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.dgsseo.com这个域的DNS，或许如下：
www.dgsseo.com. NS ns1.www.dgsseo.com.
www.dgsseo.com. NS ns2.www.dgsseo.com.
www.dgsseo.com. NS ns3.www.dgsseo.com.
这三条纪录，就是说http://ns1.www.dgsseo.com、http://ns2.www.dgsseo.com、http://ns3.www.dgsseo.com（以下简称ns1、ns2、ns3）都是http://www.dgsseo.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.dgsseo.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.dgsseo.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.dgsseo.com A 1.2.3.4
wenku.www.dgsseo.com A 5.6.7.8
tieba.www.dgsseo.com A 9.10.11.12
若是用户询问http://ns1.www.dgsseo.com：“http://wenku.www.dgsseo.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.dgsseo.com的A纪录，而是一个CNAME纪录：
www.www.dgsseo.com CNAME www.a.shifen.com
也就是告诉用户，http://www.www.dgsseo.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.dgsseo.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
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