<->Mac记录着每一个端口下面存在哪些MAC地址，这个表开始是空的，Switch从来往数据帧中学习。

因为MAC-PORT缓存表是动态更新的，那么让整个Switch的端口表都改变，对Switch进行MAC地址欺骗的Flood，不断发送大量假MAC地址的数据包，Switch就更新MAC-PORT缓存，如果能通过这样的办法把以前正常的MAC和Port对应的关系破坏了，那么Switch就会进行泛洪发送给每一个端口，让Switch基本变成一个HUB，向所有的端口发送数据包，要进行嗅探攻击的目的一样能够达到。

也将造成SwitchMAC-PORT缓存的崩溃，如下下面交换机中日志所示：

Internet172.20.156.10000b.cd85.a193

ARPAVlan256Internet172.20.156.50000b.cd85.a19