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 服务器功效 ，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、拒绝服务（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 服务遭遇缓存中毒攻击 。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部分存放的是向服务器盘问的域名数据 ，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.zsfanglian.com这个域的DNS ，或许如下：
www.zsfanglian.com. NS ns1.www.zsfanglian.com.
www.zsfanglian.com. NS ns2.www.zsfanglian.com.
www.zsfanglian.com. NS ns3.www.zsfanglian.com.
这三条纪录 ，就是说http://ns1.www.zsfanglian.com、http://ns2.www.zsfanglian.com、http://ns3.www.zsfanglian.com（以下简称ns1、ns2、ns3）都是http://www.zsfanglian.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.zsfanglian.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.zsfanglian.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.zsfanglian.com A 1.2.3.4
wenku.www.zsfanglian.com A 5.6.7.8
tieba.www.zsfanglian.com A 9.10.11.12
若是用户询问http://ns1.www.zsfanglian.com：“http://wenku.www.zsfanglian.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.zsfanglian.com的A纪录 ，而是一个CNAME纪录：
www.www.zsfanglian.com CNAME www.a.shifen.com
也就是告诉用户 ，http://www.www.zsfanglian.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.zsfanglian.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缓存服务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服务器 。
（3）在获得上游DNS服务器回复前 ，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 ，权威服务器使用私钥对资源纪录举行署名 ，递归服务器使用权威服务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服务器盘问包的数目 ，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服务器回复之前 ，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 ，在递归服务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的服务器 。而设置了类似bailiwicks的装备 ，会去找权威服务器询问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
耀世娱乐起劲防御实验室（ADLab）
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